高三化学二轮复习：化学反应速率与化学平衡归因分析课件.pptx

化学反应速率与化学平衡归因分析复习目标1.掌握速率、平衡图像的分析方法及类型。2.掌握实际工业生产中的陌生图像的分析方法。1.(2022全国甲卷，28)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：()直接氯化：TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(g)O2(g)H1172 kJmol1，Kp11.0102()碳氯化：TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)2CO(g)H251 kJmol1，Kp21.21012 Pa反应2C(s)O2(g)=2CO(g)的H为_ kJmol1，Kp_Pa。2231.21014碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是_。增加，H0，是熵增、放热过程，根据GHTS可知G0，故该反应能自发进行，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程，反应趋势远小于碳氯化碳氯化反应气体分子数对于碳氯化反应：增大压强，平衡_移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率_(填“变大”“变小”或“不变”)。向左变小(2)在1.0105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比12.22进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。反应C(s)CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1 400)_Pa。7.2105图中显示，在200 平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_。得到更多的TiCl4产品，提高效益为了提高反应速率，在相同时间内(3)TiO2碳氯化是一个“气-固-固”反应，有利于TiO2-C“固-固”接触的措施是_。将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”2.2019北京，27(1)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为41，甲烷和水蒸气反应的方程式是_。已知反应器中还存在如下反应：.CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H1.CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H2.CH4(g)=C(s)2H2(g)H3为积炭反应，利用H1和H2计算H3时，还需要利用_反应的H。C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)或C(s)CO2(g)=2CO(g)反应物投料比采用n(H2O)n(CH4)41，大于初始反应的化学计量数之比，目的是_(填字母)。a.促进CH4转化b.促进CO转化为CO2c.减少积炭生成abc用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。从t1 min时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：_。降低CaOCO2=CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积3.2019江苏，20(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应：CO2(g)H2(g)=CO(g)H2O(g)H41.2 kJmol1反应：2CO2(g)6H2(g)=CH3OCH3(g)3H2O(g)H122.5 kJmol1在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。温度高于300，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是_。H0，反应的H0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度反应的220 时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有_。催化剂增大压强、使用对反应催化活性更高的(一)选择反应最佳条件1.NH3还原技术是当今最有效、最成熟的去除NOx的技术之一。使用V2O5/(TiO2-SiO2)催化剂能有效脱除电厂烟气中氮氧化物，发生脱硝主要反应为4NO4NH3O2=4N26H2O。除去NO反应过程中提高气体流速可提高催化剂的利用率，降低成本。气体流速与NO转化率的关系如图所示。为合理利用催化剂应选择_ h1的流速。10 0002.科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：2C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)2H2(g)，在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图所示。则反应温度不宜超过_。300 3.甲烷还原可消除NO污染。将NO、O2、CH4混合物按一定体积比通入恒容容器中，发生如下主要反应：CH4(g)2NO(g)O2(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g)H10CH4(g)4NO(g)=2N2(g)CO2(g)2H2O(g)H20CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H30在催化剂A和B的分别作用下，NO的还原率和CH4的转化率分别和温度的关系如图所示。由图可知，消除NO的最佳条件是_和催化剂_。500 A4.利用NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可同时对NO、SO2进行氧化得到硝酸和硫酸而除去。在温度一定时，、溶液pH对脱硫脱硝的影响如图所示：由图所示可知脱硫脱硝最佳条件是_。(二)解释曲线发生某种现象的原因5.甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)=C(s)2H2(g)H75 kJmol1，Ni和活性炭均可作该反应催化剂。在相同气体流量条件下，不同催化剂和进料比 对甲烷转化率的影响如图所示。