原理综合大题突破 考前冲刺训练（二）
考点四、综合考虑速率和平衡因素解答实际问题
1．甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH1<0
②CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2<0
③CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH3>0
(1)图1中能正确反映反应①平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，判断理由是____________________________________________________________。
(2)合成气的组成＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)随温度升高而___________(填“增大”或“减小”)，其原因是______________；图2中的压强由大到小为_________，判断理由是_____________。
2．在密闭容器中充入一定量H2S，发生反应：2H2S(g)??2H2(g)＋S2(g) ΔH＝＋169.8 kJ·mol－1。如图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。
(1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为______________，理由是_____________________。
(2)该反应平衡常数大小：K(T1)__________(填“>”“<”或“＝”)K(T2)，理由是_________。
3．二甲醚(CH3OCH3)是一种应用前景广阔的清洁燃料，以CO和氢气为原料生产二甲醚的新工艺主要发生以下三个反应：
编号 热化学方程式 平衡常数
① CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH1 K1
② 2CH3OH(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1 K2
③ CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41 kJ·mol－1 K3
原工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生。新工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率，原因是___________________________________________。
4．已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)??C2H5OH(g)＋3H2O(g) ΔH<0。
图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系，已知m为起始时的投料比，即m＝。
(1)图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为_____________，判断依据是____________。
(2)图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为____________，判断依据是___________。
5．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
＋H2(g) ΔH＝＋124 kJ·mol－1
工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。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)变化如图：
掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：_____________________________
________________________________________________________________________。
6．甲醇在工业上利用水煤气合成，反应为CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH＜0。在一定条件下，将2 mol CO和4 mol H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件(温度或压强)时，反应达到平衡时CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示。
(1)M点CO的转化率为_________________________________________________________。
(2)X轴上a点的数值比b点________(填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是_______________________________________________________。
7.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)＋H2O(g)??C2H5OH(g) ΔH＝ －45.5 kJ·mol－1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为________，理由是________________________________________________________________________。
8.F．Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5 g ===4NO2 g ＋O2 g
2N2O4 g
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞
p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1
已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(g)??N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1。
若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________(填“大于”“等于”或“小于”)63.1 kPa，原因是_________________________________________。
考点五、最佳条件选择分析
1．丙烷催化直接脱氢反应：C3H8(g)??C3H6(g)＋ H2(g) ΔH1＝＋124.3 kJ·mol －1 (ⅰ)；副反应：C3H8 (g)??C2H4 (g) ＋ CH4(g) ΔH2(ⅱ)。
(1)反应ⅰ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为 650 ℃ 左右的原因是____________________。
(2)温度为 670 ℃ 时，若在1 L的容器中投入 8 mol C3H8，充分反应后，平衡混合气体中有 2 mol CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6 的选择性为________%(C3H6的选择性＝×100%)。
(3)欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是________(填字母)。
