第9章 4.考法突破16 分压平衡常数的计算（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考化学大一轮复习练案

该高中化学高考复习课件聚焦“分压平衡常数计算”核心考点，依据高考评价体系梳理了恒温恒压、恒温恒容及气体分子数相等或不等反应等考查情境，通过近五年真题分析明确其在化学平衡大题中占25%-30%的权重，归纳出三段式计算、Kp表达式书写等常考题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题溯源+模型建构+素养提升”策略，如以2024贵州真题为例，运用“三段式法结合物质的量分数求算分压”突破难点，培养学生科学思维中的证据推理与模型认知能力。特设“易错点警示”和“Kp单位规范”指导，助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准定位学生薄弱环节，实现高效复习。

考法突破16　分压平衡常数的计算 返回目录 高考真题 1.★★〔条件:恒温恒压,气体分子数相等的反应〕(2024贵州,17节选)(5)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)。 　20%          或      返回目录 　 解析    (5)设起始时C6H6的物质的量为1 mol,CH4的物质的量为5 mol,C6H6转化的物质的 量为x mol,列出三段式: 　　　　　　C6H6(g)+CH4(g)  C7H8(g)+H2(g) 起始(mol)　　1　　 5　　 0　 　0 转化(mol)　    x　     x　     x　     x 平衡(mol)　　1-x　 　5-x　      x　     x 由题知 = ,解得x=0.2,平衡时n(C6H6)=0.8 mol,n(CH4)=4.8 mol,n(C7H8)=n(H2)=0. 返回目录 2 mol,则C6H6的平衡转化率为20%,平衡常数Kp= 或 [提 示:对于反应前后气体分子数不变的反应,任何形式的平衡常数,都可以直接用相应物质 的物质的量计算]。 返回目录 2.★★★〔条件:恒温恒容,气体分子数不等的反应〕(2025湖南,18节选)(3)在反应器中, 发生如下反应: 反应ⅰ:2C2H4(g)  C4H8(g)    ΔH1=-104.7 kJ·mol-1 反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g)  C4H10(g)    ΔH2=-230.7 kJ·mol-1 计算反应C4H8(g)+H2(g)  C4H10(g)的ΔH=___________kJ·mol-1,该反应______(填标号)。 A.高温自发　　　　B.低温自发 C.高温低温均自发　　　　D.高温低温均不自发 (4)一定温度下,CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反 应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ。有CO存在时,反应ⅱ的反应进程如图1所 　B     　-126.0     返回目录 示。随着x的增加,C2H4的转化率和产物的选择性(选择性=  ×100%)如图2所示。 返回目录 ①根据图1,写出生成C4H10的决速步反应式________________________;C4H10的选择性大 于C4H8的原因是_____________________________________________________________ ________。 ②结合图2,当x≥2时,混合气体以较低的流速经过恒容反应器时,反应近似达到平衡,随 着x的增大,C2H4的转化率减小的原因是_______________________________________ ____________________________________________________;当x=2时,该温度下反应ⅱ 的Kp=_________(kPa)-2(保留两位小数)。 　0.16     压强不变,随着x增大,反应体系的分压减小,平衡逆向移动     　反应ⅰ和ⅱ为气体分子数减小的反应,入口 更快     　生成C4H10的活化能(或能垒)低于生成C4H8的,生成C4H10的反应速率 *C2H5+*C2H4  *C4H9     返回目录 　 解析    (3)根据盖斯定律,反应ⅱ-反应ⅰ可得C4H8(g)+H2(g)  C4H10(g),则ΔH=-230.7 kJ·mol-1-(-104.7 kJ·mol-1)=-126.0 kJ·mol-1;由以上可知该反应是熵减的放热反应,依据ΔG =ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,可知其在低温下自发进行,故选B。