盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（12）-专题三第五讲 化学平衡（二）

这是一份盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（12）-专题三第五讲 化学平衡（二），共12页。

【复习目标】
1．了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
2．理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
3．了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用
【重点突破】
1．能运用平衡移动原理，解决生活中的相关问题，讨论化学反应条件的选择和优化。综合考虑化学反应速率、原料利用率、设备要求、催化剂的活性等，控制合适的反应条件。
2．联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律，根据图像中表现的关系与所学规律相对比，做出符合题目要求的判断。能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力。
【真题再现】
例1．（2023·江苏卷）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) △H=-164.7kJ·ml-1
CO2(g)+H2(g) ===CO(g)+H2O(g) △H=41.2kJ·ml-l
在密闭容器中，1.01×10-5Pa、n起始(CO2)︰n起始(H2)=1︰4时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如题13图所示。CH4的选择性可表示为eq \f(n生成CH4, n反应CO2)×100%。下列说法正确的是
A．反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的熔变△H=-205.9kJ·ml-1
B．CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C．用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480～530℃
D．450℃时，提高eq \f(n起始H2, n起始CO2)的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值
解析：A项，由盖斯定律可知反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓变△H=-2×41.2 kJ·ml-1-164.7 kJ·ml-1=-247.1 kJ·ml-1，错误；B项，CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，错误；C项，由图可知，已知条件之下，该催化剂催化二氧化碳反应温度范围约为380℃时二氧化碳转化率最大，此时为最适温度，温度继续增加，催化剂活性下降，错误；D项，450℃时，提高eq \f(n起始H2, n起始CO2)的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强反应I平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。
答案：D
例2．（2022·江苏卷）乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为
C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) △H=173.3kJ·ml-1
CO2 (g)+ H2(g)===CO (g)+ H2O (g) △H=41.2kJ·ml-1
在1.0×105Pa、n始(C2H5OH) ∶n始(H2O) =1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性=eq \f(n生成CO, n生成CO2+ n生成CO)×100%，下列说法正确的是
A．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B．升高温度，平衡时CO的选择性增大
C．一定温度下，增大eq \f(nC2H5OH, n H2O)可提高乙醇平衡转化率
D．一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
解析：根据已知反应①C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) △H=173.3kJ·ml-1，反应②CO2 (g)+ H2(g)===CO (g)+ H2O (g) △H=41.2kJ·ml-1，且反应①的热效应更大，温度升高的时候对反应①影响更大一些，即CO2选择性增大，同时CO的选择性减小，根据CO的选择性的定义可知③代表CO2的选择性，①代表CO的选择性，②代表H2的产率。A项，由分析可知②代表H2的产率，错误；B项，由分析可知升高温度，平衡时CO的选择性减小，错误；C项，一定温度下，增大eq \f(nC2H5OH, n H2O)，可以认为开始时水蒸气物质的量不变，增大乙醇物质的量，乙醇的平衡转化率降低，错误；D项，加入CaO(s)与水反应放热，且CaO吸收CO2，促进反应①向正反应方向进行，反应②向逆反应方向进行，对反应①影响较大，可以增大H2产率，或者选用对反应①影响较大的高效催化剂，增加反应①的反应，减少反应②的发生，也可以增大H2产率，正确。
答案：D
例3．（2021·江苏卷）NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[eq \f(2n生成N2, n总转化NH3)×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B．其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C．催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
