提升課時(shí)2多重平衡體系下的化學(xué)平衡分析學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解多重平衡下化學(xué)平衡體系的分析方法，學(xué)會(huì)計(jì)算多重平衡體系下的化學(xué)平衡常數(shù)。2.學(xué)會(huì)正確分析多重平衡體系下的化學(xué)平衡移動(dòng)等問題。一、平衡移動(dòng)問題分析和平衡常數(shù)的計(jì)算1.多重平衡一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，往往存在著多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，一種物質(zhì)既可能是某個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物，同時(shí)也可能是其他化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物，在一定條件下，這些反應(yīng)都可以達(dá)到平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱作多重平衡現(xiàn)象，該體系稱作多重平衡體系。2.多重平衡規(guī)則在多重平衡體系中，如果一個(gè)反應(yīng)由另外兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)相加減而來，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于這兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)的乘積或商。3.多重平衡問題的解題思路【例1】(競爭型多重平衡)二甲醚(CH3OCH3)被稱為“21世紀(jì)的清潔燃料”。以CO2、H2為原料制備二甲醚涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH1＝－122.5kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.1kJ·mol－1回答下列問題：(1)反應(yīng)2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝________。(2)在壓強(qiáng)、CO2和H2的起始投料一定的條件下，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ，實(shí)驗(yàn)測得CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖所示。已知：CH3OCH3的選擇性＝eq\f(2×CH3OCH3的物質(zhì)的量,反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量)×100%，其中表示平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性的是曲線________(填“①”或“②”)；溫度高于300℃時(shí)，曲線②隨溫度升高而升高的原因是______________________________；為同時(shí)提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性，應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為________(填標(biāo)號(hào))。a.低溫、低壓 b.高溫、高壓c.高溫、低壓 d.低溫、高壓答案(1)－204.7kJ·mol－1(2)①高于300℃時(shí)，以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹?，反?yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大d解析(1)由蓋斯定律有“Ⅰ－Ⅱ×2”得到2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，所以ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－122.5－82.2)kJ·mol－1＝－204.7kJ·mol－1。(2)升高溫度，反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行(即ΔH＞0的方向)，所以反應(yīng)Ⅰ向逆向進(jìn)行，Ⅱ向正向進(jìn)行，CH3OCH3變少，CO2增多，故CH3OCH3選擇性應(yīng)一直減小，故表示平衡時(shí)CH3OCH3選擇性的是曲線①；當(dāng)T＞300℃時(shí)曲線②(CO2平衡轉(zhuǎn)化率)隨溫度升高的原因?yàn)榉磻?yīng)Ⅰ的ΔH1<0，Ⅱ的ΔH2>0，升高溫度使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度，故溫度T＞300℃時(shí)反應(yīng)Ⅱ占主導(dǎo)；增大壓強(qiáng)，反應(yīng)向氣體體積減小的方向進(jìn)行，若想要提高CH3OCH3的選擇性，應(yīng)向反應(yīng)Ⅰ的正反應(yīng)方向進(jìn)行、Ⅱ的逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以應(yīng)選擇低溫高壓?！緦c(diǎn)練1】CO2催化重整CH4的反應(yīng)：(Ⅰ)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH1，主要副反應(yīng)：(Ⅱ)H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＞0，(Ⅲ)4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3＜0。在恒容反應(yīng)器中CH4和CO2按物質(zhì)的量之比1∶1充入氣體，加入催化劑，測得反應(yīng)器中平衡時(shí)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A.