2025高考化學二輪復習

綜合通關化學反應原理綜合題

核心精講

題型概述

典型例題

乙烯是一種用途廣泛的有機化工原料，由乙烷制乙烯的研究備受關注?；卮鹣铝袉栴}：

【乙烷制乙烯】

（1）C2H6氧化脫氫反應：

2c2H6（g）+O2（g）=2c2H4（g）+2H20（g）△%=-209.8kJ-mol

C2H6（g）+CO2（g）=C2H4（g）+H2O（g）+CO（g）AH2=+178.1kJ-moL

1

計算：2C0（g）+02（g）2CO2（g）AH3=kJ-moro

（2）C2H6直接脫氫反應為C2H6（g）C2H4（g）+H2（g）AH4OC2H6的平衡轉化率與溫度和壓強的關

系如下圖所示，則A44=（填“>”或“="）Oo結合下圖，下列條件中，達到平衡時轉化率最

接近40%的是（填標號）。

a.600℃,0.6MPab.700℃,0.7MPac.800℃,0.8MPa

（3）一定溫度和壓強下

反應團c2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）KX1

反應團C2H6（g）+H2（g）02cH4（g）（2（KX2遠大于&1）

（勺是以平衡物質的量分數代替平衡濃度計算的平衡常數）

①僅發(fā)生反應i時,C2H6的平衡轉化率為25.0%,計算K?=0

②同時發(fā)生反應i和ii時，與僅發(fā)生反應i相比，C2H4的平衡產率(填“增大”“減小”或“不變”)。

【乙烷和乙烯混合氣的分離】

(4)通過Cu+修飾的Y分子篩的吸附脫附,可實現(xiàn)C2H4和C2H6混合氣的分離。Cu+的與

C2H4分子的TT鍵電子形成配位鍵，這種配位鍵強弱介于范德華力和共價鍵之間。用該分子篩分離C2H4和

C2H6的優(yōu)點是

(5)常溫常壓下，將C2H4和C2H6等體積混合，以一定流速通過某吸附劑，測得兩種氣體出口濃度(c)與

進口濃度(7)之比隨時間變化關系如下圖所示。下列推斷合理的是(填字母)。

A.前30min,兩種氣體均未被吸附

B.p點對應的時刻，出口氣體的主要成分是C2H6

C.a?b對應的時間段內，吸附的C2H6逐漸被C2H4替代

命題立意

以“乙烷制乙烯”為情境，考查化學原理綜合運用，涉及反應熱的計算與判斷、平衡轉化率與溫度和壓強

的關系圖像分析、物質的量分數平衡常數的計算、化學平衡移動及平衡產率的判斷、配位鍵的形成與分

離物質的優(yōu)點、吸附圖像變化的理解等。多角度、多層次、多維度地考查化學反應原理的知識，在分析

和解決化學問題中考查學科關鍵能力，引導學生培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

關鍵能力

本題以“乙烯的制備、分離”為載體,在化學反應原理的相關問題情境下，主要考查了學生信息獲取與加

工能力、邏輯推理與論證能力以及批判性思維能力。

(1)信息獲取與加工能力

①由題給已知熱化學方程式信息推斷未知熱化學方程式

蓋斯定律

已知熱化學方程式—~~>未知熱化學方程式

②由題給平衡轉化率與溫度和壓強的關系圖信息判斷反應熱的正負

同壓下「溫度T---??平衡轉化率'>?正反應吸熱

溫度與平衡轉化率關系圖

L溫度T---??平衡轉化率;??正反應放熱>AH<0

③由題給平衡轉化率與溫度和壓強的關系圖信息判斷平衡轉化率