使用活性炭催化剂，且其他条件相同时，随着进料比的增大，甲烷的转化率逐渐增大的原因是_。气体流量相同，V(CH4)越少，则反应越充分，转化率越大6.CO2催化加氢直接合成二甲醚的反应为2CO2(g)6H2(g)CH3OCH3(g)3H2O(g)H122.54 kJmol1。有时还会发生副反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H41.2 kJmol1，其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性 100%)(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的平衡总转化率上升(2)图2中，在240300 范围内，相同温度下，二甲醚的实际选择性高于其平衡值，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，而合成二甲醚时的副反应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值7.甲基环己烷催化脱氢()是石油工业制氢常见方法，以Ni-Cu为催化剂，固定反应温度为650 K，以氮气为载气，在不同载气流速情况下，甲基环己烷脱氢转化率如图所示，b点转化率能与a点保持相当的原因是_。答案a点载气流速较小，甲基环己烷的浓度较大，其在催化剂表面吸附及发生脱氢反应的百分率较小，故其转化率较小；适当加快载气流速可以减小反应物的浓度，使反应物在催化剂表面吸附及发生脱氢反应的百分率变大，故甲基环己烷转化率随载气流速适当加快而提高；b点载气流速过快，会使甲基环己烷在催化剂表面的反应时间减少，导致甲基环己烷转化率降低，因此，b点转化率能与a点保持相当8.工业上用SiO2和焦炭高温下反应制得粗硅，再经如下2步反应制得精硅：Si(s)3HCl(g)=SiHCl3(g)H2(g)H141.8 kJmol1，SiHCl3(g)H2(g)=Si(s)3HCl(g)，反应过程中可能会生成SiCl4。如图所示，当 3，SiHCl3平衡产率减小的原因是_。他的反应，导致平衡体系内SiHCl3浓度降低，产率降低SiHCl3参与了其1.工业上可以通过硫化氢分解制得H2和硫蒸气，其中H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。(1)由图可知，2H2(g)S2(g)2H2S(g)H_(填“”或“”)0。p2p12H2S(g)2H2(g)S2(g)平衡逆向移动，H2S气体的平衡转化率降低增大压强，2.CO2催化(固体催化剂)加氢合成甲烷主反应：CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)H1165 kJmol1副反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H241.1 kJmol1在不同催化剂条件下反应相同时间，测得CO2转化率和生成CH4选择性CH4选择性 100%随温度变化的影响如图所示。对比题述三种催化剂的催化性能，工业上选择的催化剂是Ni20CeO2/MCM41，其使用的合适温度为_(填字母)左右。A.300 B.340C.380 D.420当温度高于400 时，CO2转化率和生成CH4选择性均有所下降，其原因可能是_(答出一点即可)。C CO2甲烷化为放热反应，升温，该反应受到抑制；催化剂活性降低(催化剂表面积碳)；发生了其他副反应(甲烷水蒸气重整等)(任写一条即可)3.2021年9月24日，我国科学家在Science上发表论文无细胞化学酶法从二氧化碳合成淀粉，代表着人类人工合成淀粉领域的重大颠覆性和原创性突破。该实验方法首先将CO2催化还原为CH3OH。探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素，有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应：.CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H48.5 kJmol1.2CO2(g)5H2(g)C2H2(g)4H2O(g)H37.1 kJmol1在压强为p，CO2、H2的起始投料比为13的条件下，发生反应、。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。(1)有利于提高CH3OH的选择性的措施有_(填字母)。A.适当降温 B.适当升温C.选择合适的催化剂AC(2)温度高于350 时，体系中发生的反应以_(填“”或“”)为主，并说明理由：_。反应为吸热反应，温度较高，有利于吸热反应的进行(3)其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是_(填“a”或“b”)。b4.通过生物柴油副产物甘油制取H2正成为将其高值化利用的一个重要研究方向。生物甘油水蒸气重整制氢的主要反应原理如下(反应是水汽变换反应)：.C3H8O3(g)3CO(g)4H2(g)H1251 kJmol1.CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H241 kJmol1甘油水蒸气重整制氢时，其他条件不变，在不同水醇比mmn(H2O)n(C3H8O3)时H2的平衡产率与温度的关系如图所示。(1)水醇比从大到小的顺序是_；在水醇比不变时H2的平衡产率随温度的升高先增大后又减小的主要原因是_。m1m2 甘油的分解(反应)是吸热反应，升高温度有利于H2生成，会使H2的净含量增加，约900 K左右达到极值，但升高温度，有利于水汽变换反应(反应)的逆向进行，会使H2的净含量减小m3(2)该工艺中CO、CO2与H2反应生成甲烷是主要副反应(均为放热反应)，实际生产中为抑制CH4的生成，提高氢气的产率，可采取的措施有(不考虑压强的影响)_(列举2条)。适当增大水醇比；适当升高温度；使用H2选择性高的催化剂5.利用CO2与H2合成甲醇涉及的主要反应如下：a.CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)Hb.CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H41 kJmol1一定条件下向某刚性容器中充入物质的量之比为13的CO2和H2发生上述反应，在不同催化剂(Cat.1，Cat.2)下经相同反应时间，CO2的转化率和甲醇的选择性甲醇的选择性 100%随温度的变化如图所示：(1)由图可知，催化效果Cat.1_(填“”“(2)在210270 间，CH3OH的选择性随温度的升高而下降，可能的原因为_(写出一条即可)。温度升高，催化剂的活性降低(或反应b为吸热反应，温度升高更有利于反应b进行)