大单元四　第十章　第45讲　图表探究-反应变化与规律的综合分析

第十章

第45讲汇报人：化学

大一轮复习图表探究——反应变化与规律的综合分析复习目标1.熟悉探究、反应变化与规律综合题的考查特点。2.通过研做近年高考真题，建立解答原理分析型综合题的思维路径。3.能从速率、平衡不同视角，规范使用化学语言解答工业生产的相关问题。内容索引壹类型一与反应速率相关的曲线变化趋势分析贰类型二平衡移动类图像的分析叁课时精练类型一壹与反应速率相关的曲线变化趋势分析[模型构建]分段解读，提取图表中有效信息(举例分析如下)(1)缓慢上升阶段(AB段)：温度升高，反应速率加快。由于温度较低，催化剂活性低，故转化率较低。(2)迅速上升阶段(BC段)：温度升高，反应速率加快；温度升高，催化剂活性增大。两者共同导致速率加快。(4)下降阶段(DE段)：温度升高，反应速率加快，但温度过高，以副反应导致的转化率下降为主，催化剂失活(气体难以吸附、催化剂受热分解)，共同导致转化率降低；也可能是反应放热，平衡逆向移动，若变化明显下降，一般考虑催化剂活性降低或副反应占主导地位。(3)上升平缓或平台阶段(CD段)：温度升高，反应速率加快；由于催化剂基本已达到最大活性，对速率影响较小。可能由于温度较高发生副反应，与速率加快导致的转化率升高抵消；也可能反应趋于平衡状态或达到平衡状态。提升关键能力1.[2023·江苏，14(2)]V2O5⁃WO3/TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g)===4N2(g)+6H2O(g)

ΔH=-1632.4kJ·mol-1。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2)气体匀速通过装有V2O5⁃WO3/TiO2催化剂的反应器，测得NO的转化率随温度的变化如图所示。反应温度在320~360℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是_________________________________________________________________________________________；

反应温度高于380℃，NO转化率下降，除因为进入反应器的NO被还原

该温度范围内，催化剂活性变化不大，且有生成NO的副反应发生，消耗的NO与生成的NO相抵消的量减少外，还有___________________________________________(用化学方程式表示)。4NH3+5O24NO+6H2O、N2+O22NO反应温度高于380℃，NO转化率下降，有可能体系产生了NO，如4NH3+5O24NO+6H2O、N2+O22NO等。2.[2024·江苏，17(2)②(3)①](1)一定条件下，将氮气和氢气按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合匀速通入合成塔，发生反应N2+3H2

2NH3。海绵状的α⁃Fe作催化剂，多孔Al2O3作为α⁃Fe的“骨架”和气体吸附剂。Al2O3含量与α⁃Fe表面积、出口处氨含量关系如图所示。Al2O3含量大于2%，出口处氨含量下降的原因是___________________________________________________________________________________________________________。

多孔Al2O3可作为气体吸附剂，含量过多会吸附生成的NH3，且Al2O3含量大于2%时，α⁃Fe表面积减小，催化效率降低

NaHCO3受热分解且温度升高不利于H2溶解3.H2O2在催化剂α⁃FeOOH的表面上，分解产生·OH，·OH较H2O2和O2更易与烟气中的NO、SO2发生反应。当H2O2浓度一定时，NO的脱除效率与温度的关系如图所示。升温至80℃以上，大量汽化的H2O2能使NO的脱除效率显著提高的原因是_______________________________________________________________________，

温度高于180℃，NO的脱除效率降低的原因是____________________________________________________。

H2O2与催化剂的接触更好，产生更多的·OH，·OH浓度增大，与NO混合更充分后，H2O2分解成O2和H2O，NO的脱除效率下降180℃以4.在一定条件下，CO可以去除烟气中的SO2，其反应原理为2CO+SO22CO2+S。其他条件相同，以比表面积大的γ⁃Al2O3作为催化剂，研究表明，γ⁃Al2O3在240℃以上发挥催化作用。反应相同的时间，SO2去除率随反应温度的变化如图所示。240℃之前，随着温度的升高，SO2去除率降低的原因是_______________________________________________________。

