第二章 章末提升课 第2课时 化学反应速率与化学平衡综合图像（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（人教版）

该高中化学讲义通过分类框架系统梳理了化学反应速率与化学平衡综合图像知识体系，将抛物线型曲线、曲线外标记点等特殊图像及多曲线复杂图像按“类型分析-例题解析-规律总结”递进组织，用对比分析呈现平衡移动、速率变化等重难点的内在联系。 讲义亮点在于“图像信息提取-证据推理-规律应用”的练习设计，如通过绝热容器中反应速率变化曲线判断焓变，培养科学思维与证据推理素养。基础题巩固图像分析方法，综合题提升复杂情境应用能力，助力学生自主复习，为教师分层教学提供精准支持。

第2课时　化学反应速率与化学平衡综合图像 [核心素养发展目标]　1.了解几种常考特殊图像。2.能提取有效信息综合分析多曲线图像，正确解答相关问题。 一、几种特殊曲线分析 类型一　抛物线型曲线分析 例1　对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH＝Q的变化曲线如下图： (1)M点之前，温度低反应速率小，测定时反应为非平衡状态，v正＞v逆。 (2)M点为平衡点，M点后为平衡移动受温度影响的情况。升高温度，平衡向逆反应方向移动，Q<0。 (3)由图2可得出a＋b<c＋d。 例2　向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。 (1)反应过程中压强增大(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)反应物浓度：a点>b点(填“>”“<”或“＝”，下同)。 (3)该反应的焓变ΔH<0。 (4)c点是否是平衡状态：否(填“是”或“否”)。 例3　一定温度下，发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，改变反应物的投料比，NH3的平衡体积分数随的变化曲线如图所示。 (1)a＝3∶1。 (2)A、B、C三点H2的平衡转化率由大到小的顺序：αA(H2)>αB(H2)>αC(H2)，三点的平衡常数大小关系：相等。 类型二　曲线及曲线外标记特殊点图像 例4　对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)(如图)，分析E、F点反应进行的方向。 (1)L线上所有的点都是平衡点，L线上方(E点)，A%大于平衡体系的A%，则E点Q<K，反应正向进行，v正>v逆。 (2)同理分析，F点Q>K，反应逆向进行，v正<v逆。 1．已知A(g)＋B(g)2C(g)，反应过程中C的百分含量与温度的关系如图所示，下列说法正确的是(　　) A．正反应速率：v(c)>v(d)>v(b) B．化学平衡常数：K(d)>K(c) C．c点向d点变化时，v正<v逆 D．d点状态加入合适的催化剂可使C%增大 答案　C 解析　温度越高，反应速率越大，则正反应速率：v(d)>v(c)>v(b)，A错误；正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，K减小，则化学平衡常数：K(d)<K(c)，B错误；由c点向d点变化时，平衡逆向移动，可知v正<v逆，C正确；d点时加入催化剂不会使平衡移动，C%不变，D错误。 2．如图是在其他条件一定时，反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)中NO的最大转化率与温度的关系曲线。图中坐标有A、B、C、D、E 5点。 (1)其中表示已达平衡状态，v正＝v逆的点是BD。 (2)其中表示未达平衡状态，v正>v逆的点是C。 (3)其中表示未达平衡状态，v正<v逆的点是AE。 (4)该反应的ΔH<0。 二、多曲线复杂图像的分析 类型一　与平衡移动有关的多曲线图像分析 例1　150 ℃时，发生的反应为CS2(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2S(g)　ΔH＝－46 kJ·mol－1。在恒温恒容条件下发生上述反应，测得H2O的平衡转化率[α(H2O)]与温度、投料比[A＝]的关系如图所示。 X代表________，A1________(填“>”“<”或“＝”)A2，判断依据是__________________。 答案　温度　>　温度相同时，增大CS2(g)的投料，平衡正向移动，水的转化率升高 例2　2HI(g) H2(g)＋I2(g)　ΔH＞0，v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。 当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为________(填字母)。 答案　AE 解析　当v正＝v逆时为平衡状态，升高温度正、逆反应速率均增大，对应两点在1.6上面，升高温度，平衡向正反应方向移动，x(HI)减小(A点符合)，x(H2)增大(E点符合)。 类型二　根据图像判断催化效率或反应的选择性 例3　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的关系如图所示，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________%。 答案　(1)丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数大 (2)50 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，则平衡时容器中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%。 例4　采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。 主反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) 副反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)、CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) 测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。