2026届高三化学一轮复习 多重平衡专题学案

多重平衡体系问题 一、多重平衡体系概念： 一个化学反应体系中存在多个化学反应（且这些化学反应彼此之间通过某些“共用物质”相互关联），在一定条件下，这些反应都可以达到平衡状态，这种现象称作多重平衡现象，该体系称作多重平衡体系。 二、多重平衡计算注意事项： 1、多重平衡体系中进行有关平衡常数、转化率等的计算时，各组分的平衡量指的是整个平衡体系中的量，而不是指某一单一反应中的量（即“共用物质”的平衡量）。 如：CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应： 反应 Ⅰ：CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g) ⇌ C2H4(g)+4H2O(g) CO2、H2、H2O均同时参与两个反应。则体系到达平衡时，两个平衡共用这三种物质的n、c、p 2、多重平衡体系中各个平衡相互勾连，条件改变引起了某一个平衡移动，则其他平衡也会发生移动，呈现“牵一发而动全身”的效果。 如：氨气溶于水发生电离的一系列平衡可表示为： ①NH3(g)⇌NH3(aq) ②NH3(aq)+H2O⇌NH3·H2O ③NH3·H2O⇌NH4++OH- 或表示为： 故，将浓氨水滴加在CaO或NaOH固体表面，c(OH-)增大使这一系列平衡左移，最终导致氨气逸出。 再如：以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·mol-1 Ⅱ.CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g)　 ΔH2=-90.4 kJ·mol-1 Ⅲ.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)　 ΔH3 增大压强对平衡I、Ⅱ均有影响，对Ⅲ并未直接造成影响；但I、Ⅱ的平衡移动使得Ⅲ的Qc与K不再相等，则Ⅲ的平衡也会发生移动。 三、多重平衡的分类讨论 （一）连续型多重平衡 —— 上一个平衡的产物，同时又是下一个平衡的反应物 【典例1】（2008•宁夏）将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应： ① NH4I（s）⇌ NH3（g）+HI（g）； ② 2HI（g）⇌ H2（g）+I2（g） 达到平衡时，c（H2）=0.5mol•L﹣1，c（HI）=4mol•L﹣1，则此温度下反应①的平衡常数为（ ） A．9 B．16 C．20 D．25 【练习1】在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应： ① PH4I(s) ⇌ PH3(g)+HI(g) ② 4PH3(g) ⇌ P4(g)+6H2(g) ③ 2HI(g) ⇌ H2(g)+I2(g) 达平衡时，体系中n(HI)=b mol，n(I2)=c mol，n(H2)=d mol，则t ℃时反应①的平衡常数 K为　　　　　　　　　 　(用字母表示)。 （二）竞争型多重平衡 ——某物质同时是多个反应的反应物 【典例1】焦炭常用于冶炼工业。已知： 反应①：2C(s)+O2(g)==2CO(g)； 反应②：2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)； 反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示(假设ΔH、ΔS不随温 度变化)。下列说法错误的是(　　) A.反应②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0 B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C.L1对应反应① D.当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主 【思考1】△G越小，意味着该反应进行的趋势和最大限度越大，故由图可知，983K是临界温度，温度低于此值时，反应_____进行的程度更大，过量焦炭的氧化产物以_______为主；温度高于此值时，反应_____进行的程度更大，过量焦炭的氧化产物以______为主。 【典例2】CH4⁃CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，有利于缓解温室效应，其主要反应为： CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)　ΔH = +247 kJ·mol-1 ； 同时存在以下反应： CH4(g)⇌ C(s)+2H2(g)　ΔH = +75 kJ·mol-1(积碳反应)； CO2(g)+C(s)⇌ 2CO(g)　ΔH = +172 kJ·mol-1(消碳反应)； 假设体系温度恒定。积碳反应会影响催化剂的活性，一定时间内 积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A.高压有利于提高CH4的平衡转化率并减少积碳 B.增大CO2与CH4的物质的量之比有助于减少积碳 C.升温，积碳反应的化学平衡常数K1减小，消碳反应的化学平衡常数K2增大 D.温度高于600℃，积碳反应的速率减慢，消碳反应的速率加快，积碳量减少 【思考2】本题的图中，600℃之前、之后，积碳量曲线呈现不同的变化趋势，结合典例1与思考1，分别对曲线变化趋势进行解释： ⑴600℃之前，积碳量递增的原因：_________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________。 ⑵600℃之前，积碳量递减的原因：_________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________。 