a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气
b．增大氢气与丙烷的投料比
c．选择对脱氢反应更好选择性的催化剂
d．增大压强
(4)科学家探索出利用无机膜催化丙烷脱氢制丙烯的新工艺，该工艺利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性的及时移走，从平衡角度分析该工艺的优点：_____________。
2．[2018·全国卷Ⅱ，27(2)①节选]CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1
反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g) 消碳反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1) ＋75 ＋172
活化能/(kJ·mol－1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是____________________。
3．[2018·江苏，20(4)②]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________________。
4．环戊二烯是重要的有机化工原料，制备环戊烯涉及的反应如下：
研究环戊二烯氢化制备环戊烯在不同温度下催化剂的活性。下表是以Pd/Al2O3 为催化剂，相同反应时间测得不同温度的数据(其他条件相同)。
温度/℃ 25 30 35 40 45
环戊二烯转化率/% 84.9 93.9 100.0 100.0 100.0
环戊烯选择性/% 81.3 88.6 75.5 60.6 51.3
说明：选择性＝×100%，收率＝×100%，常用收率来衡量催化剂的活性。
(1)最佳的反应温度为________，选择该温度的原因是___________________________。
(2)表中实验数据表明，升高温度，环戊二烯转化率提高而环戊烯选择性降低，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5．中科院大连化学物理研究所的“煤基甲醇制取低碳烯烃技术(简称 DMTO)”荣获2014年度国家技术发明一等奖。DMTO 技术主要包括煤的气化、液化、烯烃化三个阶段，相关反应的热化学方程式如下：
①煤气化制合成气：C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)
②煤液化制甲醇：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
③甲醇制取低碳烯烃：2CH3OH(g)??C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－11.72 kJ·mol－1
3CH3OH(g)??C3H6(g)＋3H2O(g) ΔH＝－30.98 kJ·mol－1
烯烃化阶段：在常压和某催化剂作用下，甲醇的平衡转化率及乙烯、丙烯等物质的选择性(指除了水蒸气以外的产物中乙烯、丙烯等物质的物质的量分数)与反应温度之间的关系如图。为尽可能多地获得乙烯，控制反应温度为 550 ℃的理由是______________________________。
6．碳的化合物在工业上应用广泛，下面有几种碳的化合物的具体应用：
(1)已知下列热化学方程式：
ⅰ.CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2ClCHClCH3(g) ΔH1＝－133 kJ·mol－1
ⅱ.CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH2＝－100 kJ·mol－1
又已知在相同条件下，CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)==CH2ClCHClCH3(g)的正反应的活化能Ea(正)为132 kJ·mol－1，则逆反应的活化能Ea(逆)为________kJ·mol－1。
(2)查阅资料得知，反应CH3CHO(aq)===CH4(g)＋CO(g)在含有少量I2的溶液中分两步进行：
第Ⅰ步反应为CH3CHO(aq)＋I2(aq)→CH3I(l)＋HI(aq)＋CO(g)(慢反应)；
第Ⅱ步为快反应。
增大I2的浓度________(填“能”或“不能”)明显增大总反应的平均反应速率，理由为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)用催化剂Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成乙烯的反应，所得产物含CH4、C3H6、C4H8等副产物，反应过程如图。
催化剂中添加Na、K、Cu助剂后(助剂也起催化作用)可改变反应的选择性，在其他条件相同时，添加不同助剂，经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。
助剂 CO2转化率/% 各产物在所有产物中的占比/%
C2H4 C3H6 其他
Na 42.5 35.9 39.6 24.5
K 27.2 75.6 22.8 1.6
Cu 9.8 80.7 12.5 6.8
欲提高单位时间内乙烯的产量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加________助剂效果最好；加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是______________________________。
(4)在一密闭容器中，起始时向该容器中充入H2S和CH4且n(H2S)∶n(CH4)＝2∶1，发生反应：CH4(g)＋2H2S(g)??CS2(g)＋4H2(g)。0.11 MPa时，温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图所示：
为提高H2S的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是_______________________(列举一条)。N点对应温度下，该反应的Kp＝________MPa2(Kp为以分压表示的平衡常数)。
7.丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)??C4H8(g)＋H2(g) ΔH＝＋123 kJ·mol－1。
回答下列问题：
(1)图(a)是该反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填字母)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是____________________________。
8.已知：生物脱H2S的原理：H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO4
4FeSO4＋O2＋2H2SO42Fe2(SO4)3＋2H2O
由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为__________________________。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是__________________________________________。
答案和解析
考点四、综合考虑速率和平衡因素解答实际问题
