陌生平衡圖像

陌生平衡圖像一、解題思路：陌生平衡圖像常與生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，從反應(yīng)時(shí)間、投料比值、催化劑的選擇、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、成本等角度考查。分析時(shí)抓住圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)(常為最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn))、看清橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)代表的條件、弄清曲線的變化趨勢(shì)，即可將復(fù)雜圖像轉(zhuǎn)化為常規(guī)圖像，進(jìn)而運(yùn)用化學(xué)平衡知識(shí)結(jié)合常規(guī)圖像處理方法進(jìn)行解答即可。二、高考中常見(jiàn)考查問(wèn)題設(shè)置：根據(jù)圖像確定最佳投料比或反應(yīng)條件；根據(jù)圖像解釋產(chǎn)生某種現(xiàn)象的原因三、高考中常見(jiàn)考查圖像類型類型(一)投料比—產(chǎn)率圖像【例1】丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉?wèn)題：已知C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)ΔH1>o丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過(guò)填充有催化劑的反應(yīng)器（氫氣的作用是活化催化劑），出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖（b）為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中n（氫氣）/n（丁烷）的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，其原因是____【對(duì)點(diǎn)練習(xí)1】丙烯腈（C3H3N）是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)。主要副產(chǎn)物是丙烯醛（C3H4O）和乙腈（CH3CN）等.已知：①C3H6(g)＋NH3(g)＋eq\f(3,2)O2(g)=C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515kJ·mol－1②C3H6(g)＋O2(g)=C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353kJ·mol－1⑶丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n（丙烯）的關(guān)系如圖（b）所示。由圖可知，最佳n(氨)/n（丙烯）為，理由是。進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為。類型(二)溫度—轉(zhuǎn)化率圖像【例2】汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag-ZSM-5為催化劑，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。若不使用CO，溫度超過(guò)775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因是 ；在n(NO)/n(CO)＝1的條件下，應(yīng)控制的最佳溫度在左右?！緦?duì)點(diǎn)練習(xí)2】利用NH3可消除硝酸工業(yè)尾氣中的NO污染。NH3與NO的物質(zhì)的量之比分別為1∶3、3∶1、4∶1時(shí)，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg·m－3，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過(guò)s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率為_(kāi)_______mg·m－3·s－1。②曲線b對(duì)應(yīng)的NH3與NO的物質(zhì)的量之比是________，其理由是_______________。類型(三)投料比—溫度—轉(zhuǎn)化率圖像【例3】煤制天然氣發(fā)生2個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋135kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41kJ·mol－1。右圖表示不同溫度條件下，煤氣化反應(yīng)Ⅰ發(fā)生后的汽氣比(水蒸氣與原料氣中CO物質(zhì)的量之比)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。若汽氣比為，經(jīng)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ后，要得到CO與H2的物質(zhì)的量之比為1∶3，則反應(yīng)Ⅱ應(yīng)選擇的溫度是________(填“T1”“T2”或“T3”)。【對(duì)點(diǎn)練習(xí)3】工業(yè)上用CO2和H2反應(yīng)合成二甲醚。已知：2CO2(g)＋6H2(g)?CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH<0①在某壓強(qiáng)下，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)＝___________________________。②上述合成二甲醚的過(guò)程中提高CO2的轉(zhuǎn)化率可采取的措施有______________類型(四)溫度—催化劑—轉(zhuǎn)化率圖像【例題4】甲烷水蒸氣重整制合成氣是利用甲烷資源的途徑之一，該過(guò)程的主要反應(yīng)是反應(yīng)①：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH>0；其他條件相同，反應(yīng)①在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反應(yīng)相同時(shí)間后，CH4的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖①在相同條件下，三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是。②a點(diǎn)所代表的狀態(tài)(填“是”或“不是”)平衡狀態(tài)。③c點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn)，原因是。【對(duì)點(diǎn)練習(xí)4】一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對(duì)燃煤煙氣回收。反應(yīng)為2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5())2CO2(g)＋S(l)ΔH＝－270kJ·mol－1①其他條件相同、催化劑不同，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，F(xiàn)e2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，不考慮催化劑價(jià)格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點(diǎn)是：________________________________________。②某科研小組用選擇的催化劑，在380℃時(shí)，研究了n(CO):

n(SO2)分別為1:1、3:1時(shí)，SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2)。則圖2中表示n(CO):

n(SO2)＝3:1的變化曲線為_(kāi)_____

?？挤?五)溫度—壓強(qiáng)—轉(zhuǎn)化率圖像【例題5】用催化轉(zhuǎn)化裝置凈化汽車尾氣，裝置中涉及的反應(yīng)之一為2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。探究上述反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系，得到如圖所示的曲線。催化裝置比較適合的溫度和壓強(qiáng)是________。并說(shuō)明理由【對(duì)點(diǎn)練習(xí)5】煤的氣化的一種方法是在氣化爐中給煤炭加氫，發(fā)生的主要反應(yīng)為C(s)＋2H2(g)?CH4(g)。在VL的容器中投入amol碳(足量)，同時(shí)通入2amolH2，控制條件使其發(fā)生上述反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得碳的平衡轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)及溫度的變化關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A.上述正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B.在4MPa、1200K時(shí)，X點(diǎn)v正(H2)＜v逆(H2)C.在5MPa、800K時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為V2/a2D.工業(yè)上維持6MPa、1000K而不用10MPa、1000K，主要是因?yàn)榍罢咛嫉霓D(zhuǎn)化率高【學(xué)有余力】

