题型三 化学平衡的计算
一、化学平衡计算模式
对以下反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/(mol) a b 0 0
转化/(mol) mx nx px qx
平衡/(mol) a-mx b-nx px qx
二、压强平衡常数Kp的计算模式
一、有关化学平衡的计算
1．极端假设法确定各物质的浓度范围
可逆反应不能进行到底，因此各物质平衡时都有一定的范围，可通过极端假设法设定反应正向或逆向进行到底求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。
2．化学平衡计算题的“万能钥匙”——“三段式”
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，设A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
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
二、分压平衡常数(Kp)计算
1．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分压定律：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，气相反应：mA(g)＋nB(g)pC(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的表达式如下：
，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压
2．Kp计算的两种模板
模板1．根据“某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数
第一步 根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步 计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步 根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分(或物质的量分数)
第四步 根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝
模板2．直接根据分压强计算压强平衡常数
N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
p(始)： p0 3p0 0
Δp： p 3p 2p
p(平)： p0－p 3p0－3p 2p
Kp＝
一、浓度平衡常数Kc的计算
1．(2023年河北卷)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。
已知：1mol物质中的化学键断裂时所需能量如下表。
物质 N2(g) O2(g) NO(g)
能量/kJ 945 498 631
回答下列问题：
(1)恒温下，将1mol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VL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 △H1
ii．2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) K2 △H2＝－114kJ mol-1
①△H1＝_______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)＝amol·L-1，c(NO)＝bmol·L-1，则c(O2)＝_______mol·L-1，K1＝_______(写出含a、b、V的计算式)。
2. (2022年6月浙江卷)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。
(1)回收单质硫。将三分之一的H2S燃烧，产生的SO2与其余H2S混合后反应：2H2S(g)＋SO2(g)S8(s)＋2H2O(g)。在某温度下达到平衡，测得密闭系统中各组分浓度分别为c(H2S)＝2.0×10-5mol·L－1、c(SO2)＝5.0×10-5mol·L－1、c(H2O)＝4.0×10-3mol·L－1，计算该温度下的平衡常数K＝ 。
3．(2022年河北卷节选)氢能是极具发展潜力的清洁能源，以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。
(2)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
Ⅰ．CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ．CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
①下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是_______ (填标号)。
A．增加CH4(g)用量 B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g) D．加入催化剂
②恒温恒压条件下，1mol CH4(g)和1molH2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为α，CO2(g)的物质的量为bmol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx＝ (写出含有α、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，，x为物质的量分数)。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，α＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 (结果保留两位有效数字)。
二、分压常数Kp的计算
4．(2023 湖北省选择性考试，19节选)(4)1200K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)。
5．(2023年福建卷节选)探究甲醇对丙烷制丙烯的影响。丙烷制烯烃过程主要发生的反应有
i．C3H8(g)＝C3H6(g)＋H2(g) △H1＝＋124kJ mol－1 △S1＝127J K-1 mol－1 Kp1
ii．C3H8(g)＝C2H4(g)＋CH4(g) △H2＝＋82kJ mol－1 △S2＝135J K-1 mol－1 Kp2
iii．C3H8(g)＋2H2(g)＝3CH4(g) △H3＝－120kJ mol－1 △S3＝27.5J K-1 mol－1 Kp3
已知：Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压＝物质的量分数×总压。在0.1Mpa、t℃下，丙烷单独进料时，平衡体系中各组分的体积分数φ见下表。
物质 丙烯 乙烯 甲烷 丙烷 氢气
体积分数(%) 21 23.7 55.2 0.1 0
(2)①在该温度下，Kp2远大于Kp1，但φ(C3H6)和φ(C2H4)相差不大，说明反应iii的正向进行有利于反应i的__________反应和反应ⅱ的___________反应(填“正向”或“逆向”)。
②从初始投料到达到平衡，反应i、ii、iii的丙烷消耗的平均速率从大到小的顺序为：__________。
③平衡体系中检测不到H2，可认为存在反应：3C3H8(g)＝2C2H6(g)＋3CH4(g) Kp，下列相关说法正确的是_____________(填标号)。
a．Kp＝K Kp3 b．Kp＝(MPa)2
c．使用催化剂，可提高丙烯的平衡产率 d．平衡后再通入少量丙烷，可提高丙烯的体积分数
④由表中数据推算：丙烯选择性＝×100%＝ (列出计算式)。
6．(2023年辽宁卷节选)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－98.9kJ·mol-1
(i)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是_______。
a．温度越高，反应速率越大
b．α=0.88的曲线代表平衡转化率
c．α越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
(ii)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是_______(填标号)。
(iii)设O2的平衡分压为P，SO2的平衡转化率为αe，用含P和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝_______________ (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
7．(2023 全国乙卷，28节选)(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)。平衡时的关系如下图所示。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”)。
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g) +O2(g) (Ⅱ)，平衡时_______(用表示)。在时，，则_______ kPa，KP(Ⅱ)=_______ kPa (列出计算式)。
8．(2023年新课标卷节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
(4)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下图所示。其中一种进料组成为＝0.75、＝0.25，另一种为＝0.675、＝0.225、xAt＝0.10。(物质i的摩尔分数：xi＝)
①图中压强由小到大的顺序为_______，判断的依据是___________________________。
②进料组成中含有情性气体Ar的图是_______。
③图3中，当P2＝20MPa、＝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)。
9．(2023年湖北卷节选)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。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
(4)1200K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)。
(5) 40H19(g) C40H18(g)＋H (g)及反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是______________________________________________________。
10．(2023年重庆卷节选)银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。
(2)一定条件下，银催化剂表面上存在反应：Ag2O(s) 2Ag(s)＋O2(g)，该反应平衡压强Pc与温度T的关系如下：
T/K 401 443 463
Pc/kPa 10 51 100
①463K时的平衡常数Kp＝_______(kPa)。
②起始状态Ⅰ中有Ag2O、Ag和O2，经下列过程达到各平衡状态：
已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，下列叙述正确的是_______(填字母)。
A．从Ⅰ到Ⅱ的过程△S＞0
B．Pc(Ⅱ)＞Pc(Ⅲ)
C．平衡常数：K(Ⅱ)＞K(Ⅳ)
D．若体积V(Ⅲ)＝2V(Ⅰ)，则Q(Ⅰ)＝K(Ⅲ)
E．逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ)
③某温度下，向恒容容器中加入Ag2O，分解过程中反应速率v(O2)与压强P的关系为v(O2)＝k(1－ )，k为速率常数(定温下为常数)。当固体质量减少4%时，逆反应速率最大。若转化率为14.5%，则v(O2)＝_______(用k表示)。
11．(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝172kJ·mol－1
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51kJ·mol－1
在1.0×105pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)的平衡常数 Kp(1400℃)＝_______Pa
12．(2022·全国乙卷)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。
H2S热分解反应：2H2S(g)===S2(g)＋2H2 ΔH4＝170kJ·mol－1
在1470K、100kPa反应条件下，将n(H2S)：n(Ar)＝1：4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S 与H2的分压相等，H2S 平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________kPa
13．(2022·湖南卷)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。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)，起始压强为0.2 MPa时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH1＝+131.4 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1
反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝_______(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)
14．(2021·湖北卷)对于反应I，总压恒定为100kPa，在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应)，从平衡移动的角度判断，达到平衡后“通入N2”的作用是_________________________；在温度为T1时，C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图所示，计算T1时反应I的平衡常数Kp＝______kPa(保留一位小数)
1．(2024·浙江省浙南名校联盟高三第一次联考节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：
SO2(g)＋1/2O2(g)SO3(g)) ΔH2＝-98.9kJ·mol 1
对于气体参与的反应，可用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)来表示平衡常数Kp。设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，则上述催化氧化反应的Kp= (用含p和αe的代数式表示)。
2．(2024·浙江省诸暨市高三适应性考试节选)工业废气硫化氢(H2S)具有高腐蚀性和毒性，需要回收处理并加以利用。
(1)已知下列反应的热化学方程式：
Ⅰ、2H2S(g))2H2(g)＋S2(g) ΔH1
Ⅱ、CH4(g)＋S2(g)CS2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝+64kJ·mol 1
