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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SO 等)，是城市主要污染源之
2
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)===N (g)＋2CO(g)，在298 K、101 kPa下，
2 2
ΔH＝－113 kJ/mol、ΔS＝－145 J/(mol·K)。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，ΔH＝－113 kJ/mol、ΔS＝－145 J/(mol·K)，则有ΔH－TΔS＝(－113 kJ/mol)－298
K×[－0.145 kJ/(mol·K)]＝－69.79 kJ/mol<0，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，B项错误，C项正确；NO、CO均会与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。]
2．(2021·安徽六校第一次联考)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH )：
3
CH
3
OH(g)＋CO(g)⇌HCOOCH
3
(g)。在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH
3
OH和
CO，测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．增大压强，甲醇转化率增大
B．b点反应速率
v正
＝
v逆
C．平衡常数K(75 ℃)＞K(85 ℃)，反应速率：
vb
＜
vd
D．生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜
B [增大压强，平衡正向移动，甲醇转化率增大，A项正确；b点处于图中最高点左侧，b点CO转化率未到达平衡值，此时反向正向进行，故b点反应速率 v正 >v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：
vb
＜
vd
；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80～85 ℃时，CO转化率较大，
故生产时反应温度控制在80～85 ℃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 C H (l)催化脱氢
10 18
的反应过程如下：
反应1∶C
10
H
18
(l)⇌C
10
H
12
(l)＋3H
2
(g) ΔH
1
反应2∶C
10
H
12
(l)⇌C
10
H
8
(l)＋2H
2
(g) ΔH
2
测得C H 和C H 的产率x 和x(以物质的量分数计)随时间的变化关系及反应过程能
10 12 10 8 1 2
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，ΔH、ΔH 也会随之改变
1 2
C．8 h时，反应2未处于平衡状态
D．x 显著低于x，是因为反应2的活化能比反应1的小，反应1生成的C H 很快转变
1 2 10 12
成C H
10 8
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(ΔH)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ΔH、ΔH 不会随之
1 2
改变，B项错误；图中8 h后，C H 的产率x 逐渐增大，故反应2未处于平衡状态，C项正确；
10 8 2
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C H 很快转变成C H，故x 显著低于x，D项正确。]
10 12 10 8 1 24．(2021·山东肥城检测)氢能作为新型能源，可利用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HO进行反应。
2
已知：
反应Ⅰ：FeO(s)＋CO(g)⇌Fe(s)＋CO
2
(g) ΔH
1
反应Ⅱ：FeO(s)＋H
2
(g)⇌Fe(s)＋H
2
O(g) ΔH
2
反应Ⅲ：CO(g)＋H
2
O(g)⇌CO
2
(g)＋H
2
(g) ΔH
反应Ⅲ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Ⅲ的ΔH与ΔH、ΔH 关系式：ΔH＝________。
1 2
(2)若反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数分别为K 和K ，则反应Ⅲ的平衡常数K与K 、K 的关
1 2 1 2
系式：K＝________。
(3) 随 着 温 度 的 升 高 ， CO 的 转 化 率 先 升 后 降 ，“ 后 降 ” 的 可 能 原 因 是
________________________________。
(4)由图可知，ΔH________0(填“大于”或“小于”)，催化剂应选择________(填
“Au/αMoC”或“Au/αMoC/NaCN”)。
(5)已知T＝1 025 K时，K＝1。则平衡时CO的转化率α(CO)＝________。当T＞1 025K
时，平衡时，H 的体积分数 ω 的取值范围为________。此时，CO 还原 FeO(s)的能力
2
________H(填“大于”或“小于”)。
2
(6)欲提高H 的体积分数，可采取的措施为________________________________。
2
解析 (1)由反应Ⅰ－Ⅱ可得反应Ⅲ，根据盖斯定律，则反应Ⅲ的ΔH＝ΔH－ΔH 。
1 2
(2)由于反应Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，反应I和II的平衡常数分别为K 和K ，则反应Ⅲ的平衡常数为
1 2
K＝。
(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ΔH<0。由图可知，催化剂Au/αMoC在较低温度时具有较高的催化活性，故催化
剂应选择Au/αMoC。
(5)起始时 CO 和 HO(g)的物质的量相等，假设均为 1 mol，由于反应 CO(g)＋
2
H
2
O(g)⇌CO
2
(g)＋H
2
(g)前后气体总分子数不变，平衡常数K＝1，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×100%＝50%。1 025 K时，H 的体积分数为25%；升
2
高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时H 的体积分数减小，但肯定大于0，故H 的体积分
2 2
数取值范围为0<ω<25%。
(6)欲提高H 的体积分数，可采取的措施有及时分离出CO，或降低温度等。
2 2
答案 (1)ΔH－ΔH (2)
1 2
(3)温度过高，催化剂的催化活性下降
(4)小于 Au/αMoC
(5)50% 0<ω<25% 小于
(6)及时分离出CO(或降低温度)
2
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 ：
ΔH＝＋123.5 kJ·mol－1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N(原料气中乙苯和N 的物质
2 2
的量之比为1∶10，N 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
2
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H 以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为
2
(1)A、B两点对应的正反应速率较大的是________。
(2)掺入N 能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实
2________________________________________________________________________。
(3)用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数K ＝________。(保留两位有效数
p
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：
1 0 0
0.4 0.4 0.4
0.6 0.4 0.4
平衡时总物质的量为1.4 mol，乙苯的平衡分压为×0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡分压
为×0.1 MPa，则600 ℃时的平衡常数K ＝≈0.019。
p
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