1．甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH1<0
②CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2<0
③CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g) ΔH3>0
(1)图1中能正确反映反应①平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，判断理由是____________________________________________________________。
(2)合成气的组成＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)随温度升高而___________(填“增大”或“减小”)，其原因是______________；图2中的压强由大到小为_________，判断理由是_____________。
答案 (1)a 反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高而变小
(2)减小 升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使平衡体系中CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率减小 p3＞p2＞p1 相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，CO的转化率升高
2．在密闭容器中充入一定量H2S，发生反应：2H2S(g)??2H2(g)＋S2(g) ΔH＝＋169.8 kJ·mol－1。如图为H2S气体的平衡转化率与温度、压强的关系。
(1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为______________，理由是_____________________。
(2)该反应平衡常数大小：K(T1)__________(填“>”“<”或“＝”)K(T2)，理由是_________。
答案 (1)p1
3．二甲醚(CH3OCH3)是一种应用前景广阔的清洁燃料，以CO和氢气为原料生产二甲醚的新工艺主要发生以下三个反应：
编号 热化学方程式 平衡常数
① CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH1 K1
② 2CH3OH(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1 K2
③ CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41 kJ·mol－1 K3
原工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生。新工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率，原因是___________________________________________。
答案 反应③消耗了反应②中的产物H2O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高了CH3OCH3的产率
4．已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)??C2H5OH(g)＋3H2O(g) ΔH<0。
图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系，已知m为起始时的投料比，即m＝。
(1)图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为_____________，判断依据是____________。
(2)图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为____________，判断依据是___________。
答案 (1)T3>T2>T1 正反应放热，升高温度平衡逆向移动，温度越高，CO2的平衡转化率越小
(2)m1>m2>m3 保持n(CO2)不变，增大n(H2)，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大
5．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
＋H2(g) ΔH＝＋124 kJ·mol－1
工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。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)变化如图：
掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：_____________________________
________________________________________________________________________。
答案 正反应方向气体分子数增加，压强不变，加入水蒸气相当于起减压的效果，使平衡正向移动，乙苯的平衡转化率增大
6．甲醇在工业上利用水煤气合成，反应为CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH＜0。在一定条件下，将2 mol CO和4 mol H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件(温度或压强)时，反应达到平衡时CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示。
(1)M点CO的转化率为_________________________________________________________。
(2)X轴上a点的数值比b点________(填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是_______________________________________________________。
答案 (1)25%
(2)小 该反应正反应是放热反应，温度降低，平衡正向移动，φ(CH3OH)增大
7.乙烯气相水合反应的热化学方程式为C2H4(g)＋H2O(g)??C2H5OH(g) ΔH＝ －45.5 kJ·mol－1，如图是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为________，理由是________________________________________________________________________。
答案 p1＜p2＜p3＜p4 该反应正向是气体分子数减小的反应，相同温度下，压强升高乙烯转化率提高
8.F．Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5 g ===4NO2 g ＋O2 g
2N2O4 g
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞
p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1
已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(g)??N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1。
