专题三 知识区间二 (主观题)二 平衡体系中的有关计算（课件PPT）-【正禾一本通】2025年高考化学高三二轮专题复习高效讲义（新教材，单选版）

高三二轮专题复习高效讲义 化 学 高三二轮专题复习高效讲义 化 学 1 专题三 PPT下载 http:///xiazai/ 化学反应原理 2 知识区间二 PPT下载 http:///xiazai/ 化学反应速率与化学平衡 3 二、常以主观题形式考查的学习任务群 (二)　平衡体系中的有关计算 课下巩固检测练(二十六) 平衡体系中的有关计算 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 01 02 03 04 05 06 07 08 谢谢观看 高考真题导向 1.(2024·甘肃高考节选)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料，可由不同途径制备。 在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s) 4SiHCl3(g)。773 K，2 L密闭容器中，经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2和0.1 mol SiCl4气体反应，SiCl4转化率随时间的变化如下图所示： (1)0～50 min，经方式________处理后的反应速率最快；在此期间，经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)＝________ mol·L－1·min－1。 (2)当反应达平衡时，H2的浓度为________ mol·L－1，平衡常数K的计算式为____________________________________________________________。 (3)增大容器体积，反应平衡向________移动。 解析：(1)由转化率图像可知，0～50 min，经方式甲处理后反应速率最快；经方式丙处理后，50 min时SiCl4的转化率为4.2%，反应的SiCl4的物质的量为0.1 mol×4.2%＝0.004 2 mol，根据化学计量数可得反应生成的SiHCl3的物质的量为0.004 2 mol×＝0.005 6 mol，平均反应速率v(SiHCl3)＝＝5.6×10－5 mol·L－1·min－1。 (2)反应达到平衡时，SiCl4的转化率为14.6%，列出三段式为： 当反应达平衡时，H2的浓度为0.195 1 mol·L－1，平衡常数K的计算式为。 (3)增大容器体积，压强减小，平衡向气体体积增大的方向移动，即反应平衡向逆反应方向移动。 答案：(1)甲　5.6×10－5　(2)0.195 1　　(3)逆反应方向 2．(2024·贵州高考节选)在无氧环境下，CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下，CH4芳构化时同时存在如下反应： ⅰ.CH4(g)―→ C(s)＋2H2(g)　ΔH1＝＋74.6 kJ·mol－1　ΔS＝＋80.84 J·mol－1·K－1 ⅱ.6CH4(g)―→ C6H6(l)＋9H2(g)　ΔH2 回答下列问题： (1)受反应ⅰ影响，随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低，原因是___________________________________________________。 (2)对催化剂在不同的pH条件下进行处理，能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化，相同反应时间内测定相关数据如下表，其中最佳pH为_______，理由是______________。 pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积碳平均含量/% 2.4 9.60 5.35 40.75 4.0 9.80 4.60 45.85 7.0 9.25 4.05 46.80 10.0 10.45 6.45 33.10 12.0 9.95 4.10 49.45 (3)973 K、100 kPa下，在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)＝1∶5充入气体，发生反应C6H6(g)＋CH4(g)―→C7H8(g)＋H2(g)，平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1，则C6H6的平衡转化率为________，平衡常数Kp＝__________________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，列出计算式即可)。 (4)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯，反应如下： (两个反应可视为同级数的平行反应) 对于同级数的平行反应有＝＝，其中v、k分别为反应速率和反应速率常数，Ea为反应活化能，A1、A2为定值，R为常数，T为温度，同一温度下是定值。