(4)①总反应的反应 速率由慢反应决定,活化能最高的步骤是慢反应,即决速步,由题图1可知,生成*C4H9的活 化能最高,故*C2H5+*C2H4  *C4H9是决速步。②当x≥2时,混合气体以较低的流速经过 恒容反应器时,反应近似达到平衡,入口压强恒定,为100 kPa,随着x增大,CO的分压增大, 对于反应ⅰ和反应ⅱ相当于减压,反应ⅰ和反应ⅱ平衡逆向移动,C2H4的转化率减小。 由题图2可知,当x=2时,C2H4的转化率为90%,C4H10的选择性为80%,C4H8的选择性为20%; 设初始投入CO 2 mol、C2H4 2 mol、H2 1 mol,依据选择性定义,可得平衡时n(C4H10)=2 返回目录 mol×90%×80%× =0.72 mol,n(C4H8)=2 mol×90%×20%× =0.18 mol,n(C2H4)=2 mol-2 mol×90%=0.2 mol,n(H2)=1 mol-0.72 mol=0.28 mol,平衡时气体总物质的量为2 mol+0.72 mol+0.18 mol+0.2 mol+0.28 mol=3.38 mol,此时压强为 ×100 kPa=67.6 kPa,反应 ⅱ的Kp= = ≈0.16 (kPa)-2。 返回目录 3.★★★★〔涉及Kx及恒温恒压下Kp的计算〕(2025河北,17节选)(2)煤化工路线中,利 用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下: 2CO(g)+3H2(g)  HOCH2CH2OH(g)    ΔH 按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6 时,温度与压强的关系如图: 返回目录 ①代表α=0.6的曲线为_______(填“L1”“L2”或“L3”);原因是____________________ ___________________________________________________________________。 ②ΔH______0(填“>”“<”或“=”)。 　<     体分子数减小的反应,温度相同时,增大压强,平衡正向移动,平衡转化率α增大     　该反应的正反应为气 　L1     返回目录 ③已知:反应aA(g)+bB(g)  yY(g)+zZ(g),Kx= ,x为组分的物质的量分数。 M、N两点对应的体系,Kx(M)______Kx(N)(填“>”“<”或“= ”),D点对应体系的Kx的 值为_______。 ④已知:反应aA(g)+bB(g)  yY(g)+zZ(g),Kp= ,p为组分的分压。调整进料 比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp=_________________ MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。 　12     　=     返回目录 　 解析    (2)①合成乙二醇的反应为气体分子数减小的反应,温度相同时,增大压强,平衡 正向移动,平衡转化率α增大;根据题图可知,相同温度时,p(L1)>p(L2)>p(L3),故曲线L1、L 2、L3对应的平衡转化率α分别为0.6、0.5、0.4。②由题图可知,压强相同时,升高温度, 平衡转化率减小,说明升高温度平衡逆向移动,则该反应的正反应为放热反应,ΔH<0。 ③M、N两点的进料相同,平衡转化率相等,则平衡时各组分的物质的量分数对应相等, 故Kx(M)=Kx(N)。D点对应的平衡转化率为0.5,根据题中信息,该反应按化学计量比进 料,设起始时加入2 mol CO和3 mol H2,可列出“三段式”: 　　　　　　2CO(g)+3H2(g)  HOCH2CH2OH(g) 起始(mol)　　 2　　 3　 　0 变化(mol)　　 1　　 1.5　　 0.5 平衡(mol)　　 1　　 1.5　　 0.5 返回目录 平衡时,CO、H2、HOCH2CH2OH的物质的量分数分别为 、 、 ,Kx=  = =12。④设起始时加入m mol CO和3 mol H2,α(H2)=0.75,列“三段式”: 　　　　　　2CO(g)+3H2(g)  HOCH2CH2OH(g) 起始(mol)　     m　　3　　 0 变化(mol)　　1.5　　2.25　　 0.75 平衡(mol)　    m-1.5　　0.75　 　0.75 返回目录 平衡时,气体的总物质的量为m mol,系统压强为p0 MPa,则CO、H2、HOCH2CH2OH的分 压分别为 p0 MPa、 p0 MPa、 p0 MPa,Kp= =  =  MPa-4=  MPa-4。 返回目录 4.★★★〔条件:恒温恒压,气体分子数相等的反应〕(2025河南,17节选)CaCO3的热分 解与NixPy催化的CH4重整结合,可生产高纯度合成气(H2+CO),实现碳资源的二次利用。 