解析：A项，NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，错误；B项，根据图像，在175～300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择率降低，即产生氮气的量减少，错误；C项，根据图像，温度高于250℃ N2的选择率降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，根据图像，温度应略小于225℃，此时氨气的转化率、氮气的选择率较大，错误；D项，氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，正确。
答案：D
例题4．（2020·江苏卷·不定项选择题）CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应
CO2(g)+CH4(g) ===2CO(g)+2H2(g) △H=247.1 kJ·ml-1
CO2 (g)+ H2(g)===CO (g)+ H2O (g) △H=41.2kJ·ml-1
在恒压、反应物起始物质的量比n (CH4)∶n(CO2) =1∶3条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是
A．升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B．曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C．相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D．恒压、800K、n (CH4)∶n(CO2) =1∶1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y点的值
解析：A项，甲烷和二氧化碳反应是吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应即正向移动，甲烷转化率增大，甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，甲烷转化率减小，错误；B项，根据两个反应得到总反应为CH4(g)＋2CO2(g) H2(g)＋3CO(g) ＋H2O (g)，加入的CH4与CO2物质的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的转化率大于CH4，因此曲线B表示CH4的平衡转化率随温度变化，正确；C项，使用高效催化剂，只能提高反应速率，但不能改变平衡转化率，错误；D项，800K时甲烷的转化率为X点，可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率达到Y点的值，正确。
答案：BD
小结：恒容条件下反应物的转化率＝eq \f(n转化,n起始)×100%＝eq \f(c转化,c起始)×100%。
【知能整合】
1．K值意义及影响因素
（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只受温度影响，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的平衡常数。
2．K值应用
（1）判断可逆反应进行的程度。
（2）判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Q＝eq \f(ccC·cdD,caA·cbB)。
Q＜K，反应向正反应方向进行；
Q＝K，反应处于平衡状态；
Q＞K，反应向逆反应方向进行。
（3）判断可逆反应的热效应
3．掌握四个公式
（1）恒容条件下反应物的转化率＝eq \f(n转化,n起始)×100%＝eq \f(c转化,c起始)×100%。
（2）生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝eq \f(实际产量,理论产量)×100%。
（3）平衡时混合物组分的百分含量＝eq \f(平衡量,平衡时各物质的总量)×100%。
（4）某组分的体积分数＝eq \f(某组分的物质的量,混合气体总的物质的量)×100%。
计算技巧
4．分析化学平衡移动问题的注意事项
（1）平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
（2）不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正＞v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
（3）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
（4）对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
解答化学平衡移动类判断题的思维过程
关注特点—eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(容器特点恒温恒容，恒温恒压,反应特点物质状态，ΔVg是否为0，ΔH的正负))―→分析条件(浓度、温度、压强等)―→想原理(平衡移动原理)―→综合判断得结论。
5．等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
等效平衡的判断方法
（1）恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法：极值等量即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
① 2 ml 1 ml 0
② 0 0 2 ml
③ 0.5 ml 0.25 ml 1.5 ml
④ a ml b ml c ml
上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物，则SO2均为2ml，O2均为1 ml，三者建立的平衡状态完全相同。④中a、b、c三者的关系满足：c＋a＝2，eq \f(c,2)＋b＝1，即与上述平衡等效。
（2）恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法：极值等比即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
① 2 ml 3 ml 0
② 1 ml 3.5 ml 2 ml
③ a ml b ml c ml
按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则①②中eq \f(nSO2,nO2)＝eq \f(2,3)，故互为等效平衡。③中a、b、c三者关系满足：eq \f(c＋a,\f(c,2)＋b)＝eq \f(2,3)，即与①②平衡等效。
