1、训练(三十七)化学反应原理在物质制备中的调控作用 1(2021广西南宁二中检测)汽车尾气(含烃类、CO、NO 与 SO2等)，是城市主要污染 源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使 NO 与 CO 反应生成可参与 大气生态循环的无毒气体， 反应原理： 2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)， 在 298 K、 101 kPa 下，H113 kJ/mol、S145 J/(molK)。下列说法中错误的是() A该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂 C该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率 D汽车尾气
2、中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 B该反应是放热反应， 则反应物的总能量高于生成物的总能量， A 项正确； 在 298 K、 101 kPa 下， H113 kJ/mol、 S145 J/(molK)， 则有HTS(113 kJ/mol)298 K0.145 kJ/(molK)69.79 kJ/molv逆，B 项错误；温 度升高，反应速率加快，d 点温度高于 b 点，则反应速率：vbvd；CO 转化率达到最大值后， 升高温度，CO 的转化率降低，说明达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小， 则该反应是放热反应，平衡常数 K(75 )K(85 )，C 项正确；图中在 8085
3、时，CO 转化率较大，故生产时反应温度控制在 8085 为宜，D 项正确。 3(2021河北衡水中学调研)335 时，在恒容密闭反应器中 1.00 mol C10H18(l)催化脱氢 的反应过程如下： 反应 1C10H18(l)C10H12(l)3H2(g)H1 反应 2C10H12(l)C10H8(l)2H2(g)H2 测得 C10H12和 C10H8的产率 x1和 x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程能 量变化如下图所示。下列说法错误的是() A催化剂能改变反应历程 B更换催化剂后，H1、H2也会随之改变 C8 h 时，反应 2 未处于平衡状态 Dx1显著低于 x2，是因为反
4、应 2 的活化能比反应 1 的小，反应 1 生成的 C10H12很快转 变成 C10H8 B使用催化剂，产生多种中间产物，改变反应历程，A 项正确；焓变(H)取决于反应 物具有的总能量和生成物具有的总能量，更换催化剂后，反应历程改变，但H1、H2不会 随之改变，B 项错误；图中 8 h 后，C10H8的产率 x2逐渐增大，故反应 2 未处于平衡状态，C 项正确；由图可知，反应 1 的活化能大于反应 2 的活化能，则反应 1 的速率比反应 2 的速率 慢，反应 1 生成的 C10H12很快转变成 C10H8，故 x1显著低于 x2，D 项正确。 4(2021山东肥城检测)氢能作为新型能源，可利用
5、 CO 制得，北京大学马丁教授等团 队向容积为 V L 的密闭容器中充入等物质的量的 CO 和 H2O 进行反应。 已知： 反应：FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)H1 反应：FeO(s)H2(g)Fe(s)H2O(g)H2 反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H 反应在不同催化剂作用下(反应相同时间)，温度与 CO 转化率的关系如图所示。 (1)反应的H 与H1、H2关系式：H_。 (2)若反应和反应的平衡常数分别为 K1和 K2，则反应的平衡常数 K 与 K1、K2的 关系式：K_。 (3) 随 着 温 度 的 升 高 ， CO 的 转 化 率 先 升 后 降 ，
6、“ 后 降 ” 的 可 能 原 因 是 _。 (4)由图可知， H_0(填“大于”或“小于”)， 催化剂应选择_(填“Au/ MoC”或“Au/MoC/NaCN”)。 (5)已知 T1 025 K 时， K1。 则平衡时 CO 的转化率(CO)_。 当 T1 025K 时，平衡时，H2的体积分数的取值范围为_。此时，CO 还原 FeO(s)的能力 _H2(填“大于”或“小于”)。 (6)欲提高 H2的体积分数，可采取的措施为_。 解析(1)由反应可得反应，根据盖斯定律，则反应的HH1H2。 (2)由于反应，反应 I 和 II 的平衡常数分别为 K1和 K2，则反应的平衡常数 为 KK1 K2
7、。 (3)由图可知，催化剂的催化活性随温度先增大后减小，温度过高，催化剂的催化活性 下降，会引起 CO 的转化率降低。 (4)由图可知，随着温度的升高，CO 平衡转化率逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移 动，则该反应的H0。由图可知，催化剂 Au/MoC 在较低温度时具有较高的催化活性， 故催化剂应选择 Au/MoC。 (5)起始时 CO 和 H2O(g)的物质的量相等，假设均为 1 mol，由于反应 CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)前后气体总分子数不变，平衡常数 K1，则平衡时四种物质的物质的量均为 0.5 mol，故 CO 的平衡转化率为0.5 mol 1 mol 100%5
8、0%。1 025 K 时，H2的体积分数为 25%； 升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时 H2的体积分数减小，但肯定大于 0，故 H2的体 积分数取值范围为 025%。 (6)欲提高 H2的体积分数，可采取的措施有及时分离出 CO2，或降低温度等。 答案(1)H1H2(2)K1 K2 (3)温度过高，催化剂的催化活性下降 (4)小于Au/MoC (5)50%025%小于 (6)及时分离出 CO2(或降低温度) 5 (2021河北石家庄二中检测)苯乙烯是生产各种塑料的重要单 体， 可通过乙苯催化脱氢制得： H123.5 kJmol 1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混 N2(原料气中乙苯
9、和 N2的物 质的量之比为 110，N2不参与反应)，控制反应温度为 600 ，并保持体系总压为 0.1 MPa 不变的条件下进行反应。 在不同反应温度下， 乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的 选择性(指除了 H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为 (1)A、B 两点对应的正反应速率较大的是_。 (2)掺入 N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 _。 (3)用平衡分压代替平衡浓度计算 600 时的平衡常数 Kp_。(保留两位有效数 字，分压总压物质的量分数) (4)控制反应温度为 600 的理由是_ _ 。 解析(1)由图可知，A、B 两点对应的温度和压强都相同，A 点是乙
10、苯和氮气的混合气 体，B 点是纯乙苯，则 B 点乙苯浓度大于 A 点，浓度越大反应速率越大，则正反应速率 B 点大于 A 点。(2)该反应正反应气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，减小压强， 化学平衡正向移动，乙苯的转化率增大。(3)由图可知，反应温度为 600 ，并保持体系总 压为 0.1 MPa 时，乙苯转化率为 40%，设乙苯起始物质的量为 1 mol，则依据题意可建立如 下三段式： 起始量 /mol 100 变化量 /mol 0.40.40.4 平衡量 /mol 0.60.40.4 平衡时总物质的量为 1.4 mol，乙苯的平衡分压为0.6 1.4 0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡 分压为0.4 1.4 0.1 MPa，则 600 时的平衡常数 Kp 0.4 1.40.1 2 0.6 1.40.1 0.019。 答案(1)B(2)正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，平衡正向移 动(3)0.019(4)600 时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率 慢，转化率低；温度过高，选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大
