题型突破05 化学平衡的综合应用题-【好题汇编】备战2024-2025学年高二化学上学期期末真题分类汇编（北京专用）

题型突破05 化学平衡的综合应用题 1．（23-24高二上·北京顺义·期末）二甲醚（）是一种洁净液体燃料，工业上以CO和H2为原料生产。工业制备二甲醚在催化反应室中（压强：2.0~10.0 MIPa.温度：230-280℃） 进行下列反应： 反应i：     反应ii： 反应iii： (1)在该条件下，若反应i的起始浓度分别为，，8min后达到化学平衡状态，CO的转化率为50%，则8min内CO的平均反应速率为 (2)在t℃时．反应ii的平衡常数为400，此温度下，在1L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下： 物质 0.05 2.0 2.0 此时 （填“＞”“＜”或“＝”） (3)催化总反应为： ① ②CO的平衡转化率（CO）与温度、压强的关系如图I所示．图中X代表 （填“温度”或“压强”）， （填“＞”“＜”或“＝）。 (4)在催化剂的作用下同时进行三个反应，发现随着起始投料比的改变，二甲醚和甲醇的产率（产物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率）呈现如图2的变化趋势。解释投料比大于1.0之后二甲醚产率和甲醇产率变化的原因 。 (5)二甲醚（）空气燃料电池是一种高效、轻污染的车载电池，其工作原理如图3所示。 ①燃料电池中的正极是 （填“c”或“d”）电极。 ②c电极的电极反应为 。 【答案】(1)0.075mol∙L−1∙min−1 (2)＜ (3) -262.7 温度 ＞ (4)当投料比大于1时，随着c(H2)增大，反应①被促进，而反应③被抑制，c(H2O)增大，最终抑制反应②，因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小 (5) d -12e-+3H2O=2CO2+12H+ 【详解】（1）根据题给数据，CO的反应量为1.2mol/L×50%=0.6mol/L，则8min内CO的平均反应速率为：v(H2)==0.075mol∙L−1∙min−1； （2）该时刻反应的浓度熵为：Qc=＞400，反应逆向进行，所以，v正＜v逆； （3）①催化反应室中的总反应3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)，根据盖斯定理可按以下方法联立得到：①×2+②+③，该反应ΔH4=-99kJ·mol−1×2+(-23.5kJ·mol−1)+(-41.2kJ·mol−1)= -262.7kJ·mol−1； ②根据催化反应室的总反应放热，化学方程式3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=-262.7kJ·mol−1可知，正向反应气体减少，反应放热，所以CO的平衡转化率α(CO)随温度的升高而减小、随压强的增大而增大，图中曲线随X增大而减小，可判断X是温度，则L1、L2是压强，且L1＞L2； （4）结合图象，根据平衡移动原理分析：随着增大，反应①CO转化率增大，甲醇的产率增大，进而有利于反应②正向移动；另一方面，随着增大，反应③被抑制，c(H2O)增大，进而抑制了反应②；图中二甲醚产率随着增大先增大后减小的原因就是这两种因素共同作用的结果，题给图中投料比大于1.0之后二甲醚产率和甲醇产率变化的原因可解释为：当投料比大于1时，随着c(H2)增大，反应①被促进，而反应③被抑制，c(H2O)增大，最终抑制反应②，因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小。 （5）①根据图中电子的移动方向可知，d是正极； ②根据图中电子的移动方向可知，c是负极，电解质环境为酸性，则其电极反应为：-12e-+3H2O=2CO2+12H+。 2．（20-21高二上·北京·期末）合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。 (1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 。 (2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是 。 序号 化学反应 K(298K)的数值 ① N2(g) + O2(g)⇌ 2NO(g) 5×10-31 ② N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g) 4.1×106 (3)对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。 温度/℃ 压强/MPa 氨的平衡含量 200 10 81.5% 550 10 8.25% ①该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。 ②其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是 (填字母序号)。 