专题过关作业(20) 热点题空专练 多平衡体系的分析和平衡常数计算（学生用书Word版）-【高考快车道】2026年高考化学大二轮专题复习与策略

专题过关作业(二十) 热点题空专练多平衡体系的分析和平衡常数计算 (分值：30分) 1．(7分)(2025·兰州一模，节选)煤气化的主要反应： 反应1：C(s)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.3 kJ·mol-1 反应2：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.1 kJ·mol-1 请回答： (1)在恒温恒容容器内进行反应1和反应2，下列说法正确的有________(填标号)。(3分) A．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡 B．平衡时H2的体积分数可能大于 C．平衡时向容器中充入惰性气体，平衡体系中CO的体积分数不变 D．平衡时缩小容器体积，平衡体系中减小 (2)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)同时发生反应1和反应2，起始压强为0.1 MPa，平衡时H2O的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol，则反应1的平衡常数Kp＝____________。(已知Kp为分压平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)(4分) 2．(14分)(2025·南充二模)碳氧化物甲烷化是应对气候变化、减少温室气体排放的重要研究课题。其中，二氧化碳甲烷化涉及的反应如下： ①CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－165.0 kJ·mol-1 ②CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1 ③2CO2(g)＋7H2(g)⥫⥬C2H6(g)＋4H2O(g)　ΔH3＝－132.3 kJ·mol-1 已知：以乙烷为例，其选择性定义为×100% 回答下列问题： (1)二氧化碳与甲烷反应制合成气(CO、H2)的热化学方程式④为____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________， 反应的ΔS________(填“>”“<”或“＝”)0，该反应在________(填“高温”或“低温”)下可自发进行。(4分) (2)将反应物CO2与H2按体积比1∶4混合进行甲烷化反应，不同压强和温度对平衡产物的影响如图1所示(左图限定温度为300 ℃，右图限定压强为100 kPa)。纵坐标为体积分数。根据本研究课题的目的，结合图1分析，理论上可选择的压强和温度为________(填标号)，理由是____________________________________________________________________ _____________________________________________________________。(3分) A．200 ℃，100 kPa　　B．200 ℃、1 000 kPa C．600 ℃、100 kPa D．600 ℃、1 000 kPa (3)若n(CO2)∶n(H2)＝1∶4，在恒温恒容反应器中进行甲烷化反应，平衡时CO2转化率为50%，甲烷和乙烷的选择性分别为50%和20%，平衡时压强为p，则反应④的平衡常数Kp＝________(kPa)2(用含p的计算式表示)。(4分) (4)已知CO也可发生甲烷化反应：⑤CO(g)＋3H2(g)⥫⥬CH4(g)＋H2O(g)。CO2或CO甲烷化的速率经验方程为v＝kp1p2，其中k为速率常数，p1、p2为反应物分压。已知k＝A，Ea为活化能，R为常数，T为热力学温度)，CO2和CO甲烷化的速率常数与温度之间的关系如图2和图3所示。 则反应的活化能Ea：①________(“>”“<”或“＝”)⑤，分析依据是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _____________________________________________________________。(3分) 3．(9分)(2025·潍坊模拟)苯乙烯是重要的基础化工原料，工业上常利用乙苯催化脱氢制备苯乙烯。涉及的反应如下： ⅰ．C6H5C2H5(g)⥫⥬C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)　ΔH1 ⅱ．C6H5C2H5(g)＋H2(g)⥫⥬C6H5CH3(g)＋CH4(g)　ΔH2 ⅲ．C6H5C2H5(g)⥫⥬C6H6(g)＋CH2==CH2(g)　ΔH3 回答下列问题： (1)已知部分化学键的键能： 化学键 C—C C—H H—H 键能/(kJ·mol-1) 332 611 414 436 ΔH2＝________ kJ·mol-1。(1分) (2)一定温度下，在恒压密闭容器中充入乙苯和水蒸气，在催化剂作用下发生上述反应，测得反应体系中甲苯的选择性S(S＝×100%)及随时间变化曲线如图所示。 曲线乙代表的是______________，水蒸气作稀释气，增大水蒸气的物质的量，乙苯的转化率将________(填“变大”“变小”或“不变”)。曲线甲随时间变化的原因之一是催化剂积碳，水蒸气的存在还有利于减少积碳，原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。