提升課時(shí)4速率平衡綜合題的解題策略學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解化學(xué)反應(yīng)原理題的命題特點(diǎn)，學(xué)會(huì)正確的分析和解決問(wèn)題。2.結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理的考查內(nèi)容，側(cè)重考查考生接受、整合信息的能力，應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。一、題型解讀(一)考什么——速率平衡綜合題的考點(diǎn)布局(二)怎么考速率平衡綜合題的考點(diǎn)的布設(shè)點(diǎn)多面廣，靈活性較大。但從高考命題“既要讓大多數(shù)考生考出成就感，又要體現(xiàn)出高考的選拔功能”這一命題原則考量，高考試題在命制時(shí)一般要照顧到以下三個(gè)層級(jí)：1.創(chuàng)設(shè)單一反應(yīng)體系情境，凸顯知識(shí)的基礎(chǔ)性化學(xué)反應(yīng)原理試題大多是“拼盤”考查，各設(shè)問(wèn)間有的沒(méi)有任何聯(lián)系，屬于對(duì)單點(diǎn)知識(shí)的基礎(chǔ)性考查，如：化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算問(wèn)題，首先建立反應(yīng)體系，從題干數(shù)據(jù)入手進(jìn)行歸納和論證，從而找到解決平衡常數(shù)計(jì)算的依據(jù)和方法。【例1】(2022·全國(guó)乙卷節(jié)選)H2S熱分解反應(yīng)為：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)在1470K、100kPa反應(yīng)條件下，將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時(shí)混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉(zhuǎn)化率為________，平衡常數(shù)Kp＝________kPa。答案50%4.76解析假設(shè)在該條件下，硫化氫和氬的起始投料的物質(zhì)的量分別為1mol和4mol，平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的n(H2S)＝xmol，根據(jù)三段式可知：平衡時(shí)H2S和H2的分壓相等，則二者的物質(zhì)的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.5,1)×100%＝50%，所以平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p（S2）×p2（H2）,p2（H2S）)＝eq\f(\f(0.25,5.25)×100kPa×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,5.25)×100kPa))2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,5.25)×100kPa))2)≈4.76kPa。2.創(chuàng)設(shè)多反應(yīng)體系情境，凸顯能力的綜合性在化學(xué)反應(yīng)原理試題中為凸顯高考試題的選拔功能，會(huì)設(shè)置知識(shí)交匯、方法交織、能力交叉情境，體現(xiàn)綜合性和應(yīng)用性考查。如：創(chuàng)設(shè)多反應(yīng)體系情境將平衡常數(shù)計(jì)算的難度增大，而解決該問(wèn)題的關(guān)鍵是理清反應(yīng)次序關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)系?！纠?】(2021·山東卷節(jié)選)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過(guò)甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得，體系中同時(shí)存在如圖反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：反應(yīng)Ⅱ：反應(yīng)Ⅲ：回答下列問(wèn)題：(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系如圖所示。eq\f(ΔH1,ΔH2)的數(shù)值范圍是________(填標(biāo)號(hào))。A.<－1 B.－1～0C.0～1 D.>1(2)為研究上述反應(yīng)體系的平衡關(guān)系，向某反應(yīng)容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測(cè)得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為________mol，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝________。答案(1)D(2)0.9αeq\f(（1－α）（1＋α）,0.1α2)解析(1)由平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系曲線可知，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù)的自然對(duì)數(shù)隨溫度升高(要注意橫坐標(biāo)為溫度的倒數(shù))而減小，說(shuō)明3個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，即ΔH1＜0、ΔH2＜0、ΔH3＜0，由蓋斯定律可知，Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，則ΔH1－ΔH2＝ΔH3＜0，因此ΔH1＜ΔH2，由于放熱反應(yīng)的ΔH越小，其絕對(duì)值越大，則eq\f(ΔH1,ΔH2)的數(shù)值范圍是大于1，選D。(2)向某反應(yīng)容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測(cè)得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時(shí)n(TAME)＝(1－α)mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝αmol。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則eq\f(n（B）,n（A）)＝9.0，將該式代入上式可以求出平衡體系中B的物質(zhì)的量為0.9αmol，n(A)＝0.1αmol，容器中氣體總物質(zhì)的量為TAME＋A＋B＋CH3OH＝1－α＋α＋α＝1＋αmol，A的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)eq\f(0.1α,1＋α)，CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)eq\f(α,1＋α)，TAME的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)eq\f(1－α,1＋α)，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝eq\f(\f(1－α,1＋α),\f(0.1α,1＋α)·\f(α,1＋α))＝eq\f(（1－α）·（1＋α）,0.1α2)。3.創(chuàng)設(shè)信息遷移情境，凸顯創(chuàng)新應(yīng)用能力該類試題以真實(shí)情境為載體，展現(xiàn)已有研究數(shù)據(jù)，真實(shí)再現(xiàn)已有成果的研發(fā)過(guò)程，考查學(xué)生思考問(wèn)題的方法和過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維。必備知識(shí)涉及反應(yīng)變化與規(guī)律中的反應(yīng)熱、化學(xué)平衡及其移動(dòng)?！纠?】