主要反应如下: 反应Ⅰ:CaCO3(s)  CaO(s)+CO2(g)　ΔH1=+178 kJ·mol-1 反应Ⅱ:CH4(g)+CO2(g)  2H2(g)+2CO(g)　ΔH2=+247 kJ·mol-1 反应Ⅲ:H2(g)+CO2(g)  H2O(g)+CO(g)　ΔH3=+41 kJ·mol-1 回答下列问题: (4)恒压条件下,CH4重整反应可以促进CaCO3分解,原因是__________________________ __________________________________________________________________________ _______________________________________________。 从而促进CaCO3分解反应平衡正向移动;或恒压条件下加入CH4气体,CO2的分压降低,CaCO3分解反应平衡正向移动(答出一条即可)     　CH4重整反应消耗了CO2, 返回目录 (5)在温度分别为T1、T2和T3下,CH4的平衡转化率与压强的关系如图所示,反应温度最高 的是_______(填“T1”“T2”或“T3”),原因是__________________________________ ____________________________________________________________________。 时,升高温度,平衡正向移动,CH4平衡转化率最大的曲线对应的反应温度最高     反应Ⅰ和Ⅱ均为吸热反应,当压强一定     T1     返回目录 (6)一定温度、100 kPa下,向体系中加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4,假设此条件下其 他副反应可忽略,恒压反应至平衡时,体系中CaCO3转化率为80%,CH4转化率为60%,CO 物质的量为1.3 mol,反应Ⅲ的平衡常数Kp=________(保留小数点后一位),此时原位CO2利 用率为________。 已知:原位CO2利用率= ×100% 　70%     　1.2     返回目录 　 解析    (6)体系起始加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4,根据C原子守恒可得,n(CaCO3)+n (CH4)+n(CO)+n(CO2)=2.0 mol,根据O原子守恒可得,3n(CaCO3)+n(CaO)+n(CO)+2n(CO2) +n(H2O)=3.0 mol,根据H原子守恒可得,4n(CH4)+2n(H2O)+2n(H2)=4.0 mol,平衡时n(Ca- CO3)=0.2 mol,n(CaO)=0.8 mol,n(CH4)=0.4 mol,n(CO)=1.3 mol,所以n(CO2)=0.1 mol,n(H2 O)=0.1 mol,n(H2)=1.1 mol,则气体的总物质的量为3 mol,H2、CO2、H2O、CO的物质的 量分数分别为 、 、 、 ,故反应Ⅲ的平衡常数Kp=  = ≈1.2。由已知可知,原位CO2利用率= ×100%=70%。 返回目录 5.★★★★〔条件:恒温恒压,气体分子数不等的反应〕(2025安徽,17节选)Ⅱ.甲烷和二 氧化碳重整是制取合成气(CO和H2)的重要方法,主要反应: ③CH4(g)+CO2(g)  2CO(g)+2H2(g) ④CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g) ⑤CH4(g)+H2O(g)  CO(g)+3H2(g) (4)恒温恒容条件下,可提高CH4平衡转化率的措施有______(填标号)。 a.增加原料中CH4的量 b.增加原料中CO2的量 c.通入Ar气 　b     返回目录 (5)恒温恒压密闭容器中,投入不同物质的量之比的CH4/CO2/Ar混合气,投料组成与CH4 和CO2的平衡转化率之间的关系如下图。 返回目录 ⅰ.投料组成中Ar含量下降,平衡体系中n(CO)∶n(H2)的值将_________(填“增大”“减 小”或“不变”) 。 ⅱ.若平衡时Ar的分压为p kPa,根据a、b两点计算反应⑤的平衡常数Kp=____________ (kPa)2(用含p的代数式表示,Kp是用分压代替浓度计算的平衡常数,分压=总压×物质的量 分数)。 　0.675p2     　增大     返回目录 　 解析    (4)a项,增加CH4的量,CH4的平衡转化率会降低,错误;b项,增加CO2的量,CO2的平 衡转化率会降低,CH4的平衡转化率会提高,正确;c项,恒温恒容条件下通入不参与反应 的Ar气,不影响反应物浓度,平衡不移动,错误。(5)ⅰ.