Ⅲ、2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g) ΔH3＝+234kJ·mol 1
若在1470K、100反应条件下，将的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压(即组分的物质的量分数×总压)相等，H2S平衡转化率为 ，平衡常数 。
3．研究CO2 加氢制CH4 对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2
Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g) CO2(g)＋CH4(g) ΔH3＝－247.1kJ· mol－1
在一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应，20 min时，容器内反应达到平衡，容器中CH4(g)为a mol，CO为b mol，以H2表示的0～20 min内平均反应速率v(H2)＝________ mol·L－1·min－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，此时H2O(g) 的浓度为________ mol·L－1，反应Ⅱ的平衡常数为________(列出计算式)。
4．(2024·安徽普通高等学校招生考试适应性测试节选)(3)一定条件下，反应：
丙烷平衡转化率与平衡常数的关系可表示为：，式中为系统总压。分别为和时，丙烷平衡转化率与温度的关系如图所示，其中表示下的关系曲线是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。时，KP= MPa (保留2位有效数字)。
5．为减少CO2对环境造成的影响，可采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将其资源化利用。恒温恒压密闭容器中，加入2molCO2和4molH2，发生下列反应：
I．CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1
II．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2
初始压强为p0，在300℃发生反应，反应达平衡时，CO2的转化率为50%，容器体积减小20%，则达到平衡时H2的转化率为________，反应II的平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。
6．CO2在Cu ZnO催化下，可同时发生如下的反应I、II，其可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。
I．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－57.8 kJ·mol－1
II．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
对于气体参加的反应，表示平衡常数Kp时，用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体的平衡浓度c(B)，则反应II的Kp=___________已知：气体各组分的分压p(B)，等于总压乘以其体积分数］。
在Cu ZnO存在的条件下，保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量如下表：
CO2 H2 CH3OH(g) CO H2O(g) 总压强/kPa
起始/mol 5.0 7.0 0 0 0 p0
平衡/mol n1 n2 p
若反应I、II均达平衡时，p0＝1.2p，则表中n1＝_____；若此时n2＝3。则反应I的平衡常数Kp＝_____(无需带单位，用含总压p的式子表示)。
7．(2024·辽宁省朝阳市建平区高三期末节选)(3)利用H2S的热分解反应可生产H2：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。现将0.20 mol H2S通入某恒压(压强)密闭容器中，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图所示。
已知：对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压()代替物质的量浓度()也可表示平衡常数()。(的物质的量分数，为平衡时气体总压强)。
温度升高时，混合气体的平均摩尔质量 (填“增大”“减小”或“不变”)。温度为℃时。该反应的平衡常数KP= MPa(用含a的代数式表示)。
8．甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应：
①CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206 kJ· mol－1
②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ· mol－1
恒定压强为100 kPa时，将n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体投入反应器中，平衡时，各组分的物质的量分数与温度的关系如下图所示。
回答下列问题：
已知投料比为n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体，p＝100 kPa。600 ℃ 时，CH4的平衡转化率为____________，反应①的平衡常数的计算式为Kp＝__________(Kp 是以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
9．二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取二甲醚的原理如下：
Ⅰ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
Ⅱ.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
500 K时，在2 L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)＝c(CH3OCH3)，则：
(1)0～4 min，反应Ⅰ的v(H2)＝_____________________________。
(2)反应Ⅱ中CH3OH 的转化率α＝_______________，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。
10．一定条件下，CO2与H2反应可合成CH2=CH2，2CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)，该反应分两步进行：
i.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH1
ii.2CO(g)＋4H2(g) CH2=CH2(g)＋2H2O(g) ΔH2
T℃，压强恒定为100kPa时，将n(CO2)：n(H2)=1：3的混合气体和催化剂投入反应器中，达平衡时，部分组分的物质的量分数如表所示
组分 H2 CO CH2=CH2
物质的量分数(%)
CO2的平衡转化率为________，反应i的平衡常数Kp=________(Kp是以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)
11．(2024·浙江省9 +1高中联盟高三联考节选)氢能源是最具应用前景的能源之一。甲烷-水蒸气催化重整制氢(SMR)是一种制高纯氢的方法之一，其涉及的主要反应如下：
反应Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝+206.3kJ·mol 1
反应Ⅱ：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝-41.1kJ·mol 1
(2)一定温度下，向某容积为1L的恒容容器中按照水碳比[]充入和，tmin后反应达到平衡。达到平衡时，容器中CO为mmol，CO2为nmol。
反应Ⅲ的平衡常数 (用含a，m，n的代数式表示)。
12．(2024·浙江省三校高三联考选考模拟节选)将二氧化碳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，因此加氢制甲醇被广泛关注。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＝-49.4kJ·mol 1
Ⅱ. CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol 1
Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(2)恒温恒容条件下，原料气CO2(g)、H2(g)以物质的量浓度1：3投料时，控制合适条件(不考虑反应Ⅲ)，甲醇的选择性为。已知初始压强为2Mp，c(CO2)=1.0mol·L－1，CO2平衡转化率为，则该条件下反应ⅡKP= 。(对于气相反应，用组分B的平衡代替，记作KP。，p为平衡压强，为平衡系统中的物质的量分数。)
13．(2024·THUSSAT中学生标准学术能力高三诊断性测试节选)在恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)+2NH3(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l)，测得CO的平衡转化率与起始投料比[η=，n分别为1：1、2：1、3：1]和温度关系如图所示((不考虑水的蒸气压)。
曲线a代表的投料比为 ；若T1℃下，从反应开始至达到M点历时5min，测得M点对应的总压强为140kPa，则0~5min内，NH3分压的平均变化率为 kPamin-1，M点对应条件下的分压平衡常数为 (kPa)-3(列出计算式即可)。
14．(2024·山东烟台高三期中联考节选)将CO2转化为高附加值碳基燃料，可有效减少碳排放。将CO2和H2在催化剂作用下，可实现二氧化碳甲烷化。可能发生反应：
i．CO2(g)+4H2 (g)CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH1
ii．CO2(g)+H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2＝+41.2 kJ·mol－1
iii．CO(g)+3H2 (g)CH4 (g)+ H2O(g) ΔH3＝-206.1kJ·mol－1
(2)不同条件下，投料，发生上述反应，CO2的平衡转化率与温度的关系如图2.升高温度，反应i的化学平衡常数 (填“增大”或“减小”)；、、由大到小的顺序是 。压强为的条件下，温度高于600℃之后，随着温度升高转化率增大的原因是 。
(3)①在某温度下，向恒容容器中充入7 mol CO2和12 mol H2，初始压强为19kPa，反应经10min达到平衡，此时气体的总物质的量为17mol，，则 kPa/min，该温度下反应ii的化学平衡常数K= 。
②若保持温度不变压缩容器的体积，CH4的物质的量 (填“增加”“减小”或“不变”)，反应i的平衡将 (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
15．(2024·陕西西安长安区教学片高三理科模拟节选)乙酸是基本的有机化工原料，乙酸制氢具有重要意义，制氢过程发生如下反应：
热裂解反应Ⅰ： CH3COOH(g)2CO (g)+ 2H2(g) ΔH1
脱羧基反应Ⅱ：CH3COOH(g)CO2 (g)+CH4(g) ΔH2
(3)若利用合适的催化剂发生热裂解反应Ⅰ和脱羧基反应Ⅱ，温度为TK时达到平衡，总压强为p kPa，乙酸体积分数为20%，其中热裂解反应Ⅰ消耗的乙酸占投入量的20%，脱羧基反应Ⅱ的平衡常数Kp为 kPa (Kp为以分压表示的平衡常数)。
16．(2024·河南南阳市TOP二十名校高三仿真模拟节选) (5)一定温度下，向总压强恒定为100kPa的反应器中充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)，发生反应：
①CO2(g)+ 3H2 (g)CH3OH (g)+ H2O(g) (主反应)；
②2CO2(g)+ 6H2 (g)CH3CH2OH (g)+3H2O(g) (主反应)；
③CO2(g)+ H2 (g)CO (g)+ H2O(g) (副反应)。
达到平衡时CO2转化率为50%，甲醇选择性为，生成0.05 mol CH3CH2OH，则反应①的平衡常数Kp为 (写出数字表达式即可)[用分压计算的平衡常数为压强平衡常数Kp，分压=总压×物质的量分数；甲醇选择性：]。
17．某些有机物在氧载体Fe2O3的作用下部分氧化，反应混合气可制备合成气(CO、H2)。反应体系中主要反应有：
反应ⅰ CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g) ΔH1＝－205.9 kJ·mol－1
反应ⅱ CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－164.7 kJ·mol－1
反应ⅲ CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH3＝＋247.1 kJ·mol－1
反应ⅳ CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH4
请回答：
(1)H表示25 ℃，101 kPa下的焓。则H(CO2)＋H(H2)________H(H2O)＋H(CO)(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(2)①反应ⅲ的平衡常数Kx(ⅲ)＝[x(B)表示组分B平衡时的摩尔分数]。其他条件不变，会导致反应ⅲKx减小的条件是________。
A.升温 B.降温 C.加压 D.减压 E.恒容容器中再通入一定量H2(g)
②T ℃下，测定上述所有反应达平衡时的体系中，反应ⅳ的平衡常数Kx(ⅳ)＝1.00，x(CO2)＝x(H2O)、x(H2)＝a、x(CH4)＝b，忽略其他反应。则反应ⅲ的平衡常数Kx(ⅲ)＝_______________________(用含a、b的最简式子表示)。
18．(2024·四川绵阳中学高三高考适应性考试节选)(2) CO2催化加氢制取甲醇，反应如下：
主反应：CO2(g)+ 3H2 (g)CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH1= -49.5 kJ·mol－1
副反应： CO2(g)+ H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2=+41 .2kJ·mol－1
在一定条件下，向某恒容密闭容器中充入1 mol CO2和a mol H2发生反应，起始总压强为。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度变化如图所示：
已知：CH3OH的选择性％。
图中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线为 (填“X”或“Y”)，温度高于280℃时，曲线Y随温度升高而升高的原因是 。240℃时，反应容器内达到平衡状态，副反应的，初始充入H2的物质的量a= mol。
19．H2用于工业合成氨：N2＋3H22NH3。将n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是______________________________________________
某温度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×l07Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为____________，气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝_________(分压列计算式、不化简)