a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动 b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动 c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快 d.温度升高，K变小，平衡逆向移动 ③哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是 。 (4)图1表示500℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中M点数据计算N2的平衡体积分数 ； (5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是 (填“温度”或“压强”)；判断L1、L2的大小关系并说明理由 。 【答案】 K= 氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度 放热 d 提高合成氨反应的化学反应速率 8% 压强 L1<L2 合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)， 平衡逆向移动，NH3的体积分数降低。 【详解】(1)平衡常数指平衡时生成物浓度幂次方乘积比上反应物浓度幂次方乘积，故该反应平衡常数表达式为K=； (2)平衡常数越大，说明反应物转化率越高，N2与H2反应的平衡常数远大于N2与O2反应的平衡常数，所以与H2反应时，N2转化率更高，故此处填：氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度； (3)①由数据知，温度升高，NH3的平衡含量降低，说明平衡逆向移动，故逆向为吸热反应，则正反应为放热反应，故此处填“放热”； ②a．温度升高，正逆反应速率都增大，a说法错误；b．温度升高瞬间，容器体积不变，气体浓度不变，故Q不变，但K减小，故平衡逆向移动，b说法错误；c．选项说法正确，但未解释氨平衡含量减小的原因，c不符合题意；d．温度升高，平衡逆向移动，K减小，导致氨平衡含量减小，d符合题意；故答案选d； ③高温不利于平衡正向移动，故哈伯选择550℃不是考虑平衡移动的原因，而是为了增强催化剂的活性，加快反应速率，故此处填提高合成氨反应的化学反应速率； (4)M点对应H2、N2投料比为4，假设H2为4 mol，N2为1mol，平衡时N2转化x mol，列三段式如下： ，平衡时气体总物质的量=(1-x+4-3x+2x) mol=(5-2x) mol，则NH3的体积分数=，解得x=，则N2的体积分数=； (5)若X代表温度，温度升高，平衡逆向移动，NH3体积分数减小，与图示不符，故X代表压强，L代表温度；合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) 平衡逆向移动，NH3的体积分数降低，故L2＞L1。 3．（23-24高二上·北京昌平·期末）利用工业废气(含)催化合成甲醇有利于实现碳中和。 (1)某研究小组设计以下两个利用工业废气中的合成甲醇的反应并进行选择。 反应 ⅰ. ⅱ. 从化学反应的方向角度思考，该小组选择反应ⅰ进行研究的原因是 。 (2)在利用反应ⅰ合成甲醇过程中，还发生副反应 ⅲ. 该小组发现可利用反应ⅰ、ⅲ设计合成甲醇的反应： kJ•mol-1。 (3)该小组将反应物混合气按投料比通入反应装置，在催化剂作用下，研究压强、温度对合成甲醇反应体系的影响。 选择性和产率的定义： ①分析图1，压强增大，甲醇选择性增大的原因可能是 。 ②分析图2中后甲醇产率随温度升高而下降的原因可能有 (写两条)。 【答案】(1)反应ⅰ，在低温时能正向自发进行 (2) (3) 反应ⅰ为气体体积减小的反应，压强增大，反应ⅰ正向移动，反应ⅲ为反应前后气体体积不变的反应，压强增大无影响，甲醇选择性增大 温度升高使催化剂失活，使主反应速率降低，甲醇产率降低或温度升高，因为主反应是放热反应，主反应逆向移动，甲醇产率降低 【详解】（1）由表格知，该小组选择反应i进行研究是因为反应i中ΔH＜0，ΔS＜0，在低温时ΔH-TΔS＜0能正向自发进行； （2）已知：ⅰ. ΔH= kJ•mol-1；iii. ΔH=+41.2kJ•mol-1；由盖斯定律可知，反应i减去反应ⅲ可得-49.0kJ•mol-1-41.2kJ•mol-1=-90.2kJ•mol-1； （3）①由图1知，压强增大甲醇选择性增大的原因是：压强增大，反应i为气体体积减小的反应，反应i正向移动，副反应ⅲ为反应前后气体体积不变的反应，压强增大无影响，甲醇选择性增大； ②图2中甲醇产率随温度升高先增大后下降，降低的原因可能是：温度升高使催化剂失活，使主反应速率降低，甲醇产率降低；或温度升高，主反应是放热反应，主反应逆向移动，甲醇产率降低。 4．（23-24高二上·北京石景山·期末）丙烯是应用广泛的化工原料，工业上两种利用丙烷制备丙烯的反应如下： I．丙烷直接脱氢： II．氧化丙烷脱氢： 回答下列问题： (1)反应 ∆H= kJ∙mol-1。 (2)一定条件下，向1L实验容器中充入1mol气态C3H8发生反应Ⅰ。