溫度與平衡轉化率關系圖一定溫度、壓強—識圖確定轉化率

④由題給平衡轉化率信息計算物質的量分數平衡常數

平衡轉化率T化學平衡三段式T平衡時物質的量分數一/

⑤由題給競爭反應信息判斷某物質的產率

競爭反應一化學反應三段式—濃度商Q-Q與K的關系―產率的變化

(2)邏輯推理與論證能力

①基于題給信息計算反應的焰變

反應團-反應13x2

將題給反應編號為反應I、II------------

>2C0(g)+02(g)=2CO2(g)t-

-1-1-1

2AH2tAH3=(-209.8kJ-mol)-(+178.1kJ-mol)x2=-566kJ-mol

②基于題給平衡轉化率與溫度和壓強的關系圖信息判斷反應熱的正負和平衡轉化率

③基于題給平衡轉化率信息計算勺并判斷C2H4產率的變化

(600T：,0.6MPa)―?號6的平楚芳絲率,0%

(700T：,0.7MPa)

0.9

C2H6的平衡轉C2H6平衡轉化率

0.7逐率更接近40%.........20%

^800T,0.8MPa)-------50%

?0.5.........80%

心乩的平衡轉化

0.37

/率更接近80%

0.1

020。/400/6001yoo]000771

|600七，20%]|700cC,50%I800t,8網

同一壓強下，溫度升高，C2H6平衡轉化率增大，平衡

向正反應方向移動，正反應為吸熱反應，A兒>0

I.七1的計算[設起始時n(C2H6)=1mol]

(%的物質的量分數=普|

C2H6(g)^C2H4(g)+H2(g)

起始景/mol0.250.25

C2IL的平衡轉00「T25-L25"1

―轉化盤/m"0.25勤乩的物質的量分數=嚼K=

化率為25.0%().250.25-f---------l5

平衡量/mol0.750.250.25

1.25

.C211fl的物質的hi分數=，錄,

II.C2H4的平衡產率的變化[設起始時n(C2H6)=1mol]

勒乩值)0(:汨4值)+%(0

起始量/mol10()

轉化量/mcl0.250.250.25反應ii氣體體積不變，

平衡量/mol0.750.250.25

兩反應設生成CH,的總物質的量仍為1.25m"

同時進行物質的量為

2xC2Ho(g)+H2(g)02CH4(g)

起始量/mol0.750.250

轉化量/molxx2x

一段時間___

后量/m40?75-*0.25-x2x

0.25、，0.25-4

八

1.251.25_0,2x(0.75*0.5)050.5、1〃八,.

“L0.75-x0.75-xYL.JXU075_J、U.”I0.75尸15外

1.25

一反應i平衡正向移動一C,%的平衡產率增大

④基于題給信息確定配位鍵的形成和分離的優(yōu)點

基態(tài)Cu+的價層電子排布：

3dlu4s°—?基態(tài)Cu提供4s空軌道］

—?配位鍵一?QH,吸附在Cu+分子

C2H,分子的穴車建提供電子

優(yōu)占

篩上一＞CH,CH分離一二識別度高

2426分離出的產物中雜質少，純度較高

⑤基于題給C/Co圖分析氣體的吸附和釋放

一

一

制

刃

闡

坦

金

余

晶

埼

—1

一-

3彘ISMI

翻

超

東

東

熊

境

—1

貸H.

1Io

0.

.0.

一.