240℃之后，随着温度的升高，SO2去除率迅速增大的主要原因是________________________________________________________________________________。SO2被催化剂吸附，温度升高，吸附能力减弱240℃之前，240℃之后，SO2在催化剂作用下被CO还原，温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快返回贰平衡移动类图像的分析[典例]反应1：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1=-49.5kJ·mol-1反应2：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41.2kJ·mol-1分别在3MPa、5MPa下，将n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3的混合气体置于密

(1)CO2转化率下降阶段：温度升高，反应2为吸热反应，正向进行程度增大，二氧化碳平衡转化率升高；反应1为放热反应，正向进行程度减小，二氧化碳平衡转化率降低，其中后者占主导因素。(2)CO2转化率上升阶段：温度升高，反应2为吸热反应，正向进行程度增大，二氧化碳平衡转化率升高；反应1为放热反应，正向进行程度减小，二氧化碳平衡转化率降低，其中前者占主导因素。(3)不同压强下CH3OH或CO选择性曲线判断：一定温度下，在投料比相同时，高压有利于反应1正向进行，所以5MPa下的CH3OH选择性始终高于3MPa下的；CO则相反。(4)不同压强下CO2转化率曲线判断：在投料比、温度相同情况下，高压有利于反应1正向进行，所以5MPa下的CO2转化率更高。(5)高温下CO2转化率重合解释：高温下，反应1几乎未进行，CO2转化率完全由反应2提供，反应2受压强影响较小，故同温、同投料比下，CO2转化率相同。“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应的化学方程式为_______________________________________；载人航天器内，常用LiOH固体而很少用KOH固体吸收空气中的CO2，其原因是_________________________________________。

提升关键能力1.(2023·江苏，17)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。(1)燃煤烟气中CO2的捕集可通过如下所示的物质转化实现。KHCO3+Ca(OH)2===CaCO3+KOH+H2O相同质量的LiOH固体可吸收更多二氧化碳由图可知“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应生成碳酸钙用于煅烧产生二氧化碳，产物KOH可回收利用，故化学方程式为KHCO3+Ca(OH)2===CaCO3+KOH+H2O。①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)与温度的关系如图甲所示，反应Ⅰ的ΔH

(填“=0”“>0”或“<0”)。

<0由图甲可知升高温度反应Ⅰ的lgK减小，说明温度升高平衡逆向移动，故正反应为放热反应，其ΔH<0。②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外，还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]和尿素转化为氰酸铵(NH4OCN)等副反应。尿素生产中实际投入NH3和CO2的物质的量之比为n(NH3)∶

n(CO2)=4∶1，其实际投料比值远大于理论值的原因是________________________________________________________________________。

适当抑制副反应的发生，氨气与二氧化碳的投料比越大，二氧化碳转化率越高(3)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图乙所示。

H2当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳未得电子，为H2O放电生成氢气。

6H2O===CH4↑+9OH-

③当电解电压为U3V时，电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为_________________________________________________________________________________

每生成1mol_________________________________(写出计算过程)。

2.[2021·江苏，18(2)②]CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为反应Ⅰ：CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)

ΔH=+246.5kJ·mol-1反应Ⅱ：H2(g)+CO2(g)===CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41.2kJ·mol-1反应Ⅲ：2CO(g)===CO2(g)+C(s)

ΔH=-172.5kJ·mol-11.01×105Pa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CH4和CO2的平衡转化率如图所示。800℃下CO2平衡转化率远大于600℃下CO2平衡转化率，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH>0，高温下反应的平衡常数大(反应正向进行程度大)，CO2的消耗量大，反应Ⅲ的ΔH<0，高温下反应的平衡常数小(反应正向进行程度小)，CO2的生成量小3.(2025·无锡高三模拟)乙醇用途广泛且需求量大，寻求制备乙醇的新方法是研究的热点。醋酸甲酯催化加氢制备乙醇涉及的主要反应如下：反应Ⅰ：CH3COOCH3(g)+2H2(g)C2H5OH(g)+CH3OH(g)

ΔH=-23.6kJ·mol-1反应Ⅱ：2CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3COOC2H5(g)+2CH3OH(g)ΔH=-22.6kJ·mol-1反应Ⅲ：CH3COOCH3(g)+H2(g)CH3CHO(g)+CH3OH(g)