20．(2024·广东湛江高三毕业班调研考试节选)2023年5月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活。
(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch反应：CO2(g)+2H2 (g)C(s)+ 2H2O(g) 代替Sabatier反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2molH2和1molCO2发生Bosch反应，测得容器内气压变化如图所示。
①试解释容器内气压先增大后减小的原因： 。
②该温度下Bosch反应的Kp= (写出计算过程，Kp为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压)。
③在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线。
21．“有序介孔碳”和“纳米限域催化”的研究双双获得国家自然科学奖一等奖。利用介孔限域催化温室气体CO2加氢制甲醇，再通过甲醇制备燃料和化工原料等，是解决能源问题与实现双碳目标的主要技术之一、反应如下：
i.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1
ii.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
iii.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH3＝－90.6 kJ·mol－1
(1)ΔH1＝________ kJ·mol－1。
(2)绝热条件下，将H2、CO2以体积比2∶1充入恒容密闭容器中，若只发生反应ii，下列可作为反应ii达到平衡的判据是________。
A.c(CO2)与c(CO)比值不变 B.容器内气体密度不变
C.容器内气体压强不变 D.不变
(3)将H2、CO2以体积比3∶1充入恒容密闭容器中，在某介孔限域催化剂存在下发生反应i和ii。CO2的平衡转化率及CH3OH的选择性(生成目标产物所消耗的反应物的物质的量与参与反应的反应物的物质的量之比)随温度变化曲线如图所示：
①CO2加氢制甲醇，________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡时CH3OH的产率。结合上图阐述实际选用300～320 ℃反应温度的原因：________________________。
②312 ℃时反应i的Kx＝____________________。
(Kx是以组分体积分数代替物质的量浓度表示的平衡常数，列计算式)
22．氢能将在实现“双碳”目标中起到重要作用，乙醇与水催化重整制氢发生以下反应。
反应Ⅰ：C2H5OH(g)＋H2O(g)2CO(g)＋4H2(g) ΔH1＝＋255.7 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C2H5OH(g)＋3H2O(g) 2CO2(g)＋6H2(g) ΔH3
回答下列问题：
(1)ΔH3＝________ kJ·mol－1。
(2)压强为100 kPa，H2的平衡产率与温度、起始时的关系如图甲所示，每条曲线表示H2相同的平衡产率。
①产率：B点________C点(填>、＝或<)。
②A、B两点H2产率相等的原因是_________________________________。
(3)压强为100 kPa下，C2H5OH(g)和H2O(g)投料比1∶3发生上述反应，平衡时CO2和CO的选择性、乙醇的转化率随温度的变化曲线如图乙所示[已知：CO的选择性＝]
①表示CO2选择性的曲线是________(填标号)。
②573 K时，生成氢气的体积分数为________(保留2位有效数字，下同)。
③573 K时，反应Ⅱ的标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强(100 kPa)，p(CO2)、p(H2)、p(CO)和p(H2O)为各组分的平衡分压，则Kθ＝________。(已知：分压＝总压×该组分物质的量分数)
(4)已知CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) ΔH＝－178.8 kJ·mol－1，向重整体系中加入适量多孔CaO，该做法的优点是___________________________________。
23．丙醛是一种重要的有机原料，在许多领域都有广泛的应用。在铑催化剂作用下，乙烯羰基合成丙醛涉及的反应如下：
主反应Ⅰ.C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g)CH3CH2CHO(g) ΔH1
副反应Ⅱ.C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g) ΔH2
已知：在一定条件下一氧化碳能与铑催化剂结合生成羰基铑络合物。
回答下列问题：
(1)T ℃时，向恒压容器中充入0.2 mol C2H4(g)、0.2 mol H2(g)和0.2 mol CO(g)，若在该条件下只发生主反应Ⅰ，达平衡时，放出15.48 kJ的能量；若向相同容器中充入0.4 mol CH3CH2CHO(g)，吸收20.64 kJ的能量，则反应Ⅰ的ΔH1＝________ kJ/mol。
(2)保持温度不变，在恒容反应器中，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，发生Ⅰ、Ⅱ反应，总压为3p kPa，反应达到平衡时C2H4的转化率为80%，C2H6的选择性为25%，则H2的转化率为________%，反应Ⅰ的Kp＝________kPa－2(用含p的代数式表示)。
(3)在恒压条件下，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应Ⅰ和Ⅱ，相同时间内，测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图1曲线所示。测得v(B)________v(D)(填“>”、“＝”、“＜”)，产生这一结果的原因可能是_________________________________________。
(4)在恒压密闭容器中，通入1 mol C2H4、1 mol CO和n(H2)，在一定温度和铑催化剂作用下，发生上述反应，测得C2H4的转化率(α)和丙醛选择性[x(CH3CH2CHO)＝×100%]随变化关系如图2所示。曲线b表示________，当1.08<<1.1时，曲线a随的增大而降低的原因是______________________________________________。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
()
题型三 化学平衡的计算
(
化学平衡常数是近几年高考的重点和热点，
有关
平衡常数
和
转化率的有关计算
有所增加，常结合图像或表格进行考查，意在考查考生变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的学科素养，以及知识整合、科学思维的关键能力。
化学平衡常数
、反应物转化率将以生产、生活实际为载体，结合化学图像共同考查继续
成为
高考
命题热点。
预计在今后的高考会从不同角度考查平衡常数的计算如用平衡分压等计算平衡常数、利用平衡常数分析平衡移动方向、利用平衡常数的表达式分析反应之间平衡常数的关系、结合图像图表考查平衡常数等，考查考生的分析能力、数据处理能力。
)
一、化学平衡计算模式
对以下反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/(mol) a b 0 0
转化/(mol) mx nx px qx
平衡/(mol) a-mx b-nx px qx
二、压强平衡常数Kp的计算模式
一、有关化学平衡的计算
1．极端假设法确定各物质的浓度范围
可逆反应不能进行到底，因此各物质平衡时都有一定的范围，可通过极端假设法设定反应正向或逆向进行到底求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。
2．化学平衡计算题的“万能钥匙”——“三段式”
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，设A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
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
二、分压平衡常数(Kp)计算
1．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分压定律：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，气相反应：mA(g)＋nB(g)pC(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的表达式如下：
，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压
2．Kp计算的两种模板
模板1．根据“某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数
第一步 根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步 计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步 根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分(或物质的量分数)
第四步 根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝
模板2．直接根据分压强计算压强平衡常数
N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
p(始)： p0 3p0 0
Δp： p 3p 2p
p(平)： p0－p 3p0－3p 2p
Kp＝
一、浓度平衡常数Kc的计算
1．(2023年河北卷)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。
已知：1mol物质中的化学键断裂时所需能量如下表。
物质 N2(g) O2(g) NO(g)
能量/kJ 945 498 631
回答下列问题：
(1)恒温下，将1mol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VL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 △H1
ii．2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) K2 △H2＝－114kJ mol-1
①△H1＝_______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)＝amol·L-1，c(NO)＝bmol·L-1，则c(O2)＝_______mol·L-1，K1＝_______(写出含a、b、V的计算式)。
【答案】(1)①181 ②CD ③－
【解析】(1)①△H1＝反应物总键能－生成物总键能＝(945kJ/mol＋498kJ/mol)－2×631kJ/mol＝＋181kJ/mol；②A项，缩小体积，所有物质浓度均增大，A不符合题意；B项，升高温度，平衡向着放热方向进行，反应i为吸热反应，则升温平衡正向进行，NO浓度增大，B不符合题意；C项，移除NO2，平衡ii向正向进行，NO浓度降低，C符合题意；D项，降低N2浓度，平衡逆向进行，消耗NO，NO浓度降低，D符合题意；
故选CD；③根据三段式：
N2(g) ＋ O2(g) 2NO
起始(mol/L) 0
转化(mol/L) (a＋b)
平衡(mol/L) － － (a＋b)
2NO(g) ＋ O2(g) 2NO2
起始(mol/L) (a＋b) － 0
转化(mol/L) a a
平衡(mol/L) b －－ a
c(O2)＝－，K1＝＝；故答案为：－；。
2. (2022年6月浙江卷)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。
(1)回收单质硫。将三分之一的H2S燃烧，产生的SO2与其余H2S混合后反应：2H2S(g)＋SO2(g)S8(s)＋2H2O(g)。在某温度下达到平衡，测得密闭系统中各组分浓度分别为c(H2S)＝2.0×10-5mol·L－1、c(SO2)＝5.0×10-5mol·L－1、c(H2O)＝4.0×10-3mol·L－1，计算该温度下的平衡常数K＝ 。
【答案】(1)8×108 L·mol－1
【解析】(1)根据方程式可知该温度下平衡常数K＝＝L/mol＝8×108L/mol。
3．(2022年河北卷节选)氢能是极具发展潜力的清洁能源，以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。
(2)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
Ⅰ．CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ．CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
①下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是_______ (填标号)。
A．增加CH4(g)用量 B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g) D．加入催化剂
②恒温恒压条件下，1mol CH4(g)和1molH2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为α，CO2(g)的物质的量为bmol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx＝ (写出含有α、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，，x为物质的量分数)。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，α＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 (结果保留两位有效数字)。
【答案】(2)①BC ② 0.43