由题图中曲线的走向可知,随着投 料组成中Ar含量的下降,CH4和CO2的平衡转化率均下降,且由相等[此时生成的n(CO)∶ n(H2)=1]逐渐变为CO2的平衡转化率大于CH4的平衡转化率,由于④+⑤=③,则可以理解 为随着Ar的含量下降,CH4只发生了反应③,CO2发生了反应③和④,则生成的CO量增多, 故平衡体系中n(CO)∶n(H2)的值将增大[也可根据原子守恒解答,设投入CH4和CO2的量 为1 mol,Ar为0.5 mol,在CH4/CO2/Ar=40/40/20时,CH4平衡转化率为20%,CO2平衡转化率 为30%,根据C原子守恒可知生成CO 0.5 mol,根据H原子守恒可知H2和H2O共为0.4 mol, 返回目录 则n(CO)∶n(H2)>1,则随着Ar含量下降,n(CO)∶n(H2)的值将增大]。ⅱ.由a、b两点可知, CO2平衡转化率为30%,CH4平衡转化率为20%。设起始投入CH4 1 mol、CO2 1 mol、Ar 0.5 mol,列出反应③、④的三段式: ③　　　　　CH4(g)+CO2(g)  2CO(g)+2H2(g) 起始/mol　　 1　　1　　 0　 　0 反应/mol　　 0.2　　0.2　　 0.4　　0.4 “平衡”/mol 0.8　　0.8　 　0.4　 　0.4 ④　　　　　CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)　Ar “起始”/mol　　0.8　　0.4　　0.4　　0　　0.5 反应/mol　　 0.1　　0.1　　 0.1　　0.1 平衡/mol　 　0.7　　0.3　　0.5　　0.1　　0.5 返回目录 根据物质的量之比=分压之比及平衡时Ar的分压为p kPa可知,CH4、H2O、CO、H2的分 压分别为1.6p kPa、0.2p kPa、p kPa、0.6p kPa,则反应⑤的Kp= =  =0.675p2(kPa)2。 返回目录 6.★★★★〔条件:恒温恒压,气体分子数不等的反应〕(2025陕晋青宁,17,15分)MgCO3/ MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反 应生成CH4的路线,主要反应如下: Ⅰ.MgCO3(s)  MgO(s)+CO2(g)    ΔH1=+101 kJ·mol-1 Ⅱ.CO2(g)+4H2(g)  CH4(g)+2H2O(g)    ΔH2=-166 kJ·mol-1 Ⅲ.CO2(g)+H2(g)  H2O(g)+CO(g)    ΔH3=+41 kJ·mol-1 回答下列问题: (1)计算MgCO3(s)+4H2(g)  MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g)    ΔH4=________kJ·mol-1。 　-65     返回目录 (2)提高CH4平衡产率的条件是______。 A.高温高压　　　　　　　B.低温高压 C.高温低压　　　　　　　D.低温低压 (3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4,部分历程如图,其中吸附 在催化剂表面的物种用*标注。所示步骤中最慢的基元反应是______(填序号),生成水 的基元反应方程式为_______________________________________________________ ________________。   C  +H2O)     　HO*+C  +H*+  +H2O   C  +H*+2H2O(或HO*+C  +  　④     　B     返回目录 (4)100 kPa下,在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3) 的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在360 ℃ 以下不考虑)。   注:含碳生成物选择性= ×100% ①表示CH4选择性的曲线是______(填字母)。 　c     返回目录 ②点M温度下,反应Ⅱ的Kp=______________________(kPa)-2(列出计算式即可)。 ③在550 ℃下达到平衡时,n(CO)=________mol。500~600 ℃,随温度升高H2平衡转化率 下降的原因可能是___________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _________________________________________。 使n(H2)减小的程度,所以H2平衡转化率下降     应完全,随温度升高,反应Ⅱ平衡逆向移动使n(H2)增大的程度大于反应Ⅲ平衡正向移动 　反应Ⅱ为放热反应,反应Ⅲ为吸热反应。500~600 ℃,反应Ⅰ已反 　0.2     返回目录 　 解析    (1)运用盖斯定律,该反应可以由反应Ⅰ+Ⅱ得到,所以ΔH4=ΔH1+ΔH2=+101 kJ·mol -1+(-166 kJ·mol-1)=-65 kJ·mol-1。(2)反应Ⅱ的正反应是气体分子数减小的放热反应,降温 或加压都可以促进平衡正向移动,故低温高压可以提高CH4平衡产率,故选B。(3)步骤 中最慢的基元反应的能垒最大,结合题图可知是反应④。