则催化剂中约为______时最有利于二甲醚的合成。 答案　2.0 解析　由图可知当催化剂中约为2.0时，CO的转化率最大，二甲醚的产率最大。 分析复杂图像要做到四看 一看横纵坐标、二看是否平衡态、三看曲线走势关键点、四看方程式的特点(系数、热效应)。 1．在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(　　) A．反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH>0 B．图中X点所示条件下，延长反应时间不能提高NO的转化率 C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO的转化率 D．380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO的平衡转化率为50%，则平衡常数K>2 000 答案　D 解析　由虚线可知，随温度升高，NO的平衡转化率逐渐降低，说明平衡逆向移动，则NO与O2反应生成NO2的反应为放热反应，ΔH<0，A项错误；由图像知，X点未达到平衡，延长时间反应继续向右进行，NO的转化率增大，B项错误；Y点为平衡点，增大O2的浓度，平衡正向移动，可以提高NO的转化率，C项错误；设NO的起始浓度为a mol·L－1，NO的转化率为50%，则平衡时NO、O2和NO2的浓度分别为0.5a mol·L－1、(5.0×10－4－0.25a) mol·L－1、0.5a mol·L－1，该反应的平衡常数K＝＝>＝2 000，D项正确。 2．已知：无CO时反应为2NO(g)N2(g)＋O2(g)，有CO时反应为2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)。 某研究小组以AgZSM为催化剂，在容积为1 L的容器中，相同时间下测得0.1 mol NO转化为N2的转化率随温度变化如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．反应2NO(g)N2(g)＋O2(g)的ΔH<0 B．X点可以通过更换高效催化剂提高NO的反应速率 C．Y点再通入CO、N2各0.01 mol，此时v正(CO)<v逆(CO) D．达平衡后，其他条件不变，改变物料使>1，CO转化率下降 答案　C 解析　由图可知，升高温度NO的转化率减小，则升高温度平衡逆向移动，2NO(g)N2(g)＋O2(g)的ΔH<0，A正确；催化剂具有选择性，X点可以通过更换高效催化剂提高NO的反应速率，B正确；Y点时NO的转化率为80%，体积为1 L，＝1，则c(CO)＝c(NO)＝0.1 mol·L－1，列三段式： 　　　　　　　2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) 起始/(mol·L－1)　0.1　　　0.1　　　0　　　　0 转化/(mol·L－1)　0.08　　　0.08　　0.08　　0.04 平衡/(mol·L－1)　0.02　　　0.02　　0.08　　0.04 K＝＝1 600，Y点再通入CO、N2各0.01 mol，Q＝≈888.9<K，平衡正向移动，则此时v正(CO)>v逆(CO)，C错误；2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)中增大CO的量，可促进NO的转化，而CO的转化率下降，D正确。 3．将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图。 此反应________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案　放热　不变 解析　当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。 (选择题1～9题，每小题6分，共54分) 1．I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，某I2、KI混合溶液中，I的物质的量浓度c(I)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是(　　) A．温度为T1 ℃时，向该平衡体系中加入KI固体，平衡正向移动 B．I2(aq)＋I－(aq) I(aq)的ΔH＜0 C．T1 ℃时，反应进行到状态d时，一定有v正＞v逆 D．状态a与状态b相比，状态b时I2的转化率更高 答案　D 解析　加入KI固体，c(I－)增大，平衡正向移动，A项正确；由图可知，温度越高，c(I)越小，则升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，B项正确；T1 ℃时，反应进行到状态d时，c(I)小于平衡时的浓度，则平衡向正反应方向移动，则一定有v正＞v逆，C项正确；a、b点均为平衡点，a点时c(I)大，则状态a时I2的转化率更高，D项错误。 2．反应aM(g)＋bN(g)cP(g)＋dQ(g)达到平衡时，M的体积分数φ(M)与反应条件的关系如图所示。其中z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。下列说法正确的是(　　) A．同温同压同z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增大 B．同压同z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增大 C．同温同z时，增大压强，平衡时Q的体积分数增大 D．同温同压时，增大z，平衡时Q的体积分数增大 答案　B 解析　催化剂同等程度地影响正、逆反应速率，对平衡移动无影响，故同温同压同z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数不变，A项错误；同压同z时，温度升高，M的体积分数减小，说明正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则平衡时Q的体积分数增大，B项正确；同温同z时，增大压强，M的体积分数增大，说明a＋b<c＋d，平衡向逆反应方向移动，则Q的体积分数减小，C项错误；由图像可知，z值越大，M的体积分数越小，越有利于M的转化率的提高，但Q的体积分数不一定增大，若加入N的物质的量较多，虽然有利于平衡右移，但Q的体积分数依然减小，D项错误。 