【解析】(2)①A项，增加CH4 (g)用量可以提高H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A不符合题意；B项，恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强，反应混合物中各组分的浓度减小，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，B符合题意；C项，移除CO(g)，减小了反应混合物中CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，C符合题意；D项，加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高CH4(g)平衡转化率，D不符合题意；故选BC；②恒温恒压条件下，1 mol CH4 (g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4 (g)的转化率为α，CO2 (g)的物质的量为b mol，则转化的CH4 (g)为α mol，剩余的CH4 (g)为(1-α )mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(α－b)mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1－α－b )mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol，则反应混合物的总物质的量为(2α+2 )mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、 CO(g)、H2(g)的物质的量分数分别为、、、，因此，反应I的平衡常数Kx＝＝；其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，α＝0.90，b =0.65，则平衡时，CH4 (g)为0.1mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25mol，，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5－0.90－0.65 )mol=3.45mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol=3.35mol，平衡混合物的总物质的量为(2α＋6 )mol=7.8mol，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为≈0.43。
二、分压常数Kp的计算
4．(2023 湖北省选择性考试，19节选)(4)1200K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)。
【答案】(4)
【解析】(4)1200K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，设起始量为1mol，则根据信息列出三段式为：
则，，，该反应的平衡常数=。
5．(2023年福建卷节选)探究甲醇对丙烷制丙烯的影响。丙烷制烯烃过程主要发生的反应有
i．C3H8(g)＝C3H6(g)＋H2(g) △H1＝＋124kJ mol－1 △S1＝127J K-1 mol－1 Kp1
ii．C3H8(g)＝C2H4(g)＋CH4(g) △H2＝＋82kJ mol－1 △S2＝135J K-1 mol－1 Kp2
iii．C3H8(g)＋2H2(g)＝3CH4(g) △H3＝－120kJ mol－1 △S3＝27.5J K-1 mol－1 Kp3
已知：Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压＝物质的量分数×总压。在0.1Mpa、t℃下，丙烷单独进料时，平衡体系中各组分的体积分数φ见下表。
物质 丙烯 乙烯 甲烷 丙烷 氢气
体积分数(%) 21 23.7 55.2 0.1 0
(2)①在该温度下，Kp2远大于Kp1，但φ(C3H6)和φ(C2H4)相差不大，说明反应iii的正向进行有利于反应i的__________反应和反应ⅱ的___________反应(填“正向”或“逆向”)。
②从初始投料到达到平衡，反应i、ii、iii的丙烷消耗的平均速率从大到小的顺序为：__________。
③平衡体系中检测不到H2，可认为存在反应：3C3H8(g)＝2C2H6(g)＋3CH4(g) Kp，下列相关说法正确的是_____________(填标号)。
a．Kp＝K Kp3 b．Kp＝(MPa)2
c．使用催化剂，可提高丙烯的平衡产率 d．平衡后再通入少量丙烷，可提高丙烯的体积分数
④由表中数据推算：丙烯选择性＝×100%＝ (列出计算式)。
【答案】(2)①正向 逆向 ②ii＞i＞iii ③ab ④×100%＝38.04%
【解析】Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压=物质的量分数×总压，巧用盖斯定律解决问题。结合阿伏加德罗定律将物质的量和体积进行转化。(2)iii的正向进行氢气浓度减小，有利于i正向；iii的正向进行甲烷浓度增大，有利于ii逆向，根据平衡体积分数φ(甲烷)＞φ(乙烯)＞φ(丙烯)，消耗1mol丙烷生成1mol丙烯或1mol乙烯或3mol甲烷，可知反应速率ii＞i＞iii根据盖斯定律：目标反应＝2i＋iii，故Kp＝K Kp3；分压＝物质的量分数×总压＝体积分数×总压，故Kp＝＝＝；催化剂不能影响平衡；通入丙烷平衡正向移动，根据勒夏特列原理并不能够将丙烷增加的影响消除，因此丙烯的体积分数会降低；在相同条件下，物质的量之比等于体积之比；同时消耗1mol丙烷生成1mol丙烯或1mol乙烯或3mol甲烷，生成乙烯时同时生成等量的甲烷，因此丙烯的选择性＝×100%＝×100%＝38.04%。
6．(2023年辽宁卷节选)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－98.9kJ·mol-1
(i)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是_______。
a．温度越高，反应速率越大
b．α=0.88的曲线代表平衡转化率
c．α越大，反应速率最大值对应温度越低
d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度
(ii)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是_______(填标号)。
(iii)设O2的平衡分压为P，SO2的平衡转化率为αe，用含P和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝_______________ (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
【答案】(3) (i)cd (ii) d (iii)
【解析】(3)(i)a项，根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；b项，从图中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快，但在转化率小于88%的时的反应速率图像并没有给出，无法判断α＝0.88的条件下是平衡转化率，b错误；c项，从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c正确；d项，从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗，d正确；故选cd；(ii)为了提高催化剂的综合性能，科学家对催化剂进行了改良，从图中可以看出标号为d的催化剂V－K－Cs－Ce对SO2的转化率最好，产率最佳，故选d；(iii)利用分压代替浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp＝＝＝；设SO2初始量为m mol，则平衡时n(SO2)＝m·αe，n(SO3)＝m－m·αe＝m(1－αe)，Kp＝=，故答案为。
7．(2023 全国乙卷，28节选)(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)。平衡时的关系如下图所示。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”)。
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g) +O2(g) (Ⅱ)，平衡时_______(用表示)。在时，，则_______ kPa，KP(Ⅱ)=_______ kPa (列出计算式)。
【答案】(3) 3 2.25 增大
(4) 46.26
【解析】(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)。由平衡时的关系图可知，660K时，，则，因此，该反应的平衡总压3 kPa、平衡常数。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。(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g) +O2(g) (Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时，则，因此，平衡时。在929K时，，则、，联立方程组消去，可得，代入相关数据可求出46.26 kPa，则，。
8．(2023年新课标卷节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：
(4)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下图所示。其中一种进料组成为＝0.75、＝0.25，另一种为＝0.675、＝0.225、xAt＝0.10。(物质i的摩尔分数：xi＝)
①图中压强由小到大的顺序为_______，判断的依据是___________________________。
②进料组成中含有情性气体Ar的图是_______。
③图3中，当P2＝20MPa、＝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】(4)①P1＜P2＜P3 合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大 ②图4 ③33.33%
【解析】(4)①合成氨的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数P1＜P2＜P3，因此，图中压强由小到大的顺序为P1＜P2＜P3，判断的依据是：合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。 ②对比图3和图4中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图4中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入情性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小，化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动，因此，充入情性气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有情性气体Ar的图是图4。③图3中，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3mol和1mol，达到平衡时氮气的变化量为x mol，则有：
N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
起始(mol) 1 3 0
转化(mol) x 3x 2x
平衡(mol) 1－x 3－3x 2x
当P2＝20 MPa、＝0.20时，＝＝0.20，解之得x＝，则氮气的转化率α＝×100%≈
33.33%，平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为mol、2mol、mol，其物质的量分数分别为、、，则该温度下K＝＝(MPa)-2因此，该温度时，反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp＝＝＝(MPa)-1。
9．(2023年湖北卷节选)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。C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
(4)1200K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)。
(5) 40H19(g) C40H18(g)＋H (g)及反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是______________________________________________________。
【答案】(4)P0 (5)在反应过程中，断裂和形成的化学键相同
【解析】(4)1200K时，假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)＋H2(g)的△H＝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，设起始量为1mol，则根据信息列出三段式为：
C40H12(g) C40H10(g) ＋ H2(g)
起始(mol) 1 0 0
转化(mol) α α α
平衡(mol) 1－α α α
则P(C40H12)＝P0 ，P(C40H10)＝P0 ，P(H2)＝P0 ，该反应的平衡常数Kp＝= P0；(5)40H19(g) C40H18(g)＋H (g)及40H11(g) C40H10(g)＋H (g)反应的lnK (K为平衡常数)随温度倒数的关系如图。图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据lnK＝－＋c (R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。
10．(2023年重庆卷节选)银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。
(2)一定条件下，银催化剂表面上存在反应：Ag2O(s) 2Ag(s)＋O2(g)，该反应平衡压强Pc与温度T的关系如下：
T/K 401 443 463
Pc/kPa 10 51 100
①463K时的平衡常数Kp＝_______(kPa)。
②起始状态Ⅰ中有Ag2O、Ag和O2，经下列过程达到各平衡状态：
已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，下列叙述正确的是_______(填字母)。
A．从Ⅰ到Ⅱ的过程△S＞0
B．Pc(Ⅱ)＞Pc(Ⅲ)
C．平衡常数：K(Ⅱ)＞K(Ⅳ)
D．若体积V(Ⅲ)＝2V(Ⅰ)，则Q(Ⅰ)＝K(Ⅲ)
E．逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ)
③某温度下，向恒容容器中加入Ag2O，分解过程中反应速率v(O2)与压强P的关系为v(O2)＝k(1－ )，k为速率常数(定温下为常数)。当固体质量减少4%时，逆反应速率最大。若转化率为14.5%，则v(O2)＝_______(用k表示)。
【答案】(2)①10 ②CDE ③
【解析】(2)①反应中只有氧气为气体，结合表格数据可知，463K时的平衡常数Kp＝P(O2)＝10(kPa)。
②结合表格数据可知，升高温度，压强变大，平衡正向移动，则反应为吸热反应；A项，从Ⅱ到Ⅲ为体积增大，反应正向移动的过程，导致固体质量减小，已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，则从Ⅰ到Ⅱ的过程为固体质量增大的过程，平衡逆向移动，为熵减过程，故从Ⅰ到Ⅱ的过程△S＜0，A错误；B项，平衡常数Kp＝只受温度的影响，则Pc(Ⅱ)＝Pc(Ⅲ)，B错误；C项，反应为吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故平衡常数：K(Ⅱ)＞K(Ⅳ)，C正确；D项，已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，则氧气的物质的量相等，若体积V(Ⅲ)＝2V(Ⅰ)，根据阿伏伽德罗定律可知，P(O2 ，Ⅰ)＝2P(O2 ，Ⅲ)，Q(Ⅰ)＝P(O2 ，Ⅰ)，K(Ⅲ)＝P(O2 ，Ⅲ)，则Q(Ⅰ)＝K(Ⅲ)，D正确；E项，结合A分析可知，逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)；固体不影响反应速率，温度越低反应速率越低，逆反应的速率：v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ)，故有逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ)，E正确；故选CDE；③某温度下，设向恒容容器中加入mgAg2O，当固体质量减少4%时，逆反应速率最大，此时达到平衡状态，减小质量为生成氧气的质量，则生成molO2，若转化率为14.5%，则此时生成×molO2，根据阿伏伽德罗定律，此时＝＝，故v(O2)＝。
11．(2022·全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝172kJ·mol－1
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51kJ·mol－1
在1.0×105pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)的平衡常数 Kp(1400℃)＝_______Pa
【答案】7.2×105
【解析】从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa。
12．(2022·全国乙卷)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。
H2S热分解反应：2H2S(g)===S2(g)＋2H2 ΔH4＝170kJ·mol－1
在1470K、100kPa反应条件下，将n(H2S)：n(Ar)＝1：4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S 与H2的分压相等，H2S 平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________kPa
【答案】50% 4.76
【解析】假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol，根据三段式可知：
平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为，所以平衡常数Kp＝＝≈4.76kPa。
13．(2022·湖南卷)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。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)，起始压强为0.2 MPa时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH1＝+131.4 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1
反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝_______(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)
【答案】0.02MPa
【解析】反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物质的量为0.1mol，则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2mol，生成0.2mol CO2时消耗了0.2mol CO，故在反应Ⅰ实际生成了0.3molCO；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5mol，CO的物质的量为0.1mol，CO2的物质的量为0.2mol，水的物质的量为0.5mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5mol+0.1mol+0.2mol+0.5mol=1.3mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压为0.2MPa1.3=0.26MPa，反应IC(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)的平衡常数Kp= 。
14．(2021·湖北卷)对于反应I，总压恒定为100kPa，在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应)，从平衡移动的角度判断，达到平衡后“通入N2”的作用是_________________________；在温度为T1时，C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图所示，计算T1时反应I的平衡常数Kp＝______kPa(保留一位小数)
【答案】减小气体浓度，使平衡右移，提高C3H8(g)的转化率 16.7
【解析】达到平衡后，通入N2，为维持恒压状态，容器体积必须增大，则平衡向气体体积增大的反应及正向移动，C3H8(g)的转化率增大。根据图a，C3H8的物质的量分数为0.4时，其平衡转化率为50%，假设混合气体为1mol，则起始时C3H8为0.4mol，N2为0.6mol，运用三行式分析法可求出平衡时C3H8为0.2mol，C3H6为0.2mol， H2为0.2mol，N2为0.6mol。进而求出C3H8、C3H6、H2的分压均为100/6kPa，，则T1时反应I的平衡常数可求得为16.7kPa。
1．(2024·浙江省浙南名校联盟高三第一次联考节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：
SO2(g)＋1/2O2(g)SO3(g)) ΔH2＝-98.9kJ·mol 1
对于气体参与的反应，可用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)来表示平衡常数Kp。设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，则上述催化氧化反应的Kp= (用含p和αe的代数式表示)。
【答案】
【解析】利用分压代替浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp===；设SO2初始量为m mol，则平衡时n(SO2)=m-m·αe=m(1-αe)，n(SO3)=m·αe，Kp==。
2．(2024·浙江省诸暨市高三适应性考试节选)工业废气硫化氢(H2S)具有高腐蚀性和毒性，需要回收处理并加以利用。
(1)已知下列反应的热化学方程式：
Ⅰ、2H2S(g))2H2(g)＋S2(g) ΔH1
Ⅱ、CH4(g)＋S2(g)CS2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝+64kJ·mol 1
Ⅲ、2H2S(g)＋CH4(g)CS2(g)＋4H2(g) ΔH3＝+234kJ·mol 1
若在1470K、100反应条件下，将的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压(即组分的物质的量分数×总压)相等，H2S平衡转化率为 ，平衡常数 。
【答案】(1) 50% 5
【解析】(1)若在1470K、100 kPa反应条件下，将的混合气进行H2S热分解反应，假设投料硫化氢、氩气分别为1mol、3.75mol，则：
平衡时混合气中H2S与H2的分压(即组分的物质的量分数×总压)相等，则1-2a=2a，a=0.25mol，H2S平衡转化率为，平衡时硫化氢、氢气、S2、氩气的物质的量分别为0.5mol、0.5mol、0.25mol、3.75mol，总的物质的量为5mol，则平衡常数。
3．研究CO2 加氢制CH4 对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2
Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g) CO2(g)＋CH4(g) ΔH3＝－247.1kJ· mol－1
在一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应，20 min时，容器内反应达到平衡，容器中CH4(g)为a mol，CO为b mol，以H2表示的0～20 min内平均反应速率v(H2)＝________ mol·L－1·min－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，此时H2O(g) 的浓度为________ mol·L－1，反应Ⅱ的平衡常数为________(列出计算式)。
【答案】
【解析】设反应Ⅰ消耗CO2x mol，反应Ⅱ消耗CO2y mol，反应Ⅲ生成CO2z mol，达到平衡时，容器中CH4(g)为a mol，CO为b mol，则有x＋z＝a①，y－2z＝b②，联立①②得：2x＋y＝2a＋b；故消耗的Δn(H2)＝(4x＋y＋2z) mol＝[(2x＋y)＋(2x＋2z)] mol＝(2a＋b＋2a) mol＝(4a＋b) mol，v(H2)＝＝ mol·L－1·min－1 ；n(H2O)＝(2x＋y) mol＝(2a＋b) mol，H2O(g) 的浓度为 mol·L－1，根据碳原子守恒可得n(CO2)＝(1－a－b) mol ；反应Ⅱ的反应物和生成物的化学计量数均为1，且反应前后气体的物质的量相等，故平衡常数K＝。
4．(2024·安徽普通高等学校招生考试适应性测试节选)(3)一定条件下，反应：
丙烷平衡转化率与平衡常数的关系可表示为：，式中为系统总压。分别为和时，丙烷平衡转化率与温度的关系如图所示，其中表示下的关系曲线是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。时，KP= MPa (保留2位有效数字)。
【答案】(3) Ⅱ 0.018
【解析】(3)由关系式可知，温度相同时，p越大，x越小，下的关系曲线是Ⅱ；时，时，丙烷平衡转化率=80%，假设丙烷起始时物质的量为amol，可得三段式：
，总物质的量为1.8a，。
5．为减少CO2对环境造成的影响，可采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将其资源化利用。恒温恒压密闭容器中，加入2molCO2和4molH2，发生下列反应：
I．CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1
II．CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2
初始压强为p0，在300℃发生反应，反应达平衡时，CO2的转化率为50%，容器体积减小20%，则达到平衡时H2的转化率为________，反应II的平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。
【答案】(4)55% 0.22
【解析】(4)由于发生反应I，容器容积减小，设参加反应I的二氧化碳的物质的量为xmol，则有关系式：，解得x=0.6mol，则参加反应I的氢气的物质的量为1.8mol，生成甲醇的物质的量为0.6mol，生成水蒸气的物质的量为0.6mol，而二氧化碳的转化率为50%，则参加反应II的二氧化碳的物质的量为，反应II消耗氢气0.4mol，生成一氧化碳0.4mol，生成水蒸气0.4mol，平衡时容器中有二氧化碳1mol，氢气1.8mol，甲醇0.6mol，水蒸气1mol，一氧化碳0.4mol，氢气转化率为，设平衡时容器体积为V，则反应II的平衡常数。
6．CO2在Cu ZnO催化下，可同时发生如下的反应I、II，其可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。
I．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－57.8 kJ·mol－1
II．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
对于气体参加的反应，表示平衡常数Kp时，用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体的平衡浓度c(B)，则反应II的Kp=___________已知：气体各组分的分压p(B)，等于总压乘以其体积分数］。
在Cu ZnO存在的条件下，保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量如下表：
CO2 H2 CH3OH(g) CO H2O(g) 总压强/kPa
起始/mol 5.0 7.0 0 0 0 p0
平衡/mol n1 n2 p
若反应I、II均达平衡时，p0＝1.2p，则表中n1＝_____；若此时n2＝3。则反应I的平衡常数Kp＝_____(无需带单位，用含总压p的式子表示)。
【答案】 1.0mol
【解析】在条件一定的情况下，气体的分压和物质的量成正比，而物质的量与浓度也成正比，因此可用压强来代替浓度，因此；若只发生反应II，反应前后气体分子数不变，压强是不变的，因此只有反应I能改变压强；根据化学计量数之比，每生成1mol甲醇，气体分子总数就要减少2mol，则，解得；此时体系中气体总物质的量为10mol，因此，，又因为体系中一共消耗了3mol ，所以平衡时剩余的的分压为，同理，代入反应I的化学平衡表达式解得。
7．(2024·辽宁省朝阳市建平区高三期末节选)(3)利用H2S的热分解反应可生产H2：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。现将0.20 mol H2S通入某恒压(压强)密闭容器中，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图所示。
已知：对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压()代替物质的量浓度()也可表示平衡常数()。(的物质的量分数，为平衡时气体总压强)。
温度升高时，混合气体的平均摩尔质量 (填“增大”“减小”或“不变”)。温度为℃时。该反应的平衡常数KP= MPa(用含a的代数式表示)。
【答案】(3) 减小
【解析】(3)由图可知，升高温度，H2S的平衡转化率增大，平衡正向移动，气体总物质的量不变，但气体总物质的量增大，混合气体的平均摩尔质量减小，根据已知条件列出“三段式”：
该反应的平衡常数=。
8．甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应：
①CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206 kJ· mol－1
②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ· mol－1
恒定压强为100 kPa时，将n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体投入反应器中，平衡时，各组分的物质的量分数与温度的关系如下图所示。
回答下列问题：
已知投料比为n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体，p＝100 kPa。600 ℃ 时，CH4的平衡转化率为____________，反应①的平衡常数的计算式为Kp＝__________(Kp 是以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
【答案】77.8%
【解析】设投料时甲烷和水蒸气的物质的量分别为a和3a，平衡时CO 和CO2 的物质的量分别为x、y，则有：
根据题图中600 ℃ 时甲烷的体积分数可得＝0.04，x＋y＝，所以甲烷的平衡转化率为×100%＝×100%≈77.8%。反应后混合气体总物质的量为，氢气的物质的量为3x＋4y＝，结合x＋y＝。解得x＝、y＝，甲烷、氢气、水蒸气、CO 的分压分别为0.04×100 kPa、0.50×100 kPa、0.32×100 kPa、0.06×100 kPa，代入数据求解。
