平衡图像学案--创新图像

1、化学平衡图像常见考法考法(一)转化率一催化剂一温度图像典例1一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收。反应为2CO(g)+SO2(g)催化剂2CO2(g)+S(l)AH=270kJmol1其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1,Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是:反应温度/七图1图W某科研小组用F/d作催化剂。在38。七时.分别研究了HCO,为1，1.3：1时S(&转化率的变化情况(图2底则图2中表示KCO)=hCSOO=3=1的变化曲线为,考法(二)转化率一投料比一

2、温度图像典例2将燃煤废气中的CO2转化为甲醴的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)，CH3OCH3(g)+3H2O(g),已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：反应温度500K600K700Kt-KOOKCOOOOOOOOOOC987654321投科比|tx(H2)/(CO2)此反应(境"放热"或"吸热若温度不变，提高投一.料贝IJKW(填“土善大小减，卜”；或“不变，。考法(三)转化率一催化剂图像典例3采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醴(DME)0主反应：2CO(g)+4H2(g)

3、CH3OCH3(g)+H2O(g)副反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+2H2(g)CH30H(g)测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。DME产率从图中可以看出，当""1=2时,n(CvuCO2转化率口13。11转化率DRfE(二甲醛)的产率最高，且反IIIIIL02.03.04.0n(Mn)/n(Cu)应物的转化率最大B.降低温度D.降低压强大欧却安*凝03001005006W700温度/P晨总气)/右烷)图则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为时最有利于二甲84的合成。多角练透1.(2017全国卷n)丁烯是一种重要的化工

4、原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：C4Hi0(g)=C4H8(g)+H2(g)Hi=+123kJmol.1H2(g)+O2(g)=H2O(g)刖3=-242kJmol图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x0.1(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C.增大压强1.1已知：C4H10(g)+'O2(g)=C4H8(g)+H2O(g)ZH2=-119kJmol(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

5、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。反应温度/C图©(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煌类化合物。丁烯产率在590C之前随温度升高而增大的原因可能是、;590C之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是3.氮和碳的化合物与人类生产、生活密切相关。(1)在压弓虽为0.1MPa条件下，将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH30H(g)AH<0。下列有关叙述能说明该反应达到平衡状态的是(填字母)。a

6、.混合气体的密度不再变化b. CO和H2的物质的量之比不再变化c. v正(H2)=v逆(CH3OH)d. CO在混合气体中的质量分数保持不变TiC时，在一个容积为5L的恒压容器中充入1molCO、2molH2,经过5min达到平衡,CO的转化率为0.75,则TiC时，CO(g)+2H2(g)T1C时，在容积为5L的恒容容器中充入一定量的CH30H(g)的平衡常数K=。H2和CO,反应达到平衡时CH30H的体积分数与n的关系如图甲所示。温度不变,当的体积分数可能是图像中的点。n12巧时,达到平衡状态,ch30H转化率2百分含量/%0151015202530n(H2)/a(CO)p/MPaNC的平

7、衡转化率与IK强、温度的关系102030405060t/s(2)用催化转化装置净化汽车尾气，涉及的反应之一为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2COz(g)。探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图乙所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是测试某型号汽车在冷启动(冷启动指发动机水温低的情况下启动)时催化装置内CO和NO百分含量随时间变化曲线如图丙所示。则前10s内，CO和NO百分含量无明显变化的原因命题热点强化练1 .烟气(主要污染物SO2、NOx)经03预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO?、NO（g）+O3（g）=N

8、O2（g）+O2（g）1NO（g）+2O2（g）=NO2（g）SO2（g）+O3（g）=SO3（g）+O2（g）（1）反应3NO（g）+O3（g）=3NO2（g）的NOx的主要反应的热化学方程式为-1AH=-200.9kJmol一一,1AH=-58.2kJmol1AH=-241.6kJmol，.,一1AH=kJmol。(2)室温下，固定进入反应器的NO、SO2的物质的量，改变加入O3的物质的量，反应一段5001500i0.3330.6671.0M时间后体系中n(NO)、n(NO2)和n(SO2)随反应前n(O3)：n(NO)的变化见下图。八。3卜晨NO)当n(O3)：n(NO)>1时，反

9、应后NO2的物质的量减少，其原因。增加n(O3),O3氧化SO2的反应几乎不受影响，其可能原因是。(3)当用CaSO3水悬浮液吸收经O3预处理的烟气时，清液(pH约为8)中SO3一将NO2转化为NO2,其离子方程式为。2 .磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaS042H2。(1)CaSO42H2O脱水反应相关的热化学方程式如下：八-一1-3_,ccCII,-1CaSO42H2O(s)=CaSO42H2O(s)+2H2O(g)AH1=+83.2kJmol_.o-.一1CaSO42H2O(s)=CaSO4(s)+2H2O(l)刖2=+26kJmol1H2O(g)=H2O(l)AH3=

