第2章 章末提升课 第1课时 平衡常数、速率常数的综合应用（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（人教版 江苏专版）

该高中化学章末提升课讲义通过“概念解析-公式推导-例题精讲-习题巩固”的逻辑框架系统构建平衡常数知识体系，以三步解题思路框架呈现压强平衡常数计算步骤，用对比表格归纳速率常数与平衡常数关系，清晰梳理多重平衡体系反应类型及计算要点。 讲义亮点在于结合高考真题情境设计例题，如2023湖北卷纳米碗分解反应计算，培养学生科学思维中的证据推理能力。“三段式”计算方法指导贯穿始终，基础题帮助学生掌握公式应用，综合题提升复杂体系分析能力，助力教师实施分层教学，支持学生自主复习突破重难点。

章末提升课 第1课时　平衡常数、速率常数的综合应用 [核心素养发展目标]　1.了解压强平衡常数的概念，掌握速率常数与平衡常数的关系，并能进行多重平衡体系的简单计算。2.通过对复杂平衡体系化学反应速率和化学平衡的分析与计算，建立分析实际工业生产时要从反应的限度、快慢、选择性等综合调控化学反应的意识。 一、压强平衡常数 　　由于利用压强计算平衡常数更贴近以气体为主的生产实际，是近几年高考计算的常青树。主要包括恒温恒容和恒温恒压两种反应体系，用到的方法主要是利用三段式和定义式的计算。为了便于入题，同学有必要了解分压及分压常数的含义。 1.压强平衡常数(Kp)的概念 在化学平衡体系中，由各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数，用符号Kp表示，其单位与表达式有关。 2.表达式 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定温度下，达到平衡时，其压强平衡常数Kp=。其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示对应物质的分压。 注意　①混合气体中某组分的分压=总压×该组分的物质的量分数，pB=p总×。 ②混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总=pA+pB+pC+…。 例1　[2023·湖北，19(4)]纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。 1 200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。  解题思路　三步计算压强平衡常数 第一步：列三段式，计算平衡时各组分的物质的量，再加和得n(总)。 设起始量为1 mol，则根据信息列出三段式： 　　　　　　　　　　C40H12(g)C40H10(g)+H2(g) 起始量/mol　　　　　1　　　　　　0　　　0 变化量/mol　　　　　α　　　　　　α　　　α 平衡量/mol　　　　　1-α　　　　　α　　　α 第二步：求分压，先计算n(总)与各组分的物质的量分数，再求平衡时各组分的分压。 用各物质表示的分压分别为p(C40H12)=p0×，p(C40H10)=p0×，p(H2)=p0×， 第三步：代入Kp表达式计算压强平衡常数。 Kp==。 答案　 例2　[2023·新课标卷，29(4)③]在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25。(物质i的摩尔分数：xi=) 图中，当p2=20 MPa、=0.20时，氮气的转化率α=　　　　　　　　。该温度时，反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp=　　　　　　　　(MPa)-1(化为最简式)。  答案　33.33%　 解析　进料组成为=0.75、=0.25，两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol，达到平衡时氮气的变化量为x mol，则有： 　　　　　N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 始/mol　　1　　　3　　　　　0 变/mol　　x　　　3x　　　　2x 平/mol　　1-x　　3-3x　　　2x 当p2=20 MPa、=0.20时，==0.20，解得x=，则氮气的转化率α=≈33.33%，平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 mol、2 mol、 mol，其物质的量分数分别为、、，则该温度下==(MPa)-2，因此，该温度时反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp===(MPa)-1。 1.在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp=　　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。  答案　 MPa-2 解析　设起始时通入1 mol CO2、3 mol H2，列三段式： 　　　　　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 起始量/mol　　　　1　　　3　　　　0　　　　　0 变化量/mol　　　　0.5　　1.5　　　0.5　　　　0.5 平衡量/mol　　　　0.5　　1.5　　　0.5　　　　0.5 p(CO2)=p(CH3OH)=p(H2O)=8× MPa= MPa，p(H2)=8× MPa=4 MPa，所以Kp= MPa-2= MPa-2。 