（3）恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
① 1 ml 1 ml 0
② 2 ml 2 ml 1 ml
③ a ml b ml c ml
①②两种情况下，n(H2)∶n(I2)＝1∶1，故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(c,2)＋a))∶eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(c,2)＋b))＝1∶1或a∶b＝1∶1，c≥0，即与①②平衡等效。
6．虚拟“中间态”法构建等效平衡
（1）构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
（2）构建恒温恒压平衡思维模式（以气体物质的量增加的反应为例，见图示）
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
7．识图技巧：
首先要看清纵轴、横轴表示的物理量，结合反应特点和平衡移动原理，根据题中变化量与反应速率、浓度、转化率等物理量之间的变化关系，在图像中补充曲线，一定要注意“起点、拐点、变化趋势、终点”。分析反应由开始（起始物质相同时）达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。
①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。
②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。
③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。
几种特殊图像：
①对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点（如下图）；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
②对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点（如下图）。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．反应SiCl4(g)+2H2(g) eq \(=====,\s\up9(高温))Si(s)+4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是
A．该反应的ΔH＞0、ΔS＜0
B．该反应的平衡常数K=eq \f(c4HCl,cSiCl4×c2H2)
C．高温下反应每生成1 ml Si需消耗2×22.4LH2
D．用E表示键能，该反应ΔH=4E(Si—Cl)+2E(H—H)-4E(H—Cl)
2．对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列说法正确的是
A．该反应的ΔH＞0、ΔS＜0
B．将氨气及时液化分离可加快化学反应速率
C．当2v正(H2)＝3v逆(NH3)时，反应达到平衡状态
D．提高体系的压强可增大反应的化学平衡常数
3．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表所示。下列说法不正确的是
A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B．25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5
C．在80 ℃时，测得某时刻，Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 ml/L，则此时v正>v逆
D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 ml，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 ml/L
4．通过反应Ⅰ：4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)可将有机氯化工业的副产品HCl转化为Cl2。在0.2MPa、反应物起始物质的量比eq \f(n HCl, n O2)=2条件下，不同温度时HCl平衡转化率如题图所示。向反应体系中加入CuCl2，能加快反应速率。
反应Ⅱ：2CuCl2(s)+O2(g)===2CuO(s)+2Cl2(g) △H=125.6 kJ·ml-1
反应Ⅲ：CuO(s)+2HCl(g) ===CuCl2(s)+ H2O (g) △H=-120.0 kJ·ml-1
下列说法正确的是
A．反应Ⅰ的△H=5.6 kJ·ml-1
B．升高温度和增大压强均能提高反应Ⅰ中HCl的平衡转化率
C．保持其他条件不变，500℃时，使用CuCl2，能使HCl转化率从X点的值升至Y点的值
D．在0.2MPa、500℃条件下，若起始eq \f(n HCl, n O2)＜2，HCl的转化率可能达到Y点的值
拓展训练
5．某研究小组以Ag－ZSM为催化剂，在容积为1 L的容器中，相同时间下测得0.1 ml NO转化为N2的转化率随温度变化如图所示[无CO时的反应为2NO(g)N2(g)＋O2(g)；有CO时的反应为2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)]。下列说法正确的是
A．反应2NO(g)N2(g)＋O2(g)的ΔH>0
B．达到平衡后，其他条件不变，使eq \f(n (CO), n (NO))>1，CO转化率下降
C．X点可以通过更换高效催化剂提高NO平衡转化率
D．Y点再通入CO、N2各0.01 ml ，此时v正(CO)6．乙醇催化脱氢：CH3CH2OH(g)CH3CHO(g)＋H2(g)。已知：CH3CHO的选择性
＝eq \f(n (CH3CHO), n转化 (CH3CH2OH))×100%；乙醇在高温下会发生催化裂解，从而降低乙醛的选择性。在Cu系催化剂作用下反应温度对乙醇催化脱氢反应影响的关系如图。下列说法正确的是
A．该条件下的最佳反应温度为220 ℃
B．240 ℃时，CH3CHO的产率为32.55%
C．由图可推知，乙醇脱氢反应的活化能高于乙醇裂解的活化能
D．升高温度和增大压强均能提高催化脱氢反应中乙醇的平衡转化率
7．通常合成甲醇的主要反应为CO(g)＋2H2 (g) CH3OH(g)，起始时容器中只有a ml·L-1 CO和b ml·L-1 H2，平衡时测得混合气体中CH3OH的物质的量分数[φ(CH3OH)]与温度(T)、压强(p)之间的关系如图所示。