已知Ea，苯<Ea，二甲苯，若要提高苯的产率，可采取的措施有__________________________________________________________。 解析：(1)由于反应ⅰ生成固态炭，会覆盖在催化剂表面，从而减小气体与催化剂的接触面积，因此随着反应进行，单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低。 (3)设起始时C6H6的物质的量为1 mol，CH4的物质的量为5 mol，参加反应的C6H6的物质的量为x mol，则可建立如下三段式： 　　　　　　C6H6(g)＋CH4(g)⥫⥬C7H8(g)＋H2(g) 起始量/mol 1 5 0 0 变化量/mol x x x x 平衡量/mol 1－x 5－x x x 依题意，＝，解得x＝0.2，平衡时，n(C6H6)＝0.8 mol，n(CH4)＝4.8 mol，n(C7H8)＝0.2 mol，n(H2)＝0.2 mol，则C6H6的平衡转化率为×100%＝20%，平衡常数Kp＝或。 (4)已知Ea，苯<Ea，二甲苯，＝，则温度降低，增大，可提高苯的产率；加入合适的催化剂，选择性降低Ea，苯，加快生成苯的速率，提高苯的产率。 答案：(1)反应ⅰ有积炭生成，随着反应的进行，生成的积炭逐渐增多，覆盖在催化剂表面，使催化剂催化性能逐渐降低，化学反应速率减小 (2)10.0　pH＝10.0时，产物中积炭平均含量最低，CH4平均转化率最大，芳烃平均产率最高 (3)20%　(或) (4)适当降低温度，加入合适的催化剂(合理即可) 解题必备知能 1.分压平衡常数(Kp) (1)分压定律 ①分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。 p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋…＝p ②气体的分压之比等于其物质的量之比：＝。 ③某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：＝＝x(B)， 则：气体的分压＝气体总压×体积分数＝总压×物质的量分数。 (2)分压平衡常数Kp (只受温度影响) 一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)达平衡时，Kp＝，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压。 2．Kp计算的两种模板 (1)平衡总压为p0 (2)刚性容器起始压强为p0，平衡转化率为α 3．常用的三个公式 项目 公式 备注 反应物的转化率 ×100%＝×100% 平衡量可以是物质的量、气体的体积等 生成物的产率 ×100% 平衡时混合物中某组分的百分含量 ×100% 题组跟进演练 1．(2024·广西三模)氢能是一种重要的绿色能源，工业上用乙醇与水催化重整制氢气，发生以下反应： 反应Ⅰ：C2H5OH(g)＋H2O(g)⥫⥬2CO(g)＋4H2(g)　ΔH1＝＋255.7 kJ/mol，K1 反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ/mol，K2 反应Ⅲ：C2H5OH(g)＋3H2O(g)⥫⥬2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH3，K3 回答下列问题： (1)反应Ⅲ的ΔH3＝____________，K3＝____________(用K1、K2表示)，该反应在____________(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。 (2)压强为100 kPa，H2的平衡产率与温度、起始时的关系如图所示，每条曲线表示H2相同的平衡产率。 ①反应Ⅱ的平衡常数：K(A)________(填“>”“＝”或“<”)K(D)，判断理由是______________________________________________________________。 ②A、B两点H2产率相等的原因是_______________________________。 (3)维持压强在100 kPa不变情况下，1 mol C2H5OH(g)和3 mol H2O(g)发生上述反应，平衡时乙醇的转化率、CO2的选择性、CO的选择性随温度升高的变化曲线如图所示： [已知：CO的选择性＝] ①图中表示CO2选择性的曲线是________(填字母)。 ②573 K时，反应达到平衡，则平衡时乙醇的物质的量为________ mol。 ③573 K时，反应Ⅱ的Kp＝____________(列出计算式即可，Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 解析：(1)由盖斯定律可知，反应Ⅰ＋Ⅱ×2得到反应Ⅲ，则反应ΔH＝ΔH1＋2ΔH2＝(＋255.7 kJ/mol)＋2×(－41.2 kJ/mol)＝＋173.3 kJ/mol，反应的平衡常数K＝K1；该反应是熵增的吸热反应，高温条件下，反应ΔH—TΔS＜0，能自发进行。 (2)①平衡常数为温度的函数，温度不变，平衡常数不变，由图可知，A、D两点的反应温度相同，则A、D两点平衡常数相等。 (3)①反应Ⅰ、Ⅲ都为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，升高温度，反应Ⅰ、Ⅲ的平衡向正反应方向移动，反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，则乙醇的转化率增大、二氧化碳的选择性减小、一氧化碳的选择性增大，则曲线a表示二氧化碳的选择性；②由题意可知，573 K反应达到平衡时二氧化碳的选择性和一氧化碳选择性之和为1，则曲线b表示乙醇的转化率，由图可知，平衡时乙醇的转化率为60%，则平衡时乙醇的物质的量为1 mol－1 mol×60%＝0.4 mol；③由图可知，573 K反应达到平衡时二氧化碳的选择性为85%、一氧化碳选择性为15%、乙醇的转化率为60%，则平衡时二氧化碳的物质的 量为2×1 mol×60%×85%＝1.02 mol、一氧化碳的物质的量为2×1 mol×60%×15%＝0.18 mol，由O元素守恒，平衡时n(H2O)＝1＋3－0.4－1.02×2－0.18＝1.38 mol，由H元素守恒，平衡时n(H2)＝＝3.42 mol，则平衡时一氧化碳、水蒸气、二氧化碳、氢气、混合气体的物质的量分别为0.18 mol、1.38 mol、1.02 mol、3.42 mol、6.4 mol，则反应Ⅱ的Kp＝。 答案：(1)＋173.3 kJ/mol　K1　高温 (2)＝　平衡常数只与温度有关，A、D两点的温度相同，则平衡常数相等　B点温度高于A点，升高温度，反应Ⅱ逆向移动消耗H2的量与反应Ⅰ、反应Ⅲ正向移动产生H2的量相等 (3)a　0.4　 2．(2024·福建泉州模拟)丙烯是一种重要的化工原料。一种丙烯的制备方法为丙烷无氧脱氢：C3H8(g)⥫⥬C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1。使用该方法制备丙烯时，体系中还存在副反应：C3H8(g)⥫⥬C2H4(g)＋CH4(g)。 (1)已知几种共价键键能如下表所示： 共价键 C—H C—C C===C H—H 键能/(kJ/mol) 413 348 615 436 ①C3H8(g)⥫⥬C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1＝________ kJ·mol－1。 ②丙烷无氧脱氢反应在________(填“较高”“较低”或“任意”)温度下能自发进行。 (2)一定温度下，将C3H8和H2的混合气体通过催化剂Ga2O3(负载于Al2O3)的表面。反应过程中，催化剂Ga2O3会与H2反应生成另一催化剂Ga­H/GaOx。使用不同催化剂时，R ln k和的关系如图甲所示(其中a为Ga2O3，b为Ga­H/GaOx)。反应过程中丙烷平衡转化率、丙烯选择性以及丙烯生成速率随n(H2)∶n(C3H8)变化如图乙所示。 ①已知Arrhenius经验公式为R ln k＝－＋C(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。在其他条件相同时，催化效果更好的是____________(填“Ga2O3”或“Ga­H/GaOx”)。判断依据是_______________________________。 ②图乙中，代表丙烯生成速率的曲线为____(填“c”或“d”)。恒温恒压条件下，向密闭容器中通入C3H8和H2混合气体使丙烯生成速率最大，丙烷无氧脱氢反应的Kp＝_________ MPa(已知压强为0.1 MPa，列出计算式即可)。 解析：(1)丙烷无氧脱氢反应C3H8(g)⥫⥬C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1＝(413×8＋348×2－413×6－615－348－436)kJ/mol＝＋123 kJ/mol，可知ΔH1>0，反应ΔS>0，ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，则需要在较高温度下反应才可自发进行。 (2)②根据题意，随着氢气的增加，可以生成更多催化效果更好的催化剂Ga­H/GaOx，因此反应速率逐渐增加。而氢气的增加，会促使主反应平衡逆向移动，因此转化率降低。根据以上分析，可以判断随着氢气增多，逐渐上升的曲线即曲线d为丙烯生成速率，逐渐下降的曲线即曲线c为丙烷平衡转化率。图中，当n(H2)∶n(C3H8)为2时，丙烯生成速率最大，此时丙烷平衡转化率为45%，丙烯选择性为90%。