其中主要副反应为：III．丙烷裂解：。下图为测得不同温度下C3H6的平衡产率： 温度高于T0，C3H6的平衡产率随温度升高而减小的原因是 。 (3)运用丙烷直接脱氢法，在相同温度和催化剂条件下，体积均为0.5L的恒容密闭容器中只发生反应I，测得反应的有关数据如下： 容器 编号 起始时各物质物质的量/mol 达平衡时体系的能量变化 C3H8(g) C3H6(g) H2(g) a 0 1 1 放热32kJ b 1 0 0 吸热QkJ c 0.2 0.8 0.8 ∆Hc ①容器a达到平衡时C3H8(g)的平衡浓度为c(C3H8)= ，平衡常数为 。 ②容器b经过5分钟达到平衡，则用C3H8(g)表示化学反应速率v(C3H8)= ，反应吸收热量Q为 kJ。 ③容器c达到平衡时，反应对外 (填吸收或放出)热量。 【答案】(1)-494 (2)温度高于T0时，温度对反应III的影响更大，反应III变为主反应，因此乙烯的产率逐渐下降 (3) 0.5mol·L-1 4.5 0.3mol·L-1·min-1 96 放出 【详解】（1）根据盖斯定律，； （2）反应Ⅰ、反应Ⅲ均为吸热反应，温度高于T0，C3H6的平衡产率随温度升高而减小的原因可能是，温度高于T0时，温度对反应III的影响更大，反应III变为主反应，因此丙烯的平衡产率逐渐下降； （3）容器a中，起始时各物质物质的量为C3H6(g)1mol，H2(g)1mol，达平衡时体系放热32kJ，根据反应Ⅰ的热化学反应方程式，参与反应的C3H6(g)为0.25mol，H2(g)为0.25mol，列出三段式，达到平衡时，平衡常数；容器a、b中发生的反应为等效平衡，平衡时，a、b容器中各气体浓度相同，平衡时，参与反应的，；列出容器b中反应三段式，，根据反应Ⅰ的热化学方程式，参与反应的各气体均为时，反应吸收的热量为；根据容器c中起始时加入各物质的物质的量可知，反应逆向进行程度更大，该反应达到平衡时，反应对外放出热量。 5．（22-23高二上·北京海淀·期末）氢能是一种清洁能源，按照生产过程中的碳排放情况分为绿氢、蓝氢和灰氢。 (1)煤的气化制得灰氢：  。该反应的平衡常数表达式 ，其随温度升高的变化趋势是 。 (2)热化学硫碘循环分解水制得绿氢，全程零碳排放。反应如下： 反应i：   反应ii：   反应iii：…… 反应i～iii循环实现分解水：  。 写出反应ⅲ的热化学方程式 。 (3)甲烷水蒸气催化重整制得蓝氢，步骤如下。 I.的制取：   ①为提高的平衡转化率，可采取的措施有 (写出两条即可)。 II.的富集：   ②已知830℃时，该反应的平衡常数。在容积不变的的密闭容器中，将与混合加热到830℃，反应达平衡时的转化率为 。 ③提高的转化率有助于的富集，请你在下图中画出的转化率随温度、压强变化的趋势 。 III.的处理。 ④HEM燃料电池可用于清除或者是富集，其原理如下图所示，请你尝试用化学用语表达该燃料电池正极吸收的原理： 。 【答案】(1) 升高温度，平衡正向移动，平衡常数变大 (2) (3) 增大水蒸气浓度、升高温度 80% 正极氧气得到电子发生还原生成氢氧根离子，氢氧根离子和二氧化碳反应生成碳酸根离子 【详解】（1）平衡常数为产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值，则由化学方程式可知，平衡常数表达式；反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数变大； （2）反应i～iii循环实现分解水；已知： 反应i：   反应ii：   反应iiii：   由盖斯定律可知，反应iiii-2×i-ii得反应：，则反应ⅲ的热化学方程式； （3）①反应为吸热的气体分子数增加的反应，为提高的平衡转化率，可采取的措施有增大水蒸气浓度、升高温度等。 ②已知830℃时，该反应的平衡常数。在容积不变的的密闭容器中，将与混合加热到830℃； 反应为气体分子数不变的反应，则，a=1.6mol，的转化率为； ③反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，一氧化碳平衡转化率下降；图示为： ； 反应为气体分子数不变的反应，增大压强，平衡不移动，一氧化碳的平衡转化率不变，图示为： ； ④由图可知，正极氧气得到电子发生还原生成氢氧根离子，，氢氧根离子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，二氧化碳在正极被吸收。 6．（22-23高二上·北京丰台·期末）资源化利用对缓解碳减排压力具有重要意义，使用镍氢催化剂可使转化为。反应体系中主要反应的热化学方程式为： 反应I：   反应II：   (1)基态镍原子核外电子的轨道表示式为 (2)将反应后气体通入 (填试剂名称)，可证明反应II发生。 (3)计算   (用和表示) (4)相同投料比时，体系内的平衡转化率与温度T和压强p的关系如图，温度从高到低的顺序为 。 (5)向1 L恒压、密闭容器中通入1 mol 和4 mol ，测得有关物质的物质的量随温度变化如图。 ①催化剂在较低温度时主要选择 (填“反应I”或“反应II”) ②时的转化率为 ，反应I的平衡常数 。 (6)镍氢催化剂活性会因为甲烷分解产生积碳而降低，同时二氧化碳可与碳发生消碳反应： 积碳反应：  +75 kJ/mol 消碳反应：  -173 kJ/mol 其他条件相同时，催化剂表面积碳量与温度的关系如图所示，℃之后，温度升高积碳量减小的主要原因是 。 【答案】(1) (2)溴水或酸性高锰酸钾溶液 (3) (4)T3＞T2＞T1 (5) I 60% 0.0288 (6)温度升高，消碳反应速率增大的程度大于积碳反应速率增大的程度 【详解】（1）镍位于第四周期Ⅷ族，原子序数为28，核外电子轨道式是；故答案为； （2）甲烷、氢气、CO2均不能是溴水或高锰酸钾溶液褪色，乙烯可以使溴水或高锰酸钾溶液褪色，验证Ⅱ的发生，需要检验乙烯的存在，即反应后气体通入到溴水或酸性高锰酸钾溶液；故答案为溴水或酸性高锰酸钾溶液； （3）根据盖斯定律，由2×Ⅱ－Ⅰ，ΔH=2ΔH2－ΔH1；故答案为ΔH=2ΔH2－ΔH1； （4）两个反应均为放热反应，相同压强下，升高温度，平衡逆向进行，CO2的转化率降低，根据图像可知T3＞T2＞T1；故答案为T3＞T2＞T1； （5）①根据图像可知，温度较低时，反应以生成CH4为主，即较低温度时，选择反应Ⅰ；故答案为反应Ⅰ； ②T1温度下，生成甲烷和乙烯物质的量相等，均为0.2mol，消耗CO2的物质的量为(0.2+2×0.2)mol=0.6mol，CO2的转化率为=60%；反应Ⅰ生成甲烷物质的量为0.2mol，则生成水蒸气物质的量为0.4mol，消耗氢气的物质的量为0.8mol，反应Ⅱ生成水蒸气物质的量为0.8mol，消耗氢气物质的量为1.2mol，即达到平衡时，n(CO2)=0.4mol，n(H2)=2mol，n(CH4)=n(C2H4)=0.2mol，n(H2O)=1.2mol，相同条件下，气体体积之比等于气体物质的量之比，，解得V=0.8L，反应Ⅰ的平衡常数K==0.0288；故答案为0.0288; （6）T0℃之后，温度升高积碳量减小原因是消碳反应速率增大程度大于积炭反应速率增大程度，故答案为温度升高，消碳反应速率增大程度大于积炭反应速率增大程度。 7．（23-24高二上·北京·期末）实现二氧化碳选择性，稳定性加氢合成甲醇是“甲醇经济”理念下的一个重要成果。反应包括两步： Ⅰ.   Ⅱ.   (1)由合成的热化学方程式 。 (2)恒压下，按时，该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出水)。 ①根据图中数据，压强不变采用有分子筛膜时的最佳反应温度为 。 ②有分子筛膜时甲醇产率高的原因是 。 (3)如果在不同压强下，和的起始物质的量比仍为，测定的平衡转化率和的平衡产率随温度升高的变化关系，如图所示： 已知：的平衡转化率，的平衡产率。 ①压强p1 p2(填“”或“”)，原因 。 ②其中图中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”)。 ③图乙中T1温度时，两条曲线几乎交于一点，分析原因 。 【答案】 210 分子筛膜从反应体系中不断分离出水，减少了生成物，平衡向正向移动，甲醇产率升高 > 生成甲醇的反应是气体体积减小的反应，压强增大甲醇的平衡产率增大 乙 反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，T1时温度高，体系中以反应Ⅰ为主，反应Ⅰ前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响 【详解】(1)由盖斯定律可知，反应Ⅰ+反应Ⅱ可得二氧化碳和氢气合成甲醇的热化学方程式，故答案为：； (2) ①根据图中数据可知，压强不变采用有分子筛膜时，210℃的甲醇产率最大，则最佳反应温度为210℃，故答案为：210； ②该由题意可知，分子筛膜能选择性分离出水，使生成物的浓度减小，平衡正逆反应方向移动，甲醇产率升高，所以有分子筛膜时甲醇产率高于无分子筛膜时，故答案为：分子筛膜从反应体系中不断分离出水，减少了生成物，平衡向正向移动，甲醇产率升高； (3) ①生成甲醇的反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇产率升高，由图可知，条件为压强p1时甲醇产率高于p2，则p1大于p2，故答案为：>；生成甲醇的反应是气体体积减小的反应，压强增大甲醇的平衡产率增大； ②生成甲醇的反应是放热反应，低温阶段升高温度，平衡正逆反应方向移动，二氧化碳的转化率减小，反应Ⅰ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅰ，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的转化率增大，则曲线乙表示二氧化碳的转化率随温度升高的变化关系，故答案为：乙； ③反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，T1时温度高，体系中以反应Ⅰ为主，反应Ⅰ前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响，两条曲线几乎交于一点，故答案为：反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，T1时温度高，体系中以反应Ⅰ为主，反应Ⅰ前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响。 