ΔH1＞0B.若反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)之比為3∶4C.300～580℃時(shí)，H2O的體積分?jǐn)?shù)不斷增大，是由于反應(yīng)(Ⅲ)生成H2O的量大于反應(yīng)(Ⅱ)消耗的量D.T℃時(shí)，在2.0L容器中加入2molCH4、2molCO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為75%，則反應(yīng)(Ⅰ)的平衡常數(shù)小于81答案C解析反應(yīng)(Ⅰ)可由2倍(Ⅱ)減去反應(yīng)(Ⅲ)得到，故ΔH1＝2ΔH2－ΔH3，再根據(jù)圖示，隨溫度的升高，CH4和CO2的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升溫，平衡正向移動(dòng)，而升溫平衡向吸熱方向移動(dòng)，正反應(yīng)吸熱，ΔH1＞0，A正確；反應(yīng)Ⅰ每消耗1molCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6mol，反應(yīng)Ⅲ每消耗1molCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8mol，所以反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)之比為3∶4，B正確；300～580℃時(shí)，H2O的體積分?jǐn)?shù)不斷增大，反應(yīng)(Ⅲ)是放熱反應(yīng)，升溫時(shí)，平衡逆向移動(dòng)消耗H2O，反應(yīng)(Ⅱ)是吸熱反應(yīng)，升溫時(shí)正向移動(dòng)，生成H2O，而由于反應(yīng)(Ⅲ)消耗H2O的量小于反應(yīng)(Ⅱ)生成H2O的量，C錯(cuò)誤；T℃時(shí)，在2.0L容器中加入2molCH4、2molCO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為75%，則CO2轉(zhuǎn)化的濃度為eq\f(2mol,2L)×75%＝0.75mol·L－1，根據(jù)三段式：若不考慮副反應(yīng)，則反應(yīng)(Ⅰ)的平衡常數(shù)＝eq\f(（1.5）2×（1.5）2,0.25×0.25)，但由于副反應(yīng)(Ⅲ)中，消耗的氫氣的量比二氧化碳多得多，故計(jì)算式中，分子減小得更多，值小于81，D正確?！纠?】(化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算)探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1molCO2和3molH2發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，容器中CH3OH(g)為amol，CO為bmol，此時(shí)H2O(g)的濃度為________mol·L－1(用含a、b、V的代數(shù)式表示，下同)，反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為________。答案eq\f(a＋b,V)eq\f(b（a＋b）,（1－a－b）（3－3a－b）)解析方法一連續(xù)反應(yīng)法由于反應(yīng)Ⅰ為反應(yīng)Ⅲ和Ⅱ的總反應(yīng)，故可以認(rèn)為CO2和H2制備CH3OH的反應(yīng)分兩步進(jìn)行，先進(jìn)行反應(yīng)Ⅲ，CO2轉(zhuǎn)化為CO；再進(jìn)行反應(yīng)Ⅱ，CO轉(zhuǎn)化為CH3OH?；瘜W(xué)平衡的建立與過程無關(guān)，故可以只考慮Ⅲ和Ⅱ兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)。最終平衡體系中有amolCH3OH，則反應(yīng)Ⅱ中CO的轉(zhuǎn)化量為amol；最終平衡體系中有bmolCO，故反應(yīng)Ⅲ中CO的轉(zhuǎn)化量為(a＋b)mol。平衡時(shí)，CO2的物質(zhì)的量為(1－a－b)mol，H2的物質(zhì)的量為(3－3a－b)mol，CO的物質(zhì)的量為bmol，H2O的物質(zhì)的量為(a＋b)mol。代入反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)表達(dá)式即可求得結(jié)果。方法二競爭反應(yīng)法投入反應(yīng)物CO2和H2，制備CH3OH，但有副產(chǎn)物CO生成，可以認(rèn)為主反應(yīng)Ⅰ發(fā)生的同時(shí)伴隨著副反應(yīng)Ⅲ，二者是競爭關(guān)系?；瘜W(xué)平衡的建立與過程無關(guān)，故可以只考慮Ⅰ、Ⅲ兩個(gè)競爭反應(yīng)。所以平衡時(shí)，CO2的物質(zhì)的量為(1－a－b)mol，H2的物質(zhì)的量為(3－3a－b)mol，CO的物質(zhì)的量為bmol，H2O的物質(zhì)的量為(a＋b)mol。代入反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)表達(dá)式即可求得結(jié)果。方法三元素守恒法起始反應(yīng)物為1molCO2和3molH2，最終平衡體系有amolCH3OH，bmolCO，可以根據(jù)元素守恒確定平衡體系中各組分的物質(zhì)的量。(1)根據(jù)碳元素守恒，可知CO2的平衡量為(1－a－b)mol；(2)根據(jù)氧元素守恒，可知H2O的平衡量為：2－2(1－a－b)－a－b＝(a＋b)mol；(3)根據(jù)氫元素守恒，可知H2的平衡量為：eq\f([6－4a－2（a＋b）],2)＝(3－3a－b)mol。代入反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)表達(dá)式即可求得結(jié)果?！緦c(diǎn)練2】甲烷化反應(yīng)即為氫氣和碳氧化物反應(yīng)生成甲烷，有利于實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)利用。