第22講化學(xué)平衡的移動(dòng)練習(xí)1化學(xué)平衡的移動(dòng)1.(2024·如東、前黃、姜堰三校)以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ/molⅡ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋43.9kJ/mol在密閉容器中，壓強(qiáng)恒為1.0×106Pa，n起始(CO2)＝1mol，n起始(H2)＝4mol，CO2平衡轉(zhuǎn)化率、在催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間所測(cè)得的CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率，隨溫度的變化如圖所示。CH3OH的選擇性可表示為eq\f(n生成CH3OHCO2,n反應(yīng)CO2)×100%。(1)反應(yīng)的最佳溫度為350～400℃(2)反應(yīng)溫度超過550℃時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大的原因是溫度超過550℃時(shí)，反應(yīng)Ⅱ的正向移動(dòng)幅度比反應(yīng)Ⅰ(3)反應(yīng)溫度超過550℃時(shí)，CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率逐漸減小的原因是溫度升高使催化劑的活性不斷降低(4)反應(yīng)溫度在550℃時(shí)，X點(diǎn)CH3OH的選擇性為50%，則平衡時(shí)p(H2O)＝1.36×105Pa(保留三位有效數(shù)字，后面相同)，反應(yīng)Ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝0.161【解析】(1)由圖可知，400℃時(shí)CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率最大，用該催化劑催化CO2反應(yīng)的最佳溫度范圍約為350～400℃。(2)反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率減??；反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)溫度超過550℃時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大的原因是溫度超過550℃時(shí)，反應(yīng)Ⅱ的正向移動(dòng)幅度比反應(yīng)Ⅰ的逆向移動(dòng)幅度大。(3)550℃以后，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，表明溫度升高對(duì)平衡Ⅱ的影響占主導(dǎo)地位，CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，原因是溫度升高使催化劑的活性不斷降低。(4)550℃時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率為60%，消耗的CO2為0.6mol，CH3OH的選擇性為50%，可知生成CH3OH的CO2為0.3mol，則反應(yīng)Ⅰ消耗的CO2和H2分別為0.3mol、0.9mol，生成的CH3OH和水分別為0.3mol、0.3mol；反應(yīng)Ⅱ消耗的CO2和H2分別為0.3mol、0.3mol，生成的CO和H2O分別為0.3mol、0.3mol；平衡時(shí)體系中CO2、H2、CH3OH、CO、H2O分別為0.4mol、2.8mol、0.3mol、0.3mol、0.6mol，總計(jì)為4.4mol，平衡時(shí)p(H2O)＝eq\f(0.6mol,4.4mol)×1.0×106Pa≈1.36×105Pa，反應(yīng)Ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝eq\f(\f(0.6,4.4)×1.0×106Pa×\f(0.3,4.4)×1.0×106Pa,\f(0.4,4.4)×1.0×106Pa×\f(2.8,4.4)×1.0×106Pa)≈0.161。2.(2024·蘇州、海門、淮陰、姜堰中學(xué)四校)石油化工、煤化工等行業(yè)的廢氣中均含有硫化氫，需要將其回收處理并利用。(1)熱分解法：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)ΔH＝＋170kJ/mol。