设氢气和丙烷的起始量分别为2 mol、1 mol，依据图中数据列三段式： C3H8(g)⥫⥬C3H6(g)＋H2(g) 变/mol 0.405 0.405 0.405 C3H8(g)⥫⥬C2H4(g)＋CH4(g) 变/mol 0.045 0.045 0.045 平衡时n(C3H8)＝0.55 mol、n(C3H6)＝0.405 mol、n(H2)＝2.405 mol、n(C2H4)＝0.045 mol、n(CH4)＝0.045 mol，n总＝3.45 mol，p总＝0.1 MPa，因此Kp＝ MPa。 答案：(1)①＋123　②较高 (2)①Ga­H/GaOx　据Arrhenius经验公式，斜率越小，活化能越小，催化剂催化效果越好　②d　 1．(2023·全国卷乙节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途。 (1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应： 2FeSO4(s)⥫⥬ Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ) 平衡时­T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)提高温度，上述容器中进一步发生反应＝___(用、表示)。在929 K时，p总＝ ＝35.7 kPa，则＝_________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。 解析：(1)由题给反应(Ⅰ)可知平衡体系中＝＝1.5 kPa，则由题图可知，660 K时，该反应的平衡总压p总＝1.5×2 kPa＝3.0 kPa。Kp(Ⅰ)＝＝(1.5 kPa)2＝2.25(kPa)2。由题图可知，随反应温度升高增大，则升高温度，平衡正向移动，Kp(Ⅰ)增大。(2)设初始时＝＝x，SO3在第二个反应中转化了a，则： 2SO3(g)⥫⥬2SO2(g)＋O2(g) 初始　　　x　　　　x　　　 0 转化　　　a　　　　a　　　 0.5a 平衡　　x－a 　　　x＋a　　0.5a ＝(x＋a)－(x－a)＝2a＝4×0.5a＝，故； p总＝＝84.6 kPa，则＝ kPa。 答案：(1)3.0　2.25　增大　(2)　46.26　 2．我国科学家成功开发Pd­Fe/Fe2O3催化剂在低温条件下高选择性合成高纯度的乙烯，化学原理为 主反应：C2H2(g)＋H2(g)⥫⥬ C2H4(g)　ΔH1 副反应：C2H2(g)＋2H2(g)⥫⥬ C2H6(g)　ΔH2 在密闭容器中充入1 mol C2H2和2 mol H2，发生上述两个反应，测得C2H2平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。在T0 K、20 kPa下C2H4的选择性等于]。p0___(填“＞”“＜”或“＝”)20 kPa。 T0 K下，主反应的平衡常数Kp＝________ kPa-1(Kp为用气体分压计算的平衡常数，气体分压等于气体总压×物质的量分数)。 解析：主反应：C2H2(g)＋H2(g)⥫⥬C2H4(g)和副反应：C2H2(g)＋2H2(g)⥫⥬C2H6(g)均为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，C2H2的转化率升高，结合图像可知，p0<20 kPa；由图可知，在T0 K、20 kPa下C2H2的平衡转化率为90%，C2H4的选择性等于，则平衡时n(C2H2)＝1×(1－90%)＝0.1 mol，n(C2H4)＝1×90%×＝0.8 mol，n(C2H6)＝0.1 mol，根据H原子守恒求得n(H2)＝1 mol，总物质的量为2.0 mol，则T0 K下，主反应的平衡常数Kp＝ kPa-1＝0.8 kPa-1。 答案：＜　0.8 3．苯乙烯是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体，常用乙苯为原料合成。其反应原理如下： ＋H2(g)　ΔH＝＋123 kJ·mol-1 已知：上述反应的速率方程为v正＝k正p乙苯，v逆＝k逆p苯乙烯p氢气，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为各组分分压(分压＝总压×物质的量分数)。 100 kPa下，反应气组成n(乙苯)∶n(H2O)分别按照1∶1、1∶4、1∶9投料，乙苯平衡转化率随反应温度的变化关系如图。 (1)图中n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9的曲线是_______(填字母)。 (2)图中M点的正反应速率和N点的逆反应速率大小关系为v正(M)_______v逆(N)(填“>”“<”或“＝”)。 (3)在550 ℃、100 kPa条件下，按n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9投料时，＝_______kPa(用最简分数表示)。 解析：(1)n(乙苯)∶n(H2O)分别按照1∶1、1∶4、1∶9投料，水蒸气比例越大，平衡正向移动程度越大，乙苯转化率越大，故图中n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9的曲线是a。