已知涉及的反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH1＝－206.2kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2反應(yīng)Ⅲ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－165kJ·mol－1回答下列問題：(1)ΔH2＝________kJ·mol－1。(2)在360℃時(shí)，在固定容積的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，平衡時(shí)CO和H2的轉(zhuǎn)化率及CH4和CO2的產(chǎn)率隨eq\f(n（H2）,n（CO）)變化的情況如圖所示。①圖中表示H2轉(zhuǎn)化率、CH4產(chǎn)率變化的曲線分別是________、________(填標(biāo)號(hào))，A、C兩點(diǎn)eq\f(n（H2）,n（CO）)的值相同，C點(diǎn)通過改變溫度達(dá)到A點(diǎn)，則A、B、C三點(diǎn)溫度由大到小的順序是________。②一定溫度下，向恒容容器內(nèi)充入3molH2和1molCO，初始?jí)簭?qiáng)為4p0，發(fā)生上述3個(gè)反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO的分壓為p1，CO2的分壓為p2，則CH4的選擇性＝________[CH4的選擇性＝eq\f(n（CH4）,n（CO2）＋n（CH4）)×100%用p0，p1，p2表示，下同]，反應(yīng)Ⅱ的Kp＝________(用分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。答案(1)－41.2(2)①acB＝C>A②eq\f(p0－p1－p2,p0－p1)×100%eq\f(p2（3p1＋4p2）,p1（p0－p1－2p2）)解析(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅱ＝反應(yīng)Ⅰ－反應(yīng)Ⅲ，ΔH2＝ΔH1－ΔH3＝－206.2kJ/mol－(－165kJ/mol)＝－41.2kJ/mol；(2)①結(jié)合反應(yīng)，eq\f(n（H2）,n（CO）)越大，CO轉(zhuǎn)化率越大直到接近100%，而氫氣本身的轉(zhuǎn)化率將下降，故b表示CO轉(zhuǎn)化率、a表示H2轉(zhuǎn)化率；隨著eq\f(n（H2）,n（CO）)的增大，CO接近完全轉(zhuǎn)化，CH4產(chǎn)率逐漸增大，直到接近100%，故c表示CH4產(chǎn)率變化的曲線；b表示CO轉(zhuǎn)化率，B、C均在曲線b上，溫度B＝C，結(jié)合反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ，兩反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，則溫度越低CO轉(zhuǎn)化率越高，A點(diǎn)轉(zhuǎn)化率高于C，則A點(diǎn)溫度低，故溫度B＝C>A；②一定溫度下，向恒容容器內(nèi)充入3molH2和1molCO，初始?jí)簭?qiáng)為4p0，則初始?xì)錃?、一氧化碳分壓分別為3p0、p0，則分壓的數(shù)值與其物質(zhì)的量對應(yīng)相等。發(fā)生上述3個(gè)反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO的分壓為p1，CO2的分壓為p2；分壓之比等于其物質(zhì)的量之比。設(shè)反應(yīng)Ⅰ消耗CO的分壓為a，達(dá)到平衡時(shí)CO的分壓為p1，則反應(yīng)Ⅱ消耗CO的分壓為p0－a－p1，達(dá)到平衡時(shí)CO2的分壓為p2，則反應(yīng)Ⅲ消耗CO2的分壓為p0－a－p1－p2，根據(jù)碳元素守恒、結(jié)合阿伏加德羅定律可知，p(CO2)＋p(CH4)＝p0－p1，則CH4的選擇性為eq\f(a＋（p0－a－p1－p2）,p0－p1)×100%＝eq\f(p0－p1－p2,p0－p1)×100%；反應(yīng)Ⅰ生成了水的分壓為a，反應(yīng)Ⅱ消耗了水的分壓為p0－a－p1，反應(yīng)Ⅲ生成了水的分壓為2(p0－a－p1－p2)，平衡時(shí)水的分壓為p0－p1－2p2；反應(yīng)Ⅰ消耗了氫氣的分壓為3a，反應(yīng)Ⅱ生成了氫氣的分壓為p0－a－p1，反應(yīng)Ⅲ消耗了氫氣的分壓為4(p0－a－p1－p2)，氫氣的起始分壓為3p0，所以平衡時(shí)氫氣的分壓為3p1＋4p2，所以平衡時(shí)一氧化碳、水、二氧化碳、氫氣分壓分別為p1、p0－p1－2p2、p2、3p1＋4p2，則反應(yīng)Ⅱ的Kp＝eq\f(p2（3p1＋4p2）,p1（p0－p1－2p2）)。二、原理解釋類設(shè)問問題1.原理解釋類設(shè)問答題的一般思維流程(1)閱讀題目情境的信息，找出核心問題的分析對象，即平衡體系；(2)找出題目信息中與平衡體系有關(guān)變化的因素；(3)利用平衡移動(dòng)原理分析變化的因素對化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，即平衡移動(dòng)方向的判斷；(4)說明平衡發(fā)生移動(dòng)后對實(shí)際問題體系產(chǎn)生的影響，得出結(jié)論。注意：分析變化因素時(shí)要充分考慮條件改變對化學(xué)反應(yīng)速率的影響、對化學(xué)平衡的影響、對催化劑活性的影響、對副反應(yīng)的影響等因素。2.原理解釋類設(shè)問答題程序(1)答題要求組織答案時(shí)，一般應(yīng)將前提條件、前因后果表述清楚，其中的化學(xué)原理做到用詞準(zhǔn)確、書寫規(guī)范。(2)答題模板敘特點(diǎn)(反應(yīng)特點(diǎn)或容器特點(diǎn))→變條件→定方向→得結(jié)論(或結(jié)果)?！纠?】二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳。回答下列問題：二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49kJ·mol－1合成總反應(yīng)在起始物n(H2)/n(CO2)＝3時(shí)，在不同條件下達(dá)到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如圖所示。圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是________，判斷的理由是____________________________________________________________________________________________________________________。答案b總反應(yīng)ΔH<0，升高溫度時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變小解析該反應(yīng)正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，體系中x(CH3OH)將減小，因此圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是b?！緦c(diǎn)練3】甲醇是重要的化工原料之一，也可用作燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)可以合成甲醇，涉及的反應(yīng)如下：反應(yīng)?。篊O(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1反應(yīng)ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2＝－49.9kJ·mol－1反應(yīng)ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3＝＋41.6kJ·mol－1請回答下列問題：(1)反應(yīng)ⅰ的Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式Rlnk＝－eq\f(Ea,T)＋C(Ea為活化能，k為速率常數(shù)，R和C均為常數(shù)，T為溫度)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖中曲線M所示。當(dāng)改變外界條件時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖中曲線N所示，則實(shí)驗(yàn)可能改變的外界條件是________。(2)將一定量的CO2(g)和H2(g)充入密閉容器中并加入合適的催化劑，只發(fā)生反應(yīng)ⅱ和ⅲ。相同溫度下，在不同壓強(qiáng)下測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率、CH3OH(g)的選擇性[eq\f(n（CH3OH）,n（CH3OH）＋n（CO）)×100%]和CO的選擇性[eq\f(n（CO）,n（CH3OH）＋n（CO）)×100%]隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖所示：圖中表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的曲線是________(填“m”“n”或“p”)，簡述判斷方法：____________________________________________________________________________________________________________________。(3)有研究認(rèn)為，在某催化劑作用下反應(yīng)ⅱ先后通過反應(yīng)ⅲ、ⅰ來實(shí)現(xiàn)。保持溫度T不變，向一恒容密閉容器中充入4molCO2和8molH2，在該催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)5min達(dá)到平衡，測得H2O(g)的物質(zhì)的量為3mol，起始及達(dá)平衡時(shí)容器的總壓強(qiáng)分別為1.5akPa、akPa，則從開始到平衡用H2分壓表示的平均反應(yīng)速率為________kPa·min－1(用含a的式子表示，下同，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))；反應(yīng)ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝________(kPa)－2(Kp為用分壓代替濃度計(jì)算的平衡常數(shù))。答案(1)加入更高效的催化劑(2)n增大壓強(qiáng)，反應(yīng)ⅱ平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)ⅲ平衡不移動(dòng)，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的選擇性均增大，且CO的選擇性和CH3OH的選擇性之和為100%(3)eq\f(7a,40)eq\f(384,a2)解析(1)由題干信息可知，反應(yīng)ⅰ的Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式Rlnk＝－eq\f(Ea,T)＋C(Ea為活化能，k為速率常數(shù)，R和C均為常數(shù)，T為溫度)，與M相比，N曲線的活化能降低，則實(shí)驗(yàn)改變的外界條件為加入更高效催化劑；(2)已知反應(yīng)ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，反應(yīng)ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)可知，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)ⅱ平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)ⅲ平衡不移動(dòng)，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的選擇性均增大，且CO的選擇性和CH3OH的選擇性之和為100%，結(jié)合題干圖像可知，曲線m為CH3OH的選擇性，曲線p為CO的選擇性，曲線n為CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；(3)有研究認(rèn)為，在某催化劑作用下反應(yīng)ⅱ先后通過反應(yīng)ⅲ、ⅰ來實(shí)現(xiàn)，保持溫度T不變，向一恒容密閉容器中充入4molCO2和8molH2，在該催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)5min達(dá)到平衡，測得H2O(g)的物質(zhì)的量為3mol，則進(jìn)行三段式分析：起始及達(dá)平衡時(shí)容器的總壓強(qiáng)分別為1.5akPa、akPa，則有：eq\f(4＋8,1＋3－x＋5－2x＋x＋3)＝eq\f(1.5akPa,akPa)，解得x＝2mol，則H2的平衡分壓為eq\f(5－2x,12－2x)×akPa＝eq\f(5－2×2,12－2×2)×akPa＝eq\f(a,8)kPa，則從開始到平衡用H2分壓表示的平均反應(yīng)速率為eq\f(\f(8,12)×1.5akPa－\f(a,8)kPa,5min)＝eq\f(7a,40)kPa·min－1，平衡時(shí)CO2、H2、CH3OH、H2O的平衡分壓分別為eq\f(1,12－2x)×akPa＝eq\f(1,12－2×2)×akPa＝eq\f(a,8)kPa，eq\f(a,8)kPa、eq\f(a,4)kPa、eq\f(3a,8)kPa，則反應(yīng)ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p（CH3OH）×p（H2O）,p（CO2）×p3（H2）)＝eq\f(\f(a,4)kPa×\f(3a,8)kPa,\f(a,8)kPa×（\f(a,8)kPa）3)＝eq\f(384,a2)(kPa)－2。1.丙烷氧化脫氫法制備丙烯的主要反應(yīng)如下：C3H8(g)＋eq\f(1,2)O2(g)C3H6(g)＋H2O(g)ΔH2＝－118kJ·mol－1在催化劑作用下，C3H8氧化脫氫除生成C3H6外，還生成CO、CO2等物質(zhì)。C3H8的轉(zhuǎn)化率和C3H6的產(chǎn)率隨溫度變化關(guān)系如圖所示。(1)圖中C3H8的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是____________________________________________________________________________________________________________________。(2)基于本研究結(jié)果，能提高C3H6選擇性的措施是____________________________________________________________________________________________________________________。(C3H6的選擇性＝eq\f(C3H6的物質(zhì)的量,反應(yīng)的C3H8的物質(zhì)的量)×100%)答案(1)溫度升高，催化劑的活性增大(2)選擇相對較低的溫度解析(1)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，C3H8的轉(zhuǎn)化率應(yīng)該降低，但實(shí)際上C3H8的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升，可能是升高溫度，催化劑的活性增大導(dǎo)致的。(2)根據(jù)圖像，535℃時(shí)，C3H6的選擇性＝eq\f(4,6)×100%≈66.7%，550℃時(shí)，C3H6的選擇性＝eq\f(8,13)×100%≈61.5%，575℃時(shí)，C3H6的選擇性＝eq\f(17,33)×100%≈51.5%，故選擇相對較低的溫度能夠提高C3H6選擇性。2.在1L真空密閉容器中加入amolPH4I固體，t℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)①4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)②2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)③達(dá)平衡時(shí)，體系中n(HI)＝bmol，n(I2)＝cmol，n(H2)＝dmol，則t℃時(shí)反應(yīng)①的平衡常數(shù)K值為________(用字母表示)。答案(b＋eq\f(8c－2d,3))b解析2HIH2＋I(xiàn)2，因反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，n(I2)＝cmol，即該反應(yīng)生成n(H2)＝cmol，反應(yīng)消耗n(HI)＝2cmol，則PH4I分解生成n(PH3)＝n(HI)＝(b＋2c)mol；在反應(yīng)4PH3P4＋6H2中，生成n(H2)＝(d－c)mol，該反應(yīng)消耗的n(PH3)＝eq\f(2,3)(d－c)mol，在反應(yīng)PH4I(s)PH3＋HI達(dá)到平衡時(shí)，n(HI)＝bmol，n(PH3)＝(b＋2c)mol－eq\f(2,3)(d－c)mol，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K＝b×[(b＋2c)－eq\f(2,3)(d－c)]＝(b＋eq\f(8c－2d,3))×b。3.由乙烯制備環(huán)氧乙烷()涉及反應(yīng)如下：Ⅰ.2CH2=CH2(g)＋O2(g)2()(g)ΔH1＝－124.4kJ·mol－1Ⅱ.CH2=CH2(g)＋3O2(g)2CO2(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－1334.6kJ·mol－1回答下列問題：(1)反應(yīng)2()(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋4H2O(g)ΔH＝________kJ·mol－1。(2)以Ag為催化劑制備時(shí)，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ，其中反應(yīng)Ⅰ機(jī)理如下：ⅰ.Ag(s)＋O2(g)=Ag＋Oeq\o\al(－,2)(s)慢ⅱ.CH2=CH2(g)＋Ag＋Oeq\o\al(－,2)(s)=()(g)＋Ag＋O－(s)快①活化能較大的是________(填“ⅰ”或“ⅱ”)。