2024届高三化学二轮复习培优练9：“多重反应”平衡的相关计算

培优练9 “多重反应”平衡的相关计算 1.研究CO2 加氢制CH4 对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应如下： Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g)⇌CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1<0 Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH2 Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g)⇌CO2(g)＋CH4(g)　ΔH3＝－247.1kJ· mol－1 在一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应，20 min时，容器内反应达到平衡，容器中CH4(g)为a mol，CO为b mol，以H2表示的0～20 min内平均反应速率v(H2)＝________ mol·L－1·min－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，此时H2O(g) 的浓度为________ mol·L－1，反应Ⅱ的平衡常数为________(列出计算式)。 2.甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应： ①CH4(g)＋H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206 kJ· mol－1 ②CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ· mol－1 恒定压强为100 kPa时，将n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体投入反应器中，平衡时，各组分的物质的量分数与温度的关系如下图所示。 回答下列问题： 已知投料比为n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体，p＝100 kPa。600 ℃ 时，CH4的平衡转化率为____________，反应①的平衡常数的计算式为Kp＝__________(Kp 是以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。 3.二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取二甲醚的原理如下： Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g) Ⅱ.2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g) 500 K时，在2 L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)＝c(CH3OCH3)，则： (1)0～4 min，反应Ⅰ的v(H2)＝_________________________________________。 (2)反应Ⅱ中CH3OH 的转化率α＝_______________，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。 4.某些有机物在氧载体Fe2O3的作用下部分氧化，反应混合气可制备合成气(CO、H2)。反应体系中主要反应有： 反应ⅰ　CO(g)＋3H2(g)⇌CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－205.9 kJ·mol－1 反应ⅱ　CO2(g)＋4H2(g)⇌CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－164.7 kJ·mol－1 反应ⅲ　CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋247.1 kJ·mol－1 反应ⅳ　CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH4 请回答： (1)H表示25 ℃，101 kPa下的焓。则H(CO2)＋H(H2)________H(H2O)＋H(CO)(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (2)①反应ⅲ的平衡常数Kx(ⅲ)＝[x(B)表示组分B平衡时的摩尔分数]。其他条件不变，会导致反应ⅲKx减小的条件是________。 A.升温 B.降温 C.加压 D.减压 E.恒容容器中再通入一定量H2(g) ②T ℃下，测定上述所有反应达平衡时的体系中，反应ⅳ的平衡常数Kx(ⅳ)＝1.00，x(CO2)＝x(H2O)、x(H2)＝a、x(CH4)＝b，忽略其他反应。则反应ⅲ的平衡常数Kx(ⅲ)＝_______________________(用含a、b的最简式子表示)。 5.“有序介孔碳”和“纳米限域催化”的研究双双获得国家自然科学奖一等奖。利用介孔限域催化温室气体CO2加氢制甲醇，再通过甲醇制备燃料和化工原料等，是解决能源问题与实现双碳目标的主要技术之一、反应如下： i.CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1 ii.CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1 iii.CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)　ΔH3＝－90.6 kJ·mol－1 (1)ΔH1＝________ kJ·mol－1。 (2)绝热条件下，将H2、CO2以体积比2∶1充入恒容密闭容器中，若只发生反应ii，下列可作为反应ii达到平衡的判据是________。 A.c(CO2)与c(CO)比值不变 B.容器内气体密度不变 C.容器内气体压强不变 D.不变 (3)将H2、CO2以体积比3∶1充入恒容密闭容器中，在某介孔限域催化剂存在下发生反应i和ii。CO2的平衡