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2022版高考化学一轮复习课件：第7章 第3节 化学平衡常数 化学反应进行的方向
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这是一份2022版高考化学一轮复习课件：第7章 第3节 化学平衡常数 化学反应进行的方向，共60页。PPT课件主要包含了栏目导航，必备知识关键能力，浓度幂之积，研解素养悟法猎技，真题体验领悟高考等内容，欢迎下载使用。
☞知识点1 化学平衡常数及其应用
1．概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物____________与反应物____________的比值是一个常数，用符号____表示。
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。(2)非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。
3．意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受______影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应在某温度下的平衡常数。
(3)判断可逆反应的热效应。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( )(2)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等( )(3)对于同一可逆反应，升高温度，则化学平衡常数增大( )(4)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大( )(5)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×
(1)从起始经过5 min达到化学平衡时，用生成物CO2表示该反应的化学反应速率v(CO2)＝__________；平衡时，容器中CO的转化率为__________。(2)下图表示上述反应在t1时刻达到平衡，在t2时刻因改变某个条件而发生变化的情况。则t2时刻改变的条件可能是__________________(写出一条即可)。【答案】(1)0.01 ml·L－1·min－1 50%(2)降低温度(或减小H2的浓度或增大水蒸气的浓度)
突破二 化学平衡常数、转化率的计算与判断3．(2019·广东梅州月考)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)。下列说法正确的是( )
【答案】C【解析】m点CO2的转化率不是最大，反应向正反应方向进行，因此v(正)＞v(逆)，A正确；过程Ⅰ首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此活化能：过程Ⅱ＞过程Ⅰ，B正确；n点时CO2的转化率是80%，则根据方程式可知
(3)在某压强下，合成甲醇的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图2所示。KA、KB、KC三者之间的大小关系为________。
化学平衡计算题的解题思路
☞知识点2 化学反应进行的方向
1．自发反应(1)含义：在温度和压强一定的条件下，无须借助外力就能自发进行的反应称为自发反应。(2)特点：①体系趋向于从______状态转变为______状态(体系对外部______或______热量)。②在密闭条件下，体系有从______转变为______的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．判断化学反应方向的依据【答案】降低 ＜ ＞ ＞ ＞ 一定能 一定不能 低温 高温
(1)熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·ml－1·K－1。(2)对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。(3)复合判据计算时要注意单位换算。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)能自发进行的反应一定能实际发生( )(2)高温高压下使石墨转化为金刚石的过程是自发过程( )(3)同种物质在三种状态下，熵值由大到小的顺序为S(g)＞S(l)＞S(s)( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×
突破一 焓变、熵变与自发反应1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( )A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
【答案】C【解析】反应是否能自发进行是由焓变和熵变共同决定的，故焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。
2．下列反应中，在高温下不能自发进行的是( )A．2CO(g)══2C(s)＋O2(g)B．2N2O5(g)══4NO2(g)＋O2(g) C．(NH4)2CO3(s)══NH4HCO3(s)＋NH3(g) D．MgCO3(s)══MgO(s)＋CO2(g)【答案】A【解析】A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应。但B、C、D都是熵增大的反应，所以能自发进行，A是熵减小的反应，在任何条件下都不能自发进行。
突破二 复合判据的理解与应用3．下列说法正确的是( )A．氯酸钾分解是一个熵增的过程B．ΔH>0，ΔS>0的反应一定可以自发进行C．电解水产生氢气、氧气的反应具有自发性D．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，ΔH一定小于零【答案】A【解析】氯酸钾分解生成气体，混乱度增加，熵值增大，A正确。
【答案】(1)该反应是吸热的、熵减反应，任何温度下均不能自发进行 (2)＜
☞核心素养15 分压平衡常数Kp的计算
化学平衡常数的有关计算是每年高考必考的考点，出现率100%。分析近几年此类试题，又拓展了分压平衡常数Kp的计算，并且难度逐年增加，考生感觉较难。此类试题充分体现“科学探究与创新意识”的核心素养。
【答案】(1)30.0 6.0×10－2 (2)大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 (3)13.4
“四步法”求解分压平衡常数KP
(1)650 ℃时CO2的平衡转化率为________。(2)t1 ℃时平衡常数KP＝________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_______________________。【答案】(1)25% (2)0.5p 不 再充入等物质的量的CO和CO2，平衡体系中二者的体积分数仍相同，平衡不移动
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D．b点时二聚体的浓度为0.45 ml·L－1【答案】(1)89.3 (2)40% 3.56×104 BD (3)CD
由(1)得该反应为吸热反应，提高温度平衡向着正向移动，环戊烯的转化率增大，B正确；增加环戊烯浓度，环戊烯的转化率减小，C错误；增加碘浓度，反应物浓度增大，平衡向着正向移动，环戊烯的转化率增大，D正确。(3)温度越高反应速率越快，根据图示可知，在温度T2(虚线)的反应速率较大，则T1＜T2，A错误；根据图像可知，a点切线斜率的绝对值大于c点切线的绝对值，则a点速率大于c点，B错误；a到b的过程中正反应速率逐渐减小，且b点v(正)＞v(逆)，则a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C正确；b点时环戊二烯的浓度变化为1.5 ml·L－1－0.6 ml·L－1＝0.9 ml·L－1，环戊二烯的二聚体的浓度为环戊二烯浓度变化的1/2，则b点时二聚体的浓度为0.9 ml·L－1×1/2＝0.45 ml·L－1，D正确。