一

卜

qq卜

w前30min,c/q）等于0,出口濃度c為。,w

說明兩種氣體均被吸附

A：前30min,c/c0=0-出口濃度c=0-?兩種氣體均被吸附-A錯誤

P點CH6的c/c。比1.75一出口處C,H6濃度較大］

一出口處氣體的主要成分為。乩一B正確

GH,的c/c0較小一出口處CM濃度較小

a?b對應的時間段內一已吸附的C,H.釋放一b點C,H?全部釋放一

一b點C’H,全部替代CzH“

C：I）點對應時刻C?H1開始吸附一"）點、（'全部吸附」被吸附一正確

（3）批判性思維能力

①陌生復雜圖像問題的識別：解答時要求首先弄清楚自變量和因變量各代表什么樣的化學量，然后根據

化學知識分析概念、圖像、數量三者之間的關系，具體步驟可以概括為“一明標、二析點、三識線”。其

次當有兩個條件因素對一個事件的影響相反時，事件的最終發(fā)展方向由影響大的因素決定，但兩個條件的

影響程度可能會發(fā)生轉變,此時事件的發(fā)展方向會發(fā)生轉折?；陬}給C/C。圖分析氣體的吸附和釋放，關

鍵是從中選出最優(yōu)或最適合自己的解題方法。

②化學與數學有機融合陌生問題的識別：數學與化學之間有著密切的關系，二者是相輔相成、相得益彰

的，數學的很多思想方法及語言都能有效地應用到化學的研究中，因而在平時學習中要加強對數學與化

學之間關系的相關研究，如弄清物質的量分數與平衡三段式及化學平衡常數之間的數學關系。

反思歸納

（1）化學反應圖像首先要弄清橫坐標和縱坐標的數學意義和化學意義，弄清公式中每個符號的意義，

提高識別圖像的能力；其次要看曲線的起點、看曲線的變化趨勢、看曲線的轉折點、看曲線的終點。

(2)化學反應原理中的有關計算要弄清分數平衡常數、濃度平衡常數、壓強平衡常數、濃度商等概念

與平衡三段式的關系并進行相關計算。

【答案】-566；＞；b；2；增大；4s空軌道；識別度高，能有效將C2H4和C2H6分離，分離出的

產物中雜質少，純度較高；BC

練透題型

1.[2024?晉城一模]氨是一種重要的化工產品?；卮鹣铝袉栴}：

(1)已知：(DN2(g)+3H2(g)O2NH3(g)AH=-92.0kJ-molT

②H2(g)+|o2(g)OH2O(g)AH=-240.0kJ-moL

-1

③2Fe(s)+102(g)=Fe2O3(s)AH=-1644.0kJ-mol

-1

則反應2NH3(g)+Fe2O3(s)ON2(g)+3H2O(g)+2Fe(s)=kJ-mol,該反應在

—(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)下能自發(fā)進行。

(2)下列關于合成氨工藝的理解中，正確的是—(填字母)。

A.控制溫度遠高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉化率和較大的反應速率

B.合成氨反應在不同溫度下的△”和AS都小于零

C.N%易液化，不斷將液氨移去，有利于反應正向進行

D.原料氣中電由分離空氣得到，出由天然氣與水蒸氣反應生成，原料氣需要經過凈化處理，以防催化

劑中毒和安全事故發(fā)生

(3)溫度為T℃,壓強恒定為pMPa,用Fe2()3處理NH3和HCN(起始時NH3的體積分數為58%)的混

合氣體，部分氣體的體積分數隨時間的變化如下圖所示，反應經30min達到平衡。

58—NH3-H2O

45--HCN-N2

42

25

O.

30時間/min

①0?30min內用N上的壓強變化表示的反應速率"(NH3)=MPa-min-1o

②反應2NH3(g)+Fe2O3(s)UN2(g)+3H2O(g)+2Fe(s)的平衡常數

/=MPa2(列出計算式即可)；若升高溫度，則該反應

的平衡常數將—(填“增大”“減小”或“不變”)。

(4)在催化劑作用下，可用NH3去除NO,反應原理為4NH3+6NOU5N2+6H2O。不同溫度條件下,

Ti(NH3)：n(N0)分別為4:1、3:1、1:3時，得到的NO脫除率曲線如下圖所示：

8O

7OB(900,0.75)

6O

?5O-A(800,0.55)