(2)M点乙苯的转化率较N点大，则M点乙苯的浓度小于N点，故M点的正反应速率和N点的逆反应速率大小关系为v正(M)<v逆(N)。(3)在550 ℃、100 kPa条件下，按n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9投料时，乙苯的平衡转化率为60%，设乙苯的起始物质的量为a mol，则水蒸气物质的量为9a mol，则 平衡时气体总物质的量为0.4a＋0.6a＋0.6a＋9a＝10.6a，v正＝k正p乙苯＝v逆＝k逆p苯乙烯p氢气，故 kPa。 答案：(1)a　(2)<　(3) 4．(2023·湖北高考节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理如下： (1)1 200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g)⥫⥬C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为_______________________________________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (2)H19(g)⥫⥬C40H18(g)＋H·(g)及H11(g)⥫⥬C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是__________________________________________________。 (3)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填字母)。 a．升高温度　b．增大压强　c．加入催化剂 解析：(1)设起始时C40H12的物质的量为y，已知平衡转化率为α，则平衡时C40H12的物质的量为y(1－α)，生成的C40H10和H2的物质的量均为y α，Kp＝p0＝p0。(2)图中两条线几乎平行，说明两条线的斜率近似相等，即两反应的ΔH基本相等，原因是两反应均断开1个碳氢键、形成1个碳碳键，反应过程几乎等效，所以反应限度受温度影响的程度几乎相同。(3)由反应过程图可知，脱氢的过程为吸热过程，则温度升高，反应速率加快，平衡正向移动，平衡转化率提高，a正确；脱氢的过程为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，平衡转化率减小，b错误；催化剂不可以改变平衡转化率，只能加快反应速率，c错误。 答案：(1)p0　(2)两反应过程中断键和成键过程相同　(3)a 5．T ℃时，2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)，该反应正、逆反应速率与浓度的关系为v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)(k正、k逆为速率常数)。 (1)图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是________(填“m”或“n”)。 (2)T ℃时，向刚性容器中充入一定量NO2气体，平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·L-1，则平衡时，v正＝________(用含a的表达式表示)。 (3)T ℃时，向2 L的容器中充入5 mol N2O4气体和1 mol NO2气体，此时v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆。 解析：(1)v正＝k正c2(NO2)，则lg v正＝lg k正＋2lg c(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)，则lg v逆＝lg k逆＋lg c(N2O4)，lg v逆～lg c(N2O4)的线斜率较小，则图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是n。(2)图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是n，则lg k逆＝a，k逆＝10a，lg k正＝a＋2，k正＝10a+2，反应达平衡时，v逆＝v正，即k正·c2(NO2)＝k逆·c(N2O4)，，该反应的平衡常数K＝＝100，设T ℃时，向刚性容器中充入x mol·L-1 NO2，平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·L-1，列出三段式： 　　 　 　　　 2NO2(g)⥫⥬N2O4(g) 起始/(mol·L-1)　　x　　　　　0 转化/(mol·L-1)　　2　　　　　1.0 平衡/(mol·L-1)　　x－2　 　　1.0 K＝(3)＝＝2.5 mol·L-1，c(NO2)＝＝0.5 mol·L-1，v正＝10a+2×0.52＝2.5×10a+1，v逆＝10a×2.5＝2.5×10a，v正＞v逆。 