工業(yè)上，通常在等溫、等壓條件下將H2S與Ar的混合氣體通入反應(yīng)器，發(fā)生H2S熱分解反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，若繼續(xù)向反應(yīng)器中通入Ar，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率會(huì)增大(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)氧化法：2H2S(g)＋O2(g)S2(g)＋2H2O(g)已知：2H2S(g)＋3O2(g)=2SO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－1036kJ/mol4H2S(g)＋2SO2(g)=3S2(g)＋4H2O(g)ΔH＝＋94kJ/mol在無催化劑條件下，將H2S與O2混合加熱，探究相同時(shí)間內(nèi)S2(g)產(chǎn)率的影響因素。①用氧化法處理H2S，若生成1molS2(g)，放出熱量為314kJ。②其他條件相同時(shí)，S2產(chǎn)率隨溫度的變化如圖1所示。隨著溫度升高，S2(g)產(chǎn)率先增大后減小，原因是(反應(yīng)未達(dá)到平衡)，升高溫度，S2的生成速率增大，(單位時(shí)間S2的生成量增大)，S2的產(chǎn)率增大；(反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí))升高溫度，平衡正向進(jìn)行程度減小，S2的產(chǎn)率減小。③其他條件相同時(shí)，S2(g)產(chǎn)率隨eq\f(nO2,nH2S)值的變化如圖2所示。eq\f(nO2,nH2S)值過高不利于提高S2(g)產(chǎn)率，可能的原因是O2濃度過高，H2S和O2會(huì)反應(yīng)生成SO2，導(dǎo)致S2產(chǎn)率減小。圖1圖2【解析】(1)等溫等壓條件下通入稀有氣體等效于減壓，平衡右移，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率增大。(2)①根據(jù)蓋斯定律，2H2S(g)＋O2(g)S2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝eq\f(1,3)[(－1036)＋96]kJ/mol＝－314kJ/mol，若生成1molS2(g)，放出熱量為314kJ。②升高溫度，S2的生成速率增大，平衡后升高溫度，平衡左移，S2的產(chǎn)率減小。3.(2023·華羅庚中學(xué))氫氣與苯催化加成制備環(huán)己烷是化工生產(chǎn)中的重要工藝，一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：Ⅰ.主反應(yīng)：(g)＋3H2(g) (g)ΔH1<0Ⅱ.副反應(yīng)：(g)ΔH2>0(1)有利于提高平衡體系中環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)的措施有BC(填字母)。A.適當(dāng)升溫 B.適當(dāng)降溫C.適當(dāng)加壓 D.適當(dāng)減壓(2)反應(yīng)Ⅰ在管式反應(yīng)器中進(jìn)行，實(shí)際投料往往在n(H2)∶n(C6H6)＝3∶1的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大H2用量，其目的是提高苯的利用率。(3)如圖所示為氫氣與苯反應(yīng)的機(jī)理，該過程可描述為氫氣在金屬催化劑表面轉(zhuǎn)化為氫原子，氫原子和苯分子吸附在催化劑表面活性中心，發(fā)生反應(yīng)生成環(huán)己烷；當(dāng)H2中混有微量H2S或CO等雜質(zhì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)Ⅰ的產(chǎn)率降低，推測(cè)其可能原因?yàn)榻饘俅呋瘎?huì)與H2S或CO反應(yīng)從而失去催化活性或者H2S、CO導(dǎo)致催化劑中毒而失去催化活性?！窘馕觥?1)升溫，主反應(yīng)逆向移動(dòng)，環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)減小，副反應(yīng)正向移動(dòng)，環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)減小，A錯(cuò)誤、B正確；加壓，主反應(yīng)正向移動(dòng)，環(huán)己烷體積分?jǐn)?shù)增大，副反應(yīng)不移動(dòng)，C正確、D錯(cuò)誤。(2)實(shí)際投料時(shí)增大氫氣的量，苯的轉(zhuǎn)化率提高。4.(2023·連云港期中)CO2的有效化利用，可以實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)。(1)CO2催化合成聚碳酸酯。