(4分) (3)将6 mol水蒸气和1 mol乙苯混合，通入初始压强为100 kPa 的恒压密闭容器，测得乙苯的平衡转化率、苯和甲苯的选择性随温度的变化关系分别如图所示。 620 ℃条件下进行反应，达到平衡时容器中H2物质的量n(H2)＝________ mol，反应ⅰ的平衡常数Kp＝____________ kPa(列出计算式)。(4分)  1/1 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题过关作业(二十) 1．解析：(1)A．反应1中C是固体，恒温恒容容器内，随着反应的进行，混合气体的质量逐渐增大，则密度逐渐增大，当密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，正确；B．反应1＋反应2可得C(s)＋2H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋2H2(g)，假设反应进行到底，则H2的体积分数为，但可逆反应不能进行到底，则H2的体积分数一定小于，错误；C．平衡时向容器中充入惰性气体，容器内总压强增大，但是恒容条件下各物质浓度不变，平衡不移动，则平衡体系中CO的体积分数不变，正确；D．总体考虑该反应体系，反应1－反应2得：C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)，该反应的平衡常数K＝，则平衡时缩小容器体积，温度不变，平衡体系中不变，错误。(2)平衡时H2O的转化率为50%，则平衡时H2O的物质的量为0.5 mol，CO的物质的量为0.1 mol，设反应1消耗H2O的物质的量为x mol，列出三段式得 　　　　　C(s)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g) 起始/mol 1 变化/mol x x x 平衡/mol 　　　　　CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) 起始/mol 变化/mol 0.5－x 0.5－x 0.5－x 0.5－x 平衡/mol 0.1 0.5 0.5－x 0.5 则x－(0.5－x)＝0.1，解得x＝0.3，此时容器中总气体的物质的量为(0.5＋0.1＋0.5＋0.2) mol＝1.3 mol，起始压强为0.1 MPa，则此时总压强为×0.1 MPa＝0.13 MPa，反应1的平衡常数Kp＝＝＝0.01 MPa。 答案：(1) AC　(2)0.01 MPa 2．(1)CO2(g)＋CH4(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g)　ΔH4＝＋247.4 kJ·mol-1　>　高温　(2) A、B　由图可知，影响该反应转化率的因素为温度，而非压强，且温度越高，转化率、甲烷选择性降低　(3)　(4)<　分析可知直线的斜率的绝对值表示活化能，则CO图像斜率更大，活化能更大 3．解析：(1)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，则ΔH2＝苯基总键能＋(332×2＋414×5＋436)kJ·mol-1－[苯基总键能＋(332×1＋414×7)kJ·mol-1]＝－60 kJ·mol-1。(2)随乙苯转化率增大，反应ⅰ中生成更多氢气，体系中氢气的物质的量增加，有利于反应ⅱ正向进行，则甲苯选择性增大，体系中甲苯的物质的量增大，故减小，则曲线甲代表，曲线乙代表的是甲苯的选择性；该反应在恒压密闭容器中进行，增大水蒸气的物质的量，容器体积增大，相当于减小压强，平衡向气体分子数增加的方向移动，即平衡正向移动，则乙苯的转化率将变大；一定温度下，水蒸气能和C反应：C＋H2O(g)CO＋H2，故水蒸气的存在还有利于减少积碳。(3)随乙苯转化率增大，反应ⅰ中生成更多氢气，体系中氢气的物质的量增加，甲苯物质的量增大，则图中带有“▼”标识的曲线为乙苯转化率；通过(1)可知，反应ⅱ为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，生成甲苯的物质的量减小，甲苯的选择性减小，则图中上方无标识曲线代表甲苯选择性，图中下方无标识曲线代表苯选择性。620 ℃条件下进行反应，达到平衡时，乙苯的转化率为80%，苯的选择性为3%，甲苯的选择性为7%，反应开始时，乙苯的物质的量为1 mol，则反应消耗的乙苯的物质的量为0.8 mol，生成苯的物质的量为0.024 mol，生成甲苯的物质的量为0.056 mol，则转化生成苯乙烯所消耗乙苯的物质的量为0.8 mol－0.024 mol－0.056 mol＝0.72 mol，则生成氢气的物质的量为0.72 mol，反应生成甲苯所消耗氢气的物质的量为0.056 mol，则反应剩余氢气的物质的量为0.664 mol，反应结束后，乙苯的物质的量为0.2 mol，苯乙烯的物质的量为0.72 mol，氢气的物质的量为0.664 mol，苯的物质的量为0.024 mol，乙烯的物质的量为0.024 mol，甲苯的物质的量为0.056 mol，甲烷的物质的量为0.056 mol，气体总物质的量为0.2 mol＋0.72 mol＋0.664 mol＋0.056 mol＋0.024 mol＋0.056 mol＋0.024 mol＋6 mol＝7.744 mol，则反应ⅰ的平衡常数Kp＝ kPa＝ kPa。 答案：(1)－60　(2)甲苯的选择性　变大　水蒸气与积碳发生反应C＋H2O(g)CO＋H2，消除积碳　(3)0.664　 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $