1、1(二)化学反应速率、平衡陌生图像读图特训1二甲醚也是清洁能源，用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为2CO(g)4H 2(g)CH3OCH3(g)H 2O(g)，已知一定条件下，该反应中 CO 的平衡转化率 随温度、投料比 的变化曲线如图所示。 nH2nCO(1)a、 b、 c 按从大到小的顺序排序为_。(2)对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强( pB)代替物质的量浓度( cB)也可以表示平衡常数(记作 Kp)，则该反应平衡常数的表达式 Kp_。 答案 (1) abc (2)pCH3OCH3pH2Op2COp4H2解析 (1)反应 2CO(g)4H 2(g) CH3OCH3(g)H
2、 2O(g)，增大 H2的浓度，平衡右移，CO催 化 剂 的转化率增大，即投料比 增大，CO 的转化率增大，故 a b c。nH2nCO2若在绝热恒容密闭容器中通入一定量的 SO2和 O2，一定条件下发生反应：2SO 2(g)O 2(g)2SO3(g) H196.6 kJmol1 ，一段时间内，正反应速率随时间变化曲线如下图所示，则在 a 点时，反应_(填“达到”或“未达到”)平衡状态； t1 t3时间内，v 正 先增大后减小的主要原因是_2_。答案 未达到 t1 t2时间内， v 正 增大的主要原因是反应放热导致容器内温度升高；t2 t3时间内， v 正 减小的主要原因是反应物浓度减小解析
3、化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，a 点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达平衡； t1 t2时间内， v 正 增大的主要原因是反应放热导致容器内温度升高； t1 t3时间内， v 正 减小的主要原因是反应物浓度减小导致反应速率降低。3下图是当反应器中按 n(N2) n(H2)13 投料后，在 200 、400 、600 ，反应达到平衡时，混合物中 NH3的物质的量分数随总压强的变化曲线。(1)曲线 a、b 对应温度较高的是_(填“a”或“b”)(2)实验室模拟工业合成氨，一定温度和压强下在 1 L 密闭容器中通入 5 mol N2、15 mol
4、H2,10 min 后达到 M 点平衡状态，计算从反应开始至平衡时间段内的平均速率 v(N2)_molL 1 min1 。(3)关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是_(填字母)。A分离出 NH3后的原料气循环利用，可以提高 H2的平衡转化率B使用催化剂能加快反应速率且提高 H2的平衡转化率C上图中 M、Q、R 点平衡常数 K 的大小关系是 K(M) K(Q)K(R)答案 (1)b (2)0.375 (3)AC解析 (1)合成氨正方向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NH 3的物质的量分数减小，故曲线 a、b 对应温度较高的是 b。(2)M 点 NH3的物质的量分数为 60%；N 2(g) 3
5、H 2(g)2NH3(g) 起始物质的量浓度/molL1 5 15 0变化物质的量浓度/molL1 n 3 n 2 n3平衡物质的量浓度/molL1 5 n 153 n 2 nNH3的物质的量分数为 60% 100%，解得： n ，则从反应开始至平衡时间段内2n20 2n 154的平均速率 v(N2) 0.375 molL 1 min1 。154 molL 110 min(3)及时分离出 NH3，并循环利用原料气，可以提高 H2的平衡转化率，故 A 正确；使用催化剂能加快反应速率，但不影响平衡的移动，对 H2的转化率无影响，故 B 错误；平衡常数与温度有关，与其他条件无关，温度相同时平衡常数相