常溫常壓下，某些催化劑可以催化CO2、環(huán)氧化物類有機(jī)物等物質(zhì)共聚合成多種CO2基聚碳酸酯。CuO可以用作合成聚碳酸酯的催化劑，Cu2(OH)2CO3熱分解可制備CuO。與Cu(OH)2熱分解制備的CuO相比，Cu2(OH)2CO3熱分解制備的CuO具有更好的催化性能，其原因是Cu2(OH)2CO3熱分解放出更多的氣體，制得的CuO更加疏松多孔。(2)CO2催化加氫制備甲醇。在密閉容器中，8MPa、n(CO2)∶n(H2)＝1∶3時(shí)，在催化劑作用下測(cè)得平衡時(shí)容器中CO2、H2、H2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化情況如圖所示。CO2與H2主要發(fā)生下列反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH<0反應(yīng)Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH>0反應(yīng)Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH<0隨著溫度的升高，CO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)幾乎不變的原因是隨著溫度的不斷升高，反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅲ逆向移動(dòng)，反應(yīng)Ⅱ正向移動(dòng)，溫度對(duì)反應(yīng)Ⅰ的影響程度大于反應(yīng)Ⅱ，使得CO2的物質(zhì)的量增大，二者增大幅度相近，所以CO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)幾乎不變。5.(2023·常熟檢測(cè))H2S的脫除和資源化利用是一項(xiàng)重要研究課題。熱解H2S制H2，將H2S和CH4混合氣導(dǎo)入熱解器，反應(yīng)分兩步進(jìn)行。反應(yīng)Ⅰ.2H2S(g)=S2(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋169.8kJ/mol反應(yīng)Ⅱ.CH4(g)＋S2(g)=CS2(g)＋2H2(g)ΔH2＝＋63.7kJ/mol現(xiàn)將硫化氫和甲烷按體積比2∶1投料，并用N2稀釋。在常壓和不同溫度下，反應(yīng)相同時(shí)間后，H2、CS2和S2的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。(1)CH4(g)＋2H2S(g)=CS2(g)＋4H2(g)ΔH＝＋233.5kJ/mol。(2)1100℃時(shí)，H2的體積分?jǐn)?shù)為5.5%(3)在常壓、1000℃下，保持通入的H2S體積分?jǐn)?shù)不變，提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)]，H2S的轉(zhuǎn)化率不變，原因是1000℃時(shí)CH4不參與反應(yīng)，相同濃度(相同分壓)的H2(4)在1100～1150℃范圍內(nèi)，其他條件不變，隨著溫度的升高，S2(g)的體積分?jǐn)?shù)減小，原因是在1100～1150℃之間，隨溫度升高，反應(yīng)Ⅱ速率增大的幅度大于反應(yīng)Ⅰ(或反應(yīng)Ⅱ速率大于反應(yīng)Ⅰ)，S2【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ得目標(biāo)反應(yīng)，故ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(169.8＋63.7)kJ/mol＝＋233.5kJ/mol。(2)由圖可知，1100℃時(shí)，CS2(g)的體積分?jǐn)?shù)為0.4%，根據(jù)CH4(g)＋S2(g)=CS2(g)＋2H2(g)可知反應(yīng)Ⅱ生成H2(g)的體積分?jǐn)?shù)為2×0.4%＝0.8%，消耗S2(g)的體積分?jǐn)?shù)為0.4%，體系中剩余S2(g)的體積分?jǐn)?shù)1.95%，則反應(yīng)Ⅰ生成S2(g)的體積分?jǐn)?shù)為2.35%，根據(jù)2H2S(g)=S2(g)＋2H2(g)可知，反應(yīng)Ⅰ生成H2(g)體積分?jǐn)?shù)為4.7%，兩個(gè)反應(yīng)共同生成H2(g)的體積分?jǐn)?shù)為4.7%＋0.8%＝5.5%。(3)根據(jù)圖像可知1000練習(xí)2化學(xué)平衡與圖像分析1.(2023·泰州期中)二氧化碳催化加氫可合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH。當(dāng)原料初始組成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，體系壓強(qiáng)為0.1MPa，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。下列說法正確的是(C)A.該反應(yīng)的ΔH>0B.表示H2、C2H4變化的曲線分別為c、dC.A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度為420K，此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為66.7%D.選擇合適的催化劑可提高反應(yīng)速率和乙烯的平衡產(chǎn)率【解析】反應(yīng)物初始投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，c和a所表示的起始物質(zhì)的量之比為1∶3，所以a為H2、c為CO2；又因?yàn)閎和d表示的物質(zhì)的量之比為4∶1，所以b為水、d為C2H4。溫度升高，CO2和H2的物質(zhì)的量增大，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，ΔH<0，A錯(cuò)誤；表示H2變化的曲線為a，表示C2H4變化的曲線為d，B錯(cuò)誤；A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)為曲線c、d交點(diǎn)，即平衡時(shí)CO2物質(zhì)的量等于C2H4物質(zhì)的量，設(shè)CO2起始物質(zhì)的量為1mol，H2起始物質(zhì)的量為3mol，反應(yīng)生成C2H4的物質(zhì)的量為xmol，根據(jù)三段式可得：1－2x＝x，解得x＝eq\f(1,3)，CO2轉(zhuǎn)化率＝eq\f(2×\f(1,3)mol,1mol)×100%≈66.7%，C正確；催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無影響，D錯(cuò)誤。2.(2023·無錫期中)擁有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首套煤制乙醇工業(yè)化項(xiàng)目投產(chǎn)成功。某煤制乙醇過程為，過程a包括以下3個(gè)主要反應(yīng)：Ⅰ.CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OHΔΗ1Ⅱ.CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g)ΔΗ2Ⅲ.CH3COOCH3(g)＋H2(g)CH3CHO(g)＋CH3OH(g)ΔΗ3相同時(shí)間內(nèi)，測(cè)得乙酸甲酯轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖1所示，乙醇和乙酸乙酯的選擇性eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(乙醇選擇性＝\f(n最終轉(zhuǎn)化為乙醇的CH3COOCH3,n轉(zhuǎn)化的CH3COOCH3)))隨溫度的變化如圖2所示。下列說法不正確的是(B)圖1圖2A.205℃后反應(yīng)ⅢB.225～235℃，反應(yīng)ⅠC.溫度可影響催化劑的選擇性，從而影響目標(biāo)產(chǎn)物乙醇的選擇性D.205℃時(shí)，CH3COOCH3【解析】由圖2可知，溫度T≤205℃時(shí)，乙醇和乙酸乙酯的選擇性之和為100%，而溫度大于205℃時(shí)，乙醇和乙酸乙酯的選擇性之和小于100%，說明溫度T≤205℃時(shí)，反應(yīng)Ⅲ未發(fā)生，溫度大于205℃時(shí)，反應(yīng)Ⅲ開始生成副產(chǎn)物CH3CHO，A正確；反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CH3COOCH3的平衡轉(zhuǎn)化率減小，由圖1可知，225～235℃，CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率增大，說明反應(yīng)Ⅰ未達(dá)到平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；由圖2可知，溫度可影響催化劑的選擇性，從而影響目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，C正確；在205℃時(shí)，CH3COOCH3起始物質(zhì)的量為5mol，轉(zhuǎn)化率為30%，則n(轉(zhuǎn)化的CH3COOCH3)＝5mol×30%＝1.5mol，由圖2可知，乙醇的選擇性為40%，則n(最終轉(zhuǎn)化為乙醇的CH3COOCH3)＝n(轉(zhuǎn)化的CH3COOCH3)×3.