【典例3】CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应： 反应 Ⅰ：CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g) ⇌ C2H4(g)+4H2O(g) 为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入 2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度 变化如图所示： 该催化剂在较低温度时主要选择　 　　(填“反应 Ⅰ ”或“反应 Ⅱ”)。520 ℃时，反应 Ⅰ 的平衡常数K=　　　 　(只列算式不计算)。  【典例4】探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·mol-1 Ⅱ.CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g)　 ΔH2=-90.4 kJ·mol-1 Ⅲ.CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)　 ΔH3 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3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO(g)为b mol，此时H2O(g)的浓度为　　　 　mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为　　 　 　。 【解法指导】多重平衡问题，多个平衡之间彼此勾连，列三行式不是最佳选择。故推荐使用“列表格 + 原子守恒”的方法解答“竞争型多重平衡K、α等的计算”问题。此题解答过程与思路如下 ①列表格，将体系内所有物质以及“题目所给相关信息（阴影处理部分）”填入下列表格： CO2 H2 CH3OH H2O CO 起始量/mol 1 3 0 0 0 变化量/mol a+b a b 平衡量/mol 1-a-b a b ②根据原子守恒（无需解释，自己体会）进行相关计算，数据填入表格（空白部分） ❶根据C原子守恒：Δn(CO2)= Δn(CO)+ Δn(CH3OH)=(a+b)mol，填入表中 ❷根于O原子守恒：2Δn(CO2)= Δn(CO)+ Δn(CH3OH)+ Δn(H2O),则可知n(H2O)=_________mol ❸根据H原子守恒：2Δn(H2)= 4Δn(CH3OH)+ 2Δn(H2O)，则可计算出Δn(H2)=____________mol 行文至此，所有物质的量悉数知晓，体积早已给定，剩下的计算问题，就请阁下牛刀小试吧。 【练习4】氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。恒温下，将1 mol空气(N2和O2的体积分数分别为0.78和0.21，其余为惰性组分)置于容积为V L的恒容密闭容器中，假设体系中只存在如下两个反应： ⅰ.N2(g)+O2(g) ⇌ 2NO(g)　K1　ΔH1=+181 kJ·mol-1 ⅱ.2NO(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g)　K2　ΔH2=-114 kJ·mol-1 ①以下操作可以降低上述平衡体系中NO浓度的有　　　　(填标号)。  A.缩小体积 B.升高温度 C.移除NO2 D.降低N2浓度 ②若上述平衡体系中c(NO2)=a mol·L-1，c(NO)=b mol·L-1，则c(O2)=　　　　　　　　 mol·L-1，K1=　　　 　 (写出含a、b、V的计算式，不必化简)。  【练习5】在压强为p，CO2、H2的起始物质的量之比为1∶3的条件下，发生以下竞争反应。 反应一：CO2+3H2 ⇌ CH3OH+H2O(g)　ΔH=-48.5 kJ·mol-1 反应二：2CO2+5H2 ⇌ C2H2+4H2O　ΔH=+37.1 kJ·mol-1 实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。 已知：CH3OH的选择性=×100% ①有利于提高CH3OH的选择性的措施有　　　　　(填字母)。  A.适当降温 B.适当升温 C.选择合适的催化剂 ②温度高于350 ℃时，体系中发生的反应以　　　　　(填“反应一”或“反应二”)为主。  ③其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是　　 　 (填“a”或“b”)。 ④400 ℃时，平衡时压强为105 Pa，反应一用分压表示化学平衡常数Kp=　　 　　　kPa-2(只 代入数据即可，用容器中各气体成分的分压表示，分压=总压×物质的量分数)。  【练习6】含碳化合物回收是实现碳达峰、碳中和的有效途径。CO2催化加氢选择合成甲醇的主要反应如下： 反应1： 反应2： 反应3： 回答下列问题： 在一体积固定的密闭容器中，按照投料，发生上述反应1和反应2，平衡时CO和CH3OH在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图1所示。 ①150℃～250℃范围内，随着温度的升高，的平衡转化率减小的原因是__________________ _________________________________________________________________________________。 ②270℃时，若容器起始压强为5MPa，则反应2的。为 (保留两位有效数字)。 答案： （一） 典例1：C 练习1： （二） 典例1：C 思考1：②；CO2；①；CO 典例2：B 思考2： ⑴温度低于600℃时，升高温度，积碳反应的平衡正移程度大于消碳反应平衡正移程度，积碳量增加； ⑵温度高于600℃时，升高温度，消碳反应的平衡正移程度大于积碳反应平衡正移程度，积碳量减少。 典例3：反应I； 典例4：； 练习4：①CD ② 练习5：①AC ②反应二 ③ b ④（提醒：Kp给的单位是kpa，注意单位换算） 练习6：①150-250℃范围内，随温度升高，反应①平衡逆移程度大于反应②平衡正移程度，CO2转化率减小； ②0.015 - 5 - 学科网（北京）股份有限公司 $