10、-44kJmol11,.1则反应CaS042H2O(s)=CaSO4(s)+2H2O(g)的AHd=kJmol。(2)用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800c时主要还原产物为；高于800c时CaS减少的原因是(用化学方程式表示)。底新蓄运芯替逐名二/m£以高硫煤为还原剂焙烧2.5h,不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作用是;当温度高于1200C时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是50_E%£aQ

11、存在亲I。无相门之春左蹲oQO00987£201570100：90W50.50.60.70H0.91.01.1C/8值80。90010001100耕烧温度/C图260图3以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)VL上1HlI，&IIJ温值/p油度对。土平衡转化率及甲酚和CO产率的膨响050503221122谢*蜀不的混合物在1100C加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是(3)CO2和大在催化剂Cu/ZnO作用下可发

12、生两个平行反应，分别生成CH30H和CO。反应A:CO2(g)+3H2(g)CH30H(g)+H2O(g)反应B：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)控制CO2和H2初始投料比为1：3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图2所示。由图2可知温度升高CO的产率上升，其主要原因可能是。由图2可知获取CH30H最适宜的温度是。下列措施有利于提高CO2转化为CH30H的平衡转化率的有(填字母)。A,使用催化剂B.增大体系压强C.增大CO2和出的初始投料比D.投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度4 .钻及其化合物在催化剂、电池、颜料与染料等领域有广泛应用。(1)CoO是一

13、种油漆添加剂，可通过反应、制备。2Co(s)+O2(g)=2CoO(s)AH1=akJmol1CoCO3(s)=CoO(s)+CO2(g)AH2=bkJmol1则反应2Co(s)+O2(g)+2CO2(g)=2CoCO3(s)的AH=。(2)某含钻催化剂可同时催化去除柴油车尾气中的碳烟(C)和NOx。不同温度下，将模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据如图所示。模拟尾气气体(10mol)碳烟(amol)NOO2He物质的量分数0.25%5%94.75%一O.EUMg0.:0,1口1m-KJro育事省却敢冷鹿>380C时，测

14、得排出的气体中含0.45molO2和0.0525molCO2,则丫的化学式为实验过程中采用NO模才NOx而不采用NO2的原因是。5 .甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛，某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。1已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)AHi=-890.3kJmol1C2H2(g)+2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)AH2=-1299.6kJmol2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)AH3=-571.6kJmol则甲烷气相裂解反应：2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的AH=。(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，

15、几种气体平衡时分压(Pa)与温度(C)的关系如图所示度5431135-一TiC时，向2L恒容密闭容器中充入0.3molCH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时，测得c(C2H4)=c(CH4)。该反应达到平衡时，CH4的转化率为。对上述平衡状态，若改变温度至T2C,经10s后再次达到平衡，c(CH4)=2c(C2H4),则10s内C2H4的平均反应速率v(C2H4)=,上述变化过程中T1(填或“V”2,判断理由是。(3)若容器中发生反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g),列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K=(用平衡分压代替

16、平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大，则该条件是(填字母)。A.可能减小了C2H2的浓度B.一定是升高了温度C.可能增大了反应体系的压强D.可能使用了催化剂6 .碳、氮及其化合物是同学们经常能接触到的重要物质，是科学研究的重要对象。(1)H2NCOONH4是工业合成尿素的中间产物，该反应的能量变化如图甲所示。用CO2和氨气合成尿素的热化学方程式为。oO0142催化剂的催化效率乙酸的生成速率oO20110OO1()2NH3(g)+COsts)I-I=_.ICO(NH2)2is)+H2O(l)*-272klmol-1/Ta/+138kJjuol_1一一"上丽eo6而

17、4.反应过程甲(2)合理利用CO2、CH4,抑制温室效应成为科学研究的新热点。一种以二氧化钛表面覆盖Cu2A1204为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸(/HV0)。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率分别如图乙所示。250300C时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是。250c和400c时乙酸的生成速率几乎相等，实际生产中应选择的温度为C。(3)TC时，将等物质的量的NO和CO充入体积为2L的密闭容器中发生反应2NO+2CO2CO2+N2。保持温度和体积不变，反应过程中NO的物质的量随时间的变化如图丙所示。平衡时若保持温度不变，再向容器中充入CO、N2各0.8mol,平衡将(填“向左”“向右”或“不”)移动。图中a、b分别表示在一定温度下，使用相同质量、不同表面积的催化剂时，达到平衡过程中n(NO)的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是(填"a或"b”。)15min时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如图所示的变化，则改变的条件可能是(任答一条即可)。3.“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体，CO2的综合利用是解决温室及能源问题的有效途径。(1)研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成