②下列措施可能顯著提高反應(yīng)Ⅰ速率的是________(填字母)。A.通入惰性氣體B.升高溫度C.增大CH2=CH2濃度D.增大O2濃度(3)某密閉容器中由C2H4、O2制備，同時(shí)發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ，相同時(shí)間內(nèi)C2H4的轉(zhuǎn)化率和的選擇性[]與溫度的關(guān)系如圖所示。①隨著溫度升高，C2H4的轉(zhuǎn)化率升高，其原因是__________________________________________________________。②環(huán)氧乙烷的選擇性隨溫度升高而下降的原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________。(4)某溫度下，向密閉容器中通入2molCH2=CH2(g)和2molO2(g)僅發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，經(jīng)過20min達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)乙烯的轉(zhuǎn)化率為50%，c()＝1mol·L－1。①前20min反應(yīng)速率v(CH2=CH2)＝________mol·L－1·min－1。②該溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kc＝________(保留兩位有效數(shù)字)。③能夠提高平衡產(chǎn)率的措施有_____________________________________________________________________________(寫一項(xiàng)即可)。答案(1)－2544.8(2)①?、贐D(3)①溫度升高，反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ速率均增大②溫度升高，反應(yīng)Ⅱ速率增大的比反應(yīng)Ⅰ快(4)①0.05②0.67③增大壓強(qiáng)等合理答案解析(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅱ×2－Ⅰ，得2()(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－2544.8kJ/mol；(2)①ⅰ.Ag(s)＋O2(g)=Ag＋Oeq\o\al(－,2)(s)慢，說明該反應(yīng)活化能大；②通入無關(guān)反應(yīng)氣體，可能導(dǎo)致反應(yīng)物濃度降低，速率減慢，A錯(cuò)誤；升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，B正確；增大乙烯濃度會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)速率加快，消耗更多氧氣，氧氣濃度降低，主反應(yīng)速率減慢，C錯(cuò)誤；增大氧氣濃度，利于提高反應(yīng)歷程中慢反應(yīng)速率，從而提高主反應(yīng)速率，D正確；(3)①隨著溫度升高，C2H4的轉(zhuǎn)化率升高，其原因：溫度升高，反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ速率均增大；②環(huán)氧乙烷的選擇性隨溫度升高而下降的原因可能是溫度升高，反應(yīng)Ⅱ速率增大的比反應(yīng)Ⅰ快；(4)①向密閉容器中通入2molCH2=CH2(g)和2molO2(g)僅發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，經(jīng)過20min達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)乙烯的轉(zhuǎn)化率為50%，c()＝1mol·L－1，則前20min反應(yīng)速率v(CH2=CH2)＝eq\f(1mol·L－1,20min)＝0.05mol·L－1·min－1；②該溫度下平衡時(shí)，c()＝1mol·L－1，乙烯濃度變化為1mol·L－1，其轉(zhuǎn)化率為50%，說明初始濃度為2mol·L－1，則氧氣初始濃度為2mol·L－1，氧氣濃度變化0.5mol·L－1，平衡時(shí)濃度為1.5mol·L－1，則Kc＝eq\f(12,12×1.5)≈0.67；③能夠提高平衡產(chǎn)率的措施有增大壓強(qiáng)等。1.一定溫度、某催化劑條件下，物質(zhì)A在某有機(jī)溶劑中同時(shí)發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：①A(g)＋B(g)=X(g)＋Y(g)；②A(g)＋B(g)=X(g)＋Z(g)。反應(yīng)①的速率可表示為v1＝k1c2(A)，反應(yīng)②的速率可表示為v2＝k2c2(A)(k1、k2為速率常數(shù))。已知反應(yīng)過程中有關(guān)物質(zhì)在該有機(jī)溶劑中的相對能量如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()A.Z比Y穩(wěn)定B.k1大于k2C.選擇相對較長的反應(yīng)時(shí)間，可提高產(chǎn)物Z的選擇性D.適當(dāng)升高溫度，可以使eq\f(n（Z）,n（Y）)的比值增大答案C解析根據(jù)圖中信息，Z的能量比Y的能量低，根據(jù)能量越低越穩(wěn)定，則Z比Y穩(wěn)定，A正確；根據(jù)圖中信息反應(yīng)①的活化能小于反應(yīng)②的活化能，說明反應(yīng)①速率快，則k1大于k2，B正確；達(dá)到平衡后，選擇反應(yīng)時(shí)間較長，生成Z的量都不會(huì)改變，因此不可提高產(chǎn)物Z的選擇性，C錯(cuò)誤；適當(dāng)升高溫度，分子吸收熱量，活化分子數(shù)增多，活化分子百分?jǐn)?shù)增多，則Z的生成量會(huì)增大，因此可以使eq\f(n（Z）,n（Y）)的比值增大，D正確。