☞核心素养16 化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。化学平衡中条件的控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题均有涉及，预测2022年命题将继续加强。此类试题充分体现“科学态度与社会责任”的核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
2．控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率：通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的比表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率：通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件。
④综合考虑——选择适宜的生产条件。
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_____________________；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是______(双选，填标号)。A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大C．副反应增多 D．反应活化能增大
【答案】(1)降低温度、降低压强 催化剂(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
1．关于硫酸工业中的催化氧化反应，可以用勒夏特列原理解释的是( )A．通入过量氧气 B．选择V2O5做催化剂C．选择常压条件 D．升温至450 ℃左右【答案】A
【解析】催化剂只能改变反应速率，不会引起化学平衡的移动，B不符合题意；增大压强，平衡向体积减小的方向移动，有利于三氧化硫的合成，所以选择常压条件，不能用勒夏特列原理解释，C不符合题意；正反应是放热反应，升高温度至450 ℃左右，平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成，D不符合题意。
2．(2020·河北衡水中学调研)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，下列说法正确的是( )
A．由图可知：乙酸的生成速率随温度升高而升高B．250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是催化剂的催化效率降低
C．由300～400 ℃可得，其他条件相同时，催化剂的催化效率越低，乙酸的生成速率越大D．根据图像推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400 ℃【答案】B
【解析】由图可知：250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低，A错误；250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低，B正确；300～400 ℃时，催化剂的催化效率接近于0，但温度升高，乙酸的生成速率增大，C错误；根据图像推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为250 ℃，D错误。
图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x______0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是______(填标号)。A．升高温度 B．降低温度C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是_________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。
【答案】(1)小于 AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行，温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
【解析】(1)反应①是正向气体体积增大的反应，减压平衡正向移动，由图(a)可知，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa时丁烷的转化率增大，化学平衡正向移动，故x<0.1；由于反应①为吸热反应，温度升高时平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大， A正确，B错误；反应①正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，C错误，D正确。(2)由题意可知H2的作用是活化催化剂，同时是反应①的产物，因此会促使平衡逆向移动，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，丁烯产率下降。
3．(2020·全国卷Ⅲ，节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
(1)根据图中点A(440 K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝__________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(2)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当______________________________________。
(2)工业上通常通过选择合适的催化剂，以加快化学反应速率，同时还可以提高目标产品的选择性，减少副反应的发生。因此，一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当选择合适的催化剂。
回答下列问题：(1)一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为ɑ ml，CO为b ml，此时H2O(g)的浓度为____________________ml·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为___________________。
(2)不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
(3)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压
(2)反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CH3OH的平衡产率减少，所以图甲表示CH3OH的平衡产率；反应Ⅰ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，反应Ⅲ为吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO2的平衡转化率又升高，升高一定温度后以反应Ⅲ为主，所以图乙表示CO2的平衡转化率；反应Ⅰ和反应Ⅱ是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的平衡产率增大，根据图甲，所以压强关系为p1>p2>p3；T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响。(3)根据图示可知，温度越低，CO2的平衡转化率越大，CH3OH的平衡产率越大，压强越大，CO2的平衡转化率越大，CH3OH的平衡产率越大，所以选择低温和高压，A正确。
根据上述实验结果判断，还原CO(s)为C(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。 A．＜0.25 B．0.25C．0.25～0.50 D．0.50E．＞0.50