生成水的基元反应为反应③, 其反应方程式为HO*+C +H*+ +H2O  C +H*+2H2O或HO*+C +   C + H2O。(4)①已知反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑。由变化关系图可知,在150 ℃时,H2的平 衡转化率为100%,则反应Ⅱ中CO2消耗了0.25 mol,反应Ⅰ中MgCO3至少分解了0.25 mol,且随着温度升高,MgCO3分解得越多,直至完全分解,所以曲线a表示MgCO3的平衡 转化率随温度变化的关系。反应Ⅱ为放热反应,在360 ℃以下,随温度升高,平衡逆向移 返回目录 动,CO2的选择性增大,CH4的选择性减小,故曲线b表示CO2的选择性随温度变化的关系, 曲线c表示CH4的选择性随温度变化的关系。   ②由点M附近区域放大图可知,M点对应的反应温度低于360 ℃,此时未发生反应Ⅲ。 M点CO2和CH4的选择性均为50.0%,MgCO3的平衡转化率为49.0%。所以转化的n(Mg- CO3)=1 mol×49.0%=0.49 mol,生成的n(CO2)=n(CH4)=0.49 mol×50.0%=0.245 mol,n(H2O) =2n(CH4)=0.49 mol,剩余的n(H2)=1 mol-0.245 mol×4=0.02 mol。容器中混合气体的物 返回目录 质的量之和为0.245 mol+0.49 mol+0.02 mol+0.245 mol=1 mol,所以CO2、H2、CH4、H2 O的物质的量分数分别为0.245、0.02、0.245、0.49,故反应Ⅱ的Kp=  (kPa)-2。③由变化关系图可知,在550 ℃时,1 mol MgCO3已完全 分解,CO2和CH4的选择性分别为70%、10%,故n(CO2)=0.7 mol,n(CH4)=0.1 mol,根据碳原 子守恒,n(C)=n(CO2)+n(CH4)+n(CO)=1 mol,则n(CO)=0.2 mol。 返回目录 7.★★★★〔条件:恒温恒容,气体分子数不等的反应〕(2024河北,17节选)氯气是一种 重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,4-二(氯甲基)苯等 可通过氯化反应制备。 (1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下: SO2(g)+Cl2(g)  SO2Cl2(g)    ΔH=-67.59 kJ·mol-1 ①若正反应的活化能为E正kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆=________________kJ·mol-1(用 含E正的代数式表示)。 ②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2、T3温度下体系达平衡 时的Δp(Δp=p0-p,p0为体系初始压强,p0=240 kPa,p为体系平衡压强),结果如图1。     E正+67.59     返回目录   图1 图1中温度由高到低的顺序为______________,判断依据为_________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________。M点Cl2的转化率为________,T1温 　75%     反应正向进行程度逐渐增大,对应温度逐渐降低     的反应,且ΔH<0,反应正向进行时,容器内压强减小,温度从T3到T1,平衡时的Δp增大,说明 该反应为气体分子数减小     T3、T2、T1     返回目录 度下用分压表示的平衡常数Kp=_________kPa-1。 ③图2曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料比变化的是______(填字母)。 图2 　D     　0.03     返回目录 　 解析    (1)①ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,则E逆=E正kJ·mol-1-ΔH=(E正+67.59) kJ·mol-1。②由题图1中M点可知,进料比n(SO2)∶n(Cl2)=2,平衡时的Δp=60 kPa,恒温恒容条件 下,容器内气体物质的量之比等于压强之比,可据此列出三段式: 　　　　　　　　SO2(g)+Cl2(g)  SO2Cl2(g)    Δp 起始压强/kPa　　 160　　80　 　0 转化压强/kPa　　 60　　60　　 60　　 60 平衡压强/kPa　　 100　　0　　60 则α(Cl2)= ×100%=75%,Kp= = =0.03 kPa-1。③由题图1 返回目录 中M点可知,进料比为2时,平衡时的Δp=60 kPa,结合“三段式”,以及T1时的化学平衡常 数可知,进料比为0.5时,平衡时的Δp也为60 kPa,则曲线D能准确表示T1温度下Δp随进料 比的变化。