熱點強化19化學反應速率和化學平衡簡答題

點精講

文字描述代表一種開放性思維與能力，一般從速率問題、平衡(轉化率)問題、安全問題、節

能減排等角度作答(考查前兩個角度居多)，實際上就是效益最大化的問題。

1.條件選擇類

(1)實驗最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產，即主要是從反應速率與轉

化率(化學平衡)兩個角度來分析。“快”就是提高反應速率，“好”就是提高轉化率，原料

利用率高，而影響速率與轉化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強與催化劑，其中溫度與壓

強是試題中經常考查的因素。

(2)從速率、轉化率、產率、純度等角度分析，選擇最佳條件。如針對反應速率時，思考方向

為如何提高浸出速率、如何提高反應速率等；針對平衡轉化率、產率時，可運用平衡移動原

理解釋(其他條件不變的情況下，改變XX條件，可逆反應平衡向XX方向移動，導致XX發

生變化)；針對綜合生產效益時，可從原料成本，原料來源是否廣泛、是否可再生，能源成本,

對設備的要求，環境保護，綠色化學等方面作答。

(3)選擇當前條件的優勢，其他條件的不足，往往不足的描述比較容易疏忽，如溫度過高或過

低，壓強過小或過大，也要進行分析。

2.原因分析類

(1)依據化學反應速率和平衡移動原理，分析造成圖像曲線變化的原因。

(2)催化劑對反應的影響、不同反應的選擇性問題是這類題目的難點，解題時要多加關注，不

同的條件會有不同的選擇性。

(3)這類題目一般都是多因素影響，需要多角度分析原因。

■1熱點專練

題組一曲線上特殊點的分析

1.用(NH4)2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)+H20(l)+CO2(g)2NH4HC03(aq)o為研究溫

度對(NH4)2CO3捕獲C02效率的影響，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一

定量的CCh氣體，保持其他初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經過相同時間測得CCh

氣體濃度，得到趨勢圖：

(I)C點的逆反應速率和d點的正反應速率的大小關系為V迎(C)(填”或

“V”)v?(d)o

(2)b、c、d三點的平衡常數Kb、稱、Kd從大到小的順序為。

⑶八?。溫度區間，容器內CO2氣體濃度呈現增大的變化趨勢，其原因是

答案(1)<(2)Kb>K?>Kd(3)兀?。溫度區間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱

反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，不利于CCh的捕獲

解析(1)溫度越高，反應速率越快，d點溫度高，則C點的逆反應速率和d點的正反應速率

的大小關系為。巡(C)V。正(d)。(2)根據圖像，溫度為A時反應達平稹亍，此后溫度升高，c(CO2)

增大，平衡逆向移動，說明正反應是放熱反應。升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，

故κb>κc>κd),

2.[2020?天津，16(4)]用H2還原CCh可以在一定條件下合成CH3OH(不考慮副反應)：CO2(g)

+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)Δ∕∕<0

恒壓下，CO2和H2的起始物質的量之比為1：3時，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產率

和有分子篩膜時甲醇的產率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2Oo

45△有分子篩膜

*?無分子篩膜

、

鼎

也25

?

≡-

5

200220240溫度/安

①甲醇平衡產率隨溫度升高而降低的原因為

②P點甲醇產率高于T點的原因為____________________________________________

___________________________________________________________________________O

③根據上圖，在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為

答案①該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動(或平衡常數減小)②分子篩膜從反

應體系中不斷分離出HzO,有利于反應正向進行，甲醇產率升高③210

解析①圖中有分子篩膜時，P點甲醇產率最大，達到平衡狀態，尸點后甲醇的產率降低，

其原因是合成甲醇的反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇產率降低。②尸點有

分子篩膜，T點無分子篩膜，而分子篩膜能選擇性分離出H2O,使平衡正向移動，提高甲醇

的產率。③由圖可知，當有分子篩膜，溫度為210℃時，甲醇產率最大，故該分子篩膜的最

佳反應溫度為210°C。

3.[202。山東，18(3)]探究CFhOH合成反應化學平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產

率。以CO2、H2為原料合成CHQH涉及的主要反應如下:

I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

△H\=_kJ?moΓ1

II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

XHI=-kJ-mol

IIl.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)Δ∕∕3

不同壓強下，按照n(CO2):n(H2)=l:3投料，實驗測定Co2的平衡轉化率和CH3OH的平衡

產率隨溫度的變化關系如下圖所示。

〃(Co2)初始一〃(CC)2)平衡

已知：CO2的平衡轉化率=×100%

〃(Co2)初始

〃(CH3。H)平衡

CH3OH的平衡產率=×100%

∕ι(CO2)初始

其中縱坐標表示C02平衡轉化率的是圖________(填“甲”或"乙”)；壓強Pl、P2、P3由大

到小的順序為;圖乙中心溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是

答案乙P∣>P2>P3Ty時以反應HI為主，反應III前后氣體分子數相等，壓強改變對平衡

沒有影響

解析由反應I、∏可知，隨著溫度的升高，甲醇的平衡產率逐漸降低，因此圖甲的縱坐標

表示的是甲醇的平衡產率，圖乙的縱坐標表示的是CO2的平衡轉化率。同溫度下，隨著壓強

的增大，甲醇的平衡產率應增大，因此壓強由大到小的順序為P∣>P2>P30圖乙中，當升溫

到T］時，Co2的平衡轉化率與壓強的大小無關，說明以反應川為主，因為反應IH前后氣體分

子數相等。

■思維模型

(1)對于化學反應"zA(g)+〃B(g)pC(g)+qD(g),M點前，表示從反應物開始，v^>υ??;M

點為剛達到平衡點(如圖)；M點后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或

C的百分含量減少，平衡左移，故A"<0°

A%∣C%fM

OTOT

A%

Y

(V---------P

(2)對于化學反應〃?A(g)+〃B(g)pC(g)+qD(g),L線上所有的點都是平衡點(如圖)。L線的

左上方(如E點)，A的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量，所以，E點：Vs>vs；

則L線的右下方(如F點)：Vi<vi.,

題組二曲線變化趨勢的分析

4.乙烯氣相水合反應的熱化學方程式為C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)XH=-45.5kJ.

moll,如圖是乙烯氣相水合法制乙爵中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系［其中

∕1(H2O)：W(C2H4)=1：IJo圖中壓強⑺、P2、P3、°4)的大小順序為，理由是

W

3()

聊20

邀

洋

≡1()

7

20025030035077(C

答案P4>P3>P2>P∣該反應正向是氣體分子數減小的反應，相同溫度下，壓強升高乙烯轉化

率升高

5.汽車使用乙醇汽油并不能減少NO工的排放，某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5

催化，測得NO轉化為N2的轉化率隨溫度變化情況如圖所示。

No轉

化

為

N2

的

轉

化

率

\

%

。無Co時NO直接分解為N2的產率

▲C0剩余的百分率

。嘿IT條件下，NO還原為Nz的轉化率

九(Co)

⑴在牒J=I條件下，最佳溫度應控制在_____左右。

(2)若不使用CO,溫度超過775K,發現NO的分解率降低，其可能的原因為

⑶用平衡移動原理解釋為什么加入CO后NO轉化為N2的轉化率增大：

答案(l)870K(860?880K范圍內都可以)

(2)該反應放熱，升高溫度，反應向逆反應方向進行

(3)加入的CO會與NO的分解產物02發生反應，促進NO分解平衡向生成N2的方向移動，

導致NO的轉化率增大

6.下圖是在一定時間內，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知

工業使用的最佳催化劑為,相應溫度為；使用Mn作催化劑時，脫氮率在

b?a段呈現如圖變化的可能原因是________________________________________________

?

6j

54(D①Mn

)②Cr

3(,

t

2M(/

?

J

IOO200300400500溫度/七

答案Mn200℃b?a段，開始溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應速率較慢，反應還

沒達到化學平衡，隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫

氮率逐漸增大

N

7.丙烯盾)是一種重要的化工原料，廣泛應用在合成纖維、合成橡膠及合成樹脂等

()

?A?