(3)Shichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
【答案】(1)大于 (2)C (3)0.004 7 b c a d
☞知识点1 化学平衡常数及其应用
1．概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物____________与反应物____________的比值是一个常数，用符号____表示。
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。(2)非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。
3．意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受______影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应在某温度下的平衡常数。
(3)判断可逆反应的热效应。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( )(2)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等( )(3)对于同一可逆反应，升高温度，则化学平衡常数增大( )(4)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大( )(5)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×
(1)从起始经过5 min达到化学平衡时，用生成物CO2表示该反应的化学反应速率v(CO2)＝__________；平衡时，容器中CO的转化率为__________。(2)下图表示上述反应在t1时刻达到平衡，在t2时刻因改变某个条件而发生变化的情况。则t2时刻改变的条件可能是__________________(写出一条即可)。【答案】(1)0.01 ml·L－1·min－1 50%(2)降低温度(或减小H2的浓度或增大水蒸气的浓度)
突破二 化学平衡常数、转化率的计算与判断3．(2019·广东梅州月考)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)。下列说法正确的是( )
【答案】C【解析】m点CO2的转化率不是最大，反应向正反应方向进行，因此v(正)＞v(逆)，A正确；过程Ⅰ首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此活化能：过程Ⅱ＞过程Ⅰ，B正确；n点时CO2的转化率是80%，则根据方程式可知
(3)在某压强下，合成甲醇的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图2所示。KA、KB、KC三者之间的大小关系为________。
化学平衡计算题的解题思路
☞知识点2 化学反应进行的方向
1．自发反应(1)含义：在温度和压强一定的条件下，无须借助外力就能自发进行的反应称为自发反应。(2)特点：①体系趋向于从______状态转变为______状态(体系对外部______或______热量)。②在密闭条件下，体系有从______转变为______的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．判断化学反应方向的依据【答案】降低 ＜ ＞ ＞ ＞ 一定能 一定不能 低温 高温
(1)熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·ml－1·K－1。(2)对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。(3)复合判据计算时要注意单位换算。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)能自发进行的反应一定能实际发生( )(2)高温高压下使石墨转化为金刚石的过程是自发过程( )(3)同种物质在三种状态下，熵值由大到小的顺序为S(g)＞S(l)＞S(s)( )
【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×
突破一 焓变、熵变与自发反应1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( )A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
【答案】C【解析】反应是否能自发进行是由焓变和熵变共同决定的，故焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。
2．下列反应中，在高温下不能自发进行的是( )A．2CO(g)══2C(s)＋O2(g)B．2N2O5(g)══4NO2(g)＋O2(g) C．(NH4)2CO3(s)══NH4HCO3(s)＋NH3(g) D．MgCO3(s)══MgO(s)＋CO2(g)【答案】A【解析】A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应。但B、C、D都是熵增大的反应，所以能自发进行，A是熵减小的反应，在任何条件下都不能自发进行。
突破二 复合判据的理解与应用3．下列说法正确的是( )A．氯酸钾分解是一个熵增的过程B．ΔH>0，ΔS>0的反应一定可以自发进行C．电解水产生氢气、氧气的反应具有自发性D．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，ΔH一定小于零【答案】A【解析】氯酸钾分解生成气体，混乱度增加，熵值增大，A正确。
【答案】(1)该反应是吸热的、熵减反应，任何温度下均不能自发进行 (2)＜
☞核心素养15 分压平衡常数Kp的计算
化学平衡常数的有关计算是每年高考必考的考点，出现率100%。分析近几年此类试题，又拓展了分压平衡常数Kp的计算，并且难度逐年增加，考生感觉较难。此类试题充分体现“科学探究与创新意识”的核心素养。
【答案】(1)30.0 6.0×10－2 (2)大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 (3)13.4
“四步法”求解分压平衡常数KP
(1)650 ℃时CO2的平衡转化率为________。(2)t1 ℃时平衡常数KP＝________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_______________________。【答案】(1)25% (2)0.5p 不 再充入等物质的量的CO和CO2，平衡体系中二者的体积分数仍相同，平衡不移动
(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D．b点时二聚体的浓度为0.45 ml·L－1【答案】(1)89.3 (2)40% 3.56×104 BD (3)CD
由(1)得该反应为吸热反应，提高温度平衡向着正向移动，环戊烯的转化率增大，B正确；增加环戊烯浓度，环戊烯的转化率减小，C错误；增加碘浓度，反应物浓度增大，平衡向着正向移动，环戊烯的转化率增大，D正确。(3)温度越高反应速率越快，根据图示可知，在温度T2(虚线)的反应速率较大，则T1＜T2，A错误；根据图像可知，a点切线斜率的绝对值大于c点切线的绝对值，则a点速率大于c点，B错误；a到b的过程中正反应速率逐渐减小，且b点v(正)＞v(逆)，则a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C正确；b点时环戊二烯的浓度变化为1.5 ml·L－1－0.6 ml·L－1＝0.9 ml·L－1，环戊二烯的二聚体的浓度为环戊二烯浓度变化的1/2，则b点时二聚体的浓度为0.9 ml·L－1×1/2＝0.45 ml·L－1，D正确。
☞核心素养16 化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。化学平衡中条件的控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题均有涉及，预测2022年命题将继续加强。此类试题充分体现“科学态度与社会责任”的核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