9．二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取二甲醚的原理如下：
Ⅰ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
Ⅱ.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)
500 K时，在2 L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)＝c(CH3OCH3)，则：
(1)0～4 min，反应Ⅰ的v(H2)＝_____________________________。
(2)反应Ⅱ中CH3OH 的转化率α＝_______________，反应Ⅰ的平衡常数K＝________。
【答案】(1)0.8 mol·L－1·min－1 (2)80% 1.25
【解析】(1)设平衡时CO的物质的量为x mol，H2 的物质的量为y mol，CH3OH 的物质的量为z mol，则CH3OCH3 的物质的量为2z mol，H2O的物质的量为b mol，根据C守恒有x mol＋z mol＋2×2z mol＝4 mol，根据H守恒有2×y mol＋4×z mol＋6×2z mol＋2×b mol＝2×8 mol ，根据O 守恒有x mol＋z mol＋2z mol＋b mol＝4 mol，平衡时CO的转化率＝×100%＝80%，解得x＝0.8，y＝1.6，z＝0.64，b＝1.28，v(H2)＝＝0.8 mol·L－1·min－1。(2)反应Ⅰ中CO的转化率为80%，则生成的CH3OH的物质的量为4 mol×80%＝3.2 mol，反应Ⅱ生成的CH3OCH3的物质的量为2×0.64 mol＝1.28 mol，则反应Ⅱ中CH3OH 转化的物质的量为2×1.28 mol＝2.56 mol，故反应Ⅱ中CH3OH 的转化率α＝×100%＝80% ，根据上述分析，可得平衡时CH3OH、H2、CO 的浓度分别为0.32 mol·L－1、0.8 mol·L－1、0.4 mol·L－1，反应Ⅰ的平衡常数K＝＝1.25。
10．一定条件下，CO2与H2反应可合成CH2=CH2，2CO2(g)＋6H2(g)CH2=CH2(g)＋4H2O(g)，该反应分两步进行：
i.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH1
ii.2CO(g)＋4H2(g) CH2=CH2(g)＋2H2O(g) ΔH2
T℃，压强恒定为100kPa时，将n(CO2)：n(H2)=1：3的混合气体和催化剂投入反应器中，达平衡时，部分组分的物质的量分数如表所示
组分 H2 CO CH2=CH2
物质的量分数(%)
CO2的平衡转化率为________，反应i的平衡常数Kp=________(Kp是以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)
【答案】90% 3.4
【解析】设初始投料为1molCO2和3molH2，反应Ⅰ生成CO的物质的量为xmol，反应Ⅱ生成乙烯的物质的量为ymol，平衡时二氧化碳的物质的量为(1-x)mol，氢气的物质的量为(3-x-4y)mol，乙烯的物质的量为ymol，CO的物质的量为(x-2y)mol，水的物质的量为(x+2y)mol，气体总物质的量为(1-x)mol+(3-x-4y)mol+ymol+(x-2y)mol+(x+2y)mol=(4-3y)mol，由表格可知，乙烯的物质的量分数为，解得y=0.4，CO的物质的量分数为=，解得x=0.9，CO2的平衡转化率为×100%=90%；二氧化碳的体积分数为=，水的体积分数为=，反应i的平衡常数Kp==3.4。
11．(2024·浙江省9 +1高中联盟高三联考节选)氢能源是最具应用前景的能源之一。甲烷-水蒸气催化重整制氢(SMR)是一种制高纯氢的方法之一，其涉及的主要反应如下：
反应Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝+206.3kJ·mol 1
反应Ⅱ：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝-41.1kJ·mol 1
(2)一定温度下，向某容积为1L的恒容容器中按照水碳比[]充入和，tmin后反应达到平衡。达到平衡时，容器中CO为mmol，CO2为nmol。
反应Ⅲ的平衡常数 (用含a，m，n的代数式表示)。
【答案】(2)
【解析】(2)根据原子守恒进行计算：C原子守恒可知剩余CH4的物质的量，O原子守恒可知剩余H2O的物质的量，H原子守恒可知生成H2的物质的量，则平衡时，，，，，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，代入数值进行计算平衡常数K==。
12．(2024·浙江省三校高三联考选考模拟节选)将二氧化碳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，因此加氢制甲醇被广泛关注。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＝-49.4kJ·mol 1
Ⅱ. CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol 1
Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(2)恒温恒容条件下，原料气CO2(g)、H2(g)以物质的量浓度1：3投料时，控制合适条件(不考虑反应Ⅲ)，甲醇的选择性为。已知初始压强为2Mp，c(CO2)=1.0mol·L－1，CO2平衡转化率为，则该条件下反应ⅡKP= 。(对于气相反应，用组分B的平衡代替，记作KP。，p为平衡压强，为平衡系统中的物质的量分数。)
【答案】(2)或0.105 (3) 230℃ Cu-ZnO@ SiO2
【解析】(2)根据已知条件列出“三段式”：
甲醇的选择性为=60%，CO2平衡转化率为=50%，解得x=0.3mol，y=0.2mol，则平衡压强为，该条件下反应Ⅱ=或0.105。
13．(2024·THUSSAT中学生标准学术能力高三诊断性测试节选)在恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)+2NH3(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l)，测得CO的平衡转化率与起始投料比[η=，n分别为1：1、2：1、3：1]和温度关系如图所示((不考虑水的蒸气压)。
曲线a代表的投料比为 ；若T1℃下，从反应开始至达到M点历时5min，测得M点对应的总压强为140kPa，则0~5min内，NH3分压的平均变化率为 kPamin-1，M点对应条件下的分压平衡常数为 (kPa)-3(列出计算式即可)。
【答案】1：1 8
【解析】二氧化碳浓度不变时增大氨气的浓度，平衡正向移动二氧化碳转化率增大，则a代表投料比1：1；M点的投料比为3：1
M点二氧化碳转化率为40%且总压为140kPa，有，则P1=20kPa、P=50kPa、NH3分压的平均变化率为，M点对应条件下的分压平衡常数为；
14．(2024·山东烟台高三期中联考节选)将CO2转化为高附加值碳基燃料，可有效减少碳排放。将CO2和H2在催化剂作用下，可实现二氧化碳甲烷化。可能发生反应：
i．CO2(g)+4H2 (g)CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH1
ii．CO2(g)+H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2＝+41.2 kJ·mol－1
iii．CO(g)+3H2 (g)CH4 (g)+ H2O(g) ΔH3＝-206.1kJ·mol－1
(2)不同条件下，投料，发生上述反应，CO2的平衡转化率与温度的关系如图2.升高温度，反应i的化学平衡常数 (填“增大”或“减小”)；、、由大到小的顺序是 。压强为的条件下，温度高于600℃之后，随着温度升高转化率增大的原因是 。
(3)①在某温度下，向恒容容器中充入7 mol CO2和12 mol H2，初始压强为19kPa，反应经10min达到平衡，此时气体的总物质的量为17mol，，则 kPa/min，该温度下反应ii的化学平衡常数K= 。
②若保持温度不变压缩容器的体积，CH4的物质的量 (填“增加”“减小”或“不变”)，反应i的平衡将 (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
【答案】(2) 减小 CO2平衡转化率为反应i和反应的CO2平衡转化率之和。ⅰ为放热反应；ⅱ为吸热反应。600℃之后，CO2转化率主要取决于反应ⅱ
(3) 0.1 1 增加 正向
【解析】(1)根据图示，在一定温度和反应时间条件下，使用催化剂Pt@h-BN3甲烷的生成速率最大且CO的速率最小，所以有利于制甲烷的催化剂是Pt@h-BN3。(2)ii．CO2(g)+H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2＝+41.2 kJ·mol－1；iii．CO(g)+3H2 (g)CH4 (g)+ H2O(g) ΔH3＝-206.1kJ·mol－1；根据盖斯定律ii+ iii得 CO2(g)+4H2 (g)CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH1=，正反应放热，升高温度，反应i的化学平衡常数减小；其它条件不变，增大压强i正向移动，CO2的平衡转化率增大，所以、、由大到小的顺序是。CO2平衡转化率为反应i和反应ii的CO2平衡转化率之和。ⅰ为放热反应；ⅱ为吸热反应。600℃之后，CO2转化率主要取决于反应ⅱ，所以温度高于600℃之后，随着温度升高转化率增大；(3)①在某温度下，向恒容容器中充入7 mol CO2和12 mol H2，初始压强为19kPa，反应经10min达到平衡，此时气体的总物质的量为17mol，反应i气体物质的量减小，压强减小是因为发生反应i：
7-x+12-4x+x+2x=17，x=1，所以甲烷的 kPa/min；恒温、恒容，压强比等于物质的量比，则平衡时气体物质的量为17mol，，n(CO)=3mol，n(CH4)=1mol，1molCO2参加反应i、3molCO2参加反应ⅱ，反应i消耗氢气4mol、反应ⅱ消耗氢气3mol，平衡时容器中n(CO)=3mol、n(H2)=5mol、n(CO2)=3mol、n(H2O)=5mol，则该温度下反应ii的化学平衡常数K==1；②若保持温度不变，压缩容器的体积，反应ⅰ为正向移动，CH4的物质的量增加。
15．(2024·陕西西安长安区教学片高三理科模拟节选)乙酸是基本的有机化工原料，乙酸制氢具有重要意义，制氢过程发生如下反应：
热裂解反应Ⅰ： CH3COOH(g)2CO (g)+ 2H2(g) ΔH1
脱羧基反应Ⅱ：CH3COOH(g)CO2 (g)+CH4(g) ΔH2
(3)若利用合适的催化剂发生热裂解反应Ⅰ和脱羧基反应Ⅱ，温度为TK时达到平衡，总压强为p kPa，乙酸体积分数为20%，其中热裂解反应Ⅰ消耗的乙酸占投入量的20%，脱羧基反应Ⅱ的平衡常数Kp为 kPa (Kp为以分压表示的平衡常数)。
【答案】(3) 0.2p
【解析】(3)设起始乙酸的物质的量为1mol，反应Ⅱ生成甲烷的物质的量为amol，由题意可建立如下三段式：
由乙酸的体积分数可得：×100%=20%，解得a=0.4，则反应Ⅱ的平衡常数Kp==0.2pPa。
16．(2024·河南南阳市TOP二十名校高三仿真模拟节选) (5)一定温度下，向总压强恒定为100kPa的反应器中充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)，发生反应：
①CO2(g)+ 3H2 (g)CH3OH (g)+ H2O(g) (主反应)；
②2CO2(g)+ 6H2 (g)CH3CH2OH (g)+3H2O(g) (主反应)；
③CO2(g)+ H2 (g)CO (g)+ H2O(g) (副反应)。
达到平衡时CO2转化率为50%，甲醇选择性为，生成0.05 mol CH3CH2OH，则反应①的平衡常数Kp为 (写出数字表达式即可)[用分压计算的平衡常数为压强平衡常数Kp，分压=总压×物质的量分数；甲醇选择性：]。
【答案】(5)
【解析】(5)由题意可知，平衡时二氧化碳的转化率为50%、乙醇的物质的量为0.05mol、甲醇的选择性为，设平衡时甲醇的物质的量为amol、一氧化碳的物质的量为bm，由题意可建立如下三段式：
由二氧化碳的转化率可得：0.9—a—b=0.5，由甲醇的选择性可得：a=(0.05+a+b)×，解得a=0.3、b=0.1，则平衡时二氧化碳、氢气、甲醇、乙醇、一氧化碳、水蒸气的物质的量分别为0.5mol、1.7mol、0.3mol、0.05mol、0.1mol、0.55mol，则混合气体的总物质的量为3.2mol，反应①的平衡常数Kp=。
17．某些有机物在氧载体Fe2O3的作用下部分氧化，反应混合气可制备合成气(CO、H2)。反应体系中主要反应有：
反应ⅰ CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g) ΔH1＝－205.9 kJ·mol－1
反应ⅱ CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－164.7 kJ·mol－1
反应ⅲ CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH3＝＋247.1 kJ·mol－1
反应ⅳ CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH4
请回答：
(1)H表示25 ℃，101 kPa下的焓。则H(CO2)＋H(H2)________H(H2O)＋H(CO)(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(2)①反应ⅲ的平衡常数Kx(ⅲ)＝[x(B)表示组分B平衡时的摩尔分数]。其他条件不变，会导致反应ⅲKx减小的条件是________。
A.升温 B.降温 C.加压 D.减压 E.恒容容器中再通入一定量H2(g)
②T ℃下，测定上述所有反应达平衡时的体系中，反应ⅳ的平衡常数Kx(ⅳ)＝1.00，x(CO2)＝x(H2O)、x(H2)＝a、x(CH4)＝b，忽略其他反应。则反应ⅲ的平衡常数Kx(ⅲ)＝_______________________(用含a、b的最简式子表示)。
【答案】(1)小于 (2)BCE
【解析】(1)由盖斯定律可知，反应ⅱ－反应ⅰ可以得到CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH4＝ΔH2－ΔH1＝－164.7 kJ·mol－1＋205.9 kJ·mol－1＝＋41.2 kJ·mol－1，该反应是吸热反应，则H(CO2)＋H(H2)小于H(H2O)＋H(CO)。(2)①反应ⅲCH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH3＝＋247.1 kJ·mol－1是气体体积增大的吸热反应，平衡常数Kx(ⅲ)＝，则降低温度，加压、恒容容器中再通入一定量H2(g)都可以使平衡逆向移动，Kx(ⅲ)＝减小，故选BCE；②T ℃下，测定上述所有反应达平衡时的体系中，x(CO2)＝x(H2O)、x(H2)＝a、x(CH4)＝b，反应ⅳ的平衡常数Kx(ⅳ)＝1.00，则＝＝＝1，x(CO)＝a，x(CO2)＝x(H2O)＝＝，Kx(ⅲ)＝＝＝。
18．(2024·四川绵阳中学高三高考适应性考试节选)(2) CO2催化加氢制取甲醇，反应如下：
主反应：CO2(g)+ 3H2 (g)CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH1= -49.5 kJ·mol－1
副反应： CO2(g)+ H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2=+41 .2kJ·mol－1