（1）压强为p1，温度为T1和T2时对应的平衡常数分别为K1、K2，则K1________K2（填“>”“<”或“＝”）；若恒温(T1)恒容条件下，起始时a＝2、b＝4，测得平衡时混合气体的压强为p1 kPa（如图所示），则T1时该反应的压强平衡常数Kp＝________ 。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，用含p1的代数式表示)
（2）若在温度为T1、压强为p1的条件下向密闭容器中加入等物质的量的CO、H2、CH3OH气体，则反应开始时v(CO)正______v(CO)逆(填“>”“<”“＝”或“无法确定”)。
（3）若恒温恒容条件下，起始时a＝1、b＝2，则下列叙述能说明反应达到化学平衡状态的是________。
A．混合气体的密度不再随时间的变化而变化
B．混合气体的平均摩尔质量不再随时间的变化而变化
C．CO、H2的物质的量浓度之比为1∶2，且不再随时间的变化而变化
D．若将容器改为绝热恒容容器时，平衡常数K不随时间变化而变化
8．CH4－CO2重整能获得氢能，同时能高效转化温室气体。
（1）CH4－CO2重整反应的热化学方程式为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·ml-1
反应Ⅲ：CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3＝＋75 kJ·ml-1
1.01×105Pa下，将n起始(CO2)∶n起始(CH4)＝1∶1的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中，平衡时各组分的物质的量分数如图1所示。
①CH4－CO2重整的主反应为________（填“反应Ⅰ”“反应Ⅱ”或“反应Ⅲ”），判断的理由是_____________________________________________________________________。
②450～750 ℃时，平衡体系中CH4物质的量分数比CO2略大的原因是_________________________________________________________________。

图1 图2
（2）CH4－CO2重整过程中的积碳是反应催化剂失活的主要原因。积碳反应除反应Ⅲ外，还发生反应Ⅳ：2CO(g)C(s)＋CO2(g) ΔH4＝－172 kJ·ml-1，积碳反应能迅速到达平衡状态。
CH4－CO2重整反应中1 g催化剂上产生的积碳的质量与温度的关系如图2所示。
①ΔH1＝________ kJ·ml-1。
②温度低于700 ℃时，积碳的质量随温度的升高而增多的原因是___________________。
（3）在催化剂a和催化剂b分别作用下，CH4－CO2重整反应相同时间，控制其他条件相同，催化剂表面均产生积碳。对附着积碳的催化剂a和催化剂b在空气中加热以除去积碳（该过程催化剂不发生反应），固体的质量变化如图3所示。则重整反应中能保持较长时间催化活性的是________（填“催化剂a”或“催化剂b”），判断的理由是__________________。
图3
【随堂反馈】答案
1．B 2．C 3．C 4．D 5．B 6．B
7．（1）> eq \f(25,2p\\al(2,1)) kPa-2（单位不要求）
（2）> （3）BD
8．（1）①反应Ⅰ H2O的物质的量分数非常小 ②反应Ⅱ消耗CO2的量大于反应Ⅲ消耗CH4的量
（2）①＋247 ②温度低于700 ℃时，温度升高有利于反应Ⅲ进行，不利于反应Ⅳ进行，且温度对反应Ⅲ的影响大于对反应Ⅳ的影响
（3）催化剂b 剩余固体的质量与原始固体质量的比值越大，说明催化剂表面的积碳质量越小，催化活性保持时间就越长，催化剂b的剩余固体的质量与原始固体质量的比值大于催化剂a
【课后作业】
1．已知：2CH3COCH3(l)CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3分别在0℃和20 ℃下反应，测得其转化率(α)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是
A．曲线Ⅱ表示20 ℃时的转化反应
B．升高温度能提高反应物的平衡转化率
C．在a点时，曲线Ⅰ和曲线Ⅱ表示反应的化学平衡常数相等
D．化学反应速率的大小顺序为d>b>c
2．一定条件下，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH>0，达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A．压强：p1>p2
B．b、c两点对应的平衡常数：Kc>Kb
C．a点：2v正(NH3)＝3v逆(H2)
D．a点：NH3的转化率为eq \f(1,3)
3．用ZSM-5分子筛催化1-丁烯裂解制丙烯的反应体系中，主要发生的反应如下：
反应Ⅰ：3C4H8(g)===4C3H6(g) ΔH＝＋579 kJ·ml-1
反应Ⅱ：C4H8(g)===2C2H4(g) ΔH＝＋283 kJ·ml-1
已知催化剂ZSM－5分子筛的筛孔孔径越小，越有利于生成碳原子数少的产物。在0.5 MPa下，上述体系平衡时丁烯、丙烯、乙烯的质量分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是
A．图中曲线X表示丁烯的质量分数随温度的变化
B．在0.5 MPa下，该工艺选择的适宜温度为300 ℃
C．C4H8(g)＋C2H4(g)===2C3H6(g)的ΔH＝＋296 kJ·ml-1
D．高于500 ℃，丙烯质量分数降低可能是因为裂解产生的碳颗粒附着在ZSM－5分子筛的筛孔上所致
4．一种捕获并资源化利用CO2的方法是将CO2催化加氢合成CH3OCH3，其过程中主要发生如下反应：
Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－122.5 kJ·ml-1
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·ml-1
向恒压密闭容器中充入1 ml CO2和3 ml H2，CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图所示。下列说法错误的是
A．2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－204.9 kJ·ml-1
B．由图可知，210 ℃时以反应Ⅰ为主，300 ℃时，以反应Ⅱ为主
C．增大反应体系压强，CH3OCH3选择性增大
D．反应状态达A点时，容器中n(CH3OCH3)为eq \f(1,16) ml