(2024·南京、鹽城二模)CH3OH可作大型船舶的綠色燃料。工業(yè)上用CO2制備CH3OH的原理如下：反應(yīng)1.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ/mol反應(yīng)2.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ/mol分別在3MPa、5MPa下，將n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶3的混合氣體置于密閉容器中，若僅考慮上述反應(yīng)，不同溫度下反應(yīng)體系達(dá)到平衡時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化率(α)、產(chǎn)物選擇性(S)的變化如圖所示。已知：S(CH3OH或CO)＝eq\f(nCH3OH或CO,n轉(zhuǎn)化CO2)×100%。下列說法不正確的是(B)A.反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH<－49.5kJ/molB.350℃后，不同壓強(qiáng)下α(CO2C.250℃時(shí)，反應(yīng)2的平衡常數(shù)K＝eq\f(1,104)D.250℃、5MPa下，n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶3的混合氣體在催化下反應(yīng)一段時(shí)間α(CO2)達(dá)到P點(diǎn)的值，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間α(CO2【解析】物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，放出熱量，故CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)ΔH<－49.5kJ/mol，A正確；反應(yīng)1是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，α(CO2)減小，反應(yīng)2是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，α(CO2)增大，350℃后，α(CO2)接近相等且不斷增大，故350℃以后，以反應(yīng)2為主，B錯(cuò)誤；由圖可知，250℃、3MPa時(shí)下，S(CH3OH)＝S(CO)＝50%，平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，設(shè)n起始(CO2)＝1mol，n起始(H2)＝3mol，則平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化量為0.2mol，生成n(CH3設(shè)容器容積為V，則此時(shí)反應(yīng)2的平衡常數(shù)K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝eq\f(\f(0.1,V)×\f(0.2,V),\f(0.8,V)×\f(2.6,V))＝eq\f(1,104)，C正確；250℃、5MPa下，n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶3的混合氣體在催化下反應(yīng)一段時(shí)間α(CO2)達(dá)到P點(diǎn)的值，由于反應(yīng)未達(dá)到平衡，平衡正向移動(dòng)，故延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間α(CO2)可能達(dá)到20%，D正確。4.(2024·南通一調(diào))CO2-CH4催化重整可獲得合成氣(CO、H2)。重整過程中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為反應(yīng)①CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247kJ/mol反應(yīng)②CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41kJ/mol反應(yīng)③CH4(g)=C(s)＋2H2(g) ΔH＝＋75kJ/mol反應(yīng)④2CO(g)=CO2(g)＋C(s) ΔH＝－172kJ/mol研究發(fā)現(xiàn)在密閉容器中p＝101kPa下，n始(CO2)＝n始(CH4)＝0.5mol，平衡時(shí)各含碳物種的物質(zhì)的量隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是(D)A.