在一定条件下，向某恒容密闭容器中充入1 mol CO2和a mol H2发生反应，起始总压强为。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度变化如图所示：
已知：CH3OH的选择性％。
图中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线为 (填“X”或“Y”)，温度高于280℃时，曲线Y随温度升高而升高的原因是 。240℃时，反应容器内达到平衡状态，副反应的，初始充入H2的物质的量a= mol。
【答案】(2) X 温度高于280℃时，以副反应为主，副反应为吸热反应，随温度升高平衡正向移动，二氧化碳转化率升高 1.12
【解析】(2)①主反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇的量减少；副反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，甲醇的选择性降低，结合题图可知，曲线X表示平衡时CH3OH的选择性随温度的变化，曲线Y表示二氧化碳的平衡转化率随温度的变化；温度高于280℃时，以副反应为主，副反应为吸热反应，随温度升高，平衡正向移动，二氧化碳转化率升高。③由题图可知，240℃时，二氧化碳的平衡转化率为40%，甲醇的选择性为80%，平衡时消耗，产生，可列关系式：
则平衡后CO2、CO和H2O的物质的量分别为、0.08mol、，副反应的，，故初始充入H2的物质的量。
19．H2用于工业合成氨：N2＋3H22NH3。将n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是______________________________________________
某温度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×l07Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为____________，气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝_________(分压列计算式、不化简)
【答案】温度低于T0时未达平衡，温度升高、反应速率加快，NH3的体积分数增大；高于T0时反应达平衡，由于该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，NH3的体积分数减小 20%
【解析】温度低于T0时未达平衡，温度升高、反应速率加快，NH3的体积分数增大；高于T0时反应达平衡，由于该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，NH3的体积分数减小；设初始加入的N2为1 mol、H2为3 mol ，温度、体积一定时气体物质的量之比等于压强之比，气体物质的量减少4×10 % =0.4 mol；
其中p0=2×l07Pa ；
H2的转化率为0.6/3=20%；
平衡常数。
20．(2024·广东湛江高三毕业班调研考试节选)2023年5月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活。
(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bosch反应：CO2(g)+2H2 (g)C(s)+ 2H2O(g) 代替Sabatier反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2molH2和1molCO2发生Bosch反应，测得容器内气压变化如图所示。
①试解释容器内气压先增大后减小的原因： 。
②该温度下Bosch反应的Kp= (写出计算过程，Kp为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压)。
③在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线。
【答案】(2) 该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小 0.05
【解析】(2)①该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小；②设反应转化了x mol CO2：
根据阿伏加德罗定律：解得x=0.5，；③加入催化剂只能加快反应速率，可以缩短时间，但不改变平衡转化率，所以平衡时的压强不变，其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线如。
21．“有序介孔碳”和“纳米限域催化”的研究双双获得国家自然科学奖一等奖。利用介孔限域催化温室气体CO2加氢制甲醇，再通过甲醇制备燃料和化工原料等，是解决能源问题与实现双碳目标的主要技术之一、反应如下：
i.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1
ii.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
iii.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH3＝－90.6 kJ·mol－1
(1)ΔH1＝________ kJ·mol－1。
(2)绝热条件下，将H2、CO2以体积比2∶1充入恒容密闭容器中，若只发生反应ii，下列可作为反应ii达到平衡的判据是________。
A.c(CO2)与c(CO)比值不变 B.容器内气体密度不变
C.容器内气体压强不变 D.不变
(3)将H2、CO2以体积比3∶1充入恒容密闭容器中，在某介孔限域催化剂存在下发生反应i和ii。CO2的平衡转化率及CH3OH的选择性(生成目标产物所消耗的反应物的物质的量与参与反应的反应物的物质的量之比)随温度变化曲线如图所示：
①CO2加氢制甲醇，________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡时CH3OH的产率。结合上图阐述实际选用300～320 ℃反应温度的原因：________________________。
②312 ℃时反应i的Kx＝____________________。
(Kx是以组分体积分数代替物质的量浓度表示的平衡常数，列计算式)
【答案】(1)－49.4 (2)AD
(3)①高 低 温度低，反应速率太慢，且CO2转化率低；温度太高，甲醇的选择性低 ②
【解析】(1)由盖斯定律可知反应i＝ii＋iii，则ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＝＋41.2 kJ·mol－1＋(－90.6 kJ·mol－1)＝－49.4 kJ·mol－1；(2)A.随反应进行c(CO2)减小，c(CO)增加，则反应过程中c(CO2)∶c(CO)减小，当比值不变反应达到平衡状态，故A选；B.反应前后气体总质量不变，容器体积恒定，则容器内气体密度始终保持不变，不能据此判断平衡状态，故B不选；C.反应前后气体分子数不变，则容器内气体压强不变保持恒定，不能据此判断平衡状态，故C不选；D.K与温度有关，绝热条件下，K＝不变，说明温度不变，反应达到平衡状态，故D选；(3)①CO2加氢制甲醇，升高温度反应速率加快，故高温有利于提高反应速率；反应i为放热反应，降温平衡正向移动，故低温有利于提高平衡时CH3OH的产率；实际选用300～320 ℃反应温度的原因：温度低，反应速率太慢，且CO2转化率低；温度太高，甲醇的选择性低。②由图可知312 ℃时CO2的转化率为12.5%，甲醇的选择性为80%，假设氢气为3 mol，CO2为1 mol，则反应i消耗CO2的物质的量为1 mol×12.5%×80%＝0.1 mol，则反应ii消耗CO2的物质的量为1 mol×12.5%－0.1 mol＝0.025 mol，则可列三段式
则平衡时，n(CO2)＝(1－0.125) mol＝0.875 mol，n(H2)＝(3－0.3－0.025) mol＝2.675 mol，n(CH3OH)＝0.1 mol，n(H2O)＝(0.1＋0.025) mol＝0.125 mol，n(CO)＝0.025 mol，气体总物质的量为3.8 mol，故反应i的Kx＝。
22．氢能将在实现“双碳”目标中起到重要作用，乙醇与水催化重整制氢发生以下反应。
反应Ⅰ：C2H5OH(g)＋H2O(g)2CO(g)＋4H2(g) ΔH1＝＋255.7 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C2H5OH(g)＋3H2O(g) 2CO2(g)＋6H2(g) ΔH3
回答下列问题：
(1)ΔH3＝________ kJ·mol－1。
(2)压强为100 kPa，H2的平衡产率与温度、起始时的关系如图甲所示，每条曲线表示H2相同的平衡产率。
①产率：B点________C点(填>、＝或<)。
②A、B两点H2产率相等的原因是_________________________________。
(3)压强为100 kPa下，C2H5OH(g)和H2O(g)投料比1∶3发生上述反应，平衡时CO2和CO的选择性、乙醇的转化率随温度的变化曲线如图乙所示[已知：CO的选择性＝]
①表示CO2选择性的曲线是________(填标号)。
②573 K时，生成氢气的体积分数为________(保留2位有效数字，下同)。
③573 K时，反应Ⅱ的标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强(100 kPa)，p(CO2)、p(H2)、p(CO)和p(H2O)为各组分的平衡分压，则Kθ＝________。(已知：分压＝总压×该组分物质的量分数)
(4)已知CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) ΔH＝－178.8 kJ·mol－1，向重整体系中加入适量多孔CaO，该做法的优点是___________________________________。
【答案】(1)＋173.3 (2)①> ②B点温度高于A点，升高温度，反应Ⅱ逆向移动消耗氢气的量与反应Ⅰ、Ⅲ正向移动产生H2的量相等
(3)①a ②53% ③14
(4)多孔CaO与CO2接触面积大，吸收CO2速率快，使得反应Ⅱ和Ⅲ正向进行，提高氢气的产率同时为反应提供热能
【解析】(1)根据盖斯定律，反应Ⅰ＋2×反应Ⅱ得到反应Ⅲ，ΔH3＝ΔH1＋2×ΔH2＝(＋255.7－41.2×2) kJ/mol＝＋173.3 kJ/mol。(2)①每条曲线表示氢气相同的平衡产率，则在C点曲线上取一个点与B点温度相同标为点D，D点与B点相比温度相同，但是小于B点，增大反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均正向移动，氢气的产率增大，因此产率B点>C点。②A、B两点相同，B点温度高于A点，升高温度，反应Ⅱ逆向移动消耗氢气的量与反应Ⅰ、Ⅲ正向移动产生H2的量相等，因此A、B两点氢气产率相等。(3)①反应Ⅰ、Ⅲ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，随着温度的升高，反应Ⅰ、Ⅲ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，反应Ⅱ逆向移动CO2转化为CO，故温度升高CO的选择性增大，CO2的选择性减小。表示CO2选择性的曲线为a。②a表示CO2的选择性曲线，因为CO的选择性＋CO2的选择性＝1，则b表示乙醇的转化率，c表示CO的选择性曲线，设乙醇与水的投料比分别为1 mol和3 mol，CO的选择性为15%，CO2的选择性为85%，则n(CO2)∶n(CO)＝0.85∶0.15，乙醇的转化率为0.6，n(CO2)＋n(CO)＝1×0.6×2＝1.2，解得n(CO)＝0.18 mol，n(CO2)＝1.02 mol，设反应Ⅰ转化乙醇x mol，
CO的物质的量为0.18 mol，则2x－y＝0.18，则n(H2O)＝1.38 mol，n(H2)＝3.42 mol，n(C2H5OH)＝0.4 mol，n(CO)＝0.18 mol，n(CO2)＝1.02 mol，则氢气的体积分数为×100%＝53%。③由②知n(H2O)＝1.38 mol，n(H2)＝3.42 mol，n(CO)＝0.18 mol，n(CO2)＝1.02 mol，总物质的量为6.4 mol，此时压强为160 kPa，各物质分压为p(H2O)＝34.5 kPa，p(H2)＝85.5 kPa，p(CO)＝4.5 kPa，p(CO2)＝25.5 kPa，则Kθ＝＝14。(4)已知CaO与CO2反应生成CaCO3，多孔CaO与CO2接触面积大，吸收CO2速率快，使得反应Ⅱ和Ⅲ正向进行，提高氢气的产率同时为反应提供热能。
23．丙醛是一种重要的有机原料，在许多领域都有广泛的应用。在铑催化剂作用下，乙烯羰基合成丙醛涉及的反应如下：
主反应Ⅰ.C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g)CH3CH2CHO(g) ΔH1
副反应Ⅱ.C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g) ΔH2
已知：在一定条件下一氧化碳能与铑催化剂结合生成羰基铑络合物。
回答下列问题：
(1)T ℃时，向恒压容器中充入0.2 mol C2H4(g)、0.2 mol H2(g)和0.2 mol CO(g)，若在该条件下只发生主反应Ⅰ，达平衡时，放出15.48 kJ的能量；若向相同容器中充入0.4 mol CH3CH2CHO(g)，吸收20.64 kJ的能量，则反应Ⅰ的ΔH1＝________ kJ/mol。
(2)保持温度不变，在恒容反应器中，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，发生Ⅰ、Ⅱ反应，总压为3p kPa，反应达到平衡时C2H4的转化率为80%，C2H6的选择性为25%，则H2的转化率为________%，反应Ⅰ的Kp＝________kPa－2(用含p的代数式表示)。
(3)在恒压条件下，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应Ⅰ和Ⅱ，相同时间内，测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图1曲线所示。测得v(B)________v(D)(填“>”、“＝”、“＜”)，产生这一结果的原因可能是_________________________________________。
(4)在恒压密闭容器中，通入1 mol C2H4、1 mol CO和n(H2)，在一定温度和铑催化剂作用下，发生上述反应，测得C2H4的转化率(α)和丙醛选择性[x(CH3CH2CHO)＝×100%]随变化关系如图2所示。曲线b表示________，当1.08<<1.1时，曲线a随的增大而降低的原因是______________________________________________。
【答案】(1)－129 (2)80 (3)< 反应为放热反应；温度升高，平衡向吸热方向移动，转化率下降，但D点程度高于B点
(4)C2H4的转化率(α) 氢气浓度增加，生成的C2H6增多，丙醛选择性降低