3．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)化学平衡状态的影响，得到如图所示的变化规律(图中T表示温度，n表示物质的量)，根据图像得出的下列结论不正确的是(　　) A．反应速率：c>b>a B．达到平衡时A2的转化率：b>a>c C．若T2>T1，则正反应一定是吸热反应 D．达到平衡时，AB3的物质的量：c>b>a 答案　B 解析　根据图像可知，a、b、c点B2的起始物质的量依次增大，即反应物的浓度依次增大，反应速率依次增大，故A正确；根据图像可知，a、b、c点B2的起始物质的量依次增大，对于可逆反应来说，增大一种反应物的物质的量浓度，有利于平衡向正反应方向移动，则另一种反应物的转化率增大，达到平衡时A2的转化率大小顺序为c>b>a，生成物的物质的量增多，所以达到平衡时，AB3的物质的量大小顺序为c>b>a，故B错误、D正确；若T2>T1，由图像可知，温度升高，生成物的物质的量增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，故C正确。 4．将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭容器中，发生反应：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数值(－lg K)随温度(T)的变化如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．该反应的ΔH>0 B．A点对应状态的平衡常数K(A)＝10－2.294 C．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 D．30 ℃时，B点对应状态的v正＜v逆 答案　C 解析　－lg K越大，化学平衡常数K越小，由题图可知，随着温度的升高，化学平衡常数K增大，则升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH＞0，故A正确；A点对应的－lg K＝2.294，则平衡常数K(A)＝10－2.294，故B正确；反应体系中气体只有NH3和CO2，反应得到NH3和CO2的物质的量之比为2∶1，所以NH3的体积分数始终不变，故C错误；30 ℃时，B点浓度商Q大于平衡常数K，反应向逆反应方向进行，则B点对应状态的v正＜v逆，故D正确。 5.在一个绝热的恒容密闭容器中通入CO(g)和H2O(g)，一定条件下使反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)达到平衡状态，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出的结论正确的有(　　) ①反应物浓度：A点小于C点 ②反应物的总能量高于生成物的总能量 ③反应过程中压强始终不变 ④Δt1＝Δt2时，H2的产率：AB段小于BC段 ⑤C点时反应进行的程度最大 A．1项 B．2项 C．3项 D．4项 答案　B 解析　A点到C点反应物浓度随时间不断减小，所以反应物浓度：A点大于C点，故①错误；A点到C点正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，故②正确；该反应为反应前后气体体积不变的反应，该容器为绝热恒容容器，温度升高，压强增大，故③错误；随着反应的进行，正反应速率增大，氢气的产率逐渐增大，Δt1＝Δt2时，H2的产率：AB段小于BC段，故④正确；化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，C点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达平衡，故⑤错误。 6．(2023·青岛高二期中)合成氨技术一直是科学家研究的重要课题。将0.1 mol N2和0.3 mol H2充入密闭容器中反应，平衡后混合物中NH3的物质的量分数[φ(NH3)]随温度、压强的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．压强大小关系为p1＜p2＜p3 B．达平衡时a点氮气的分压p(N2)＝0.1p2 C．a点的平衡常数K＝ D．a、b、c三点平衡常数大小关系为Ka＜Kb＜Kc 答案　B 解析　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为气体分子数减小的反应，其他条件相同时，增大压强平衡正向移动，φ(NH3)增大，故压强大小关系为p1＞p2＞p3，A错误；达平衡时a点NH3的物质的量分数为0.6，设此时N2转化了a mol，根据三段式法有： 　　　　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起始/mol　0.1　　　0.3　　　0 转化/mol　a　　　　3a　　　2a 平衡/mol　0.1－a　　0.3－3a　2a 则＝0.6，解得a＝0.075，N2的分压p(N2)＝p2＝0.1p2，B正确；容器体积未知，且该反应为反应前后气体分子数不等的反应，根据所给条件无法计算K，C错误；由题图可知，同一压强下，升高温度φ(NH3)减小，平衡逆向移动，平衡常数减小，温度：a点＜b点＜c点，故Ka＞Kb＞Kc，D错误。 7．一定量的CO2与足量的碳在容积可变的恒压密闭容器中发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示： 已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　) A．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总 B．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡逆向移动 C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动 D．