8．（22-23高二上·北京东城·期末）煤的气化和间接液化涉及如下反应： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： (1)在恒温恒容条件下，下列叙述中能表明反应Ⅰ达到化学平衡状态的 (填序号)。 a.CO的浓度不再变化 b.单位时间内每消耗就生成 c.容器中气体的密度不随时间而变化 d.容器中气体压强不随时间而变化 (2)在500℃时反应Ⅱ的平衡常数，若此温度下密闭容器中CO和的起始浓度都是，计算达平衡时CO的转化率为 。 (3)一定温度下在两个2L的恒容密闭容器中分别发生反应Ⅲ，相关数据如下： 容器 甲 乙 反应物投入量 和 和 平衡时 平衡时能量变化 放出88.2kJ 吸收 ① (填“>”、“<”或“=”)； 。 ②计算甲中反应的平衡常数= (填具体数值)；若使该反应的平衡常数增大，可以采取的措施有 (填字母序号)。 a.升高温度    b.降低温度    c.压缩体积来增大体系压强    d.增大的浓度 ③若充入和，其他条件与甲相同，一段时间后达到平衡状态，放出热量 (填“>”、“<”或“=”)；若将乙中反应改为在起始容积为2L的恒压容器中进行，平衡时的物质的量浓度为，则 (填“>”、“<”或“=”)。 ④在其他条件不变的情况下，研究温度对该反应的影响，如图为温度为时甲中反应的测定结果，若只把温度升高到进行，请绘制温度为时的测定结果 。 【答案】(1)acd (2)75% (3) = 9.8 27 b < > 【详解】（1）对于反应：， a.CO的浓度不再变化，反应达到平衡，a正确； b.单位时间内每消耗就生成，即，不能说明反应达到平衡状态，b错误； c.恒温恒容，容器中气体的质量发生变化，体积始终不变，则密度也发生变化，所以当密度不变时说明达到平衡状态，c正确； d.该反应往正向是气体分子数变大的反应，恒温恒容条件下，容器中气体压强一直在发生变化，当气体压强不变时说明达到平衡状态，d正确； 故答案为：acd。 （2）在500℃时反应Ⅱ的平衡常数，若此温度下密闭容器中CO和的起始浓度都是，设反应转化的c(CO)=xmol/L，列三段式： ，解得x=3/4，达平衡时CO的转化率=。 （3）①根据恒温恒容条件下的等效平衡，甲和乙为完全等效，平衡正向移动，故平衡时c1=c2； 甲中放出的热量与乙中吸收的热量之和为2×49.0kJ=98.0kJ，则a=98.0kJ-88.2kJ=9.8kJ； ②设反应转化的c(CO2)=xmol/L，列三段式： 则x×49kJ=88.2kJ，解得x=1.8，平衡常数； 平衡常数只受温度影响，该反应为放热反应，则降低温度，平衡往正向移动，平衡常数K增大，选b； ③恒温恒容条件下，其他条件与甲相同，若充入和，投料相当于对甲容器减小压强，平衡逆向移动，放出热量小于88.2kJ÷2=44.1kJ; 恒温恒容下，由于乙是从逆向建立平衡，逆向是气体分子数增大的反应，随着反应的进行，压强不断增加，若将乙中反应改为在的恒压容器中进行，相当于对乙进行减压，压强减小，平衡往逆向移动，所以达到平衡时c(CH3OH)变小，所以c2>c3； ④该反应为放热反应，温度升高，平衡往逆向移动，甲醇的物质的量减小，同时升高温度使反应速率加快，所以斜率更大，如图： 9．（22-23高二上·北京顺义·期末）利用乙酸()蒸汽催化重整可以得到合成气(和)。发生的反应为： 同时有副反应发生，主要的副反应为： (1)利用合成气合成甲烷，发生反应的热化学方程式为： ①利用和计算时，还需要利用 反应的。 ②合成甲烷时，下列各项措施中，可以提高平衡转化率的是 (填字母) a.增大容器容积 b.加入适当的催化剂 c.适时将分离出来 (2)乙酸蒸汽催化重整过程中，温度与气体产率的关系如图。 650℃之前，氢气产率低于甲烷，650℃之后氢气产率高于甲烷，主要原因可能是 。 (3)其他条件不变，在乙酸气体中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而的产率下降，用平衡移动原理解释原因 。 (4)在密闭容器中投入amol乙酸蒸汽进行催化重整，利用合适的催化剂抑制其他副反应的发生，温度为时达到平衡。反应Ⅰ消耗乙酸60%，反应Ⅱ消耗乙酸20%，平衡时气体中乙酸的体积分数为 (计算结果保留3位小数)。 【答案】(1) c (2)650℃之前，反应II活化能低，反应速率快，很快达到平衡，故氢气产率低于甲烷；650℃之后，温度升高，反应I正向移动，反应II逆向移动，氢气的产率高于甲烷 (3)在乙酸气体中掺杂一定量水，水蒸气浓度增大，平衡正向移动，使得氢气产率显著提高而CO的产率下降 (4) 【详解】（1）①给热化学方程式编号： ，根据盖斯定律，III+I-II得，即还需要利用反应的； ②a．该反应属于气体体积减小的反应，增大容器容积，平衡左移，平衡转化率减小，a不符合题意； b．加入适当的催化剂，正逆反应速率均增大，但平衡不移动，平衡转化率不变，b不符合题意； c．适时将分离出来，相当于减小生成物的浓度，平衡右移，平衡转化率增大，c符合题意； 故选c。 （2）650℃之前，反应II活化能低，反应速率快，很快达到平衡，故氢气产率低于甲烷；反应I为吸热反应，升高温度平衡正向移动，反应II是放热反应，升高温度平衡逆向移动，因此650℃之后，温度升高，反应I正向移动，反应II逆向移动，氢气的产率高于甲烷； （3）CO能与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，即存在平衡，故在乙酸气体中掺杂一定量水，水蒸气浓度增大，平衡正向移动，使得氢气产率显著提高而CO的产率下降； （4）假设投入乙酸的物质的量为amol，达到平衡时反应Ⅰ消耗乙酸60%，反应Ⅱ消耗乙酸20%，则列三段式有 平衡时，n(CH3COOH) = amol-0.2amol-0.6amol=0.2amol，混合气体总物质的量为(0.2a+1.2a+1.2a+0.2a+0.2a) mol=3.0amol，则乙酸的体积分数为。 10．（22-23高二上·北京海淀·期末）油气开采、石油化工、煤化工等行业的废气中均含有硫化氢，需要将其回收处理并加以利用。 Ⅰ.高温热分解法：   (1)该反应的化学平衡常数表达式为 。 (2)升高温度，该反应的化学平衡常数 (填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)工业上，通常在等温、等压条件下将与Ar的混合气体通入反应器，发生热分解反应，达到平衡状态后，若继续向反应器中通入Ar，的平衡转化率会 (填“增大”“减小”或“不变”)，利用平衡常数与浓度商的关系说明理由： 。 Ⅱ.克劳斯法： 已知：      (4)用克劳斯法处理，若生成1mol，放出热量 kJ。 (5)用克劳斯法处理时，研究人员对反应条件对产率的影响进行了如下研究。 ①其他条件相同时，相同时间内，产率随温度的变化如图1所示。由图1可见，随着温度升高，产率先增大后减小，原因是 。 ②其他条件相同时，相同时间内，产率随值的变化如图2所示。值过高不利于提高产率，可能的原因是 。 【答案】(1) (2)变大 (3) 增大 达到平衡状态后，若继续向反应器中通入Ar，容器体积增大，各反应物和产物浓度减小相同的倍数，此时Qc=<K，平衡正向移动 (4)314 (5) 该反应是放热反应，反应未达到平衡时，升高温度，的生成速率增大，单位时间的生成量增大，转化率增大，当反应达到平衡时，升高温度，平衡逆向移动，的转化率减小 O2浓度过高，H2S和O2会反应生成SO2，导致产率减小 【详解】（1）反应的化学平衡常数表达式为。 （2）反应  ，该反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，该反应的化学平衡常数变大。 （3）在等温、等压条件下将与Ar的混合气体通入反应器，发生热分解反应，达到平衡状态后，若继续向反应器中通入Ar，容器体积增大，各反应物和产物浓度减小相同的倍数，此时Qc=<K，平衡正向移动，的平衡转化率会增大。 （4）已知：①  ；②  ；由盖斯定律可知，（①+②）得到=（1+2）=-314，若生成1mol，放出热量314kJ热量。 （5）①由（4）可知，反应=-314<0，该反应是放热反应，反应未达到平衡时，升高温度，的生成速率增大，单位时间的生成量增大，转化率增大，当反应达到平衡时，升高温度，平衡逆向移动，的转化率减小； ②值过高不利于提高产率，可能的原因是O2浓度过高，H2S和O2会反应生成SO2，导致产率减小。 ( 23 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 题型突破05 化学平衡的综合应用题 1．（23-24高二上·北京顺义·期末）二甲醚（）是一种洁净液体燃料，工业上以CO和H2为原料生产。工业制备二甲醚在催化反应室中（压强：2.0~10.0 MIPa.温度：230-280℃） 进行下列反应： 反应i：     反应ii： 反应iii： (1)在该条件下，若反应i的起始浓度分别为，，8min后达到化学平衡状态，CO的转化率为50%，则8min内CO的平均反应速率为 (2)在t℃时．反应ii的平衡常数为400，此温度下，在1L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下： 物质 0.05 2.0 2.0 此时 （填“＞”“＜”或“＝”） (3)催化总反应为： ① ②CO的平衡转化率（CO）与温度、压强的关系如图I所示．图中X代表 （填“温度”或“压强”）， （填“＞”“＜”或“＝）。 (4)在催化剂的作用下同时进行三个反应，发现随着起始投料比的改变，二甲醚和甲醇的产率（产物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率）呈现如图2的变化趋势。解释投料比大于1.0之后二甲醚产率和甲醇产率变化的原因 。 (5)二甲醚（）空气燃料电池是一种高效、轻污染的车载电池，其工作原理如图3所示。 ①燃料电池中的正极是 （填“c”或“d”）电极。 ②c电极的电极反应为 。 2．（20-21高二上·北京·期末）合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。 (1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 。 (2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是 。 序号 化学反应 K(298K)的数值 ① N2(g) + O2(g)⇌ 2NO(g) 5×10-31 ② N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g) 4.1×106 (3)对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。 温度/℃ 压强/MPa 氨的平衡含量 200 10 81.5% 550 10 8.25% ①该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。 ②其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是 (填字母序号)。 a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动 b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动 c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快 d.温度升高，K变小，平衡逆向移动 ③哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是 。 (4)图1表示500℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中M点数据计算N2的平衡体积分数 ； (5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是 (填“温度”或“压强”)；判断L1、L2的大小关系并说明理由 。 3．（23-24高二上·北京昌平·期末）利用工业废气(含)催化合成甲醇有利于实现碳中和。 (1)某研究小组设计以下两个利用工业废气中的合成甲醇的反应并进行选择。 反应 ⅰ. ⅱ. 从化学反应的方向角度思考，该小组选择反应ⅰ进行研究的原因是 。 (2)在利用反应ⅰ合成甲醇过程中，还发生副反应 ⅲ. 该小组发现可利用反应ⅰ、ⅲ设计合成甲醇的反应： kJ•mol-1。 (3)该小组将反应物混合气按投料比通入反应装置，在催化剂作用下，研究压强、温度对合成甲醇反应体系的影响。 选择性和产率的定义： ①分析图1，压强增大，甲醇选择性增大的原因可能是 。 ②分析图2中后甲醇产率随温度升高而下降的原因可能有 (写两条)。 4．（23-24高二上·北京石景山·期末）丙烯是应用广泛的化工原料，工业上两种利用丙烷制备丙烯的反应如下： I．丙烷直接脱氢： II．氧化丙烷脱氢： 回答下列问题： (1)反应 ∆H= kJ∙mol-1。 (2)一定条件下，向1L实验容器中充入1mol气态C3H8发生反应Ⅰ。其中主要副反应为：III．丙烷裂解：。下图为测得不同温度下C3H6的平衡产率： 温度高于T0，C3H6的平衡产率随温度升高而减小的原因是 。 (3)运用丙烷直接脱氢法，在相同温度和催化剂条件下，体积均为0.5L的恒容密闭容器中只发生反应I，测得反应的有关数据如下： 容器 编号 起始时各物质物质的量/mol 达平衡时体系的能量变化 C3H8(g) C3H6(g) H2(g) a 0 1 1 放热32kJ b 1 0 0 吸热QkJ c 0.2 0.8 0.8 ∆Hc ①容器a达到平衡时C3H8(g)的平衡浓度为c(C3H8)= ，平衡常数为 。 ②容器b经过5分钟达到平衡，则用C3H8(g)表示化学反应速率v(C3H8)= ，反应吸收热量Q为 kJ。 ③容器c达到平衡时，反应对外 (填吸收或放出)热量。 5．（22-23高二上·北京海淀·期末）氢能是一种清洁能源，按照生产过程中的碳排放情况分为绿氢、蓝氢和灰氢。 (1)煤的气化制得灰氢：  。该反应的平衡常数表达式 ，其随温度升高的变化趋势是 。 (2)热化学硫碘循环分解水制得绿氢，全程零碳排放。反应如下： 反应i：   反应ii：   反应iii：…… 反应i～iii循环实现分解水：  。 写出反应ⅲ的热化学方程式 。 (3)甲烷水蒸气催化重整制得蓝氢，步骤如下。 I.的制取：   ①为提高的平衡转化率，可采取的措施有 (写出两条即可)。 II.的富集：   ②已知830℃时，该反应的平衡常数。在容积不变的的密闭容器中，将与混合加热到830℃，反应达平衡时的转化率为 。 ③提高的转化率有助于的富集，请你在下图中画出的转化率随温度、压强变化的趋势 。 III.的处理。 ④HEM燃料电池可用于清除或者是富集，其原理如下图所示，请你尝试用化学用语表达该燃料电池正极吸收的原理： 。 6．（22-23高二上·北京丰台·期末）资源化利用对缓解碳减排压力具有重要意义，使用镍氢催化剂可使转化为。反应体系中主要反应的热化学方程式为： 反应I：   反应II：   (1)基态镍原子核外电子的轨道表示式为 (2)将反应后气体通入 (填试剂名称)，可证明反应II发生。 (3)计算   (用和表示) (4)相同投料比时，体系内的平衡转化率与温度T和压强p的关系如图，温度从高到低的顺序为 。 (5)向1 L恒压、密闭容器中通入1 mol 和4 mol ，测得有关物质的物质的量随温度变化如图。 ①催化剂在较低温度时主要选择 (填“反应I”或“反应II”) ②时的转化率为 ，反应I的平衡常数 。 (6)镍氢催化剂活性会因为甲烷分解产生积碳而降低，同时二氧化碳可与碳发生消碳反应： 积碳反应：  +75 kJ/mol 消碳反应：  -173 kJ/mol 其他条件相同时，催化剂表面积碳量与温度的关系如图所示，℃之后，温度升高积碳量减小的主要原因是 。 7．（23-24高二上·北京·期末）实现二氧化碳选择性，稳定性加氢合成甲醇是“甲醇经济”理念下的一个重要成果。反应包括两步： Ⅰ.   Ⅱ.   (1)由合成的热化学方程式 。 (2)恒压下，按时，该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出水)。 ①根据图中数据，压强不变采用有分子筛膜时的最佳反应温度为 。 ②有分子筛膜时甲醇产率高的原因是 。 (3)如果在不同压强下，和的起始物质的量比仍为，测定的平衡转化率和的平衡产率随温度升高的变化关系，如图所示： 已知：的平衡转化率，的平衡产率。 ①压强p1 p2(填“”或“”)，原因 。 ②其中图中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”)。 ③图乙中T1温度时，两条曲线几乎交于一点，分析原因 。 8．（22-23高二上·北京东城·期末）煤的气化和间接液化涉及如下反应： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： (1)在恒温恒容条件下，下列叙述中能表明反应Ⅰ达到化学平衡状态的 (填序号)。 a.CO的浓度不再变化 b.单位时间内每消耗就生成 c.容器中气体的密度不随时间而变化 d.容器中气体压强不随时间而变化 (2)在500℃时反应Ⅱ的平衡常数，若此温度下密闭容器中CO和的起始浓度都是，计算达平衡时CO的转化率为 。 (3)一定温度下在两个2L的恒容密闭容器中分别发生反应Ⅲ，相关数据如下： 容器 甲 乙 反应物投入量 和 和 平衡时 平衡时能量变化 放出88.2kJ 吸收 ① (填“>”、“<”或“=”)； 。 ②计算甲中反应的平衡常数= (填具体数值)；若使该反应的平衡常数增大，可以采取的措施有 (填字母序号)。 a.升高温度    b.降低温度    c.压缩体积来增大体系压强    d.增大的浓度 ③若充入和，其他条件与甲相同，一段时间后达到平衡状态，放出热量 (填“>”、“<”或“=”)；若将乙中反应改为在起始容积为2L的恒压容器中进行，平衡时的物质的量浓度为，则 (填“>”、“<”或“=”)。 ④在其他条件不变的情况下，研究温度对该反应的影响，如图为温度为时甲中反应的测定结果，若只把温度升高到进行，请绘制温度为时的测定结果 。 9．（22-23高二上·北京顺义·期末）利用乙酸()蒸汽催化重整可以得到合成气(和)。发生的反应为： 同时有副反应发生，主要的副反应为： (1)利用合成气合成甲烷，发生反应的热化学方程式为： ①利用和计算时，还需要利用 反应的。 ②合成甲烷时，下列各项措施中，可以提高平衡转化率的是 (填字母) a.增大容器容积 b.加入适当的催化剂 c.适时将分离出来 (2)乙酸蒸汽催化重整过程中，温度与气体产率的关系如图。 650℃之前，氢气产率低于甲烷，650℃之后氢气产率高于甲烷，主要原因可能是 。 (3)其他条件不变，在乙酸气体中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而的产率下降，用平衡移动原理解释原因 。 (4)在密闭容器中投入amol乙酸蒸汽进行催化重整，利用合适的催化剂抑制其他副反应的发生，温度为时达到平衡。反应Ⅰ消耗乙酸60%，反应Ⅱ消耗乙酸20%，平衡时气体中乙酸的体积分数为 (计算结果保留3位小数)。 10．（22-23高二上·北京海淀·期末）油气开采、石油化工、煤化工等行业的废气中均含有硫化氢，需要将其回收处理并加以利用。 Ⅰ.高温热分解法：   (1)该反应的化学平衡常数表达式为 。 (2)升高温度，该反应的化学平衡常数 (填“变大”“变小”或“不变”)。 (3)工业上，通常在等温、等压条件下将与Ar的混合气体通入反应器，发生热分解反应，达到平衡状态后，若继续向反应器中通入Ar，的平衡转化率会 (填“增大”“减小”或“不变”)，利用平衡常数与浓度商的关系说明理由： 。 Ⅱ.克劳斯法： 已知：      (4)用克劳斯法处理，若生成1mol，放出热量 kJ。 (5)用克劳斯法处理时，研究人员对反应条件对产率的影响进行了如下研究。 ①其他条件相同时，相同时间内，产率随温度的变化如图1所示。由图1可见，随着温度升高，产率先增大后减小，原因是 。 ②其他条件相同时，相同时间内，产率随值的变化如图2所示。值过高不利于提高产率，可能的原因是 。 ( 12 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$