2．控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率：通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的比表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率：通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件。
④综合考虑——选择适宜的生产条件。
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_____________________；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是______(双选，填标号)。A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大C．副反应增多 D．反应活化能增大
【答案】(1)降低温度、降低压强 催化剂(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
1．关于硫酸工业中的催化氧化反应，可以用勒夏特列原理解释的是( )A．通入过量氧气 B．选择V2O5做催化剂C．选择常压条件 D．升温至450 ℃左右【答案】A
【解析】催化剂只能改变反应速率，不会引起化学平衡的移动，B不符合题意；增大压强，平衡向体积减小的方向移动，有利于三氧化硫的合成，所以选择常压条件，不能用勒夏特列原理解释，C不符合题意；正反应是放热反应，升高温度至450 ℃左右，平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成，D不符合题意。
2．(2020·河北衡水中学调研)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，下列说法正确的是( )
A．由图可知：乙酸的生成速率随温度升高而升高B．250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是催化剂的催化效率降低
C．由300～400 ℃可得，其他条件相同时，催化剂的催化效率越低，乙酸的生成速率越大D．根据图像推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400 ℃【答案】B
【解析】由图可知：250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低，A错误；250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低，B正确；300～400 ℃时，催化剂的催化效率接近于0，但温度升高，乙酸的生成速率增大，C错误；根据图像推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为250 ℃，D错误。
图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x______0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是______(填标号)。A．升高温度 B．降低温度C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是_________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。
【答案】(1)小于 AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行，温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
【解析】(1)反应①是正向气体体积增大的反应，减压平衡正向移动，由图(a)可知，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa时丁烷的转化率增大，化学平衡正向移动，故x<0.1；由于反应①为吸热反应，温度升高时平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大， A正确，B错误；反应①正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，C错误，D正确。(2)由题意可知H2的作用是活化催化剂，同时是反应①的产物，因此会促使平衡逆向移动，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，丁烯产率下降。
3．(2020·全国卷Ⅲ，节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
(1)根据图中点A(440 K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝__________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(2)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当______________________________________。
(2)工业上通常通过选择合适的催化剂，以加快化学反应速率，同时还可以提高目标产品的选择性，减少副反应的发生。因此，一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当选择合适的催化剂。
回答下列问题：(1)一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为ɑ ml，CO为b ml，此时H2O(g)的浓度为____________________ml·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为___________________。
(2)不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
(3)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压
(2)反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CH3OH的平衡产率减少，所以图甲表示CH3OH的平衡产率；反应Ⅰ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，反应Ⅲ为吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO2的平衡转化率又升高，升高一定温度后以反应Ⅲ为主，所以图乙表示CO2的平衡转化率；反应Ⅰ和反应Ⅱ是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的平衡产率增大，根据图甲，所以压强关系为p1>p2>p3；T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响。(3)根据图示可知，温度越低，CO2的平衡转化率越大，CH3OH的平衡产率越大，压强越大，CO2的平衡转化率越大，CH3OH的平衡产率越大，所以选择低温和高压，A正确。
根据上述实验结果判断，还原CO(s)为C(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。 A．＜0.25 B．0.25C．0.25～0.50 D．0.50E．＞0.50
(3)Shichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
【答案】(1)大于 (2)C (3)0.004 7 b c a d
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