2.探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3回答下列問題：(1)反應(yīng)Ⅳ：不同壓強(qiáng)下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，實(shí)驗(yàn)測定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。已知：CO2的平衡轉(zhuǎn)化率＝eq\f(n（CO2）初始－n（CO2）平衡,n（CO2）初始)×100%CH3OH的平衡產(chǎn)率＝eq\f(n（CH3OH）平衡,n（CO2）初始)×100%其中縱坐標(biāo)表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖________(填“甲”或“乙”)；壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)開_______；圖乙中T1溫度時(shí)，三條曲線幾乎交于一點(diǎn)的原因是__________________________________________________________。(2)為同時(shí)提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率，應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為________(填標(biāo)號(hào))。A.低溫、高壓 B.高溫、低壓C.低溫、低壓 D.高溫、高壓答案(1)乙p1、p2、p3T1時(shí)以反應(yīng)Ⅲ為主，反應(yīng)Ⅲ前后氣體分子數(shù)相等，壓強(qiáng)改變對平衡沒有影響(2)A解析(1)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則CH3OH的平衡產(chǎn)率減少，所以圖甲表示CH3OH的平衡產(chǎn)率，圖乙中，開始升高溫度，由于反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)Ⅲ為吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)Ⅲ向正反應(yīng)方向移動(dòng)，升高一定溫度后以反應(yīng)Ⅲ為主，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率又升高，所以圖乙表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；壓強(qiáng)增大，反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ是氣體體積減小的反應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)Ⅲ氣體體積不變化，平衡不移動(dòng)，故壓強(qiáng)增大CH3OH的平衡產(chǎn)率增大，根據(jù)圖可知壓強(qiáng)關(guān)系為p1>p2>p3；溫度升高，反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)Ⅲ向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以T1溫度時(shí)，三條曲線交于一點(diǎn)的原因?yàn)門1時(shí)以反應(yīng)Ⅲ為主，反應(yīng)Ⅲ前后分子數(shù)相等，壓強(qiáng)改變對平衡沒有影響；(2)根據(jù)圖示可知，溫度越低，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大，CH3OH的平衡產(chǎn)率越大，壓強(qiáng)越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大，CH3OH的平衡產(chǎn)率越大，所以選擇低溫和高壓，答案選A。3.某溫度下，N2O5氣體在一體積固定的容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)(慢反應(yīng))ΔH＜0，2NO2(g)N2O4(g)(快反應(yīng))ΔH＜0，體系的總壓強(qiáng)p總和p(O2)隨時(shí)間的變化如圖所示：(1)圖中表示O2壓強(qiáng)變化的曲線是________(填“甲”或“乙”)。(2)已知N2O5分解的反應(yīng)速率v＝0.12p(N2O5)kPa·h－1，t＝10h時(shí)，p(N2O5)＝________kPa，v＝________kPa·h－1(結(jié)果保留兩位小數(shù)，下同)。(3)該溫度下2NO2(g)N2O4(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________kPa－1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。答案(1)乙(2)28.203.38(3)0.05解析(1)根據(jù)反應(yīng)分析，隨著反應(yīng)的進(jìn)行氧氣的壓強(qiáng)從0開始逐漸增大，所以乙為氧氣的壓強(qiáng)變化曲線。(2)t＝10h時(shí)，p(O2)＝12.8kPa，由2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)分析，反應(yīng)的五氧化二氮的分壓為25.6kPa，起始?jí)簭?qiáng)為53.8kPa，所以10h時(shí)p(N2O5)＝(53.8－25.6)kPa＝28.20kPa，N2O5分解的反應(yīng)速率v＝0.12p(N2O5)kPa·h－1＝0.12×28.20kPa·h－1≈3.38kPa·h－1。(3)N2O5完全分解時(shí)，p(NO2)＝53.8kPa×2＝107.6kPa，p(O2)＝eq\f(53.8kPa,2)＝26.9kPa。有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7kPa，解得x＝39.8kPa，平衡常數(shù)Kp＝eq\f(39.8,282)kPa－1≈0.05kPa－1。4.