硫元素形成的單質(zhì)和化合物是重要的化學(xué)試制和工業(yè)原料一定條件下，煙氣中的CO和SO2可進(jìn)行綜合處理。已知：2CO(g)

+SO2(g)2CO2(g)+S(l)△HSO2和CO的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與

起始時(shí)的關(guān)系如圖所示。

試分析表示CO轉(zhuǎn)化率變化的是曲線，z=7.(1)采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制備二甲醚(DME)。主反應(yīng)：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)副反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)觀察圖1回答問(wèn)題：催化劑中eq\f(n(Mn),n(Cu))約為時(shí)最有利于二甲醚的合成。(2)氨氣制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中發(fā)生反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。圖2為合成塔中不同氨碳比a[eq\f(n(NH3),n(CO2))]和水碳比b[eq\f(n(H2O),n(CO2))]時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率(α)。b宜控制在(填字母)范圍內(nèi)。A.~B.1~C.~a宜控制在左右，理由是。圖1圖2(3)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖3所示。250-300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是。圖3圖4圖5(4)已知H2S高溫?zé)岱纸庵艸2的反應(yīng)為2H2S(g)2H2(g)+S2(g)。在恒容密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行H2S的分解實(shí)驗(yàn)。以H2S的起始濃度均為cmol·L-1測(cè)定H2S的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如圖4所示。圖中a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線，b曲線表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率。請(qǐng)說(shuō)明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：。(5)6NO(g)+4NH3(g)5N2(g)+6H2O(g)ΔH=-1kJ·mol-1；NO和NH3在Ag2O催化劑表面的反應(yīng)活性隨溫度的變化曲線見(jiàn)圖5。隨著反應(yīng)溫度的進(jìn)一步升高，在有氧的條件下NO的轉(zhuǎn)化率明顯下降的可能原因是。(6)為了減少空氣中的CO2，目前捕碳技術(shù)在降低溫室氣體排放中具有重要的作用，捕碳劑常用(NH4)2CO3，反應(yīng)為(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)ΔH。為研究溫度對(duì)(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，在某溫度T1下，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO2氣體(用氮?dú)庾鳛橄♂寗?，在t時(shí)刻，測(cè)得容器中CO2氣體的濃度。然后分別在溫度為T(mén)2、T3、T4、T5下，保持其他初始實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間測(cè)得CO2氣體濃度，其關(guān)系如圖6，則ΔH(填“>”、“=”或“<”)0。圖6圖7(7)NO直接催化分解(生成N2與O2)也是一種脫硝途徑。在不同條件下，NO的分解產(chǎn)物不同。在高壓下，NO在40℃下分解生成兩種化合物，體系中各組分物質(zhì)的量隨時(shí)間變化曲線如圖7所示。寫(xiě)出Y和Z的化學(xué)式：。答案解析【例題1】氫氣是產(chǎn)物之一,隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大,逆反應(yīng)速率增大【對(duì)點(diǎn)練習(xí)1】讀圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為1，因?yàn)樵摫壤卤╇娈a(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低。由反應(yīng)①的熱化學(xué)方程式可知，進(jìn)料氣中氨、氧氣、丙烯氣體的理論體積之比為1∶∶1，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為1/5(氮?dú)饧s占4/5)，則進(jìn)料氣中氨、空氣、丙烯的理論體積比約為1∶eq\a\vs4\al\co1(\f,\f(1,5)))∶1＝1∶∶1【例2】升高溫度，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)放熱；由圖可知，在n(NO)/n(CO)=1的條件下，870℃時(shí)，NO還原為N2的轉(zhuǎn)化率接近為100%；

故答案為：NO的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行；870℃【對(duì)點(diǎn)練習(xí)2】曲線a中，NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，A點(diǎn)的脫除率為55%，B點(diǎn)的脫除率為75%，從A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)過(guò)s，該時(shí)間段內(nèi)NO的脫除速率=(75%-55%)×6×10-4÷=×10-4mg/（m3?s），故答案為：×10-4mg；NH3與NO的物質(zhì)的量的比值越大，NO脫除率越大，故其物質(zhì)的量之比分別為1：3、3：1、4：1時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲線為c、b、a，故曲線b對(duì)應(yīng)NH3與NO的物質(zhì)的量之比是3：1，故答案為：3：1；【例3】T2【對(duì)點(diǎn)練習(xí)3】mol．L-1．min-1增大體系壓強(qiáng)及時(shí)除去生成的H2O【例題4】(1)①Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ②不是③b、c點(diǎn)表示的狀態(tài)均未達(dá)到平衡，c點(diǎn)溫度較高，反應(yīng)速率較快，故相同時(shí)間內(nèi)CH4的轉(zhuǎn)化率較大【對(duì)點(diǎn)練習(xí)4】【例題5】400K，1Mpa壓強(qiáng)相同時(shí)，溫度越低平衡轉(zhuǎn)化率越高；而400K，1Mpa時(shí)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，再升高壓強(qiáng)，平衡轉(zhuǎn)化率提高有限，但壓強(qiáng)的增大對(duì)設(shè)備要求高，成本大【對(duì)點(diǎn)練習(xí)5】A7.(1)。(2)A當(dāng)氨碳比大于時(shí)，增大氨氣的量CO2轉(zhuǎn)化率增加不大，但生產(chǎn)成本提高了；氨碳比太小，CO2轉(zhuǎn)化率低(3)250-300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