ΔH=+44.2kJ·mol-1

(1)若n起始(CH3COOCH3)=1mol，则500K下反应达到平衡时生成C2H5OH的物质的量为

mol。

(2)673~723K时，CH3COOCH3的平衡转化率几乎不变，其原因是________________

0.81_______________________________________________________________________________________________________。反应Ⅱ中CH3COOCH3的平衡转化率下降，反应Ⅲ中CH3COOCH3的平衡转化率上升，且上升幅度与下降幅度相当温度升高，反应Ⅰ、4.(2024·苏州模拟)开发CO2催化加氢合成二甲醚技术是有效利用CO2资源，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。CO2催化加氢直接合成二甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

ΔH=-122.54kJ·mol-1副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41.2kJ·mol-1

(1)图1中，温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

温度高于290℃，随着温度升高，CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)平衡向右移动的程度大于2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)平衡向左移动的程度，使CO2的平衡转化率上升(2)图2中，在240~300℃范围内，相同温度下，二甲醚的实际选择性高于其平衡选择性，从化学反应速率的角度解释原因：___________________________________________________________________________________________________________________________________。

CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应活化能较低，而副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)活化能较高，所以二甲醚的实际选择性高于其平衡选择性返回KESHIJINGLIAN叁课时精练答案123456781.反应放热，在绝热容器中反应使温度升高，v正增加，b点后，温度上升已不明显，反应物浓度降低，导致v正减小2.

答案123456783.(1)32%

75%(2)①反应Ⅱ的ΔH>0，反应Ⅰ的ΔH<0，温度升高，使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度②增大压强、使用对反应Ⅰ、Ⅲ催化剂活性更高的催化剂答案123456784.(1)①低于80℃时，反应速率慢；高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度，平衡逆向移动，转化率降低②HCHO+CH3OHHCOOCH3+H2(2)当CO2浓度较小时，CO2的配比越高，则乙苯平衡转化率越高；当CO2浓度较大时，在催化剂表面吸附率过高，则会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，使乙苯平衡转化率随着c(CO2)增大而减小答案123456785.(1)反应Ⅰ正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，导致温度升高甲醇的选择性降低(2)选用p⁃ZnO催化剂使反应Ⅰ速率快，在相同时间内生成的甲醇多答案123456786.(1)液时空速过大，原料在催化精馏塔中停留时间短，导致反应不充分(2)大量冷凝液流回精馏塔内，使DMC无法及时移出反应体系，从而抑制DMC合成反应的正向进行(3)将生成的副产物NH3与CO2反应合成尿素，进行循环利用答案123456787.(1)CH3ONa更容易与水反应生成难电离的CH3OH，使c(CH3O-)减小(2)水、甲醇对催化剂活性位点形成竞争吸附，参与催化反应的甲醇减少(3)①氧气和二甲醚反应放热，促进途径Ⅱ反应正向进行，提高H2产率②C③

(4)有利于实现碳中和，可用作储氢材料答案123456788.(1)①H2(g)的燃烧热②(2)①部分CH3COOCH3发生了其他不产生C2H5OH和CH3COOC2H5的反应②温度升高与催化剂活性增大共同导致反应Ⅰ、Ⅱ的速率加快③温度过高，可能导致有机物转化为积碳，积碳覆盖在催化剂表面；Cu2O被还原为Cu，改变了Cu2O与Cu的比例，导致催化剂活性降低1.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡，正反应速率(v正)随时间变化如图所示。正反应速率先增大后减小的原因是_____________________________________________________________________________________________________。

12345678答案

反应放热，在绝热容器中反应使温度升高，v正增加，b点后，温度上升已不明显，反应物浓度降低，导致v正减小2.(2024·苏锡常镇四市一模)燃煤产生的烟气中含NO、SO2、粉尘等，经过SCR脱硝除去NO，粉尘经沉降得到粉煤灰。粉煤灰成分研究粉煤灰可用于水泥工业，粉煤灰中的氨含量(NH3或铵盐)会影响水泥的性能。12345678答案相同烟气所得脱硝粉煤灰(经过SCR脱硝后获得)与未脱硝粉煤灰(直接沉降获得)加水溶解后，所得浆液pH随时间的变化如图所示。脱硝粉煤灰pH始终比未脱硝粉煤灰低的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________。