圖中a表示CH4B.C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的ΔH＝－131kJ/molC.其他條件不變，在500～1000℃范圍，隨著溫度的升高，平衡時(shí)n(H2D.當(dāng)n始(CO2)＋n始(CH4)＝1mol，其他條件不變時(shí)，提高eq\f(n始CO2,n始CH4)的值，能減少平衡時(shí)積碳量【解析】CH4只參與反應(yīng)①③，反應(yīng)①③均是吸熱反應(yīng)，故隨著溫度升高，平衡時(shí)CH4的物質(zhì)的量應(yīng)減小，故圖中a不可能表示CH4，a表示CO，A錯(cuò)誤；由蓋斯定律知，①－②－③可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，故ΔH＝(247－41－75)kJ/mol＝＋131kJ/mol，B錯(cuò)誤；由圖可知，在1000℃時(shí)，n(CO)≈1mol，n(O)＝2n始(CO2)＝1mol，此時(shí)，氧元素幾乎全部用于生成CO，則H元素應(yīng)該幾乎全部用于生成H2，故隨著溫度的升高，平衡時(shí)n(H2O)不斷減小，C錯(cuò)誤；當(dāng)n始(CO2)＋n始(CH4)＝1mol，其他條件不變時(shí)，提高eq\f(n始CO2,n始CH4)的值，利于反應(yīng)④逆向移動(dòng)，能減少平衡時(shí)積碳量，D正確。5.(2024·南京、鹽城一模)乙醇-水催化重整可獲得H2。其主要反應(yīng)為①C2H5OH(g)＋3H2O(g)=2CO2(g)＋6H2(g) ΔH＝＋173.3kJ/mol②CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2kJ/mol③CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－164.7kJ/mol在密閉容器中，1.01×105Pa、起始eq\f(nC2H5OH,nH2O)＝1∶3時(shí)，若僅考慮上述反應(yīng)，平衡時(shí)CO2、CO、CH4、H2的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是(D)A.一定溫度下，增大eq\f(nC2H5OH,nH2O)可提高乙醇平衡轉(zhuǎn)化率B.反應(yīng)CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)的ΔH＝－123.5kJ/molC.研發(fā)高效催化劑可提高H2的平衡產(chǎn)率D.控制反應(yīng)的最佳溫度約為800【解析】一定溫度下，增大eq\f(nC2H5OH,nH2O)，可提高H2O的平衡轉(zhuǎn)化率，乙醇的平衡轉(zhuǎn)化率降低，A錯(cuò)誤；由蓋斯定律知，③－②可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，則反應(yīng)的ΔH＝－205.9kJ/mol，B錯(cuò)誤；催化劑只能改變反應(yīng)速率，對(duì)平衡移動(dòng)無影響，C錯(cuò)誤；由圖可知，在800℃附近，H2的體積分?jǐn)?shù)最高，且溫度繼續(xù)升高，變化不大，則反應(yīng)的最佳溫度為800℃，D正確。6.(2024·無錫期終)乙醇-CO2催化重整可獲得H2。使用Ni基催化劑，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：(Ⅰ)C2H5OH(g)＋CO2(g)=3H2(g)＋3CO(g) ΔH1＝＋296.7kJ/mol(Ⅱ)C2H5OH(g)=CH4(g)＋H2(g)＋CO(g) ΔH2＝＋49.7kJ/mol(Ⅲ)CH4(g)=C(s)＋2H2(g) ΔH3＝＋75kJ/mol(Ⅳ)C(s)＋CO2(g)=2CO(g) ΔH4＝＋171kJ/mol在1.0×105Pa，n始(C2H5OH)∶n始(CO2)＝1∶1.2時(shí)，僅考慮上述反應(yīng)，C2H5OH的轉(zhuǎn)化率、H2產(chǎn)率和eq\f(nCO,nH2)比率隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是(B)A.700～900℃B.900～1000℃，向體系補(bǔ)充CO2C.