工業生產中。以3-羥基丙酸乙酯［H()O(g)］為原料合成丙烯月青,主要反應過程如下:

反應：

IHO(g)+H2O(g)AHi

N

OH

反應∏:(g)+HO(g)+?/(g)?H

(g)+NH3(g)22

O

Jzx

在盛有催化劑Tio2、壓強為20OkPa的恒壓密閉容器中按體積比2：15充入H。O(g)

和NHKg)發生反應，通過實驗測得平衡體系中含碳物質(乙醇除外)的物質的量分數隨溫度的

變化如圖所示。

㈣

8()

7()

60

50

40

30

2()

1()∣

0(

15020030()350

溫度∕cc

O

u?

隨著溫度的升高，。（g）的平衡物質的量分數先增大后減小的原因為

N點對應反應H的平衡常數KA=。代表物質的量分數）。

O

?

答案溫度較低時，反應I進行的程度大,。（g）的物質的量分數增大；溫度較高時

O

/?3

反應∏進行的程度增大,（）（g）的物質的量分數減小?

NN

解析根據圖像可知，溫度較低時，?/（g）的物質的量分數很小，隨溫度升高?y"（g）

O

√?

的物質的量分數增大,。（g）是反應I的生成物、反應∏的反應物，故隨著溫度的升

O

/

高，。（g）的平衡物質的量分數先增大后減小的原因為溫度較低時，反應I進行的程

OO

??

度大，（）（g）的物質的量分數增大；溫度較高時反應∏進行的程度增大，()(g)

（）O

,?

的物質的量分數減小。N點時，HO。（g）的物質的量分數為O,HO<O(g)

OO

NN

Oz^'（g）和J"（g）的物質的量分數相等，即（）∕'（g）和"（g）

完全消耗,

物質的量相等，設起始H()O(g)、NH3(g)物質的量依次為2mol、15mol,平衡時

O

VXN,J?

、/(g)物質的量為XmOL反應I生成的()(g)和H2O(g)的物質的量均為2mol,

O

?A∕?、/OH

則反應∏消耗的()(g)和NH3(g)、生成的H2O(g)和、/(g)物質的量都為Xmo1,

O

XA???'H

則2—X=X,解得x=l,平衡時。(g)、NH3(g)s7(g)、H2O(g),7(g)

物質的量依次為ImO1、14mol、ImO1、3mol?Imol,氣體總物質的量為20mol,物質的量

1141312020203

分數依次為右、布、布、方、ττ7,N點對應反應∏的平衡常數Kl=-；---77—=?λo

ZUZUZAJZUZUI.ZIH-ZOU

2δ×2δ

8.汽車尾氣是霧霾形成的原因之一，研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采

用氧化還原法脫硝：4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)?≡4N2(g)+6H2O(g)?∕∕<0o根據下圖判

斷提高脫硝效率的最佳條件是;

氨氮物質的量之比一定時，在400℃時，脫硝效率最大，其可能的原因是

氨氮物質的量之比

答案氨氮物質的量之比為1,溫度為400℃在400°C時，催化劑的活性最好，催化效率

最高，同時400℃溫度較高，反應速率快

9.一種新型煤氣化燃燒集成制氫發生的主要反應如下：

I.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔWι

II.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)?H2

III.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(S)Mi3

1

MC⑸+2H2O(g)+CaO(s)CaCO,√s)+2H2(g)Δ∕∕4=-kJ?mof

副反應：

V.C(s)+2H2(g)CH4(g)

△H、=—kJ?moΓl

VI.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)

Δ?—-kJmol

回答下列問題：

⑴已知反應I、∏的平衡常數&、氏隨溫度的變化如圖1、圖2所示。

①由反應V和反應VI可知，kH?=；反應I的AS(填或“<”)0。

②溫度小于800℃時,K=0,原因是S

③為提高反應II中CO的轉化率，可采取的措施是

____________________________________________________________________(寫一條)。

④T°C時，向密閉容器中充入ImOlCO(g)和3molH2O(g),只發生反應II,此時該反應的平

衡常數K2=l,CO的平衡轉化率為。

(2)從環境保護角度分析，該制氫工藝中設計反應HI的優點是o

(3)起始時在氣化爐中加入1molC、2molH2O及1molCa0,在MPa下，氣體的組成與溫度

的關系如圖3所示。

OZ4

(8M

OZ

6.O

L6