線

S4O

O3O

N

2O

1O

80010001?00T/X

①曲線a中，在溫度超過900°C時，NO脫除率驟然下降的原因可能是

②曲線b對應的NH3與NO的物質的量之比是0

【答案】(1)+1016.0；高溫

(2)BCD

(3)①0.019p

所(0.45p)3x0.25p士的大

―一(O.Olp)2-；白入

(4)①催化劑失去活性

②3:1

【解析】

根據蓋斯定律，由反應②-反應①反應③得到反應

(1)X32NH3(g)+Fe2O3(s)ON2(g)+3H2O(g)+

2Fe(s),AH=(-240.0kJ-mol-1)x3-(-92.0kJ-mol-1)-(-1644.0kJ-mol_1)=+1016.0kJ-

moP1,該反應為嫡增的吸熱反應，高溫條件下該反應的AH—TAS<0,能自發(fā)進行。

(2)合成氨反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，氨的平衡轉化率減小，控制溫度遠

高于室溫，是為了保證催化劑的活性最大，反應速率較大，故A錯誤；合成氨反應是靖減的放熱反應，

反應的△”、AS均小于0,故B正確；不斷將液氨移去，生成物的濃度減小，平衡向正反應方向移動，

有利于反應正向進行，故C正確；合成氨反應所需原料氣中的氮氣由分離空氣得到，氫氣由天然氣與水

蒸氣反應生成，原料氣中的雜質會使催化劑中毒，易燃易爆的氫氣與氧氣反應可能發(fā)生安全事故，所以

原料氣需要經過凈化處理，以防催化劑中毒和安全事故發(fā)生，故D正確。

(3)①由題圖可知，起始時氨的體積分數為58%,分壓為58%xpMPa=0.58pMPa,30min反應

達到平衡時氨的體積分數為1%,分壓為l%xpMPa=O.OlpMPa,0-30min內用氨的壓強變化表示

的反應速率為MPa=0019PMPa-min-1。

30min/

②由題圖可知，30min反應達到平衡時氨、氮氣、水蒸氣的體積分數分別為1%、25%、45%,該反應

的平衡常數該反應是吸熱反應，升高溫度，平衡

Kp=MPa)3x(25%xpMPa)=(0.45p)3x0225PMpa2.

Y(l%xpMPa)2(O.Olp)2

向正反應方向移動，平衡常數增大。

(4)①催化劑在一定溫度下具有較強的催化活性，當溫度較高時，催化劑會失去活性導致反應速率

減小，故曲線a中，在溫度超過900°C時，一氧化氮脫除率驟然下降的原因可能是溫度過高，催化劑失

去活性。

②氨和一氧化氮的物質的量的比值增大，相當于增大氨的濃度，平衡向正反應方向移動，一氧化氮的

脫除率增大，結合題圖可知，曲線b對應的氨和一氧化氮的物質的量之比是3:1。

HS

2.[2024?黃岡三模]某研究小組探究1,6-己二硫醇(，用HDT表示)與銅的反應歷

SH

程。

已知下列反應:

1:SH(g)+Cu(s)CuS(s)+Wv-SH(g)A//,

n：^^^^/SH(g)+Cu(s)=：=^CuS(s)+A“2

田：H義?^/^sH(g)+2Cu(s)一2。向9+%(?+[^值)AH,

IV(g)+H2(g)A4

(1)一些化學鍵的鍵能數據見下表，反應IV的燧變△%=。僅考慮反應IV，

寫出兩種提高己烷平衡轉化率的措施：O

化學鍵C—HC—CH—H

鍵能/(kJ-mol-1)413347436

(2)溫度一定時，在隔絕空氣的條件下使HDT(g)以恒定的流速通過如圖甲所示的反應器，僅發(fā)生反應

I、II、HL在反應器出口處實時檢測各物質的相對含量，如圖乙所示。

1.00

,0.75

恒溫銅網J0-50

毋實時受°,25

引檢測儀]0

1002003004005006()0

時間友

圖甲圖乙

①400-500s內反應I、II、HI的速率均(填“增大”“減小”或“不變”)。

②推測CH3cH2sH在該實驗條件下與Cu反應生成煌類產物的名稱為(寫兩種)。

(3)向恒溫剛性容器M中充入己烷(g)和HDT(g),初始總壓為2.5Pa,己烷的體積分數為80%。容器M

中只發(fā)生反應IV,達到平衡時，若己烷的轉化率為50%,則反應IV的/=Pa。使容器M中的混合

氣通過圖甲所示的反應器，該反應器中僅發(fā)生反應I、II和HI。將反應后的混合氣全部充入容器M內，

反應IV重新達到平衡時，p(己烷)/p(環(huán)己烷)=1.1,則HDT的完全脫硫率為0(HDT的完

小牝廬安HDT與Cu反應后生成的己烷和環(huán)己烷的總物質的量iccn/、

全脫硫率二-------反應前HDT的總物質的量------------*100%)

