2024届高三总复习专题——化学平衡图像说理题（图像中活化能分析）
【化工生产适宜条件选择的一般原则】
条件 从化学反应速率分析 从化学平衡移动分析 从原料的利用率分析 从实际生产能力分析 【经典训练】 1、[2024·全国卷 II·节选] 反应中催化剂话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：
原则 既不能过快，又不能太慢 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制 积碳反应：CH4(g)= C(s)+2H2(g) 消碳反应：CO2(g)+ C(s)= 2CO(g) ΔH/(kJ·mol?1) 催化剂 X 活化能 /(kJ·mol?1) 催化剂 Y 75 33 43 172 91 72
由上表判断，催化剂 X
Y(填“优于”或“劣于”)，理由是 2、[2024·江苏卷 I·节选] 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 高于 380 ℃时，NOx 的去除率迅速下降的原因可能是
；当反应温度
3、[2017·天津卷·节选] 已知：生物脱 H2S 的原理：H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO4
硫杆菌
4FeSO4＋O2＋2H2SO4 ===== 2Fe2(SO4)3＋2H2O 由图 1 和图 2 判断使用硫杆菌的最佳条件为 降，其原因是
，若反应温度过高，反应速率下
1
4、[2016·全国卷Ⅲ·节选] 煤燃烧排放的烟气含有 SO2 和 NOx，形成酸雨、污染大气，采用 NaClO2 溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。在鼓泡反应器中通入含有 SO2 和 NO 的烟气，反应温度为 323 K，NaClO2 溶液浓度为 5×10?3mol·L?1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子 c/(mol·L?1) SO4 8.35×10?4
2? SO3 6.87×10?6 2? NO3 1.5×10?4 ? NO2 1.2×10?5 ? Cl? 3.4×10?3
由实验结果可知，脱硫反应速率 的初始浓度不同，还可能是
催化剂??
脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了 SO2 和 NO 在烟气中5、[2016·浙江卷·节选] 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。控制反应温度为 600 ℃的理由是
6、工业废气、汽车尾气中含有的 NOx、SO2 等，是形成雾霾的主要物质，其综合治理是当前重要的研究课题。某研究小组探究催化剂对 CO、NO 转化的影响。将 NO 和 CO 以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应， 相同时间内测量逸出气体中的 NO 含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即 NO 的转化率)，结果如图所示。
若温度低于 200℃，图中曲线脱氯率随温度升高而变化不大的主要原因是 a 点对应的脱氮率是否为对应温度下的平衡脱氮率，并说明其理由
；判断 7、下图是在一定时间内，使用不同催化剂 Mn 和 Cr 在不同温度下对应的脱氮率，由图可知工业使用的最佳催化剂为
、相应温度为 ；使用 Mn 作催化剂时，脱氮率 b～a 段呈现如图变化的可能原因是
2
8、以 TiO2/Cu2Al2O4 为催化剂，可以将 CO2 和 CH4 直接转化为乙酸，请写出该反应的化学方程式： 在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图 2 所示。在温度为 好，效率最高。请解释图中 250～400 ℃时乙酸生成速率变化的原因：250～300 ℃时 300～400 ℃时
。；
时，催化剂的活性最
9、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(其它条件相同)
温度/℃ 环戊二烯转化率/% 环戊烯选择性/% 说明： ①最佳的反应温度为
25 84.9 81.3 ，
30 93.9 88.6 35 100.0 75.5 40 100.0 60.6 45 100.0 51.3 ，常用收率来衡量催化剂的活性
，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
11、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) ②煤液化制甲醇：CO(g)+2H2(g) ③甲醇制取低碳烯烃：2CH3OH(g)
3CH3OH(g)
CO(g)+H2(g) CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g) C3H6(g)+3H2O(g)
ΔH＝—11.72 kJ·mol－1 ΔH＝—30.98kJ·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 3。为尽可能多地获得乙烯，控制反应温度为 550℃的理由是
3
11、向恒容密闭容器中加入适量催化剂，并充入一定量的 H2 和 CO 合成甲醇：2H2(g)＋CO(g) 单位时间内，CO 的转化率[α(CO)]与反应温度的变化关系如图所示
CH3OH(g)，
温度为 T1～T2 ℃时，CO 的转化率降低，原因是
的反应如下： ①CO2(g)+3H2(g) ②CO2(g)+H2(g) ③CH3OH(g) 所示
CH3OH(g)+H2O(g) CO(g)+H2O(g) CO(g)+2H2(g)
ΔH1 ＝＋99kJ·mol－1 ΔH2 ＝＋36kJ·mol－1 ΔH3＝＋99kJ·mol－1
12、甲醇是重要的化工原料。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，可能发生
一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应 12 小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图
温度为 470K 时，图中 P 点
(填“是”或“不是”)处于平衡状态。在 490K 之前，甲醇产率随温度升高而增
大，490K 之后，甲醇产率随温度升高而减小的原因分别是
4
【化学平衡图像说理题(四)——图像中活化能分析】答案
1、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小，消碳反应速率大
2、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 3、30 ℃、pH＝2.0 蛋白质变性(或硫杆菌失去活性) 4、大于；NO 溶解度较低或脱硝反应活化能较高
解析：由实验结果可知，在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多，因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。原 因是除了 SO2 和 NO 在烟气中的初始浓度不同，还可能是二氧化硫的还原性强，易被氧化。
5、600 ℃，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 6、温度较低时，催化剂的活性偏低
不是平衡脱氮率，因为该反应为放热反应，根据曲线Ⅱ可知，a 点对应温度的平衡脱氮率应该更高
7、Mn 200 ℃左右 b～a 段，开始温度较低，催化剂活性较低，脱氮反应速率较慢，反应还没达到化学平衡， 随着 温度升高反应速率变大，一定时间参与反应的氮氧化物变多，导致脱氮率逐渐升高
TiO2/Cu2Al2O4
8、CO2＋CH4 ========= CH3COOH 250 ℃
催化剂效率下降是影响乙酸生成速率的主要原因 温度升高是影响乙酸生成速率的主要原因 9、①30℃ 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，选择性好
过高，
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
10、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 性质下降。高温还可能使催化剂积碳和失活，且耗能大。 11、催化剂的活性降低，反应速率减小
12、不是
升高温度，反应逆向移动，催化剂活性降低
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2024届高三化学平衡图像说理题型——图像中活化能分析