【解析】(1)向恒压容器中充入0.2 mol C2H4(g)、0.2 mol H2(g)和0.2 mol CO(g)，若在该条件下只发生主反应Ⅰ，达平衡时，放出15.48 kJ的能量；C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g) CH3CH2CHO(g)，Q正＝＝77.4 kJ/mol；若向相同容器中充入0.4 mol CH3CH2CHO(g)，吸收20.64 kJ的能量，Q逆＝＝51.6 kJ/mol，所以ΔH1＝Q正－Q逆＝－(77.4＋51.6)＝－129 kJ/mol；(2)保持温度不变，在恒容反应器中，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，发生Ⅰ、Ⅱ反应，C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g) CH3CH2CHO(g)，C2H4(g)＋H2(g) C2H6(g)；平衡时C2H4的转化率为80%，反应Ⅰ、Ⅱ中C2H4和H2均按照1∶1进行，所以H2的转化率为80%；总压为3p kPa，设n(C2H4)＝x，反应达到平衡时，C2H6的选择性为25%，所以C2H4发生反应Ⅰ的物质的量为80%×(1－25%)x＝0.6x；根据反应Ⅰ和Ⅱ的反应系数比，体系中剩余的n(C2H4)＝0.2x，n(H2)＝0.2x，n(CO)＝0.4x，n(CH3CH2CHO)＝0.6x，n(C2H6)＝0.2x；所以平衡时压强为×3pkPa＝1.6pkPa；所以反应Ⅰ的Kp＝＝＝kPa－2；(3)在恒压条件下，按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶1∶1，匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应Ⅰ和Ⅱ，相同时间内，测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图1曲线所示。由于反应为放热反应；温度升高，平衡向吸热方向移动；虽然转化率降低，但是D点温度大于B点温度，所以v(B)
(5)假设体系中只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在某温度下反应tmin达到平衡状态。此时CO2的转化率为30%，CO2对CH3OH的选择性为40%(CH3OH选择性＝)，则0～tmin内H2的反应速率为________
mol/(L·min)，反应Ⅱ的平衡常数为______(结果保留2位有效数字)。
答案：(5) 0.031
解析：(5)在某温度下反应tmin达到平衡状态。此时CO2的转化率为30%，则反应二氧化碳0.3mol；CO2对CH3OH的选择性为40%，则生成甲醇0.12mol；由三段式可知：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始(mol) 1 3 0 0
转化(mol) 0.12 0.36 0.12 0.12
平衡(mol)
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
起始(mol)
转化(mol) 0.18 0.18 0.18 0.18
平衡(mol)
则0～tmin内H2的反应速率为mol·L-1·min-1＝mol·L-1·min-1；
平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量分别为0.7mol、2.46mol、0.18mol、0.3mol，则反应Ⅱ的平衡常数为K＝≈0.031；
15. (2024届湖北高中名校联盟节选)氮氧化物是形成酸雨和光化学烟雾的主要物质之一。研究消除氮氧化物的反应机理，对建设生态文明、美丽中国具有重要意义。回答下列问题：
(1)NO2是工业合成硝酸的中间产物，也是一种主要的大气污染物，工业可采用CH4消除NO2污染，主要原理为CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋2H2O(g)＋N2(g) △H。
②在3.0L恒温密闭容器中通入1molCH4和2molNO2，进行上述反应，容器内气体总压强(p)随反应时间(t)变化的数据如表所示：
反应时间t/min 0 2 4 6 8 10
总压强p/×100kPa 4.80 5.44 5.76 5.92 6.00 6.00
则0～4min用NO2表示该反应的平均速率v(NO2)＝________mol/(L min)，该温度下的平衡常数Kp＝_________kPa。
(2)N2O曾用作麻醉剂，其分解的方程式为2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)，分别向四个密闭容器中充入如表所示相应气体，进行上述反应。容器I、II、III中N2O的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示：
①若容器IV保持370℃，则起始反应速率v正(N2O)_______2v逆(O2)(填“＞”“＜”或“=”)。
②A、B、C三点中压强最大的是_______。
③碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程如下：
第一步I2(g)2I(g)(快速平衡，平衡常数为K)
第二步I(g)+N2O(g)N2(g)＋IO(g)(慢反应)
第三步2IO(g)+2N2O(g)2N2(g)+2O2(g)+I2(g)(快反应)
则第二步的活化能________(填“＞”“＜”或“＝”)第三步的活化能。
实验表明，碘蒸气存在时N2O分解速率方程v＝k c(N2O) c0.5(I2)(k为速率常数)，已知第二步反应不影响第一步的平衡，其反应速率方程v＝k1 c(N2O) c(I)(k1为速率常数)。则第一步反应的平衡常数K＝_____(用k和k1表示)。
答案：(1)② 0.1 3240 (2)①＜ ②C ③＞
解析：(1)②0~4min内，n(混)＝×3mol＝3.6mol，利用差量法，可求出参加反应NO2的物质的量为(3.6mol－3mol)×2＝1.2mol，用NO2表示该反应的平均速率v(NO2)＝＝0.1mol/(L min)。平衡时，n(混)＝×3mol=3.75mol，利用差量法，可求出参加反应CH4的物质的量为(3.75mol－3mol)×1＝0.75mol，则平衡时，CH4、NO2、CO2、H2O(g)、N2的物质的量分别为0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol、0.75mol，该温度下的平衡常数Kp＝＝3240kPa。
(2)①对于反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)，370℃时，在容器Ⅰ中，N2O的起始物质的量为0.1mol，变化量为0.1mol×40%＝0.04mol，则平衡时，N2O、N2、O2的物质的量分别为0.06mol、0.04mol、0.02mol，则平衡常数K＝≈0.0089。若容器IV保持370℃，则浓度商Qc＝＞K，所以平衡逆向移动，起始反应速率v正(N2O)＜2v逆(O2)。
②370℃时，增大压强，平衡逆向移动，N2O的转化率减小，则I、II、III中容器内的压强依次增大，从曲线变化可以看出，升高温度，平衡正向移动，则压强增大，所以A、B、C三点中压强最大的是C。
③慢反应的活化能大，第二步反应为慢反应，第三步反应为快反应，则第二步的活化能＞第三步的活化能。
实验表明，碘蒸气存在时N2O分解速率方程v＝k c(N2O) c0.5(I2)(k为速率常数)，已知第二步反应不影响第一步的平衡，其反应速率方程v＝k1 c(N2O) c(I)(k1为速率常数)。则平衡时，k c(N2O) c0.5(I2)＝k1 c(N2O) c(I)，第一步反应的平衡常数K＝＝。
16. (2024届杭州高级中学节选)用CO2、CO和H2在催化剂作用下制取甲烷、甲醇、乙烯等有重要的意义。
(3)以CO2为原料催化加氢合成C2H4的反应方程式：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)△H。常压下，FeCoMnK/BeO作催化剂，按n(CO2)∶n(H2)＝l∶3(总物质的量为4amol)的投料比充入密闭容器中发生反应，测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率影响情况如图1所示。
①250℃下，上述反应达到平衡时容器体积为VL，则此温度下该反应的平衡常数为_____(用含a、V的代数式表示)。
答案：(3)①
解析：(3)①根据题意，投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，且n(H2)＋n(CO2)＝4amol，则n(CO2)＝amol， n(H2)＝3amol，由图可知，250℃下，CO2转化率为50％，则其变化量：0.5amol，列三段式：
2CO2(g) ＋ 6H2(g) C2H4(g) ＋ 4H2O(g)
起始(mol) a 3a 0 0
转化(mol) 0.5a 1.5a 0.25a a
平衡(mol) 0.5a 1.5a 0.25a a
平衡时容器体积为V，平衡常数：K＝＝；
18.甲醇是重要的化工原料，研究甲醇的制备及用途在工业上有重要的意义。
(2)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，v正＝k正p(CO2)p3(H2)，v逆＝k逆p(CH3OH)p(H2O)。其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。
在540K下，按初始投料比n(CO2)∶n(H2)＝3∶1、n(CO2)∶n(H2)=1∶1、n(CO2)∶n(H2)=1∶3，得到不同压强条件下H2的平衡转化率关系图：
①比较a、b、c各曲线所表示的投料比大小顺序为 (用字母表示)。
②点N在线b上，计算540K的压强平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
③540K条件下，某容器测得某时刻p(CO2)=0.2MPa，p(CH3OH)=p(H2O)=0.1MPa，p(H2)=0.4MPa，此时v正∶v逆= 。
答案：(2)a>b>c 0.5(MPa)-2 0.64
解析：(2)①投料比越大，氢气的平衡转化率越高，因此a代表n(CO2)：n(H2)=3：1，b代表n(CO2)：n(H2)=1：1，c代表n(CO2)：n(H2)=1：3，a、b、c各曲线所表示的投料比大小顺序为a>b>c。
②N点为投料比n(CO2)：n(H2)=1：1，氢气平衡转化率为60%，设初始二氧化碳和氢气的物质的量都为1mol，列三段式： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
初始时物质的量/mol 1 1 0 0
转化的物质的量/mol 0.2 0.6 0.2 0.2
平衡时物质的量/mol 0.8 0.4 0.2 0.2
平衡时二氧化碳分压为：，同样的方法，平衡时氢气分压：0.5MPa，甲醇分压0.25MPa，水蒸气分压0.25MPa，则压强平衡常数。
③v正＝k正p(CO2)p3(H2)，v逆＝k逆p(CH3OH)p(H2O)，v正/v逆＝k正p(CO2)p3(H2)/k逆p(CH3OH)p(H2O)＝。
3．N2O5在一定条件下可发生分解：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) △H>0。向恒容密闭容器加入N2O5。某温度下测得恒容密闭容器中N2O5浓度随时间的变化如下表：
t/min 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00
c(N2O5)/(mo·L-1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.35 0.35
反应开始时体系压强为P0，第3.00min时体系压强为p1，则p1：p0=________。该温度下反应的平衡常数Kp=____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量的分数，请列出用P0表示平衡常数表达式，不用计算)。
【答案】1.975
【解析】压强之比等于物质的量之比，第3.00min时，c(N2O5)=0.35mo·L-1，c(NO2)=1.3mo·L-1，c(O2)=0.325mo·L-1，设容器的体积为VL，；根据表中数据可知3min时达到平衡状态，且上一步计算得到平衡时总压为1.975P0；
该温度下平衡常数
变式题1 F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)的分解反应：
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞
p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1
已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
2NO2(g)N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp= kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
答案：13.4
解析：在恒温恒容的容器里，气体的物质的量之比等于它们的分压之比。t=0时，p(N2O5)=35.8 kPa，t=∞时，N2O5(g)完全分解，这时p(O2)=35.8 kPa×0.5=17.9 kPa，假设N2O5完全分解为N2O4和O2，则p初(N2O4)=35.8 kPa。利用三段式计算，设25 ℃达到化学平衡时N2O4转化了x，
N2O4(g) 2NO2(g)
起始 35.8 kPa 0
转化 x 2x
平衡 35.8 kPa-x 2x
由题意可知35.8 kPa-x+2x+17.9 kPa=63.1 kPa， 解得x=9.4 kPa，p平(N2O4)=26.4 kPa，p平(NO2)=18.8 kPa，代入平衡常数表达式即可求出Kp≈13.4 kPa。
变式题2 一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：
氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8 ℃时平衡常数K'p=1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则p(ICl)= kPa，反应2ICl(g)=Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K= (列出计算式即可)。
答案：24.8
[解析] 根据氯铂酸钡固体加热分解的方程式，376.8 ℃时该反应的平衡常数为K'p=p2(Cl2)=1×104 Pa2，故平衡时p(Cl2)=0.1 kPa，在一硬质玻璃烧瓶中加入过量氯铂酸钡固体，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气，起始压强为20.0 kPa，376.8 ℃平衡时压强为32.5 kPa，根据ICl分解反应前后压强不变，故压强的增大是氯铂酸钡固体分解产生Cl2所致，则分解产生氯气的压强为12.5 kPa，达到平衡时氯气的压强为0.1 kPa，所以有压强为12.4 kPa的氯气反应消耗掉了，平衡时p(ICl)=24.8 kPa；则ICl分解反应的平衡常数为K==。
当1 mol H2S与19 mol Ar混合，在101 kPa及不同温度下反应达平衡时H2、H2S及S2(g)的体积分数如图S5-4所示。图中b表示的物质是 S2 ，M点时，反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的平衡常数Kp= 1.25 kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，保留两位小数)。
图S5-4
答案：S2 1.25
[解析] 当1 mol H2S与19 mol Ar混合，发生反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)，生成n(H2)∶n(S2)=2∶1，图中b表示的物质是S2；M点时，n(H2S)=n(H2)，则消耗0.5 mol H2S，生成0.5 mol H2和0.25 mol S2，n总=0.5 mol×2+0.25 mol+19 mol=20.25 mol，反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的平衡常数Kp=≈1.25 kPa。
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