第9章 8.微专题3 化工生产中多重平衡体系分析（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考化学大一轮复习学案

该高中化学高考复习课件聚焦“化工生产中多重平衡体系分析”专题，依据高考评价体系梳理了连续反应、竞争反应两大类型，明确了平衡移动调控、平衡常数计算、图像分析等高频考点，构建了“反应类型-速率/限度-计算方法”的完整备考体系。 课件亮点在于“真题解析+方法建模+素养提升”策略，如以2026届湖北黄冈中学典例为载体，运用“三段式”和原子守恒法突破平衡计算，培养学生的科学思维和证据推理能力。特设“易错点警示”和“变式训练”，助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

微专题3 化工生产中多重平衡体系分析 返回目录 1 1.多重平衡体系 在一个化学反应体系中,往往同时存在着多个可逆反应,同一种物质既可能是某个反应 的反应物,也可能是另一个反应的生成物。在一定条件下,这些反应都可以达到平衡状 态。这样的体系称为多重平衡体系。 2.多重平衡体系的类型 (1)连续反应:指前一个反应的产物同时可以进一步反应生成其他产物的反应,其主要特 征是先生成又被消耗。 (2)竞争反应:指反应物能同时平行地进行两个或两个以上的不同反应,得到不同的产 物。 返回目录 3.多重平衡的思维建模 (1)连续反应思维模型 A  B  C ①若v1≫v2,则中间产物B的含量会先快速上升,后缓慢下降。 ②若v1≪v2,则中间产物B的含量始终维持在较低水平。 ③某时刻中间产物B的浓度=第一步反应生成的B的浓度-第二步反应消耗的B的浓度。 (2)竞争反应思维模型 Ea为活化能。未达平衡时,若 > ,则主要产物为C;若 > , 则主要产物为B。 返回目录 4.多重平衡中的产物调控 (1)未达平衡时,产物受各步反应反应速率的影响,通过改变温度和使用不同的催化剂改 变各步反应反应速率的相对大小,进而调控经过相同时间后的产物。不同催化剂对活 化能降低的幅度不同,可调控某一反应的选择性。 (2)达到平衡时:产物的平衡量受控于反应的限度。 ①对于连续反应,若A→B的限度更大,则主要产物是B;若B→C的限度更大,则主要产物 是C。 ②对于竞争反应,若A→B的限度更大,则主要产物是B;若A→C的限度更大,则主要产物 是C。 返回目录 改变温度、压强能调控平衡的移动:①升高温度,平衡向吸热反应方向移动,降低温度, 平衡向放热反应方向移动;若同为吸热或放热反应,改变相同温度时,对于活化能大的反 应,反应速率改变程度更大。②增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,减小压 强,平衡向气体分子数增大的方向移动。 归纳总结 　　分析连续反应和竞争反应的过程时,若反应未达到平衡,则应从反应速率角度分析; 若反应已达到平衡,则应从化学平衡即反应限度角度分析。 返回目录 5.多重平衡体系的常用计算方法 (1)“三段式”法 返回目录 ①竞争型。计算过程示例如下: 　　　　　A(g)+B(g)  C(g)+D(g) 起始/mol　　1　　1　　0　　0 变化/mol　    x　    x　    x　    x 　　　　　A(g)+2B(g)  E(g)+D(g) 起始/mol　　1　　1　　0　　0 变化/mol　    y　　2y　    y　    y 平衡时n(A)=(1-x-y) mol,n(B)=(1-x-2y) mol,n(C)=x mol,n(D)=(x+y) mol,n(E)=y mol。 ②连续型。对于连续反应,计算时可将第一个反应的“平衡量”看作第二个反应的 “起始量”,计算过程示例如下: 返回目录 　　　　　　　A(g)+B(g)  C(g)+D(g) 起始/mol　　1　　1　　0　　0 变化/mol　    x　    x　    x　    x “平衡”/mol　　1-x　　1-x　    x　    x 　　　　　　A(g)　+　C(g)  E(g)+D(g) “起始”/mol　　1-x　    x　　0　    x 变化/mol　    y　    y　    y　    y 平衡/mol　　1-x-y　    x-y　    y　    x+y 平衡时n(A)=(1-x-y) mol,n(B)=(1-x) mol,n(C)=(x-y) mol,n(D)=(x+y) mol,n(E)=y mol。 返回目录 (2)原子守恒法 当反应体系中存在三个及三个以上反应,或同时存在竞争反应和连续反应时,可采用原 子守恒法进行计算。 返回目录 6.多重平衡体系图像的分析方法 多重平衡体系中,当外界因素(例如温度、压强等)变化时,不同平衡的移动所引起的同 一物理量的变化方向可能相反,此时可根据图像中该物理量的实际变化趋势,判断哪个 平衡的影响程度更大。