2.[2023·全国乙卷，28(3)]将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时-T的关系如图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总=　　　　　　kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=　　　　　　(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  答案　3.0　2.25　增大 解析　660 K时，=1.5 kPa，则=1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总=3.0 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=·=1.5 kPa×1.5 kPa=2.25(kPa)2。由图中信息可知，随着温度升高而增大，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。 　　等温等容时，可以用物质的量分数计算分压，也可以用压强直接列三段式计算。 二、速率常数及其与平衡常数的关系 　　对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，若v正、v逆可分别表示为v正=k正·ca(A)·cb(B)、v逆=k逆·cc(C)·cd(D)。达平衡时v正=v逆，平衡常数K==，故K=。 例1　2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-746.5 kJ·mo，测得在某温度下一定体积的密闭容器中，NO和CO浓度随时间的变化如表所示： 时间/s 浓度/(10-3mol·L-1) 0 2 4 6 c(NO) 1.00 0.25 0.10 0.10 c(CO) 3.60 2.85 2.70 2.70 (1)前4 s内的速率v(NO)=　　　　。  (2)实验测得，v正=k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数)。在一定温度下，向2 L的密闭容器中充入NO和CO气体各1 mol，NO的转化率为40%时达到化学平衡，则=　　　　(保留两位小数)。  答案　(1)2.25×10-4mol·L-1·s-1　(2)0.49 解析　(1)前4 s内NO的浓度变化量为1.00×10-3 mol·L-1-0.10×10-3 mol·L-1=9.00×10-4 mol·L-1，则前4 s内的速率v(NO)==2.25×10-4 mol·L-1·s-1。 (2)由题意列出三段式： 　　　　　　　　2NO+2CON2+2CO2 开始/(mol·L-1)　　0.5　　0.5　　0　　0 变化/(mol·L-1)　　0.2　　0.2　　0.1　0.2 平衡/(mol·L-1)　　0.3　　0.3　　0.1　0.2 平衡时v正=v逆，即k正×0.32×0.32=k逆×0.1×0.22，解得≈0.49。 例2　Bodenstein研究了反应：2HI(g)H2(g)+I2(g)　ΔH>0。 在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如表所示： t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.6 0.73 0.773 0.78 0.784 (1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为　　　　　　　　　。  (2)上述反应中，正反应速率v正=k正·x2(HI)，逆反应速率v逆=k逆·x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为正、逆反应速率常数，则k逆=　　　　(用含K和k正的代数式表示)。若起始时，x(HI)=1，k正=0.002 7 min-1，则在t=40 min时，v正=　　　　min-1(结果保留3位有效数字)。  答案　(1)　(2)　1.95×10-3 1.向某恒容密闭容器中充入等物质的量的PCl3(g)和Cl2(g)，发生如下反应：PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)，测得不同温度下PCl3(g)的转化率α与时间的关系如图所示。其速率方程为v正=k正·c(PCl3)·c(Cl2)，v逆=k逆·c(PCl5)(k是速率常数)，下列说法错误的是(　　) A.该反应的ΔH<0 B.M点：> C.