答案：(1)n　(2)10a　(3)＞ 6．(2024·山东高考节选) 水煤气是H2的主要来源，研究CaO对C­H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下： C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)(Ⅰ)　ΔH1>0 CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)(Ⅱ)　ΔH2<0 CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)(Ⅲ)　ΔH3<0 回答下列问题： (1)压力p下，C­H2O­CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为__________(填化学式)。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是_________。 (2)压力p下、温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50，0.15，0.05，则反应CO(g)＋H2O(g)⥫⥬ CO2(g)＋H2(g)的平衡常数Kp＝________；此时气体总物质的量为4.0 mol，则CaCO3(s)的物质的量为________ mol；若向平衡体系中通入少量CO2(g)，重新达平衡后，分压p(CO2)将________(填“增大”“减小”或“不变”)，p(CO)将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析：(1)图示温度范围内C(s)已完全反应，则反应Ⅰ已经进行完全，反应Ⅱ和Ⅲ均为放热反应，从开始到T1，温度不断升高，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，依据反应Ⅱ，H2量减小，摩尔分数减小，CO量升高，摩尔分数升高，开始到T1，CO2的摩尔分数升高，说明在这段温度范围内，反应Ⅲ占主导，当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生反应Ⅱ，所以CO2的摩尔分数减小，所以a曲线代表H2的摩尔分数的变化，c曲线代表CO2的摩尔分数随温度的变化。 (2)压力p下、温度为T0时，H2、CO、CO2的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则H2O(g)的摩尔分数为：1－0.5－0.15－0.05＝0.3，则反应CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)的平衡常数Kp＝。设起始状态1 mol C(s)，x mol H2O(g)，反应Ⅰ 进行完全。 则依据三段式： 　C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) 起 1 x 0 0 转 1 1 1 1 平 0 x－1 1 1 　 CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) 转 a a a a 　CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) 转 b b 根据平衡时H2、CO、CO2的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则有＝0.5、＝0.15、＝0.05，解出x＝，a＝，b＝，则n(总)＝x＋1－b＝，而由于平衡时n(总)＝4 mol，当起始状态时C(s)为y mol时，则y＝4，y＝，则n(CaCO3)＝b·y＝＝0.5。 若向平衡体系中通入少量CO2(g)，重新达平衡后，反应CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)的Kp＝，温度不变，Kp不变，则分压p(CO2)不变；体系中增加了CO2(g)，若反应Ⅱ逆向移动，在CO2分压不变的前提下，CO、H2O的分压增大，H2分压减小，则反应Ⅱ的Kp将会发生变化，与事实不符， 所以为了保证Ⅱ的Kp也不变，最终所有物质的分压均不变，即p(CO)不变。 答案：(1)H2　当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生反应Ⅱ，温度升高，反应Ⅱ逆向移动，所以CO2的摩尔分数减小 (2)　0.5　不变　不变 7．CO2甲烷化是研究的热点方向之一，在环境保护方面显示出较大潜力。其主要反应如下： 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1 反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0 在体积相等的多个恒容密闭容器中分别充入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应Ⅰ(忽略反应Ⅱ)，在不同温度下反应相同时间，测得lg k、H2转化率与温度关系如图所示。