1.5 大题突破(二) 反应原理综合题 热点题空3 平衡体系中的有关计算（Word教参）-【正禾一本通】2026年高考化学二轮专题复习高效讲义（双选版）

热点题空3　平衡体系中的有关计算　►对应学生用书P75 　　　　　　　核心知识 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．化学平衡计算中的常用公式 　　　　 　 　　 mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g) 起始/(mol·L-1)　 a　　　 b　　　　0　　　0 变化/(mol·L-1)　 mx　　 nx　　　 px　　 qx 平衡/(mol·L-1)　a－mx　b－nx　　 px　　 qx (1)v(A)＝。　 (2)α(A)＝×100%。 (3)K＝。 (4)生成物的产率＝×100%。 (5)混合物中某组分的百分含量＝×100%。 2．分压平衡常数(Kp) (1)气体的分压p(B)：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强，简称气体B的分压，符号为p(B)，单位为Pa或kPa或MPa。 (2)分压定律 ①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。 (3)分压平衡常数Kp (只受温度影响) 一定温度下，反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬bC(g)＋qD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示。 Kp的表达式为Kp＝，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压。 (4)Kp计算的两种模板 ①平衡总压为p0 　　　　　 N2(g)＋　3H2(g)⥫⥬　2NH3(g) n(平)　 　　a　　　　 　b　　　　　　c p(分压)　 p0　 p0　　 p0 Kp＝。 ②刚性容器起始压强为p0，平衡转化率为α 　　 2NO2(g) ⥫⥬ N2O4(g) p(始)　　　p0　　　　　 0 Δp　　　 p0α　　　　 p0α p(平)　 p0－p0α　　 p0α Kp＝。 　　　　　　　真题精研 1.(2025·广东高考节选)钛基催化剂可以催化储氢物质肼(N2H4)的分解反应： (e)N2H4===N2＋2H2 (f)3N2H4===N2＋4NH3 为研究某钛基催化剂对上述反应的影响，以肼的水溶液为原料(含N2H4的物质的量为n0)，进行实验，得到n1/n0、n2/n0随时间t变化的曲线如图。其中，n1为H2与N2的物质的量之和；n2为剩余N2H4的物质的量。 设ne为0～t时间段内反应(e)消耗N2H4的物质的量，该时间段内，本体系中催化剂的选择性用×100%表示。 ①0～t0 min内，N2H4的转化率为________(用含y2的代数式表示)。 ②0～t0 min内，催化剂的选择性为________(用含y1与y2的代数式表示，写出推导过程)。 解析：①根据题意及图像可知，0～t0 min内，y1＝ ，y2＝，故0～t0 min内，N2H4的转化率为(1－y2)×100%。 答案：①(1－y2)×100%　②设t0 min时，反应(e)转化的N2H4的物质的量为e，反应(f)转化的N2H4的物质的量为3f，存在如下转化关系： 　　　 N2H4===N2＋2H2 转化量： e e 2e 　　　 3N2H4===N2 ＋4NH3 转化量： 3f f 4f 则n1＝3e＋f、n2＝n0－(e＋3f) ＝y1……①　＝y2……② 联立①②可得e＝n0，f＝n0 则0～t0 min时，催化剂的选择性为×100%＝×100%。 2．(2025·云南高考节选)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5 ℃)绿色制氢新途径，并实现高附加值乙酸(沸点118 ℃)的生产，主要反应为： Ⅰ.C2H5OH(g)＋H2O(g)===2H2(g)＋CH3COOH(g)　ΔH1　Kp1 Ⅱ.C2H5OH(g)===CH3CHO(g)＋H2(g)　ΔH2＝＋68.7 kJ·mol-1 回答下列问题： 恒压100 kPa下，向密闭容器中按n(H2O)∶n(C2H5OH)＝9∶1投料，产氢速率和产物的选择性随温度变化关系如图1，关键步骤中间体的能量变化如图2。[比如：乙酸选择性＝×100%] ①由图1可知，反应Ⅰ最适宜的温度为270 ℃，原因为__________________ ________________________。 ②由图中信息可知，乙酸可能是________(填“产物1”“产物2”或“产物3”)。 ③270 ℃时，若该密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时乙醇的转化率为90%，乙酸的选择性为80%，则p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)＝________，平衡常数Kp1＝________ kPa(列出计算式即可；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：②由图2可知关键步骤中生成产物1的最大能垒为0.58 eV，生成产物2的最大能垒为0.66 eV，生成产物3的最大能垒为0.81 eV，图1中乙酸的选择性最大，说明相同条件下生成乙酸的反应速率最大，则乙酸可能是产物1。③设投料n(H2O)＝9 mol，n(乙醇)＝1 mol，密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时乙醇的转化率为90%，乙酸的选择性为80%，则平衡时生成的乙酸的物质的量：90%×80%×1＝0.72 mol，n平(乙醇)＝1 mol×10%＝0.1 mol，恒温恒压下，压强比＝物质的量之比，故p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)＝0.72∶0.1＝36∶5。列三段式 　 C2H5OH(g)＋H2O(g)===2H2(g)＋CH3COOH(g) Δn(mol)　　0.72　　 　0.72　　　1.44　　 　0.72 　 　 　 C2H5OH(g)===H2(g)＋CH3CHO(g) Δn(mol)　　0.18　　　　 0.18　　　0.18 则平衡时乙醇、H2O(g)、氢气、乙酸、乙醛的物质的量分别为0.1 mol、8.28 mol、1.62 mol、0.72 mol、0.18 mol，气体总物质的量为0.1 mol＋8.28 mol＋1.62 mol＋0.72 mol＋0.18 mol＝10.9 mol，则Kp1＝＝＝ kPa。 答案：①乙酸选择性最大且反应速率较快　②产物1　③36∶5　 　　　　　　　模拟预测 1.(2025·福建泉州模拟节选)丙烯是一种重要的化工原料。关于丙烯的制备方法有如下几种。 Ⅱ.丙烷无氧脱氢：C3H8(g)⥫⥬C3H6(g)＋H2(g)　ΔH2。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)　ΔH2＝________ 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，Rln 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Rln 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)　ΔH2＝(413×8＋348×2－413×6－615－348－436) kJ/mol＝＋123 kJ/mol，可知ΔH2>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∶n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　根据Arrhenius经验公式，斜率越小，活化能越小，催化剂催化效果越好 ②d　 2．(2025·湖北武汉模拟节选)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＝＋41.2 kJ·mol-1 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)。保持其他条件不变，0～625 ℃，升温积碳量逐渐________(填“增多”“减少”或“不变”)。 (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：(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，由C和H元素守恒可知，H2的物质的量比CO大，则a表示的物质是H2，b表示的物质是CO；初始投料n＝n＝1 kmol，625 ℃时，n(CO2)＝n(CO)＝n(H2O)＝0.5 kmol，n(CH4)＝0.2 kmol，由H元素守恒可知n＝× kmol＝1.1 kmol，反应ⅡKp＝≈0.45；保持其他条件不变，升高温度，反应Ⅲ逆向移动，积碳量逐渐减小。 (3)温度一定时，增大投料比，相当于增大CO2的物质的量，反应Ⅲ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K＝和反应Ⅳ平衡常数K＝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　减少　(3)减少　减小 学科网（北京）股份有限公司 $