升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数 D.T1时，若平衡体系中c(Cl2)=0.25 mol·，则=18 答案　D 解析　由图可知，T2先达到平衡，说明速率快，T2>T1，T2平衡时PCl3的转化率低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，ΔH<0，A正确；M点未达到平衡，则正反应速率大于逆反应速率，即k正·c(PCl3)·c(Cl2)>k逆·c(PCl5)，故>，B正确；正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小，说明k正增大的倍数小于k逆增大的倍数，C正确；T1时，平衡体系中PCl3的转化率为80%，c(Cl2)=0.25 mol·L-1，设PCl3初始物质的量浓度为x mol·L-1，列出三段式： 　　　　　　　PCl3(g)+ Cl2(g)PCl5(g) 初始/(mol·L-1)　　x　　　x　　　　　0 转化/(mol·L-1)　　0.8x　　0.8x　　　0.8x 平衡/(mol·L-1)　　0.2x　　0.25　　　0.8x 则===16，D错误。 2.氧硫化碳(COS)的脱硫处理。在一定条件下用水蒸气与氧硫化碳反应是常用的脱硫方法，其热化学方程式为COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)　ΔH=-35 kJ·mol-1。 (1)向容积为2 L的密闭容器中加入等物质的量的水蒸气和氧硫化碳，在一定条件发生上述脱硫反应测得一定时间内COS(g)和CO2(g)的物质的量变化如下表所示： 物质的量 /mol T1/℃ T2/℃ 0 min 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min COS(g) 2.0 1.16 0.80 0.80 0.50 0.40 0.40 CO2(g) 0 0.84 1.20 1.20 1.50 1.60 1.60 ①0~5 min内以COS(g)表示的反应速率v(COS)=　　　　　。  ②若15 min末改变温度为T2 ℃，由表中数据变化判断T1　　　　　(填“>”“<”或“=”)T2。  ③若15 min末保持温度T1℃不变，向该容器中继续加入水蒸气和氧硫化碳各2 mol，重新达到平衡时，CO2(g)的物质的量　　　　　(填字母)。  a.等于1.2 mol b.等于2.4 mol c.1.2 mol<n(CO2)<2.4 mol d.大于2.4 mol (2)实验测得：v正=k正·c(COS)·c(H2O)，v逆=k逆·c(H2S)·c(CO2)(k正、k逆为速率常数)。若在2 L的密闭容器中充入1 mol COS和1 mol H2O，在T2 ℃温度下达到平衡时，k正∶k逆=　　　　　。  答案　(1)①0.084 mol·L-1·min-1　②>　③b　(2)16 解析　(1)①0~5 min内以COS(g)表示的反应速率v(COS)==0.084 mol·L-1·min-1。②若15 min末改变温度为T2 ℃，由于正反应为放热反应，改变温度后，反应物浓度不断减小，则平衡正向移动，由表中数据变化判断：T1>T2。③若15 min末保持温度T1℃不变，向该容器中继续加入水蒸气和氧硫化碳各2 mol，平衡正向移动，但由于反应前后气体分子数相等，所以两平衡等效，重新达到平衡时，CO2(g)的物质的量等于2.4 mol，故选b。(2)对于反应COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)，向容积为2 L的密闭容器中加入2 mol水蒸气和2 mol氧硫化碳，T2℃温度下达到平衡时，COS(g)为0.40 mol，CO2(g)为1.60 mol，则K==16，若在2 L的密闭容器中充入1 mol COS和1 mol H2O，在T2℃温度下达到平衡时，K不变，仍为16，所以k正∶k逆=K=16。 三、多重平衡体系中平衡常数的计算 1.多重平衡体系：一个化学反应体系中存在多个化学反应，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。 2.多重平衡反应类型 (1)连续型(耦合)反应：某物质是某反应的产物，同时又是其他反应的反应物。 (2)平行(竞争)型反应：某物质同时是多个反应的反应物。 3.多重平衡体系中有关平衡常数的计算，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。 例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： PH4I(s)PH3(g)+HI(g)① 4PH3(g)P4(g)+6H2(g)② 2HI(g)H2(g)+I2(g)③ 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)。  答案　(b+)b 解析　解法一：2HI(g)H2(g)+I2(g)，因反应达到平衡时，n(I2)=c mol，即该反应生成n(H2)=c mol，反应消耗n(HI)=2c mol，则PH4I分解生成n(PH3)=n(HI)=(b+2c) mol；在反应4PH3(g)P4(g)+6H2(g)中，生成n(H2)=(d-c) mol，该反应消耗的n(PH3)=(d-c)mol，在反应PH4I(s)PH3(g)+HI(g)达到平衡时，n(HI)=b mol，n(PH3)=(b+2c) mol-(d-c) mol，该反应的化学平衡常数K=b×[(b+2c)-(d-c)]=(b+)×b。 解法二：设反应消耗了x mol PH4I，平衡时有y mol PH3，由H原子守恒得4x=b+2d+3y，由I原子守恒得x=b+2c，解得y=b+c-d，则反应①的化学平衡常数K=c(PH3)·c(HI)=(b+c-d)×b。 例2　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)。  答案　反应Ⅰ 解析　温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。520 ℃时，由图中信息，列式： 　　　　　　　CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) 转化/(mol·L-1)　0.2　　　0.8　　　　0.2　0.4 　　　　　　　2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) 转化/(mol·L-1)　0.4　　　1.2　　　　0.2　　0.8 c(CO2)=(2-0.2-0.4) mol·L-1=1.4 mol·L-1， c(H2)=(4-0.8-1.2) mol·L-1=2 mol·L-1， c(H2O)=(0.4+0.8) mol·L-1=1.2 mol·L-1， 所以520 ℃时反应Ⅰ的平衡常数K=。 1.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　　　　。  答案　　 解析　解法一：假设反应Ⅱ中，CO反应了x mol，则Ⅱ生成的CH3OH为x mol，Ⅰ生成的CH3OH为(a-x) mol，Ⅲ生成的CO为(b+x) mol， 根据反应Ⅰ： 　　　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 转化量/mol　　a-x　3(a-x)　　　a-x　　　a-x 反应Ⅱ： 　　　　　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 转化量/mol　　　x　　2x　　　　　x 反应Ⅲ： 　　　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 转化量/mol　　b+x　　b+x　　　b+x　 b+x 所以平衡时H2O(g)的物质的量为(a-x)mol+(b+x)mol=(a+b)mol，H2O(g)的浓度为 mol·L-1；平衡时CO2的物质的量为1 mol-(a-x) mol-(b+x) mol=(1-a-b) mol，H2的物质的量为3 mol-3(a-x) mol-2x mol-(b+x) mol=(3-3a-b) mol，CO的物质的量为b mol，水的物质的量为(a+b) mol，则反应Ⅲ的平衡常数为=。 解法二：反应前，n(CO2)=1 mol、n(H2)=3 mol，反应后，n(CH3OH)=a mol、n(CO)=b mol，根据C原子守恒得平衡时n(CO2)=(1-a-b) mol，根据O原子守恒得平衡时n(H2O)=[2-2(1-a-b)-a-b] mol=(a+b) mol，根据H原子守恒得n(H2)=[6-4a-2(a+b)] mol=(3-3a-b) mol，从而计算化学平衡常数。 2.[2023·河北，17(1)②③]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 ②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 ③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)。  答案　②CD　③-　 解析　②缩小体积，所有物质浓度均增大，A不符合题意；升高温度，平衡向吸热方向移动，反应ⅰ为吸热反应，则升温平衡正向移动，反应 ⅱ 为放热反应，升温平衡逆向移动，NO浓度增大，B不符合题意；移除NO2，反应 ⅱ 向正向进行，NO浓度降低，C符合题意；降低N2浓度，平衡ⅰ逆向移动，消耗NO，NO浓度降低，D符合题意。 ③根据三段式， 　　　　　　　　　　N2(g)+　　O2(g)　　2NO(g) 起始/(mol·L-1)　　　　　　　　　　　　　0 改变/(mol·L-1)　　　　　　　　　　　　a+b 平衡/(mol·L-1)　　　-　　-　　　a+b 　　　　　　　　　　2NO(g)+　　　O2(g)　　2NO2(g) 起始/(mol·L-1)　　　　a+b　　　　　-　　　　0 改变/(mol·L-1)　　　　a　　　　　　　　　　　　　a 平衡/(mol·L-1)　　　　b　　　　　　--　　　a K1==。 课时对点练 [分值：100分] [1~6题，每小题8分] 1.在温度为T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)达到平衡时，测得总压强为p，则该反应的压强平衡常数Kp为(　　) A.p B.p2 C.p2 D.p 答案　C 解析　NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g) 起始　　0　　　　　0 平衡　　p　　　　　p 则该反应的平衡常数Kp=p(H2S)·p(NH3)=p·p=p2。 2.常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)　ΔH<0。230 ℃时，该反应的平衡常数K=2×10-5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。 下列判断错误的是(　　) A.第一阶段，选择反应温度应高于42.2 ℃ B.第一阶段增加c(CO)，平衡正向移动，反应的平衡常数不变 C.第二阶段，Ni(CO)4几乎完全分解 D.第二阶段，及时分离出Ni，有利于平衡移动 答案　D 解析　Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，第一阶段反应温度应高于沸点，便于分离出气态Ni(CO)4，故A正确；平衡常数只与温度有关，则增加c(CO)，平衡正向移动，反应的平衡常数不变，故B正确；ΔH<0，升高温度平衡向逆反应方向移动，230 ℃时，该反应的平衡常数K=2×10-5，可知Ni(CO)4的分解率较大，故C正确；第二阶段，因为Ni为固态，故及时分离出Ni对化学平衡的移动无影响，故D错误。 3.高温下，甲烷生成乙烷的反应为2CH4C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为v=k·c(CH4)，其中k为反应速率常数。下列说法错误的是(　　) A.反应初期，增加甲烷浓度，v增大 B.增加H2浓度，v增大 C.该温度下，乙烷的生成速率逐渐减小 D.升高反应温度，k增大 答案　B 解析　由初期阶段的速率方程可知，增加甲烷浓度，v增大，故A正确；该温度下，随着反应的进行，甲烷的浓度逐渐减小，乙烷的生成速率逐渐减小，故C正确；升高反应温度，反应速率增大，则k增大，故D正确。 4.温度为T ℃时，反应2HI(g)H2(g)+I2(g)在体积为1 L的密闭容器中进行，起始充入1 mol HI，气体混合物中HI的物质的量分数w(HI)与反应时间t的关系如表所示： t/min 0 20 40 60 80 100 w(HI)/% 100 91 84 81 80 80 该反应的正反应速率v正=k正·c2(HI)，逆反应速率v逆=k逆·c(H2)·c(I2)，k正、k逆为速率常数，则为(　　) A. B.64 C. D.8 答案　A 解析　温度为T ℃时，体积为1 L的密闭容器中，2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡时，v正=v逆，即k正·c2(HI)=k逆·c(H2)·c(I2)，故==K。由表格数据可知，平衡时w(HI)=80%，即c(HI)=0.8 mol·L-1，则平衡时c(H2)=c(I2)=0.1 mol·L-1，所以K==，即=。 5.(2025·扬州宝应期中)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为： ①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41.2 kJ·mol-1 ②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2 225 ℃、8×106 Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是(　　) A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等 B.反应②的焓变ΔH2>0 C.L6处的H2O的体积分数大于L5处 D.混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率 答案　C 解析　L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；由图像可知，L1~L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B错误；从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗 CO，而 CO 体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O)增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故n总减小而n(H2O)增加，即H2O的体积分数会增大，故L6处的 H2O的体积分数大于L5处，C正确；L1处CO 的体积分数大于 CH3OH，说明生成的 CO 的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D错误。 6.在保持体系总压为105 Pa的条件下进行反应：SO2(g)+O2(g)SO3(g)，原料气中SO2和O2的物质的量之比m=不同时，SO2的平衡转化率与温度(T)的关系如图所示。图中A点原料气的成分是n(SO2)=10 mol，n(O2)=24.4 mol，n(N2)=70 mol，下列有关说法正确的是(已知：用分压表示的平衡常数为Kp，分压=总压×物质的量分数)(　　) A.该反应的正反应是吸热反应 B.m1<m2<m3 C.A点时SO2的分压p(SO2)=4.0×103 Pa D.在500 ℃、m3的条件下，该反应的平衡常数Kp=5.2×10-2 P 答案　D 解析　由图可知，m相同时，温度越高，SO2的平衡转化率越小，则升高温度平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应，A项错误；相同条件下，增大氧气的量可增大二氧化硫的平衡转化率，则m越小，SO2的平衡转化率越大，则m1>m2>m3，B项错误；A点原料气的成分是n(SO2)=10 mol，n(O2)=24.4 mol，n(N2)=70 mol，二氧化硫的平衡转化率为88%，则： 　　　　　　　SO2(g)+O2(g)SO3(g) 起始/mol　　　10　　24.4　　　　0 转化/mol　　　8.8　　4.4　　　　8.8 平衡/mol　　　1.2　　20　　　　8.8 平衡时SO2、O2、SO3的分压分别为×105 Pa、×105 Pa、×105 Pa，即p(SO2)=1 200 Pa，C项错误；平衡常数与m无关，则500 ℃、m3的条件下，该反应的平衡常数Kp=≈5.2×10-2 P，D项正确。 