若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________(填“大于”“等于”或“小于”)63.1 kPa，原因是_________________________________________。
答案 大于 温度升高，体积不变，总压强升高；NO2二聚反应为放热反应，温度升高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强升高
考点五、最佳条件选择分析
1．丙烷催化直接脱氢反应：C3H8(g)??C3H6(g)＋ H2(g) ΔH1＝＋124.3 kJ·mol －1 (ⅰ)；副反应：C3H8 (g)??C2H4 (g) ＋ CH4(g) ΔH2(ⅱ)。
(1)反应ⅰ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为 650 ℃ 左右的原因是____________________。
(2)温度为 670 ℃ 时，若在1 L的容器中投入 8 mol C3H8，充分反应后，平衡混合气体中有 2 mol CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6 的选择性为________%(C3H6的选择性＝×100%)。
(3)欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是________(填字母)。
a．恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气
b．增大氢气与丙烷的投料比
c．选择对脱氢反应更好选择性的催化剂
d．增大压强
(4)科学家探索出利用无机膜催化丙烷脱氢制丙烯的新工艺，该工艺利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性的及时移走，从平衡角度分析该工艺的优点：_____________。
答案 (1)温度控制在 650 ℃，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数大
(2)50
(3)ac
(4)将氢气及时移走，反应ⅰ化学平衡正向移动，提高丙烯的产率
解析 (2)平衡混合气体中有 2 mol CH4，则根据反应ⅱ可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)＝ 2 mol；设平衡时C3H6的物质的量为x mol，根据反应ⅰ可知平衡时n(H2)＝x mol，反应ⅰ消耗的n2(C3H8)＝x mol，则平衡时容器n(C3H8)＝(8－2－x)mol，据图可知该温度下反应ⅰ的lg ＝0，所以K＝1，容器体积为1 L，则有＝1，解得x＝2，C3H6的选择性＝×100%＝×100%＝50%。
(3)恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压均减小，反应ⅰ正反应为分子数增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；氢气为产物，增大氢气的量会使反应ⅰ的平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；反应ⅰ正反应为分子数增大的反应，增大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误。
2．[2018·全国卷Ⅱ，27(2)①节选]CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1
反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g) 消碳反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1) ＋75 ＋172
活化能/(kJ·mol－1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是____________________。
答案 劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对较小，消碳反应速率大
3．[2018·江苏，20(4)②]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________________。
答案 迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使 NOx 去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的 NOx 去除反应速率增大 催化剂活性下降；NH3 与 O2 反应生成了 NO
4．环戊二烯是重要的有机化工原料，制备环戊烯涉及的反应如下：
研究环戊二烯氢化制备环戊烯在不同温度下催化剂的活性。下表是以Pd/Al2O3 为催化剂，相同反应时间测得不同温度的数据(其他条件相同)。
温度/℃ 25 30 35 40 45
环戊二烯转化率/% 84.9 93.9 100.0 100.0 100.0
环戊烯选择性/% 81.3 88.6 75.5 60.6 51.3
说明：选择性＝×100%，收率＝×100%，常用收率来衡量催化剂的活性。
(1)最佳的反应温度为________，选择该温度的原因是___________________________。
(2)表中实验数据表明，升高温度，环戊二烯转化率提高而环戊烯选择性降低，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)30 ℃ 该温度下，收率最大，催化剂的活性最好(或该温度下转化率较高，选择性最好)
(2)温度升高，ⅱ、ⅲ的反应速率均加快，但对ⅱ的反应速率的影响小于ⅲ
5．中科院大连化学物理研究所的“煤基甲醇制取低碳烯烃技术(简称 DMTO)”荣获2014年度国家技术发明一等奖。DMTO 技术主要包括煤的气化、液化、烯烃化三个阶段，相关反应的热化学方程式如下：
①煤气化制合成气：C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)
②煤液化制甲醇：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
③甲醇制取低碳烯烃：2CH3OH(g)??C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－11.72 kJ·mol－1
3CH3OH(g)??C3H6(g)＋3H2O(g) ΔH＝－30.98 kJ·mol－1
烯烃化阶段：在常压和某催化剂作用下，甲醇的平衡转化率及乙烯、丙烯等物质的选择性(指除了水蒸气以外的产物中乙烯、丙烯等物质的物质的量分数)与反应温度之间的关系如图。为尽可能多地获得乙烯，控制反应温度为 550 ℃的理由是______________________________。
答案 550 ℃时，甲醇的转化率和乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，乙烯的选择性低；温度过高，甲醇的转化率和乙烯的选择性均降低。高温还可能使催化剂积碳和失活，且耗能大
6．碳的化合物在工业上应用广泛，下面有几种碳的化合物的具体应用：
(1)已知下列热化学方程式：
ⅰ.CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2ClCHClCH3(g) ΔH1＝－133 kJ·mol－1
ⅱ.CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH2＝－100 kJ·mol－1