6、同，反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，则 M、Q、R 点平衡常数 K 的大小关系是 K(M) K(Q)K(R)，故 C 正确；答案为AC。4在催化剂作用下合成气合成甲烷过程中会发生如下反应：.CO(g)3H 2(g)= CH4(g)H 2O(g) H1 206 kJmol 1.CO(g)H 2O(g) = CO2(g)H 2(g) H2 41 kJmol 1.2CO(g)2H 2(g)=CH4(g)CO 2(g) H 3 247.4 kJmol 1(1)图 1 是太原理工大学煤化工研究所利用热力学数据分析得到温度对反应ln K(化学平衡常数 K 的自然对数)的曲线图，请分析出现这样趋势的原
7、因是_。(2)提高甲烷反应选择性的关键因素是_，根据相关知识和图 2 分4析合成甲烷适宜的反应条件是在 550630 K、1 MPa 的原因是_。答案 (1)在其他条件不变时，温度升高反应向吸热的逆反应方向移动使 ln K 减小 (2)催化剂 此条件下反应速率较快而且甲烷产率较高解析 (1)CO(g)3H 2(g)=CH4(g)H 2O(g) H1 206 kJmol1 此反应正方向是放热反应，在其他条件不变的情况下，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，ln K 也减小。(2)催化剂只改变反应速率，不影响平衡的移动，是提高甲烷反应选择性的关键因素，根据相关知识和图 2 分析在 550630 K
8、 和 1 MPa 的条件下反应速率较快而且甲烷产率较高，是合成甲烷适宜的反应条件。5SNCRSCR 是一种新型的烟气脱硝技术(除去烟气中的 NOx)，其流程如下：已知该方法中主要反应的热化学方程式：4NH3(g)4NO(g)O 2(g)4N2(g)6H 2O(g) H1 646 kJmol1 ，如图所示，反应温度会直接影响 SNCR 技术的脱硝效率。(1)SNCR 技术脱硝的最佳温度选择 925 的理由是_。(2)SNCR 与 SCR 技术相比，SNCR 技术的反应温度较高，其原因是_；但当烟气温度高于 1 000 时，SNCR 脱硝效率明显降低，其原因可能是5_。答案 (1)925 时脱硝效
9、率高，残留氨浓度较小 (2)反应的活化能较大，没有使用催化剂 因为脱硝主要反应是放热反应，温度过高，使脱硝主要反应的平衡逆向移动(或生成的N2与 O2反应生成 NO 等其他合理答案)解析 (1)SNCR 技术脱硝的最佳温度选择 925 的理由是 925 时脱硝效率高，残留氨浓度较小。(2)SNCR 与 SCR 技术相比，SNCR 技术的反应温度较高，其原因是反应的活化能较大，没有使用催化剂降低其活化能；但当烟气温度高于 1 000 时，SNCR 脱硝效率明显降低，其原因可能是因为脱硝主要反应是放热反应，温度过高，使脱硝主要反应的平衡逆向移动(或生成的 N2与 O2反应生成 NO 等) 。6甲醇
10、(CH 3OH)作为一种清洁能源开始走进人们的生活。某实验小组向一 10 L 的恒容密闭容器中通入 1 mol CO 和 3 mol H2，发生反应：CO(g)2H 2(g)CH3OH(g) HM(b)M(c)解析 该反应为放热反应，温度越低，CO 的转化率越大，则 T1KB，故A、B、C 三点平衡常数 KA、 KB、 KC的大小关系是 KAKB KC；反应：CO(g)2H 2(g)CH3OH(g)正向为气体物质的量减小的反应，当其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，甲醇的体积分数增大；分析图像知压强： p1p2；温度越高，反应速率越快；压强越大，反应速率越快，温度对反应速率的影响比压强显著
11、，故逆反应速率： v 逆 (A)v 逆 (B)。(2)分析图像知 C 点甲醇的体积分数为 50%，根据题意设起始加入 CO、H 2的物质的量分别为 1 mol、2 mol，转化的 CO 的物质的量为 x mol，利用三段式分析。CO(g)2H 2(g)CH3OH(g)起始/mol 1 2 0转化/mol x 2x x平衡/mol 1 x 22 x x则有 x/(32 x)100%50%，解得 x0.75 mol，则 CO 的转化率为 0.75 mol/1 mol100%75%；在 C 点，若再按物质的量之比 12 充入一定量的 CO 和 H2，相当于增大压强，平衡正向移动，达到新的平衡时，CH 3OH 的体积分数增大。