650 ℃时，反应达到平衡后CO2的转化率为25.0% 答案　D 解析　由题图可知925 ℃时，平衡时，CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数为4%，所以p(CO)＝0.96p总，p(CO2)＝0.04p总，所以Kp＝＝23.04p总，故A错误；在容积可变的恒压密闭容器中发生反应，550 ℃时若充入惰性气体，相当于减小压强，则v正、v逆均减小，该反应正反应是气体分子数增大的反应，则平衡正向移动，故B错误；由图可知，T ℃时，反应达到平衡后CO和CO2的体积分数都为50%，所以充入等体积的CO2和CO后依然是平衡状态，平衡不移动，故C错误；由图可知，650 ℃时，反应达到平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳的物质的量为1 mol，转化了x mol，则剩余(1－x) mol CO2，生成2x mol CO，所以有×100%＝40.0%，解得x＝0.25，所以CO2的转化率为25.0%，故D正确。 8．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2==CH2(g)＋4H2O(g)；已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法正确的是(　　) A．生成乙烯的速率：v(M)一定小于v(N) B．化学平衡常数：KN>KM C．当温度高于250 ℃时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，从而使催化剂的催化效率降低 D．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数约为7.7% 答案　D 解析　M点的温度低于N点的温度，但M点催化剂的催化效率高于N点，所以生成乙烯的速率：v(M)不一定小于v(N)，A错误；由题图可知，升高温度，CO2的平衡转化率降低，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，温度升高，化学平衡常数减小，N点温度高于M点温度，则化学平衡常数：KN<KM，B错误；催化剂的催化效率与平衡移动方向无关，C错误；题图中M点时，CO2的平衡转化率是50%，若投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，设起始CO2的物质的量为a mol，列三段式： 6H2(g)＋2CO2(g)CH2==CH2(g)＋4H2O(g) 起始/mol　　3a　　　a　　　　　　0　　　　　　　0 转化/mol　　1.5a　　0.5a　　　　　0.25a　　　　　a 平衡/mol　　1.5a　　0.5a　　　　　0.25a　　　　　a 则乙烯的体积分数为×100%≈7.7%，D正确。 9．化学反应2IClI2＋Cl2，Kp可分为以下两步： ①2NO(g)＋2ICl(g)===2NOCl(g)＋I2(g)　Kpl； ②2NOCl(g)===2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2。 经测定和计算，得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如图所示，已知反应②是吸热反应。下列说法正确的是(　　) A．NOCl是化学反应2IClI2＋Cl2的催化剂 B．曲线②代表lg Kp2～ C．Kp＝Kp1＋Kp2 D．当2v正(ICl)＝v逆(Cl2)时，表明可逆反应2IClI2＋Cl2达到了平衡状态 答案　B 解析　NOCl在反应①中是生成物，在反应②中是反应物，所以NOCl是总反应的中间体，A错误；因反应②是吸热反应，Kp随温度的升高而增大，T增大，减小，lg Kp增大，B正确；①＋②得总反应，所以Kp＝Kp1·Kp2，C错误；各物质速率之比等于化学计量数之比，v正(ICl)＝2v逆(Cl2)时反应达到平衡状态，D错误。 10．(10分)在一个体积为2 L的密闭容器中，高温下发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。其中CO2、CO的物质的量(mol)随时间(min)的变化关系如图所示。 (1)反应在1 min时第一次达到平衡状态，固体的质量增加了3.2 g。用CO2的浓度变化表示的反应速率 v(CO2)＝___________________________________________________。 (2)反应进行至2 min时，若只改变温度，曲线发生的变化如图所示，3 min时再次达到平衡，则ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。 (3)5 min时再充入一定量的CO(g)，平衡发生移动。下列说法正确的是________(填字母)。 a．v正先增大后减小 b．v正先减小后增大 c．v逆先增大后减小 d．v逆先减小后增大 表示n(CO2)变化的曲线是________(填写图中曲线的字母编号)。 (4)请用固态物质的有关物理量来说明该反应已经达到化学平衡状态：______________ __________________________________________________________________________。 答案　(1)0.1 mol·L－1·min－1　(2)>　(3)c　b (4)Fe(或FeO)的质量(或物质的量)保持不变(或固体总质量保持不变) 11．(15分)(2024·河南1月适应性测试)二氧化碳­甲烷重整反应制备合成气(H2＋CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应： ①CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1 ②CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)　ΔH2＝－90.2 kJ·mol－1 ③CH4(g)C(s)＋2H2(g)　ΔH3＝＋74.9 kJ·mol－1 ④CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)　ΔH4＝－131.3 kJ·mol－1 回答下列问题： (1)ΔH1＝ ______________，反应①______正向自发进行(填字母)。 