又已知在相同条件下，CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)==CH2ClCHClCH3(g)的正反应的活化能Ea(正)为132 kJ·mol－1，则逆反应的活化能Ea(逆)为________kJ·mol－1。
(2)查阅资料得知，反应CH3CHO(aq)===CH4(g)＋CO(g)在含有少量I2的溶液中分两步进行：
第Ⅰ步反应为CH3CHO(aq)＋I2(aq)→CH3I(l)＋HI(aq)＋CO(g)(慢反应)；
第Ⅱ步为快反应。
增大I2的浓度________(填“能”或“不能”)明显增大总反应的平均反应速率，理由为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)用催化剂Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成乙烯的反应，所得产物含CH4、C3H6、C4H8等副产物，反应过程如图。
催化剂中添加Na、K、Cu助剂后(助剂也起催化作用)可改变反应的选择性，在其他条件相同时，添加不同助剂，经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。
助剂 CO2转化率/% 各产物在所有产物中的占比/%
C2H4 C3H6 其他
Na 42.5 35.9 39.6 24.5
K 27.2 75.6 22.8 1.6
Cu 9.8 80.7 12.5 6.8
欲提高单位时间内乙烯的产量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加________助剂效果最好；加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是______________________________。
(4)在一密闭容器中，起始时向该容器中充入H2S和CH4且n(H2S)∶n(CH4)＝2∶1，发生反应：CH4(g)＋2H2S(g)??CS2(g)＋4H2(g)。0.11 MPa时，温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图所示：
为提高H2S的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是_______________________(列举一条)。N点对应温度下，该反应的Kp＝________MPa2(Kp为以分压表示的平衡常数)。
答案 (1)165 (2)能 总反应的平均速率由慢反应决定，I2为慢反应的反应物，增大I2的浓度，慢反应的反应速率增大，则总反应的反应速率增大(或根据总反应可知I2为该反应的催化剂，增大I2的浓度，可以增大总反应的平均反应速率)
(3)K 降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响
(4)减小体系压强或及时分离出产物或减小起始时等(任写一条) 8×10－4
解析 (1)根据盖斯定律，将ⅰ－ⅱ得CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)===CH2ClCHClCH3(g)
ΔH＝－133 kJ·mol－1－(－100 kJ·mol－1)＝－33 kJ·mol－1，ΔH＝Ea(正)－Ea(逆)，则逆反应的活化能Ea(逆)为132 kJ·mol－1＋33 kJ·mol－1＝165 kJ·mol－1。(2)根据题意，第Ⅱ步反应＝总反应－第Ⅰ步反应，则第Ⅱ步反应为CH3I(l)＋HI(aq)===I2(aq)＋CH4(g)，总反应的平均反应速率由慢反应决定，I2为慢反应的反应物，增大I2的浓度，慢反应的反应速率增大，则总反应的反应速率增大或根据总反应和两步反应可知，I2为该反应的催化剂，增大I2的浓度，可以增大总反应的平均反应速率。(3)由表中数据可知，添加Na助剂时其他副反应占比大，添加Cu助剂时CO2转化率低，兼顾乙烯的产率、CO2转化率和对副反应的影响，选择添加K助剂效果最好，不仅能提高单位时间内乙烯产量，并且其他副反应占比少，根本原因是降低反应的活化能，加快乙烯生成速率。(4)根据图示，升高温度，CH4的物质的量分数减小，说明升高温度，平衡正移，正反应为吸热反应，ΔH＞0；为提高H2S的平衡转化率，即平衡正移，除改变温度外，还可减小体系压强、及时分离出产物、减小起始时等；设起始加入甲烷的物质的量为3 mol，转化甲烷的物质的量为x mol，列“三段式”：
CH4(g)＋2H2S(g)??CS2(g)＋4H2(g)
起始/mol 3 6 0 0
变化/mol x 2x x 4x
平衡/mol 3－x 6－2x x 4x
N点时，n(H2S)%＝n(H2)%，则6－2x＝4x，解得x＝1，平衡时体系总物质的量为n平＝(3－x＋6－2x＋x＋4x)mol＝(9＋2x)mol＝(9＋2×1)mol＝11 mol，n(CH4)＝2 mol，n(H2S)＝4 mol，n(CS2)＝1 mol，n(H2)＝4 mol，p(CH4)＝0.11 MPa×＝0.02 MPa，p(H2S)＝0.11 MPa×＝0.04 MPa，p(CS2)＝0.11 MPa×＝0.01 MPa，p(H2)＝0.11 MPa×＝0.04 MPa，平衡常数Kp＝＝＝8×10－4 MPa2。
7.丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)??C4H8(g)＋H2(g) ΔH＝＋123 kJ·mol－1。
回答下列问题：
(1)图(a)是该反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填字母)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是____________________________。
[审题要领] 抓关键词，第(1)问：“平衡产率”。第(2)问：“产率”“氢气的作用”。第(3)问：“副产物”产生的原因。
答案 (1)小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)的增大，该平衡向逆反应方向移动
(3)升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动 丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物
解析 (1)由图(a)可以看出，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x<0.1。由于正反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使平衡逆向移动，所以丁烯产率下降。
8.已知：生物脱H2S的原理：H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO4
4FeSO4＋O2＋2H2SO42Fe2(SO4)3＋2H2O
由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为__________________________。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是__________________________________________。
答案 30 ℃、pH＝2.0 蛋白质变性(或硫杆菌失去活性)
解析 由图1可知，温度在30 ℃左右时，Fe2＋氧化速率最快；由图2可知，反应混合液的pH＝2.0左右时，Fe2＋氧化速率最快。由此可推断使用硫杆菌的最佳条件为温度为30 ℃、混合液的pH＝2.0。硫杆菌属于蛋白质，若反应温度过高，蛋白质受热变性失活，导致反应速率下降。
