2026年高考化学第一轮总复习导学案--第25讲　速率、平衡原理在工业生产中的应用和分析（含答案）

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1. 认识化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。2. 学会应用速率、平衡原理分析工业生产过程中的条件控制。3. 掌握复杂反应平衡体系的分析的一般思路和方法。
活动一 运用速率、平衡原理选择工业生产的适宜条件
(1) 在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为____________，而反应的最高温度应低于___________。(2) 制取钾的过程中，为了提高原料的转化率，可以采取的措施是_________________________________________。(3) 常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为_____________。
减小压强、移去钾蒸气、适当升高温度
表一：工业生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2：7%，O2：11%，N2：82%。压强及温度对SO2转化率的影响如下：
表二：不同温度和压强下投料V(N2)∶V(H2)＝1∶3，平衡混合物中NH3含量(体积分数)的变化情况如下：
(1) 两个反应的正反应均为放热反应，低温有利于提高反应物的转化率，但实际工业生产中选定实际温度分别是400～500 ℃和500 ℃，工业上如此选择的原因是什么？ 【答案】 提高反应速率，催化剂活性较大。(2) 两个反应均为体积减小的反应，实际生产中合成氨采取高压，而硫酸工业采取常压，你认为硫酸工业采取常压的原因是什么？【答案】 常压下，SO2的转化率已经很高。(3) 即使在500 ℃和30 MPa时，平衡时氨的体积分数也只有26.4%，在不改变生产条件的前提下，你认为如何能提高转化率、产率？【答案】 工业上将NH3液化后，从平衡混合气中分离出去，并将氮气、氢气混合气循环利用。
(4) 生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2：7%，O2：11%，N2：82%，工业上，原料气的组成采用这样的配比，你认为其化学原理是什么？【答案】 可通过增大某些廉价反应物浓度的方法来提高其他物质的转化率。
(1) 该反应是放热反应还是吸热反应？【答案】 放热反应(2) 比较p1、p2的大小。【答案】 p2＞p1
活动二 单一反应平衡体系的分析
2. 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的转化率如图所示。
(1) 图中哪根线表示NO的平衡转化率？【答案】 虚线
(2) 根据图中信息回答下列问题。①A点到B点NO转化率上升的原因是什么？【答案】 温度升高与催化剂的活性增强共同作用导致反应速率加快，单位时间内NO转化率上升②D点到E点NO转化率下降的原因是什么？【答案】 温度升高催化剂的活性降低导致反应速率减慢，单位时间内NO的转化率下降③F点到G点NO转化率下降的原因是什么？【答案】 温度升高，K值减小，NO的转化率下降④要使A点NO转化率达到C点可以改变的条件是什么？【答案】 适当延长反应时间、适当增大压强、使用该温度下更高效的催化剂等
在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式如下：反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－164.7 kJ/ml反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ/ml反应Ⅲ：2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)ΔH＝－247.1 kJ/ml向恒压、密闭容器中通入1 ml CO2和4 ml H2，平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图所示。试回答下列问题。
活动三 复杂反应平衡体系的分析
1. 反应Ⅰ的平衡常数可表示为____________________，CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)的ΔH＝________________。2. 图中曲线A表示_______的物质的量随温度的变化，理由是_______ ___________________________________________________________________。3. 根据图中信息，我们可以通过_______________________________ 提高 CO2转化为CH4的转化率。
＋205.9 kJ/ml　
反应Ⅰ的ΔH0C. L6处的H2O的体积分数大于L5处D. 混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
【解析】 L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；反应初始温度是225 ℃，由图可知，绝热装置中气体温度高于225 ℃，说明反应过程中有热量放出，已知反应①是吸热反应，故反应②为放热反应，ΔH2 n(CH3OH)，则CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D错误。
3 [2023江苏卷]二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应如下：CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－164.7 kJ/mlCO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ/ml
下列说法正确的是(　 　)A. 反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－205.9 kJ/mlB. CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加C. 用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480～530 ℃
4 [2024南通、泰州等七市二调]逆水煤气变换反应是一种CO2转化和利用的重要途径，发生的反应有反应Ⅰ：H2(g)＋CO2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41.1 kJ/ml反应Ⅱ：4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－165.0 kJ/ml反应Ⅲ：3H2(g)＋CO(g)===CH4(g)＋H2O(g) ΔH3常压下，向密闭容器中投入1 ml CO2和2 ml H2，达平衡时H2和含碳物质的物质的量随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是(　 　)A. ΔH3＝＋206.1 kJ/mlB. 649 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K>1C. 其他条件不变，在250～900 ℃范围内，随着温度的升高，平衡时 n(H2O)不断增大D. 800 ℃时，适当增大体系压强，n(CO)保持不变
n(CO)均增大，由n总(O)＝2 ml知，n(H2O)减小，故其他条件不变，在250～900 ℃范围内，随着温度的升高，平衡时n(H2O)不一定增大，C错误；800 ℃时，n(CH4)＝0，说明仅发生反应Ⅰ，反应Ⅰ为气体分子数不变的反应，故适当增大体系压强，n(CO)保持不变，D正确。
5 [2023盐城响水中学学情分析]SO2与NOx是大气主要污染物，需要经过净化处理后才能排放。(1) 石灰石—石膏法是一种常见的“钙基固硫”方法。其中，石灰石的溶解率与脱硫效果有密切关系。可将催化条件下CaCO3吸收SO2宏观反应分为三步：ⅰ. CaCO3由固相溶解进入液相，溶解速率为RA；ⅱ. SO2由气相扩散进入液相，扩散速率为RB；ⅲ. 在催化剂作用下，溶解的SO2和Ca2＋发生化学反应，且反应在液相中进行，反应速率为RC。温度变化对总反应速率的影响如图甲所示。
甲①温度在25～45 ℃时，总反应速率受______(填“RA”“RB”或“RC”)控制。②45～55 ℃(催化剂活性不变)曲线呈下降趋势的原因：一是SO2溶解度随温度升高而降低；二是__________________________________。
CaCO3溶解度随温度的升高而降低
O2与H2O、SO2 反应，生成H2SO4
(3) 原煤经热解、冷却得到的煤焦可用于NO的脱除。热解温度为500 ℃、900 ℃；得到的煤焦分别用S-500、S-900表示，相关信息如下表所示。
将NO浓度恒定的废气以固定流速通过如图丙所示反应器。不同温度下，进行多组平行实验，测定相同时间内NO的出口浓度，可得NO的脱除率与温度的关系如图丁所示[已知：NO的脱除主要含吸附和化学还原(ΔH