SCR脱硝过程中部分SO2被氧化为

3.(2024·海安期末)CO2的资源化利用技术是世界各国研究的热点。CO2与H2合成二甲醚(CH3OCH3)。该工艺主要涉及三个反应：反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49.01kJ·mol-1反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)

ΔH=+41.17kJ·mol-1反应Ⅲ：2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH=-24.52kJ·mol-112345678答案12345678答案成分COCO2CH3OCH3浓度/(mol·L-1)8×10-30.173×10-2则CO2的平衡转化率α=

，平衡时CO2转化为CH3OCH3的选择性=

(选择性是指生成指定物质消耗的CO2占CO2消耗总量的百分比)。

32%75%(1)一定温度下，向1L恒容密闭容器中加入0.25molCO2和1.0molH2发生上述3个反应，达到平衡时测得部分物质的浓度如下表所示：12345678答案

12345678答案

________________________________________________________________________________________________________________________。

②不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有

。

反应Ⅱ的ΔH>0，反应Ⅰ的ΔH<0，温度升高，使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度增大压强、使用对反应Ⅰ、Ⅲ催化剂活性更高的催化剂12345678答案要提高CH3OCH3的选择性，就要抑制反应Ⅱ、促进反应Ⅰ、Ⅲ，可以增大压强、使用对反应Ⅰ、Ⅲ催化活性更高的催化剂等。际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是_________________________________________________________________________________________________________________。

4.(1)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，反应为CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)

ΔH=-29.1kJ·mol-1。12345678答案①科研人员对该反应进行了研究，在一定压强时，温度对反应速率的影响如图1所示。实

低于80℃时，反应速率慢；高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度，平衡逆向移动，转化率降低②反应过程发生副反应：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)。该反应的机理分两步完成，可以用图2表示。写出第二步反应的化学方程式：

。

12345678答案HCHO+CH3OHHCOOCH3+H212345678答案由图示可知，X为甲醇脱去一分子H2后的产物，即X为HCHO，则第二步反应为HCHO和CH3OH反应生成HCOOCH3和H2，反应的化学方程式为HCHO+CH3OHHCOOCH3+H2。(2)CO2气氛下乙苯催化脱氢制苯乙烯的反应为+CO2(g)+CO(g)+H2O(g)。原料在催化剂表面充分吸附进行反应。现保持原料中乙苯浓度不变，增加CO2浓度，乙苯平衡转化率与CO2浓度的关系12345678答案如图3所示，请解释乙苯平衡转化率随着CO2浓度变化的原因：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

度较小时，CO2的配比越高，则乙苯平衡转化率越高；当CO2浓度较大时，在催化剂表面吸附率过高，则会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，使乙苯平衡转化率随着c(CO2)增大而减小当CO2浓5.(2024·南京金陵中学模拟)ZnO有棒状ZnO(r⁃ZnO)、片状ZnO(p⁃ZnO)两种，均可用作CO2选择性加氢转化为CH3OH的催化剂。在ZnO催化剂存在下，将CO2与H2混合，同时发生以下两个反应：反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1=-53.7kJ·mol-1反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41.2kJ·mol-112345678答案控制一定的CO2和H2初始投料比，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据(其中“甲醇选择性”是指转化的CO2中生成甲醇的百分比)。已知：p⁃ZnO表面合成CH3OH的生成活化能Ea=32kJ·mol-1，r⁃ZnO表面合成CH3OH的生成活化能Ea=54kJ·mol-1。12345678答案(1)在280~320℃范围内，相同催化剂条件下，随温度升高，CH3OH与CO的产率均提高，而甲醇的选择性降低的可能原因是__________________________________________________________________________。

(2)在280~320℃范围内，比较图a和图b两种ZnO催化剂催化CO2加氢性能，说明在CO2加氢合成甲醇时优先选用p⁃ZnO催化剂的原因：___________________________________________________________。