例如,某体系中存在反应①和②,两者均生成A,升高温度时反应 ①平衡移动会导致c(A)减小,反应②平衡移动会导致c(A)增大。实际图像中,在某一温 度范围内c(A)随温度升高而增大,则该温度范围内反应②对于c(A)的影响程度大于反 应①。 返回目录 即练即清 典例    (2026届湖北黄冈中学9月考,17节选)在传统克劳斯工艺制备S2的基础上,科研工 作者提出分解H2S制备S2同时获取H2的新方法,反应如下: 反应1:2H2S(g)+O2(g)  2H2O(g)+S2(g)    ΔH1 反应2:2H2S(g)  2H2(g)+S2(g)    ΔH2 (2)按照新方法,向1 L恒容密闭容器中通入0.01 mol混合气体[n(Ar)∶n(H2S)∶n(O2)=8 8∶10∶2]。H2S的转化率(α)与温度的关系曲线如图所示,三条曲线分别代表平衡转化 率及相同反应时间内有、无催化剂的转化率。 返回目录   ③P点n(H2)=1×10-4 mol,此时n(S2)=_____________mol,反应2的平衡常数K=___________。 　2.5×10-4     　1×10-5     返回目录 　 解析    (2)③0.01 mol混合气体中n(H2S)=0.01 mol× =1×10-3 mol、n(O2)=0.01 mol× =2×10-4 mol,设生成H2O的物质的量为2x mol、生成H2的物质的量为2y mol,可列出: 　　　　　　2H2S(g)+O2(g)  2H2O(g)+S2(g) 变化/mol　　2x　     x　 　2x　    x 　　　　　　2H2S(g)  2H2(g)+S2(g) 变化/mol　　 2y　　 2y　    y P点时n(H2)=1×10-4 mol,即2y=1×10-4,则y=5×10-5。H2S的转化率为50%,则有(2x+2y) mol= 返回目录 5×10-4 mol,得出(x+y) mol=2.5×10-4 mol即n(S2)=2.5×10-4 mol,同时解得x=2×10-4;因体积为 1 L,反应2的平衡常数K= = =1×10-5。 返回目录 变式1　〔变反应特点:恒温恒压下的连续反应〕(2026届湖北武汉9月调研,19节选) CaCO3的热分解耦合焦炭气化反应可生产CO,其主要反应如下: 反应Ⅰ:CaCO3(s)  CaO(s)+CO2(g)    ΔH1=+178.8 kJ/mol 反应Ⅱ:C(s)+CO2(g)  2CO(g)    ΔH2=+172.5 kJ/mol 反应Ⅲ:CaCO3(s)+C(s)  CaO(s)+2CO(g)    ΔH3 (1)ΔH3=___________kJ/mol。 (2)在100 kPa下,三个反应的ΔG随温度的变化如下图所示。从热力学趋势看,在温度为 800 ℃时,不能自发的反应是______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。结合下图,从温度的角 度说明加入C能使CaCO3分解更容易的理由是___________________________________ ______________________________________________。 　CaCO3单独分解自发进行时的温度 　Ⅰ     　+351.3     为890 ℃,而加入C后,自发进行时温度降为790 ℃     返回目录 返回目录 (3)在一定压强下,向密闭容器中加入一定量的CaCO3和C发生反应,反应Ⅰ和反应Ⅱ的 平衡常数K与温度的关系如图所示。在温度800~1 000 ℃区间内升温,平衡体系中 n(CO2)会_______(填“增大”或“减小”)。  　减小     返回目录 (4)在一定温度、100 kPa下,若向体系中加入0.01 mol CaCO3和0.01 mol C,恒压反应至 平衡时,CaCO3的转化率为80%,体系中CO的体积分数为75%,则CO2的分压p(CO2)= _______kPa,反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=________kPa,体系中n(C)=____________mol。 　0.005 2     　225     　25     返回目录 　 解析    (1)根据盖斯定律,反应Ⅲ=反应Ⅰ+反应Ⅱ,故ΔH3=ΔH1+ΔH2=+178.8 kJ/mol+172. 5 kJ/mol=+351.3 kJ/mol。 (2)由题图知,800 ℃时,反应Ⅰ的ΔG>0,不能自发进行;由题图知,CaCO3单独分解自发进 行时的温度为890 ℃,而加入C后,自发进行时温度降为790 ℃,故加入C能使CaCO3更容 易分解。 (3)由题图可知,在800~1 000 ℃区间内升温,反应Ⅱ的平衡常数增大程度大于反应Ⅰ的 平衡常数,说明反应Ⅱ进行的程度更大,n(CO2)会减小。 (4)反应体系中的气体只有CO2和CO,CO的体积分数为75%,则CO2的体积分数为25%,总 返回目录 压为100 kPa,故CO的分压为75 kPa,CO2的分压为25 kPa,反应Ⅱ的Kp= =  =225 kPa;平衡时,CaCO3的转化率为80%,则CaCO3转化的物质的量为0.01 mol×80%=0.0 08 mol,设C(s)转化的物质的量为x mol,可列出简化的三段式: 　　　　　　CaCO3(s)  CaO(s)+CO2(g) 变化/mol　　 0.008　　 0.008 　　　　　　C(s)+CO2(g)  2CO(g) 变化/mol　     x　     x　　 2x CO的体积分数为75%,即 ×100%=75%,解得x=0.004 8,则体系中的n(C)=0.01 mol-0.004 8 mol=0.005 2 mol。 返回目录 变式2　〔变解题方法:利用原子守恒法〕(2024山东,20节选)水煤气是H2的主要来源, 研究CaO对C-H2O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: (2)压力p下、C-H2O-CaO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 　H2     返回目录 降低的原因是__________________________________________________________。   　随温度升高,反应(Ⅱ)平衡逆向移动,CO2摩尔分数逐渐降低     返回目录 (3)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”)。 　不变     　不变     　0.5     返回目录 　 解析    (2)反应(Ⅰ)中生成CO与H2的物质的量之比为1∶1,反应(Ⅱ)中生成CO2与H2的物 质的量之比也为1∶1,且反应(Ⅱ)、(Ⅲ)中CO和CO2分别作为反应物,故平衡时CO、CO 2、H2中H2摩尔分数最大,即a线对应物种为H2。当温度高于T1时,由于C(s)已完全反应且 CaCO3(s)已完全分解,则反应体系中不存在反应(Ⅰ)、(Ⅲ)的化学平衡;随着温度升高, 反应(Ⅱ)平衡逆向移动,CO2摩尔分数降低,CO摩尔分数升高,故b、c线对应物种分别为 CO、CO2。(3)T0时不存在反应(Ⅰ)的化学平衡,由题图可知H2、CO、CO2的摩尔分数 分别为0.50、0.15、0.05,则H2O的摩尔分数为1-0.50-0.15-0.05=0.30,CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g)反应前后气体分子总数不变,故可用摩尔分数代替分压计算Kp,则Kp= 返回目录  = 。用气体总物质的量乘以各气体的摩尔分数,可得平衡时H2、CO、CO2、 H2O的物质的量分别为2 mol、0.6 mol、0.2 mol、1.2 mol,这4种气体中的H原子和O原 子均来自原料中的H2O;此外,由反应(Ⅲ)可知,1 mol CaCO3中有2 mol O原子也来自原料 中的H2O[提示:直接来自CO2,间接来自H2O];设平衡时CaCO3(s)的物质的量为x mol,由于 原料H2O中H、O原子个数比为2∶1,根据H、O原子守恒,平衡时应有 =  ,解得x=0.5,即CaCO3(s)的物质的量为0.5 mol。若向平衡体系中通入 少量CO2(g),由于反应(Ⅲ)的平衡常数 = 在一定温度下为定值,故重新达平衡 后,p(CO2)不变;由于通入的CO2会通过反应(Ⅲ)平衡正向移动而被消耗,p(CO2)最终不 变,故反应(Ⅱ)的化学平衡最终不受通入的CO2的影响,因此重新达平衡后p(CO)不变。 返回目录 　 一题多解 对于求算CaCO3(s)的物质的量还可以运用简化“三段式”法,设转化的C(s)的物质的量 为x mol,反应Ⅱ转化的CO的物质的量为a mol,反应Ⅲ转化的CO2的物质的量为b mol,列 式如下: 　　　　　　C(s)+H2O(g)  CO(g)+H2(g) 变化(mol)　     x　    x　     x　    x 　　　　　　CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g) 变化(mol)　     a　    a　     a　    a 返回目录 　　　　　　CaO(s)+CO2(g)  CaCO3(s) 变化(mol)　     b　     b 平衡时n(H2)=(x+a)mol=2 mol,n(CO)=(x-a)mol=0.6 mol,n(CO2)=(a-b) mol=0.2 mol,解得x =1.3,a=0.7,b=0.5。 返回目录 $