(2024·山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期中)利用二氧化碳?xì)浠ê铣啥酌?CH3OCH3，代號(hào)DME)涉及的反應(yīng)有：反應(yīng)Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1<0反應(yīng)Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2<0反應(yīng)Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3>0回答下列問題：(1)反應(yīng)Ⅳ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2的代數(shù)式表示)。(2)已知：生成物A的選擇性＝eq\f(A物質(zhì)含有的碳原子數(shù)×n（A）,n（二氧化碳）轉(zhuǎn)化)×100%，在3.0MPa下，密閉容器中充入1molCO2和4molH2發(fā)生反應(yīng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和生成物的選擇性隨溫度變化如圖所示(不考慮其他因素影響)：①在220℃條件下，平衡時(shí)n(CH3OCH3)＝________mol，計(jì)算反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)為________(保留3位有效數(shù)字)。②溫度高于280℃，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升，從平衡移動(dòng)的角度分析原因：____________________________________________________________________________________________________________________。③其他條件不變，壓強(qiáng)改為4.0MPa，圖中點(diǎn)C將可能調(diào)至點(diǎn)________(填“A”“B”或“D”)。答案(1)2ΔH1＋ΔH2(2)0.1624.9反應(yīng)Ⅰ(或反應(yīng)Ⅳ)ΔH＜0，反應(yīng)ⅢΔH＞0，升溫時(shí)反應(yīng)Ⅰ(或反應(yīng)Ⅳ)左移，反應(yīng)Ⅲ右移，且溫度高于280℃時(shí)，反應(yīng)Ⅲ右移程度大于反應(yīng)Ⅰ左移程度，使CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升B解析(1)根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)是2×反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ，則ΔH＝2ΔH1＋ΔH2；(2)①在220℃條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率為40%，CO的選擇性為5%、二甲醚的選擇性為80%，則有0.38molCO2參與反應(yīng)Ⅰ，0.02molCO2參與反應(yīng)Ⅲ，反應(yīng)生成CH3OCH3(g)0.16mol，所以平衡時(shí)n(H2O)＝(0.38＋0.16＋0.02)mol＝0.56mol，達(dá)到平衡時(shí)CH3OH(g)的物質(zhì)的量為(0.38－0.16×2)mol＝0.06mol，反應(yīng)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)在220℃下的平衡常數(shù)為：K＝eq\f(\f(0.16,n總)×3MPa×\f(0.56,n總)×3MPa,（\f(0.06,n總)×3MPa）2)＝24.9；②反應(yīng)Ⅲ的ΔH＞0，反應(yīng)Ⅰ(或Ⅳ)的ΔH＜0，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度，所以溫度高于280℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升；③增大壓強(qiáng)，反應(yīng)Ⅳ正向移動(dòng)，二甲醚的選擇性升高，當(dāng)其他條件不變，壓強(qiáng)為4.0MPa、圖中點(diǎn)C可能調(diào)至點(diǎn)B。5.空間站處理CO2的一種重要方法是對CO2進(jìn)行收集和再生處理，重新生成可供人體呼吸的氧氣。其技術(shù)路線可分為以下三步：Ⅰ.固態(tài)胺吸收與濃縮CO2在水蒸氣存在下固態(tài)胺吸收CO2反應(yīng)生成酸式碳酸鹽(該反應(yīng)是放熱反應(yīng))，再解吸出CO2的簡單方法是加熱。Ⅱ.CO2的加氫甲烷化，H2還原CO2制CH4的部分反應(yīng)如下：i.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1ii.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH2＝－246kJ·mol－1(1)反應(yīng)CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(2)向恒容絕熱的密閉容器中充入amolCO與2amolH2(g)，進(jìn)行反應(yīng)ii，下列能判斷反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是________。a.容器中混合氣體密度不變b.混合氣體中c(CH4)與c(H2O)之比不變c.v正(H2)＝3v逆(H2O)d.容器內(nèi)溫度不變Ⅲ.CO2和H2合成甲烷也是資源化利用的重要方法。對于上述(1)的反應(yīng)CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH，催化劑的選擇是CO2甲烷化技術(shù)的核心。在兩種不同催化劑條件下反應(yīng)相同時(shí)間，測得CO2轉(zhuǎn)化率和生成CH4選擇性隨溫度變化的影響如下圖所示：(3)高于320℃后，以Ni為催化劑，CO2轉(zhuǎn)化率仍在上升，其原因是___________________________________