12345678答案

反应Ⅰ正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，导致温度升高甲醇的选择性降低

选用p⁃ZnO催化剂使反应Ⅰ速率快，在相同时间内生成的甲醇多6.(2024·常州市教育学会学业水平监测)以尿素、甲醇和1，2⁃丙二醇(PG)为原料在催化精馏塔中可经“一锅法”制得碳酸二甲酯(DMC)。以Ca⁃Zn⁃Al氧化物为催化剂，先进行尿素与PG的醇解合成碳酸丙烯酯(PC)的反应，同时生成副产物NH3；在不经产物分离和更换催化剂的情况下引入甲醇，再进行PC和甲醇的酯交换合成DMC的反应。已知：液时空速是指每小时通过单位体积固体催化剂的液相反应物的体积；回流比是指从精馏塔顶部返回的冷凝液流量与从顶部逸出的气态产品流量之比；产品收率=原料转化率×目标产物的选择性。12345678答案(1)PC合成。其他条件相同时，尿素与PG混合进料的液时空速对PC收率影响的关系如图1所示。液时空速大于0.6h-1后，PC收率下降的原因是______________________________________________________________。

12345678答案图1

液时空速过大，原料在催化精馏塔中停留时间短，导致反应不充分(2)DMC合成。其他条件相同时，回流比对DMC收率影响关系如图2所示。回流比大于9时，DMC收率下降的原因是______________________________________________________________________________________。12345678答案图2

大量冷凝液流回精馏塔内，使DMC无法及时移出反应体系，从而抑制DMC合成反应的正向进行(3)请从原子经济性的角度对上述“一锅法”提出合理的优化建议：____________________________________________________。

将生成的副产物NH3与CO2反应合成尿素，进行循环利用7.(2024·南通模拟)发展二甲醚(CH3OCH3)的生产和使用技术具有重要意义。(1)工业上利用反应CH3O-Na++CH3I→CH3OCH3+NaI合成二甲醚。该反应需要在无水条件下进行的原因是___________________________________________________________。

12345678答案CH3ONa更容易与水反应生成难电离的CH3OH，使c(CH3O-)减小(2)一种利用合成气两步制备二甲醚的过程可表示为COCH3OHCH3OCH3。Al2O3催化CH3OH形成二甲醚的过程可表示为12345678答案控制起始温度为250℃，以固定流速向装有催化剂的反应器中分别通入纯甲醇和[m(CH3OH)∶m(H2O)]=4∶1的甲醇水溶液，得到甲醇转化率，反应器温度随通入液体时长的关系如图112345678答案所示。通入甲醇水溶液的反应器中，甲醇转化率逐渐降低的原因是

。水、甲醇对催化剂活性位点形成竞争吸附，参与催化反应的甲醇减少(3)利用二甲醚可通过以下途径制取氢气。途径Ⅰ：2CH3OCH3(g)+3O2(g)===4CO2(g)+6H2(g)

ΔH=-25kJ·mol-1途径Ⅱ：CH3OCH3(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g)

ΔH=+135kJ·mol-1①“自热重整”可看作是途径Ⅰ和途径Ⅱ相结合的一种制氢方法：向二甲醚、水蒸气的混合气中通入少量氧气。通入氧气最主要的目的是

。

12345678答案氧气和二甲醚反应放热，促进途径Ⅱ反应正向进行，提高H2产率②途径Ⅱ中主要包括三个ΔH>0的基本反应：CH3OCH3(g)+H2O(g)===2CH3OH(g)；CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g)；CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)。下列措施一定可以提高单位时间内H2产率的是_____(填字母)。

A.升高温度B.增大反应器中压强C.使用甲醇水解的高效催化剂12345678答案C12345678答案A项，三个基本反应ΔH>0，不同温度下对不同反应影响程度不同，所以升温不一定提高单位时间内H2产率；B项，对于CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g)反应，增大压强会导致平衡逆向移动，不利于生成氢气；C项，使用甲醇水解的高效催化剂，可以降低反应活化能，提高单位时间内H2产率。③在“Cu0/Cu+双位点”催化作用下，CH3OH与水反应的反应路径如图2所示，请画出图中方框内中间体的结构：

。12345678答案中间体是指在反应过程中生成，但又参与后续反应，则中间体的结构为

。(4)从物质转化和资源综合利用角度分析，CH3OCH3的应用价值为

。

12345678答案有利于实现碳中和，可用作储氢材料8.(2024·南京、盐城一模)乙醇是一种清洁的替代能源，催化加氢制备乙醇技术是当前的研究热点。(1)CO2催化加氢制备乙醇的反应为2CO2(g)