A．低温下能 B．高温下能 C．任何温度下都能 D．任何温度下都不能 (2)反应体系总压强分别为5.00 MPa、1.00 MPa和0.50 MPa时，CH4平衡转化率随反应温度变化如图所示，则代表反应体系总压强为5.00 MPa的曲线是______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，判断依据是________________________________________________________。 (3)当反应体系总压强为0.1 MPa时，平衡时部分组分的物质的量随反应温度变化如图所示。随反应温度的升高，CO2的物质的量先增加后减少，主要原因是_________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)＋247.3 kJ·mol－1　B　(2)Ⅲ　恒温减压时平衡①、③右移，甲烷平衡转化率增大　(3)低于500 ℃，温度对反应②影响更大，所以n(CO2)增大，高于500 ℃时，温度对反应①、③影响更大，所以n(CO2)减小 12．(21分)氮的氧化物是造成大气污染的主要物质，研究氮氧化物间的相互转化及脱除有重要意义。 Ⅰ.氮氧化物间的相互转化 (1)已知2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的反应历程分两步： 第一步：2NO(g)N2O2(g)(快速平衡) 第二步：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢反应) ①用O2表示的速率方程为v(O2)＝k1c2(NO)·c(O2)；NO2表示的速率方程为v(NO2)＝k2c2(NO)·c(O2)，k1与k2均表示速率常数，则＝______。 ②下列关于反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的说法正确的是________(填字母)。 A．使压强增大，反应速率常数一定增大 B．第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能 C．反应的总活化能等于第一步和第二步反应的活化能之和 (2)2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，用分压表示的平衡常数Kp与(T为温度)的关系如图1。 ①能正确表示lg Kp与关系的曲线是________(填“a”或“b”)。 ②298 K时，在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2，平衡时NO2的分压为100 kPa。已知Kp＝2.7×10－3 kPa－1(用平衡分压代替平衡浓度计算)，则NO2的转化率为________(结果保留整数)。 Ⅱ.烟气中氮氧化物的脱除 (3)以NH3为还原剂在脱硝装置中消除烟气中的氮氧化物。 主反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)===4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH1 副反应：4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH2＝－1 267.1 kJ·mol－1； 4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH3＝－907.3 kJ·mol－1 ①ΔH1＝________。 ②将烟气按一定的流速通过脱硝装置，测得出口的NO的浓度与温度的关系如图2，试分析脱硝的适宜温度是________(填字母)。 a．<850 ℃　　b．900～1 000 ℃　　c．>1 050 ℃ 温度超过1 000 ℃，NO浓度升高的原因是______________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________。 答案　(1)①　②B　(2)①a　②35% (3)①－1 626.9 kJ·mol－1　②b　温度过高，NH3容易与氧气发生反应产生NO，使NO浓度升高(或反应温度过高，副反应发生程度变大，产生更多的NO，其他答案合理也可) 解析　(1)①由于v(O2)＝k1c2(NO)·c(O2)，v(NO2)＝k2c2(NO)·c(O2)，k1与k2均表示速率常数，则＝，根据反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)可知，＝，所以＝。②反应速率常数与压强无关，增大压强，反应速率常数不变，A错误；第一步反应是快反应，第二步反应为慢反应，所以第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能，B正确。 (2)①根据反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0可知，该反应的正反应为放热反应，升高温度，减小，平衡逆向移动，Kp减小，所以表示lg Kp与关系的曲线是a。②假设起始NO2的物质的量为1 mol，转化率为x，列出三段式： 2NO2(g)N2O4(g)　　　 n(起始)/mol　　1　　　　　0 n(转化)/mol　　x　　　　　0.5x n(平衡)/mol　　1－x　　　0.5x 同温同体积下，气体的压强之比等于其物质的量之比，则p(NO2)∶p(N2O4)＝(1－x)∶0.5x＝100 kPa∶p(N2O4)，则p(N2O4)＝ kPa，因此，Kp＝ kPa－1＝2.7×10－3 kPa－1，解得x≈0.35，所以NO2的平衡转化率为35%。 (3)①从上到下给反应分别编号为ⅰ、ⅱ、ⅲ，根据盖斯定律，将反应ⅱ×2－ⅲ可得4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)===4N2(g)＋6H2O(g)，则ΔH1＝2ΔH2－ΔH3＝2×(－1 267.1 kJ·mol－1)－(－907.3 kJ·mol－1)＝－1 626.9 kJ·mol－1。②根据图2可知，在温度为900～1 000 ℃时，出口的NO的残留浓度小，故选b。 学科网（北京）股份有限公司 $