2020_2021学年新教材高中化学第2章化学反应的方向限度与速率阶段复习课课件鲁科版选择性必修1 17页

阶段复习课 第 2 章 核心整合 · 思维导图 情境探究 · 素养提升 1. 根据我国目前汽车业发展速度 , 预计 2020 年汽车保有量超过 2 亿辆 , 中国已成为全球最大的汽车市场。因此 , 如何有效处理汽车排放的尾气 , 是需要进行研究的一项重要课题。汽车排放的污染物主要有碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化合物等。 (1) 汽油燃油车上安装三元催化转化器 , 可有效降低汽车尾气污染发生的反应 为 2NO(g)+2CO(g) N 2 (g)+2CO 2 (g) 　 ΔH=-746.5 kJ·mol -1 。研究 CO 和 NO 的 催化反应 , 用气体传感器测得在某温度下、一定体积的密闭容器中 , 不同时间 NO 和 CO 浓度如下表 : 时间 (s) 0 1 2 3 4 5 c(NO)/ (10 -4 mol·L -1 ) 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00 c(CO)/ (10 -3 mol·L -1 ) 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70 ① 计算前 4 s 内的平均反应速率 v(CO) 。 提示 : 前 4 s 内的平均反应速率 v(CO)= mol·L -1 ·s -1 =2.25×10 -4 mol·L -1 ·s -1 。 ②从温度和压强角度分析有利于上述反应发生的条件。 提示 : 低温高压。因为此反应为气体体积减小的放热反应 , 因此加压、降温有 利于反应正向进行。 (2) 柴油燃油车是通过尿素 - 选择性催化还原 (Urea-SCR) 法处理氮氧化物。 Urea-SCR 的工作原理为尿素 [CO(NH 2 ) 2 ] 水溶液通过喷嘴喷入排气管中 , 当温度高于 160 ℃ 时尿素水解 , 产生 NH 3 , 生成的 NH 3 与富氧尾气混合后 , 加入合适的催化剂 , 使氮氧化物得以处理。下图为在不同投料比 a 、 b[n( 尿素 )/n(NO)] 时 NO 转化效率随温度变化的曲线。 ① 比较 a 、 b 的大小 ; 提示 : a>b 。增大尿素的量可提高 NO 的转化率 , 即尿素与 NO 物质的量比值越大 ,NO 的转化率越大 , 则图象中 a>b 。 ②由图可知 , 低于 400 ℃ 时 , 温度升高 ,NO 转化效率升高 , 分析原因。 提示 : 由图可知 , 随着温度升高 , 尿素水解释放氨气的速率加快 ,c(NH 3 ) 增大 , 且温度升高 , 催化剂活性增加 , 导致化学反应速率加快 , 故温度升高 ,NO 转化效率升高。 ③ 温度过高 ,NO 转化效率下降 ,NO 的浓度反而升高 , 分析可能的原因。 提示 : 温度过高 , 发生反应 4NH 3 +5O 2 ====4NO+6H 2 O, 生成 NO, 导致 NO 的浓度升高 ,NO 转化效率下降。 2. 聚乙烯 (polyethylene , 简称 PE) 是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。 一定条件下合成乙烯的反应为 6H 2 (g)+2CO 2 (g) CH 2 ＝ CH 2 (g)+4H 2 O(g) 。已 知温度对 CO 2 的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示 : (1) 判断该反应是吸热反应还是放热反应 ? 提示 : 升高温度 , 二氧化碳的平衡转化率降低 , 则平衡逆向移动 , 逆反应为吸热反应 , 正反应为放热反应。 (2) 生成乙烯的速率 v(N) 一定大于 v(M) 吗 ? 提示 : 不一定。化学反应速率随温度的升高而加快 , 但从图示中可以得出 N 点催化剂的催化效率降低 , 所以 v(N) 有可能小于 v(M) 。 (3) 当温度高于 250 ℃ 时 , 升高温度 , 催化剂的催化效率为什么会降低 ? 提示 : 催化剂的活性在适宜的温度范围内最高 , 温度过高 , 催化剂逐渐失去活性 , 导致催化剂的催化效率降低。 3.Ni(CO) 4 可用于有机合成 , 也常用作催化剂。一定条件下 , 一定容积的密闭容 器中 , 发生反应 :Ni(s)+4CO(g) Ni(CO) 4 (g), 已知该反应平衡常数与温度的 关系如下表 : 温度 /℃ 25 80 230 平衡常数 5×10 4 2 1.9×10 -5 (1)25 ℃ 达到平衡时 , 向容器中继续通入 CO, 判断 Ni 粉和 CO 转化率变化。 提示 : 向容器中继续通入 CO, 相当于增大压强 , 平衡正向进行 ,Ni 粉和 CO 转化率均增大。 (2) 是不是温度越低 , 越有利于 Ni(CO) 4 的生成 ? 提示 : 不是。由图表数据可知 , 温度升高平衡常数减小 , 说明反应是放热反应 , 降低温度平衡正向进行 , 但反应速率小 , 生产效益低 , 不利于 Ni(CO) 4 的生成。 (3) 在 80 ℃ 时 , 测得某时刻 ,Ni(CO) 4 、 CO 浓度均为 0.5 mol·L -1 , 判断此时反应 进行的方向。 提示 : 逆向进行。依据浓度商计算和平衡常数比较分析判断反应进行的方向 , 在 80 ℃ 时 , 测得某时刻 ,Ni(CO) 4 、 CO 浓度均为 0.5 mol·L -1 ,Q= =8>2,Q>K, 反应逆向进行。 4. 二甲醚又称甲醚 (DME) 是一种新兴的基本化工原料 , 由于其良好的易压缩、 冷凝、气化的特性 , 使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特 的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂 , 减少对 大气环境的污染和臭氧层的破坏。采用一种新型的催化剂 ( 主要成分是 Cu-Mn 合金 ), 利用 CO 和 H 2 制备二甲醚。 主反应 :2CO(g)+4H 2 (g) CH 3 OCH 3 (g)+H 2 O(g) 副反应 :CO(g)+H 2 O(g) CO 2 (g)+H 2 (g) CO(g)+2H 2 (g) CH 3 OH(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。 则最有利于二甲醚的合成的催化剂中 n(Mn)/n(Cu) 约为多少 ? 提示 : 2.0 。由图可知 , 当催化剂中 n(Mn)/n(Cu) 约为 2.0 时 ,CO 的转化率最大 , 生成的二甲醚最多。