乙醇-CO2重整制氫的最佳溫度條件為1000D.500～600℃，選擇高效催化劑或增大壓強(qiáng)可提高H2【解析】反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的產(chǎn)物中n(H2)∶n(CO)均為1∶1，反應(yīng)Ⅲ、Ⅳ相加可得CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)，即產(chǎn)物中n(H2)∶n(CO)也等于1∶1，故曲線③表示eq\f(nCO,nH2)比率隨溫度的變化，隨溫度升高，四個(gè)反應(yīng)均正向進(jìn)行，C2H5OH轉(zhuǎn)化率增大，增大到一定程度，反應(yīng)以Ⅲ、Ⅳ為主，即H2產(chǎn)率還能保持基本不變，C2H5OH轉(zhuǎn)化率開始減小，故曲線①表示C2H5OH轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化，曲線②表示H2產(chǎn)率隨溫度的變化。700～900℃，升高溫度，不利于提高乙醇的轉(zhuǎn)化率，A錯(cuò)誤；向體系中補(bǔ)充CO2，增大反應(yīng)物的濃度，加快反應(yīng)速率，可縮短達(dá)到平衡時(shí)間，B正確；由圖可知，當(dāng)溫度約為680℃時(shí)，C2H5OH的轉(zhuǎn)化率最大，且升高溫度，H2的產(chǎn)率基本不變，故乙醇-CO2重整制氫的最佳溫度條件約為680℃，C錯(cuò)誤；催化劑只能改變反應(yīng)速率，對(duì)平衡產(chǎn)率無影響，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，加壓、平衡逆向移動(dòng)，H2的產(chǎn)率降低，D錯(cuò)誤。練習(xí)3化學(xué)平衡綜合1.(2024·南京、鹽城一模)乙酸甲酯催化加氫制備乙醇主要涉及如下反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ.CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g) ΔH＝－23.6kJ/mol反應(yīng)Ⅱ.2CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3COOC2H5(g)＋2CH3OH(g) ΔH＝－22.6kJ/mol在其他條件不變時(shí)，將n起始(H2)∶n起始(CH3COOCH3)＝8∶1的混合氣體以一定流速通入裝有銅基催化劑(銅基催化劑須含合適物質(zhì)的量之比的Cu2O與Cu)的反應(yīng)管，測(cè)得CH3COOCH3轉(zhuǎn)化率、C2H5OH選擇性[S(C2H5OH)＝eq\f(nC2H5OH,n轉(zhuǎn)化CH3COOCH3)×100%]、CH3COOC2H5選擇性[S(CH3COOC2H5)＝eq\f(2nCH3COOC2H5,n轉(zhuǎn)化CH3COOCH3)×100%]隨溫度的變化如圖所示。(1)180～260℃下均有S(C2H5OH)＋S(CH3COOC2H5)<100%，其原因是部分CH3COOC2H5發(fā)生了其他不生成C2H5OH和CH3COOC2H5的反應(yīng)(2)180～200℃范圍內(nèi)，CH3COOCH3轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而迅速增大的主要原因是溫度升高與催化劑活性增大共同導(dǎo)致反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的速率加快(3)溫度高于220℃時(shí)，催化劑的催化活性下降，其原因可能是積碳覆蓋在催化劑表面；Cu2O被還原為Cu，改變了Cu2O與Cu的比例，導(dǎo)致催化劑活性降低【解析】(1)由圖示可知，在180～260℃下均有S(C2H5OH)＋S(CH3COOC2H5)<100%，說明乙酸甲酯沒有完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為乙醇、乙酸乙酯，應(yīng)該還有副產(chǎn)物生成。(3)銅基催化劑須含合適物質(zhì)的量之比的Cu2O與Cu，溫度過高，會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物轉(zhuǎn)化為積碳，碳具有一定還原性，能還原銅的氧化物為銅單質(zhì)，從而改變Cu2O與Cu的比例，故積碳的產(chǎn)生以及Cu2O與Cu的物質(zhì)的量之比的改變都導(dǎo)致催化劑的催化活性下降。2.(2024·蘇州期末)尿素[CO(NH2)2]是常用的化肥與工業(yè)原料，其生產(chǎn)與應(yīng)用有著重要的意義。(1)尿素生產(chǎn)一般控制在180～200℃反應(yīng)1.2NH3(g)＋CO2(g)=NH2COONH4(l) ΔH＝－100.4kJ/mol反應(yīng)2.NH2COONH4(l)=CO(NH2)2(l)＋H2O(l) ΔH＝＋27.6kJ/mol則2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(l)＋H2O(l)的 ΔH＝－72.8kJ/mol。