《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

5. 以${CO_{2}}$、${H_{2}}$为原料合成${CH_{3}OH}$涉及的主要反应如下：
Ⅰ.${CO_{2}(g) + 3H_{2}(g)⇌ CH_{3}OH(g) + H_{2}O(g)}\ \ \Delta H_{1} = -49.5\ kJ· mol^{-1}$
Ⅱ.${CO(g) + 2H_{2}(g)⇌ CH_{3}OH(g)}\ \ \Delta H_{2} = -90.4\ kJ· mol^{-1}$
Ⅲ.${CO_{2}(g) + H_{2}(g)⇌ CO(g) + H_{2}O(g)}\ \ \Delta H_{3} = +40.9\ kJ· mol^{-1}$
不同压强下，按照$n{(CO_{2})}:n{(H_{2})} = 1:1$投料，实验测定${CO_{2}}$的平衡转化率和${CH_{3}OH}$的平衡产率随温度的变化关系如图所示。

下列说法正确的是 (C)

A.图甲表示的是${CO_{2}}$的平衡转化率随温度的变化关系
B.图乙中压强大小关系：$p_{1} ＜ p_{2} ＜ p_{3}$
C.图乙$T_{1}$时，三条曲线几乎交于一点，原因可能是此时以反应Ⅲ为主，压强改变对其平衡几乎没有影响
D.为同时提高${CO_{2}}$的平衡转化率和${CH_{3}OH}$的平衡产率，应选择高温高压的反应条件

答案： 5.C 图甲表示CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系，A项错误；相同温度下，压强越大，CH₃OH的平衡产率越高，因此p₁＞p₂＞p₃，B项错误；反应Ⅲ气体体积不变，改变压强不影响CO₂的平衡转化率，C项正确；由图甲、乙可知，为了同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择低温、高压的条件，D项错误。

6. 汽车尾气（用${N_{2}O}$表示）是空气污染源之一。回答下列问题：
(1) 用CO还原${N_{2}O}$的能量变化如图甲所示，则该反应的热化学方程式为N₂O(g)+CO(g)⇌N₂(g)+CO₂(g) ΔH = -362.8 kJ·mol⁻¹。
在相同温度和压强下，$1\ mol\ {N_{2}O}$和1\ mol\ CO经过相同反应时间测得如下实验数据：

试分析在相同温度时，在催化剂2的催化下${N_{2}O}$转化率更高的原因是在催化剂2的催化下，反应的活化能更低，反应速率更快，经过相同反应时间，N₂O转化率更高。
(2) 在体积均为1\ L的密闭容器$ A（500\ ^{\circ} C，$恒温）、 B（起始$500\ ^{\circ} C，$绝热）两个容器中分别加入$0.1\ mol\ {N_{2}O}、$0.4\ mol\ CO和相同催化剂。实验测得 A、 B容器中${N_{2}O}$的转化率随时间的变化关系如图乙所示。

① B容器中${N_{2}O}$的转化率随时间的变化关系是图乙中的a曲线(填字母)。
②要缩短 b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变${N_{2}O}$的平衡转化率，在催化剂一定的情况下可采取的措施是缩小容器容积(其他合理答案均可)(答出1项即可)。

$ ③500\ ^{\circ} C$时该反应的化学平衡常数K = $\frac{1}{45}$(用分数表示)。

答案： 6.答案：
(1)N₂O(g)+CO(g)⇌N₂(g)+CO₂(g) ΔH = -362.8 kJ·mol⁻¹ 在催化剂2的催化下，反应的活化能更低，反应速率更快，经过相同反应时间，N₂O转化率更高
(2)①a ②缩小容器容积(其他合理答案均可$) ③\frac{1}{45}$
解析：
(1)由图甲可知，使用催化剂2时反应活化能降低程度比使用催化剂1时大。由题表中数据可知，相同温度时，催化剂2催化时N₂O转化率比催化剂1催化时高，说明在催化剂2催化下，反应的活化能更低，反应速率快，经过相同反应时间，N₂O转化率更高。
(2)①反应N₂O(g)+CO(g)⇌N₂(g)+CO₂(g)的ΔH＜0，容器B(绝热)的起始温度为500 ℃，反应正向进行放出热量，体系的温度升高，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，故B容器中N₂O的转化率随时间的变化关系是图乙中的a曲线。
②该反应的正反应是气体总分子数不变的放热反应，缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N₂O的平衡转化率，在催化剂一定的情况下可采取的措施是缩小容器容积或增大压强。
③图中b曲线对应A容器中N₂O的转化率，达到平衡时N₂O转化率为25%，则有
N₂O(g)+CO(g)⇌N₂(g)+CO₂(g)
起始浓度/(mol·L⁻¹) 0.1 0.4 0 0
转化浓度/(mol·L⁻¹) 0.025 0.025 0.025 0.025
平衡浓度/(mol·L⁻¹) 0.075 0.375 0.025 0.025
则500 ℃该反应的化学平衡常数$K = \frac{c(N₂) · c(CO₂)}{c(N₂O) · c(CO)} =$
$\frac{0.025×0.025}{0.075×0.375} = \frac{1}{45}。$