【答案】(1)+43kJ-mor1；減小壓強、升高溫度

⑵①減小

②乙烷、正丁烷

(3)1；62%

【解析】

(1)△”=反應物總鍵能生成物總鍵能，反應IV的始變△&=[5x347+14X413-(6x347+12x

413+436)]kJ-mol-1=+43kJ-mol-1o反應IV是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，正反應是氣體

分子數增大的反應，減小壓強也能使平衡正向移動，故提高己烷平衡轉化率的措施有減小壓強、升高溫

度。

（2）①由題圖乙可知，400—500s內生成物己烷、環(huán)己烷、CH3cH2cH2cH2cH2cH2—SH的相對含量

減小，說明濃度減小，故反應I、II、HI的速率均減小。

②由CH3cH2cH2cH2cH2cH2—SH與Cu反應生成CH3cH2cH2cH2cH2cH3,碳原子數目不變，推測

CH3cH2sH在該實驗條件下與Cu反應生成CH3cH3即乙烷；根據CH3cH2cH2cH2cH2cHSH還能生成環(huán)

己烷，說明烷燒還能首尾相連，推測CH3cH2sH與Cu反應還能生成CH3cH2cH2cH3，即正丁烷。

（3）恒溫恒容下，氣體的壓強與物質的量成正比，初始總壓為2.5Pa,己烷的體積分數即物質的量分

數為80%,己烷的分壓為2.5Pax80%=2Pa,只發(fā)生反應IV,達到平衡時，若己烷的轉化率為50%,

則壓強減小了2Pax50%=1Pa,列壓強“三段式”：

己烷（g）U環(huán)己烷（g）+H2(g)

起始壓強/Pa20°后后TV63K—1PaxlPa_ip后后仔THDT6々芬原

z5CXV.1V日J八n——J-rHoz5Cziz-n'J11U1日J刀z-*^-

轉化壓強/Pa11]p1Pa

平衡壓強/Pa111

為2.5Pax（1—80%）=0.5Pa,溫度不變，反應IV的Kp=1Pa不變，反應IV重新達到平衡時，p（己

烷）/p（環(huán)己烷）=1.1,K-'p（H）=—?p（H）=1Pa,p（H）=1.1Pa,反應HI和反應IV

py。P絲（己烷）2l.i22

生成的Hz、環(huán)己烷的分壓均為1.1Pa,平衡時p（己烷）=1.1x1.1Pa=1.21Pa,起始時容器M中的

混合氣p（己烷）=p（環(huán)己烷）=1Pa,故HDT與Cu反應生成的己烷的分壓為（1.21—1）Pa=0.21Pa,

由HDT與Cu反應生成的環(huán)己烷的分壓為（1.1—1）Pa=0.1Pa,HDT的完全脫硫率為肥詈x100%=

62%o

3.[2024?馬鞍山三模]1,3-丁二烯（?）及其氫化產物主要用于合成橡膠和各類樹脂的生產，在

精細化工產品生產中有著重要用途。1,3-丁二烯為平面結構。

（1）已知：反應①?。?凡=—112kJ-moL

反應②八，⑷+凡一=-113kJ-mor1

（S）（g）-1

反應③'AH3=—2.0kJ-mol

反應④?（g）+2Hz（g）8）△/=_236kJ.moP1

1

則?~（g）+H?（g）=kJ-mol-o反應①的正反應活化能—（填“大

于”“小于”或“等于”）逆反應活化能。

（2）下列不能說明反應②達到平衡狀態(tài)的是（填字母）。

a.77f鍵的形成速率和斷裂速率相等

b.sp3雜化的原子數目不變

C.碳碳（T鍵的物質的量不變

d.混合氣體的平均相對分子質量不變

(3)1MPa時，將n(~):n(H2)的混合氣體進行氫化反應，某條件下只發(fā)生反應④，平衡時

混合氣體中~和~的物質的量及H2的物質的量分數隨溫度變化如下圖所示。

~的物質的量變化曲線為(填“a”“b”或"c"),m=—o溫度為350K時反應④的

眸=MPa-2(保留一位小數)。

(4)在恒溫剛性密閉容器中通入分壓比為p(~):p(H2)=4:7的混合氣體，在某條件下只發(fā)生反

應②③，一段時間平衡后，容器中和?的體積分數均為5%,則~的平衡轉化率為.

【答案】(1)+121；小于

(2)c

(3)c；0.4；2.8

(4)25%

【解析】

(1)根據蓋斯定律可知，反應②+反應③反應④得到~~8)+凡8)=(-113-

2.0+236)kJ-mor1=+121kJ-mor1；反應①是放熱反應，＜0,根據反應熱=正反應的活化能逆

反應的活化能可知，反應①的正反應活化能小于逆反應活化能。

(2)a項，772鍵的形成速率和斷裂速率相等，說明正、逆反應速率相等，可以說明反應②達到平衡狀

態(tài)；b項，sp3雜化的原子數目不變，說明」的物質的量不再改變，可以說明反應②達到平衡狀態(tài)；c項，

反應前后碳碳c鍵的物質的量始終不變，不可以說明反應②達到平衡狀態(tài)；d項，反應前后氣體質量不

變，氣體的物質的量在減小，混合氣體的平均相對分子質量為變量，不變時，可以說明反應②達到平衡

狀態(tài)。

(3)反應④為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，?和H2的物質的量增大，~的物質的量減

小，由方程式可知~和~的變化量相同，則變化曲線對稱，所以~的物質的量變化曲線為c；在

350K時，平衡體系中~與~的物質的量相等，出的物質的量分數為60%,假設通入的H2的物質

的量為1mol,轉化的C4H6的物質的量為％mol,列''三段

C4H6(g)+2H2(g)UC4H10(g)

起始量/molm10—久?

式”?m—x—x,m—2x,---------------—60%,解

?轉化量/molx2xX2%—x+l—2%+x

平衡量/molm—x1—2%x

得K=0.2,m=0.4,貝i|p(C4H6)=0.2MPa,p(H2)=0.6MPa,p(C4H10)=0.2MPa,Kp=

0.2MPa

、2.8MPa-2

0.2MPax(0.6MPa)2o

(4)在恒溫剛性密閉容器中通入分壓比為p(?)：p(H2)=4:7的混合氣體，在某條件下只發(fā)生反應

②③，一段時間平衡后，容器中一和~的體積分數均為5%,假設通入的~的物質的量為4mol,

出的物質的量為7mol,反應②中轉化的的物質的量為汽mol,轉化的H2的物質的量為％mol,生

成的、一^的物質的量為％mol,反應③轉化的一的物質的量為ymol,生成的的物質的量為ymol,

平衡時QxZ的物質的量為(4—%)mol,出的物質的量為(7—%)mobx一的物質的量為(久一y)mob

八3的物質的量為ymol,根據題目信息可知，x—y=y,-----------------=0.05,解得％=1,y=0.5,

4-x+7-x+x-y+y

故~的平衡轉化率為工x100%=25%o

4

4.[2024?武漢調研]正丁烷催化裂解為化工行業(yè)提供了豐富的原料，相關反應如下：

反應ICH3cH2cH2cH3(g)=CH4(g)+C3H6(g)>0

反應nCH3cH2cH2cH3(g)UC2H6(g)+C2H4(g)AH2

回答下列問題：

(1)已知AG=A”-TAS,AG隨著溫度變化的三種趨勢如圖1中曲線所示。能用來表示反應H的曲線

是(填“x”“y”或"z”)o

(2)某溫度下，向5L剛性密閉容器中通入10molCH3cH2cH2cH3(g)發(fā)生反應I、反應H,保持溫

度不變，正丁烷、丙烯的濃度隨時間的變化關系如圖2所示。

-

二

S。

P

-1-1

①0~12rninHV(CH4)=mol-L?mino

②反應達到平衡后的壓強是反應前的倍。

③反應II的平衡常數K=。

④14min時，降低溫度，丙烯的濃度隨時間的變化對應圖2中的曲線(填標號)。

(3)采用選擇性膜技術(可選擇性地讓某氣體通過而脫離體系)可提高C3H6的選擇性，原因是

(4)工業(yè)生產時向正丁烷中混入一定量的水蒸氣以減少積碳對催化劑活性的影響，結合化學方程式說

明這樣操作的原因：

【答案】(1)z

(2)①0.05

②1.7

③於

④d

(3)C3H6可通過選擇性膜而脫離體系，使反應I的平衡正向移動，反應n的平衡逆向移動

(4)水蒸氣能與積碳發(fā)生反應C+&0里CO+H2,可消除催化劑表面的積碳，使催化劑與反應物

充分接觸，提高催化劑的催化效率

【解析】

(1)反應n是反應前后氣體分子數增大的反應，即靖增反應，對比反應I可知反應n為吸熱反應，結

合AG=△”一TAS可知，溫度升高，AG減小，因此能用來表示反應n的AG變化趨勢的曲線為z。

(2)由題圖2可知，平衡時，c(C4HI。)=c(C3H6)=0.6mol」T,由題中信息可知反應體系的體積

恒定為5L,故平衡時，n(C4Hl0)="C3H6)=3mol,由題列式可得：反應I：

CH3cH2cH2cH3(g)OCH(g)+

4;可知反應n中轉化的正丁烷的物質的量

變化量/mol33

n(C4H10)=10mol—3mol—3mol=4mol,有:

CH3cH2cH2cH3(g)OC2H6(g)+C2H4(g)

則平衡時n(C4Hl0)=n(C3H6)=3mol,

變化量/mol444

n(CH4)=3mol,n(C2H6)=4mobn(C2H4)=4mol,氣體的總物質的量為17moL

3mol

(2)①0?12min內D(CH4)=—=0.05mol-L-1-min-1；

'12min

②反應前氣體的總物質的量為10mol,故在恒溫恒容條件下，反應達到平衡后的壓強是反應前的1.7

倍；

44

C(CH)-C(CH)5X516

③反應n的平衡常數K--------2----6---------2----4----=-o-=-----

c(CH3cH2cH2cH3)I15

④反應I的正反應為吸熱反應，降低溫度，平衡逆向移動，丙烯的濃度減小，故丙烯的濃度隨時間的

變化對應題圖2中的曲線d。

(3)選擇性膜可提高C3H6的選擇性，原因是C3H6可通過選擇性膜而脫離體系，使反應I的平衡正向

移動，反應n的平衡逆向移動。

(4)向正丁烷中混入一定量的水蒸氣以減少積碳對催化劑活性的影響，原因是水蒸氣能與積碳發(fā)生反

應C+H2O幽C0+H2,可消除催化劑表面的積碳，使催化劑與反應物充分接觸，提高催化劑的催化

效率。

5.[2024?河北二模]甲烷是一種清潔燃料，與水制氫和天然氣脫硫具有重要的現(xiàn)實意義?；卮鹣铝袉?/p>

題：

I.一定條件下，甲烷和水蒸氣催化制氫主要有如下兩個反應：

1

反應①C%(g)+H2O(g)WCO(g)+3H2(g)AHi=+206kJ-moP

1

反應②CO(g)+H2O(g)OCO2(g)+H2(g)AH2=-41kJ.moP

恒定壓強為100kPa時，將“CHJMHzO)=1:3的混合氣體投入反應器中，平衡時，各組分的物質的量

分數與溫度的關系如下圖所示。

W第0.6

0.5

ISW

S0.4

察

S0.3

白

黑0.2

亞

藝0.1

題

巨0

450550650750850

溫度/丁

1

(1)CH4(g)+2H2O(g)#CO2(g)+4H2(g)△"=kJ-mor,該反應在___條件下能自發(fā)

進行。

(2)600久時，出0(g)的平衡分壓為_kPa,反應②的物質的量分數的平衡常數勺=(用物質的

量分數代替平衡濃度計算，保留2位有效數字)。

(3)系統(tǒng)中q的含量在700久左右出現(xiàn)峰值，試從化學平衡的角度解釋出現(xiàn)峰值的原因：

II.H2s與C%重整，不但可以消除污染，還可以制氫。主要反應如下：2H2S(g)+CH4(g)#4H2(g)+

CS2(g)AH>Oo在研究反應發(fā)生的適宜條件時，Co助劑有穩(wěn)定催化劑的作用。

（4）圖（a）為800℃、AI2O3為催化劑條件下投入等量H?S,不同投料比分別達到平衡時H2s轉化率、

平均反應速率圖。C組圖像中平均反應速率最小的原因可能是

________________________________________________________;相同質量的同種催化劑，在載體上的分散

度越高，催化作用越強，原因是________________________________________________________

積碳量

05%10%

投料比[”(CHJWHzS)]Co添加量

圖(a)圖(b)

（5）未添加Co助劑時，無積碳，隨著Co添加量的變化，積碳量變化如圖（b）所示，由此可推知，Co助

劑可能催化原料氣發(fā)生反應：.（填化學方程式）。

【答案】（1）+165；高溫

（2）32；2.1

（3）700。（2之前以反應①為主，700。（2之后C%幾乎耗盡，以反應②為主，出含量會先增大后減小

（4）過多的C*導致AI2O3催化劑失活；分散度越高，總表面積越大，吸附的反應物越多

（5）CH4C+2H2

【解析】

（1）根據蓋斯定律，反應①+反應②得反應CH4（g）+2H2O（g）=C（）2（g）+4H2（g）,故+

-1-1該反應為靖增的吸熱反應，

△W2—+206kJ-mol+（—41kJ-mol）—+165kJ?moL；AH-TAS<

0的反應能自發(fā)進行，則該反應在高溫條件下能自發(fā)進行。

（2）兩個反應都消耗水，水的物質的量分數減小，所以曲線p表示水的物質的量分數與溫度的變化關

系；兩個反應都生成氫氣，氫氣的物質的量分數在最初增大得最快，所以曲線q表示氫氣的物質的量分

數與溫度的變化關系；700。（2反應達平衡時CH4的物質的量分數接近于0,說明溫度高于700°C后以反

應②為主，反應②是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，即CO的物質的量分數一直增大，所以曲線m表

示CO的物質的量分數與溫度的變化關系，曲線n表示CO2的物質的量分數與溫度的變化關系。假設起始

時甲烷的物質的量為1mol,水蒸氣的物質的量為3mol,600。（2達到平衡時，反應①消耗了久mol水蒸

氣，反應②消耗了ymol水蒸氣，用“三段式”表示：

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

起始量/mol1300

轉化量/molXXX3x

平衡量/mol1—X3—x—yx—y3x+y

CO(g)+HO(g)OCO(g)+

22H2(g)

起始量/mol

氣體總的物質的量為（4+2%）mol,據圖

轉化量/molyyyy

平衡量/molx-y3—%—yy3x+y

可知600°C平衡時甲烷的物質的量分數為0.04,故三=0.04,解得％=2；平衡時氫氣的物質的量分數

4+2X9

為0.50,故公=0.50,解得y=［；600°C平衡時氣體總的物質的量為(4+2x$mol=弓mol,&0(g)

16

的物質的量為3mol--9mol--9mol=—9mol,出0(8)的平—衡分壓為100kPaX為=32kPa；一氧化

9

碳、水、二氧化碳、氫氣的物質的量分別為；mol、mol、:mol、蔡mol,反應②為反應前后氣體

至X士

分子數不變的反應，則其物質的量分數可以用物質的量代替，平衡常數Kx=離~2.1。

—X—

99

(3)700°C之前以反應①為主，7