7.(18分)工业上利用一氧化碳和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1。某小组同学研究在同温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在容积相等的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应，获得数据如下： 容器 编号 起始时各物质的物质的量/mol 达平衡的时间/min 达平衡时体系能量的变化 CO H2O CO2 H2 ① 1 4 0 0 t1 放出热量：32.8 kJ ② 2.5 10 0 0 t2 放出热量：Q (1)该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)生成物分子化学键形成时所释放的总能量。  (2)容器①中反应达平衡时，生成H2的物质的量为　　　　。  (3)容器①的容积变为原来的一半，则CO的转化率　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。  (4)到达平衡时间的关系：t1　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)t2。  (5)容器②中反应的平衡常数K=　　　　，Q=　　　　。  答案　(1)小于　(2)0.8 mol　(3)不变　(4)大于　(5)1　82 kJ 解析　(1)正反应放热，反应物分子化学键断裂所吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时所释放的总能量。(2)根据CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1，生成1 mol H2放出41 kJ能量，容器①中反应达到平衡时，放出32.8 kJ热量；生成H2的物质的量为=0.8 mol。(3)该反应反应前后气体物质的量相等，容器①的容积变为原来的一半，压强增大，平衡不移动，则CO的转化率不变。(4)容器②的投料是①的2.5倍，容器②压强大，反应速率快，到达平衡用的时间少，所以t1大于t2。(5)容器①、②的温度相同，平衡常数相同，可以根据容器①计算平衡常数，则 　　　　　　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) 初始/mol　　　　1　　　4　　　　　0　　　0 转化/mol　　　　0.8　　0.8　　　　0.8　　0.8 平衡/mol　　　　0.2　　3.2　　　　0.8　　0.8 反应的平衡常数K==1；反应前后气体系数和相等，容器②的投料是①的2.5倍，所以容器②放出的热量为容器①的2.5倍，Q=32.8 kJ×2.5=82 kJ。 8.(12分)某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)(慢反应)　ΔH<0，2NO2(g)N2O4(g)(快反应)　ΔH<0，体系的总压强p总和p(O2)随时间的变化如图所示。 (1)图中表示O2压强变化的曲线是　　　　(填“甲”或“乙”)。  (2)已知N2O5分解的反应速率v=0.12p(N2O5)(kPa·h-1)，t=10 h时，p(N2O5)=　　　　 kPa，v=　　　　 kPa·h-1(结果保留两位小数，下同)。  (3)该温度下2NO2(g)N2O4(g)反应的平衡常数Kp=　　　　 kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数)。  答案　 (1)乙　(2)28.2　3.38　(3)0.05 解析　(1)根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强变化曲线。(2)t=10 h时，p(O2)=12.8 kPa，由2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa，起始压强为53.8 kPa，所以10 h时p(N2O5)=(53.8-25.6) kPa=28.2 kPa，N2O5分解的反应速率v=0.12p(N2O5)(kPa·h-1)=0.12×28.2 kPa·h-1≈3.38 kPa·h-1。 (3)N2O5完全分解时p(NO2)=107.6 kPa，p(O2)=26.9 kPa，设反应生成的N2O4的分压为x kPa，则可列三段式如下： 　　　　　　　　　　2NO2(g)N2O4(g) 起始分压/kPa　　　　107.6　　　　　0 改变分压/kPa　　　　2x　　　　　　x 平衡分压/kPa　　　　107.6-2x　　　x 由107.6-2x+x+26.9=94.7，解x=39.8，Kp= kPa-1≈0.05 kPa-1。 9.