(2)NH2COONH4具有強(qiáng)還原性，生產(chǎn)尿素過程中，常通入適量氧氣防止鎳制容器表面的金屬鈍化膜(NiO)被破壞。①NH2COONH4與NiO反應(yīng)產(chǎn)生N2的化學(xué)方程式為NH2COONH4＋3NiO=3Ni＋N2↑＋3H2O＋CO2↑。②生產(chǎn)時(shí)通入的CO2氣體中常混有少量H2S。有氧氣存在的條件下，H2S腐蝕反應(yīng)容器的速率會(huì)更快，其原因是H2S被O2氧化得到的H2SO3酸性更強(qiáng)，與容器表面鈍化膜反應(yīng)更快，加快容器腐蝕。(3)尿素在結(jié)晶過程中主要副反應(yīng)是尿素發(fā)生脫氨反應(yīng)。其反應(yīng)歷程如下：反應(yīng)3.CO(NH2)2(l)=HNCO(g)＋NH3(g)(快反應(yīng))反應(yīng)4.HNCO(g)＋CO(NH2)2(l)=eq\o(H2NCO2NHl,\s\do4(縮二脲))(慢反應(yīng))①在縮二脲的結(jié)構(gòu)式()中圈出電子云密度最小的氫原子。②在尿素結(jié)晶過程中，反應(yīng)3可視為處于平衡狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，在合成尿素的體系中，NH3的濃度越高，縮二脲生成速率越慢，其原因是反應(yīng)3處于平衡狀態(tài)，NH3濃度越高，則HNCO濃度越低，反應(yīng)4速率越慢，故生成縮二脲速率越慢。(4)含結(jié)晶水的Ni3(BO3)2晶體表面存在結(jié)構(gòu)“”，用加熱后的Ni3(BO3)2晶體作催化劑，以CO2、N2為原料，電解KHCO3溶液可獲得尿素。①生成尿素的電極反應(yīng)式為CO2＋N2＋6HCOeq\o\al(－,3)＋6e－=CO(NH2)2＋6COeq\o\al(2－,3)＋H2O[或7CO2＋N2＋5H2O＋6e－=CO(NH2)2＋6HCOeq\o\al(－,3)]。②加熱后的Ni3(BO3)2晶體表面會(huì)產(chǎn)生LA位點(diǎn)，LA位點(diǎn)與LB位點(diǎn)共同形成FLP位點(diǎn)，其催化機(jī)理(部分)如圖所示。實(shí)驗(yàn)表明，在150℃下，加熱Ni3(BO3)2晶體得到的催化劑催化效果最好，溫度過高或過低催化效果會(huì)降低的原因是加熱溫度過高，LA位點(diǎn)過多而LB位點(diǎn)較少，溫度過低LB位點(diǎn)過多LA位點(diǎn)少，導(dǎo)致CO2吸附與活化效率下降③電解質(zhì)溶液中若存在SCN－會(huì)極大地降低催化劑的活性，原因是SCN－與Ni(Ⅱ)配位使LA位點(diǎn)減少，無法吸附CO2，降低了催化活性?！窘馕觥?1)由蓋斯定律知，反應(yīng)1＋反應(yīng)2可得目標(biāo)反應(yīng)，故ΔH＝(－100.4＋27.6)kJ/mol＝－72.8kJ/mol。(3)①縮二脲分子中只有2種氫原子，且由于羰基的吸電子效應(yīng)，N—H的共用電子對(duì)更偏向N原子，故縮二脲分子中，中間N上的H原子電子云密度最小。(4)②由“加熱后的Ni3(BO3)2晶體表面會(huì)產(chǎn)生LA位點(diǎn)”可知，溫度過高時(shí)，LA位點(diǎn)過多而LB位點(diǎn)較少，溫度過低時(shí)，LB位點(diǎn)過多LA位點(diǎn)少，導(dǎo)致CO2吸附與活化效率下降，催化效果都會(huì)減弱。3.(2024·南京、鹽城期末)“碳中和”目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是CO2的再資源化利用。(1)氨的飽和食鹽水捕獲CO2是其利用的方法之一，反應(yīng)原理為NaCl(aq)＋NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(l)=NaHCO3(s)＋NH4Cl(aq)。該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行的原因是反應(yīng)ΔH<0。(2)XO基摻雜Na2CO3形成XO—Na2CO3(X＝Mg、Ca、Cd等)，能用于捕獲CO2，原理為。已知陽離子電荷數(shù)越高、半徑越小，陰離子越易受其影響而分解。①X＝Ca時(shí)，再生的化學(xué)方程式為Na2Ca(CO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaO—Na2CO3＋CO2↑[或Na2Ca(CO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaO＋Na2CO3＋CO2↑]。②X＝Mg相比X＝Ca，其優(yōu)點(diǎn)有等質(zhì)量的MgO和CaO相比