本题也可使用快解方法:该反应中SO2和Cl2的化学计量数之比为1∶1,则SO2 和Cl2的进料比互为倒数[提示:2与0.5互为倒数]时,平衡时的Δp相等。 返回目录 高考模拟 8.★★★〔条件:恒温恒压〕(2026届重庆育才中学、西南大学附中入学联合诊断,17节 选)Ⅳ.在不同压强下,按x(H2)=0.75、x(N2)=0.25进料[物质i的物质的量分数:x(i)= ], 反应N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)达平衡时NH3的 物质的量分数与温度的关系如图所示。 (5)p1、p2、p3由大到小的顺序为________________。 (6)在温度为T1℃、p2=16 MPa时,N2的转化率α= ________。该温度下,反应2NH3(g)  N2(g)+3H2(g)的平衡常数Kp=__________MPa2(保留一位小数)。 　136.7     　40%         p3、p2、p1     返回目录 　 解析    (5)合成氨的反应为气体分子数减小的反应,加压平衡正向移动,则压强越大,x (NH3)越大,结合题图可得压强由大到小的顺序为p3、p2、p1。 (6)进料组成为x(H2)=0.75、x(N2)=0.25,即进料比n(H2)∶n(N2)=3∶1,设进料中n(H2)、n (N2)分别为3 mol、1 mol,平衡时N2转化的物质的量为x,列三段式: 　　　　　　N2(g)+3H2(g)  2NH3(g) 起始/mol　 　1　 　3　　 0 变化/mol　     x　　3x　 　2x 平衡/mol　　1-x　3-3x　　 2x 返回目录 在温度为T1℃、p2=16 MPa时x(NH3)= = =0.25,解得x=0.4,则N2的转化率为  ×100%=40%。平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为0.6 mol、1.8 mol、0.8 mol,n总=3.2 mol,该温度下的平衡常数Kp= ≈136.7 MPa2。 返回目录 9.★★★〔条件:恒温恒容〕(2026届江西宜春一中9月考,17节选)将CO2转化为高附加 值化学品是目前研究的热点之一,甲醇是重要的化工原料和优良的替代燃料,因此CO2 加氢制甲醇被广泛关注。CO2与H2在催化剂作用下主要发生以下反应: ⅰ.CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH1=-49.4 kJ· mol-1 ⅱ.CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH2=+41 kJ· mol-1 ⅲ.CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g)    ΔH3 (2)将1 mol CO2和3 mol H2充入容积为2 L的密闭容器中,只发生反应ⅰ和ⅱ。在190~25 0 ℃、8 MPa下,以CuO-ZnO、CuO-Zn@SiO2作催化剂,研究反应相同时间在不同催化 剂的作用下,CO2转化率、CH3OH选择性、CH3OH收率与温度的关系如图a、图b所示; 返回目录 280~360 ℃下,在某催化剂作用下探究CO2的平衡转化率及CH3OH的选择性随温度变化 的关系如图c所示。已知:选择性=生成目标产物所消耗的反应物的物质的量÷参与反 应的反应物的物质的量×100%。 返回目录 ①分析图a和图b,在该压强下反应的最适宜催化剂为__________________。 ②分析图c,随着反应温度的升高,CO2平衡转化率增大,但CH3OH选择性降低的原因是 _________________________________________________________________________ ________________________________________________________。 ③312 ℃时,若起始压强为12.7×105 kPa,反应ⅱ的Kp=____________(Kp为以分压表示的平 衡常数,分压=总压×物质的量分数)。 　0.001 3     衡转化率增大;温度升高反应ⅰ平衡逆向移动,甲醇的选择性降低     　温度升高,反应ⅱ平衡正向移动的程度大于反应ⅰ平衡逆向移动的程度,则CO2的平 　CuO-Zn@SiO2     返回目录 　 解析    (2)①由题图a、b知,在190~250 ℃、8 MPa下选用CuO-Zn@SiO2时甲醇的选择 性和收率都远高于选用CuO-ZnO。 ③设反应ⅰ中CO2转化的物质的量为x mol,反应ⅱ中CO2转化的物质的量为y mol,根据 已知条件列出简化的“三段式”: 　　　　　　CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g) 变化/mol　　    x　　　3x　　     x　　     x 　　　　　　CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g) 变化/mol　　    y　　    y　　    y　　    y 返回目录 由题图c知,312 ℃时甲醇选择性为80%,则 ×100%=80%;CO2平衡转化率为12.5%,则  ×100%=12.5%,两式联立,解得:x=0.1、y=0.025,则该温度下平衡时,体系中n(CO2)=1 mol-0.1 mol-0.025 mol=0.875 mol、n(H2)=3 mol-3×0.1 mol-0.025 mol=2.675 mol、n (CH3OH)=0.1 mol、n(H2O)=0.1 mol+0.025 mol=0.125 mol、n(CO)=0.025 mol,气体总物 质的量为0.875 mol+2.675 mol+0.1 mol+0.125 mol+0.025 mol=3.8 mol[提示:可根据反应 ⅱ为气体分子数不变的反应,反应后反应ⅰ气体物质的量减少了2x,则气体总物质的量 为1 mol+3 mol-2×0.1 mol=3.8 mol];根据恒温恒容条件下,气体的压强之比等于物质的 量之比,可知平衡时的压强为 ×12.7×105 kPa=12.065×105 kPa,反应ⅱ的Kp= 返回目录  = ≈0.001 3[提示:对于反 应前后气体分子数不变的反应,计算Kp时,用各物质的物质的量计算即可]。 返回目录 10.★★★〔条件:恒温恒压〕(2026届广东揭阳9月考,19节选)(2)一定条件下,通过H2的 还原作用,CO2可转化为甲醚(CH3OCH3),反应如下: 反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g) 反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g) 反应Ⅲ:2CH3OH(g)  CH3OCH3(g)+H2O(g) 将H2与CO2按照3∶1的体积比通入p=4 MPa的恒压容器中,反应过程中CO2的平衡转化 率(X)与部分含碳物质的平衡收率(Y)随温度的变化如图所示。520 K达到平衡时, n(H2)∶n(H2O)=7.7∶1。 返回目录   已知: Ⅰ.选择性= ×100%; 返回目录 Ⅱ.收率(Y)= ×100%。 ①520 K时,甲醚的选择性为________(保留两位有效数字)。 ②该温度下,反应Ⅰ的压强平衡常数Kp=_____________(保留两位有效数字)。 ③甲醚的选择性在520~532 K范围内随温度的升高而_______(填“减小”“不变” 或“增大”)。 　减小     　9.1×10-3     　58%     返回目录 　 解析    (2)①由题图知,520 K时,CH3OCH3的收率为0.14,CO2的平衡转化率为0.24;设初始 加入的CO2、H2物质的量分别为1 mol、3 mol,结合收率的定义,可知生成的甲醚中碳原 子的物质的量为1 mol×0.14=0.14 mol,则甲醚的选择性为 ×100%≈58%。 ②该温度下,CO2的平衡转化率为0.24,可列出简化的“三段式”: 　　　　　　CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g) 变化/mol　　0.24　　0.24　　0.24　　0.24 设反应Ⅱ生成CH3OH的物质的量为x mol,可列出简化的“三段式”: 　　　　　　CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g) 变化/mol　  x　　2x　     x 返回目录 CH3OCH3的收率为0.14,则生成的CH3OCH3的物质的量为0.07 mol,可列出简化的“三段 式”: 　　　　　　2CH3OH(g)  CH3OCH3(g)+H2O(g) 变化/mol　　 0.14　 　0.07　　0.07 平衡时n(H2)∶n(H2O)=7.7∶1,即 =7.7,解得x=0.186 5,则平衡时体系中n(CO2) =1 mol-0.24 mol=0.76 mol、n(H2)=3 mol-0.24 mol-2×0.186 5 mol=2.387 mol、n(CO)=0. 24 mol-0.186 5 mol=0.053 5 mol、n(H2O)=0.24 mol+0.07 mol=0.31 mol、n(CH3OH)=0.1 86 5 mol-0.14 mol=0.046 5 mol、n(CH3OCH3)=0.07 mol,反应Ⅰ为反应前后气体分子数 返回目录 不变的反应,则Kp= = ≈9.1×10-3。 ③由①中计算知520 K时甲醚的选择性为58%,由①中分析知532 K时甲醚的选择性为  ×100%≈56%,则在520~532 K范围内随温度的升高甲醚的选择性减小。 返回目录 $