5．诺贝尔奖得主Gerge A. Olah提出的“甲醇经济”是指利用工业废气或大气捕获的CO2制备甲醇，以减轻人类对化石燃料的依赖。该过程发生的主要反应如下：
①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.4 kJ·ml-1
②CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH2
③CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH3＝－90.5 kJ·ml-1
在4.0 MPa条件下，将n(H2)∶n(CO2)为3∶1的混合气体以一定流速通过装有Cu基催化剂的反应管，在出口处测得CO2转化率、CH3OH产率与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是
A．反应②的ΔH2>0、ΔS>0
B．曲线a表示CO2转化率随温度的变化
C．测得图中A点数据时，上述反应恰好处于平衡状态
D．不同温度时，出口处各气体物质的量均满足关系：
n(H2)＋n(H2O)＝3n(CO2)＋3n(CO)＋n(CH3OH)
6．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。资源化利用碳氧化合物能有效减少CO2排放，实现自然界中的碳循环。
（1）以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下：
Ⅰ. CO2(g)＋C2H6(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH＝＋177 kJ·ml-1 (主反应)
Ⅱ. C2H6(g)===CH4(g)＋H2(g)＋C(s) ΔH＝＋9 kJ·ml-1 (副反应)
反应Ⅰ的反应历程可分为如下两步：
ⅰ. C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1
ⅱ. H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g) ΔH2＝＋41 kJ·ml-1
①ΔH1＝________________。
②相比于提高c(C2H6)，提高c(CO2)对反应Ⅰ速率影响更大，原因是____________________。
③0.1MPa时，向一恒容密闭容器中充入物质的量之比为2∶1的CO2(g)和C2H6(g)，反应物转化率与反应温度的关系如图1所示。在800 ℃，C2H4(g)的选择性为_____。
图1
（2）CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化过程中，CO2活化的可能途径如图2所示。CO是CO2活化的优势中间体，可能的原因是_________________________________________。

图2 图3
（3）CO2可用CaO吸收，发生反应：CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)。在不同温度下，达到平衡时体系中CO2的物质的量浓度与温度的关系如图3所示。900 ℃下的c(CO2)远大于800 ℃下的c(CO2)，其原因是_______________________________________________________。
7．工厂烟气(主要污染物SO2、NO)直接排放会造成空气污染，需处理后才能排放。
（1）O3氧化。O3氧化过程中部分反应的能量变化如图1所示。
图1
①已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·ml-1，则反应2O3(g)3O2(g) 的ΔH＝________ kJ·ml-1。
②其他条件不变时，增加n(O3)，O3氧化SO2的反应几乎不受影响，其可能原因是___________。
（2）NaClO2氧化。40 ℃时向一定量NaClO2溶液中按一定流速持续通入工厂烟气，溶液的pH与ORP值（氧化还原电位）随时间变化如图2所示。
图2
①写出NO与ClO2－反应的离子方程式：_______________________________。
②烟气中含有少量SO2，能提高NO的脱除率，可能原因是________________。
（3）TiO2光催化。主要是利用TiO2光催化剂在紫外线作用下产生的高活性自由基（·OH、·O2－）和h＋（h＋代表空位，空位有很强的得电子能力），将烟气中的SO2、NO等氧化除去。TiO2光催化剂粒子表面产生·OH的机理如图3所示（图中部分产物略去）。已知TiO2中电子跃迁的能量为3.2 eV。
图3
①TiO2光催化剂在紫外线作用下产生·OH的过程可描述为________________________。
②在TiO2中掺杂一定量的金属离子可提高光催化活性。对所掺杂金属离子的要求是________________________。
【课后作业】答案
1．D 2．B 3．D 4．D 5．C
6．（1）①＋136 kJ/ml ②反应ⅱ速率较慢(活化能较大)，是反应Ⅰ的决速步骤 ③80%
（2）生成中间体反应的活化能小，反应快；CO中间体能量低，稳定，利于生成(或反应放热，利于中间体的生成)
（3）由于CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s) ΔH<0，温度升高，K减小，K＝，温度升高平衡体系中c(CO2)增大
7．（1）①－285.2
②SO2与O3反应的活化能比NO与O3反应的活化能大得多，其他条件不变时SO2与O3的反应速率慢
（2）①4NO＋3ClO2－＋2H2O===4NO3－＋4H＋＋3Cl－
②SO2能溶于水，反应生成H2SO3使溶液pH降低，ORP值增大，氧化能力增强， NO去除率升高
（3）①催化剂在紫外线的作用下，将电子激发到CB端，而在VB端留下空位，氧气在CB端得电子生成·O2－，·O2－结合H2O生成H2O2，H2O2在CB端生成·OH；H2O和OH－进入VB端的空位生成·OH
②掺杂金属离子引起电子跃迁的能量小于3.2 eV。第一步
根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步
计算各气体组分的物质的量分数或体积分数
第三步
根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压
强×该气体的体积分数(或物质的量分数)
第四步
根据平衡常数计算公式代入计算
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10－5