(8分)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应： (a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH1 (b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2 (c)CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH3 (d)2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH4 (e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)　ΔH5 设为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反应a、c、e的ln 随(温度的倒数)×103的变化如图所示。 (1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有　　　(填字母)。  (2)反应c的相对压力平衡常数表达式为=　　　　　　　。  (3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时，H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程。 答案　(1)ac　(2) (3)A点对应温度下反应c的ln =0，则平衡体系中==1，即=1，p(CH4)=16 kPa，初始p(CH4)=50 kPa，则CH4的平衡转化率为×100%=68%。 解析　(1)由题图可知温度越低，×103越大，反应a、c的ln 越小，说明反应a、 c随温度降低平衡逆向移动，故反应a、c为吸热反应。(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为==。 10.(14分)(2024·扬州期中)甲醇是实现碳中和循环的低碳燃料，是一个取之不尽的能源载体。 H2可与CO2反应生成甲醇和水，其反应过程如下： 反应Ⅰ：2CO2+6H2CH3OCH3+3H2O　ΔH1=-48.5 kJ·mol-1； 反应Ⅱ：CH3OCH3+H2O2CH3OH　ΔH2=+23.5 kJ·mol-1； 反应Ⅲ：CO2+3H2CH3OH+H2O (1)一定条件下向恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示。 ①催化剂效果最佳的是反应　　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。  ②若反应Ⅲ在a点时已达平衡状态，a点CO2的转化率高于c点的原因是　　　　　。  (2)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+3H2CH3OH+H2O(g)　ΔH=-48.5 kJ·mol-1 反应二：2CO2+5H2C2H2+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1×105 Pa，反应一用气体分压表示的化学平衡常数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)。  答案　(1)①Ⅰ②该反应为放热反应，c点温度高，平衡逆向移动，CO2转化率低于a点 (2)①AC　②反应二　③b ④ 解析　(1)①根据图像分析，相同温度下，CO2转化率最高的为反应Ⅰ，故其催化剂效果最好。②反应Ⅲ在a点为二氧化碳转化率最高点，该点和之后均已达平衡状态，该点之前未达平衡状态，a点CO2的转化率高于c点的原因：由盖斯定律可知，该反应为放热反应，c点温度高，平衡逆向移动，CO2转化率低于a点。(2)①生成CH3OH的反应为放热反应，根据勒夏特列原理，温度降低，有利于平衡正向移动，因此适当降温可以提高CH3OH的选择性；选择有利于反应一进行的催化剂，可以让反应一更大程度地进行，有利于提高甲醇的选择性，故选A、C。②温度高于350 ℃时，由于体系温度较高，根据勒夏特列原理，有利于吸热反应的进行，因此以反应二为主。③反应一是生成CH3OH的反应，该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CH3OH的选择性降低，因此b为平衡时CH3OH的选择性曲线，a为CO2的平衡转化率曲线。④400 ℃时，设投料为1 mol CO2和3 mol H2，CO2的转化率为25%，CH3OH的选择性为40%，根据CH3OH的选择性=×100%，则CH3OH的物质的量为0.4×0.25 mol=0.1 mol； 　　　　　　　　CO2+3H2CH3OH+H2O 初始/mol　　　　1　　　　3　　　　　0　　　　0 转化/mol　　　　0.1　　　0.3　　　　0.1　　　　0.1 　　　　　　2CO2+5H2C2H2+4H2O 转化/mol　　　0.15　　0.375　　0.075　　　0.3 此时容器中n=3 mol-0.3 mol-0.375 mol=2.325 mol，n=0.1 mol+0.3 mol=0.4 mol，n=0.1 mol，n=1 mol-0.1 mol-0.15 mol=0.75 mol，n=0.075 mol，气体的总物质的量为3.65 mol，则反应一的压强平衡常数Kp= kPa-2。 学科网（北京）股份有限公司 $