已知该反应的速率方程为v正＝k正·c(CO2)·c4(H2)，v逆＝k逆·c(CH4)·c2(H2O)，其中k正、k逆为速率常数，只受温度影响。 图中信息可知，代表lg k正曲线的是______(填“MH”或“NG”)，反应Ⅰ活化能Ea(正)________(填“>”或“<”)Ea(逆)；c点的K(平衡常数)与Q(浓度商)的等式关系为__________(用含v正、v逆的代数式表示)，T3 K下反应达到平衡，体系压强为p，则Kp＝______________。 解析：图中信息可知，温度越高，越小，MH和NG是lg k与温度关系曲线，abc是H2转化率与温度关系曲线，从后往前看，温度升高，从b到a氢气转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，逆向是吸热反应，则升高温度时逆反应速率增大程度大于正反应速率增大程度，即lg k逆大于lg k正，则代表lg k正曲线的是NG；该反应是放热反应，反应Ⅰ活化能Ea(正)＜Ea(逆)；c点时k正·c(CO2)·c4(H2)＝k逆·c(CH4)·c2(H2O)，K＝，c点Q(浓度商)＝，则有。T3 K下反应达到平衡，体系压强为p， 　　　 CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g) 开始/mol 1 4 0 0 转化/mol 0.4 1.6 0.4 0.8 平衡/mol 0.6 2.4 0.4 0.8 则Kp＝。 答案：NG　＜　 8．(2024·湖北黄冈模拟)CH4和CO2催化重整制合成气(CO、H2)有利于实现碳中和，涉及反应如下： Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol-1 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0 Ⅲ：2CO(g)⥫⥬CO2(g)＋C(s)　ΔH3＝－172 kJ·mol-1 Ⅳ：CH4(g)⥫⥬C(s)＋2H2(g)　ΔH4＝＋75 kJ·mol-1 回答下列问题： (1)将一定体积CO2和CH4投入密闭容器中，反应Ⅰ在不同条件下达到平衡(反应Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ可忽略)。设体系中甲烷的物质的量分数为x(CH4)，在T＝610 ℃下的x(CH4)～p、在p＝4.8×105 Pa下的x(CH4)～T如图甲所示。图中与C处于相同化学平衡状态的点是________，理由是_________________。 (2)在恒压p＝100 kPa、初始投料n(CO2)＝n(CH4)＝1 kmol的条件下，CH4、CO2发生上述反应达平衡时气体(CO2、CH4、H2O、CO、H2)物质的量随温度的变化如图乙所示。 根据反应前后各原子的物质的量关系分析，曲线b表示的物质是_______(填化学式)，625 ℃时，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝__________(保留两位有效数字)。 (3)温度一定时，增大投料比，积碳量逐渐__________(填“增多”“减少”或“不变”)，将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析：(1)对于反应Ⅰ，升高温度，平衡正向移动，x(CH4)减小，增大压强，平衡逆向移动，x(CH4)增大，则随压强的变化曲线是L1，则L2为等压下甲烷的物质的量分数随温度的变化曲线，根据以上分析A、C点处于相同的化学平衡状态。 (2)根据题干信息可知，反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ均为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，H2和CO的物质的量增大，初始投料n(CO2)＝n(CH4)＝1 kmol，625 ℃时，n(CO2)＝n(H2O)＝0.5 kmol，n(CH4)＝0.2 kmol，由H元素守恒可知n(H2)＝(4－0.8－0.5×2) kmol＝1.1 kmol，由氧元素质量守恒可知，n(CO)＝1×2－0.5×2－0.5＝0.5 kmol，由碳元素质量守恒可知，n(C)＝2－0.5－0.2－0.5＝0.8 kmol，则a表示的物质是H2，b表示的物质是CO；反应Ⅱ的Kp＝≈0.45。 (3)温度一定时，增大投料比，相当于增大CO2的物质的量，反应Ⅰ消耗CH4增多，反应Ⅲ、Ⅳ逆向移动，积碳量逐渐减小；温度一定时，增大投料比，反应Ⅲ平衡常数Kp＝和反应Ⅳ平衡常数Kp＝均不变，n(H2)将减小，n(CO)将增大，将减小。 答案：(1)A　A和C都是T＝610 ℃，p＝4.8×105 Pa下的平衡状态 (2)CO　0.45 (3)减少　减小 $$