(2021·全國(guó)乙卷節(jié)選)一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉?wèn)題：McMorris測(cè)定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp：2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)Kp12NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)Kp2得到lgKp1～eq\f(1,T)和lgKp2～eq\f(1,T)均為線性關(guān)系，如下圖所示：反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，寫出推理過(guò)程：__________________________________________________________________________。答案Kp1·Kp2大于lgKp1～eq\f(1,T)和lgKp2～eq\f(1,T)均為線性關(guān)系，根據(jù)對(duì)數(shù)的運(yùn)算法則可知，lg(Kp1·Kp2)＝lgKp1＋lgKp2，取兩條線段的首位兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可知在最左側(cè)的點(diǎn)lgKp1＋lgKp2＝－3.9，在最右側(cè)的點(diǎn)lgKp1＋lgKp2＝－4.1，溫度降低時(shí)，Kp1·Kp2會(huì)減小，所以反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0。二、解題策略1.明確反應(yīng)關(guān)系，建構(gòu)反應(yīng)類型的思維模型因與實(shí)際生產(chǎn)相聯(lián)系，原理題經(jīng)常出現(xiàn)2～3個(gè)相關(guān)反應(yīng)，相關(guān)反應(yīng)間的關(guān)系一般為競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)或連續(xù)反應(yīng)。(1)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的特征是反應(yīng)物相同、產(chǎn)物不同。對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的產(chǎn)率問(wèn)題，重點(diǎn)是關(guān)注反應(yīng)的選擇性，不同產(chǎn)物產(chǎn)率的關(guān)系是此消彼長(zhǎng)。工業(yè)上希望通過(guò)控制條件實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的選擇而達(dá)到生產(chǎn)目的。改變競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)選擇性的條件：催化劑、溫度和反應(yīng)物的投料比。催化劑只能改變反應(yīng)速率，不改變平衡狀態(tài)。若競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)都達(dá)到平衡狀態(tài)，催化劑不影響平衡，即無(wú)法改變反應(yīng)的選擇性。對(duì)于未達(dá)平衡的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，通過(guò)使用催化劑改變目標(biāo)反應(yīng)的反應(yīng)速率來(lái)改變反應(yīng)的選擇性。通常工業(yè)生產(chǎn)為得到更多的產(chǎn)物，會(huì)盡量使反應(yīng)達(dá)到平衡。雖然溫度和反應(yīng)物投料比既影響反應(yīng)速率又影響化學(xué)平衡，但有關(guān)溫度和反應(yīng)物投料比影響競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的問(wèn)題，一般是反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，所以是通過(guò)改變平衡狀態(tài)來(lái)改變反應(yīng)的選擇性。競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的思維模型如下圖所示?！纠?】乙醇－水催化重整可獲得H2。其主要反應(yīng)為C2H5OH(g)＋3H2O(g)=2CO2(g)＋6H2(g)ΔH＝＋173.3kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ·mol－1，在1.0×105Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3時(shí)，若僅考慮上述反應(yīng)，平衡時(shí)CO2和CO的選擇性及H2的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示。CO的選擇性＝eq\f(n生成（CO）,n生成（CO2）＋n生成（CO）)×100%。(1)表示平衡時(shí)H2產(chǎn)率隨溫度的變化的曲線是________(選填序號(hào)①、②、③)。(2)升高溫度，平衡時(shí)CO的選擇性________(填“增大”“減小”或“不變”)。(3)一定溫度下，下列措施，可能提高平衡時(shí)H2產(chǎn)率的有________(填序號(hào))。a.加入CaO(s)b.選用高效催化劑c.增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)答案(1)②(2)減小(3)ab解析根據(jù)已知反應(yīng)①C2H5OH(g)＋3H2O(g)=2CO2(g)＋6H2(g)ΔH＝＋173.3kJ·mol－1，反應(yīng)②CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ·mol－1，且反應(yīng)①的熱效應(yīng)更大，故溫度升高的時(shí)候?qū)Ψ磻?yīng)①影響更大一些，即CO2選擇性增大，同時(shí)CO的選擇性減小，根據(jù)CO的選擇性的定義可知③代表CO2的選擇性，①代表CO的選擇性，②代表H2的產(chǎn)率。加入CaO(s)與水反應(yīng)放熱，對(duì)反應(yīng)①影響較大，可以增大H2產(chǎn)率，或者選用對(duì)反應(yīng)①影響較大的高效催化劑，也可以增大H2產(chǎn)率；增大體系壓強(qiáng)，反應(yīng)①平衡左移，反應(yīng)②無(wú)影響。(2)連續(xù)反應(yīng)連續(xù)反應(yīng)的特征是前一個(gè)反應(yīng)的生成物是后一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物，即出現(xiàn)了中間產(chǎn)物。對(duì)連續(xù)反應(yīng)的分析可幫助學(xué)生建立如圖所示的思維模型：【例5】已知：Cl2(g)＋2NaOH(aq)=NaCl(aq)＋NaClO(aq)＋H2O(l)ΔH1＝－102kJ·mol－13Cl2(g)＋6NaOH(aq)=5NaCl(aq)＋NaClO3(aq)＋3H2O(l)ΔH2＝－422kJ·mol－1有研究表明，生成NaClO3的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：Ⅰ.2ClO－=ClOeq\o\al(－,2)＋Cl－Ⅱ.ClOeq\o\al(－,2)＋ClO－=ClOeq\o\al(－,3)＋Cl－常溫下，反應(yīng)Ⅱ能快速進(jìn)行，但氯氣與NaOH溶液反應(yīng)很難得到NaClO3，試用碰撞理論解釋其原因：________________________________________________________________________________________________。答案反應(yīng)進(jìn)行快慢決定于反應(yīng)Ⅰ，反應(yīng)Ⅰ的活化能高，活化分子百分?jǐn)?shù)低，不利于ClO－向ClOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化2.審視考查角度，建構(gòu)原理解釋的思維模型【例6】NO氧化反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)分兩步進(jìn)行，其反應(yīng)過(guò)程能量變化示意圖如圖。Ⅰ.2NO(g)=N2O2(g)ΔH1Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)→2NO2(g)ΔH2(1)決定NO氧化反應(yīng)速率的步驟是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。(2)在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O2氣體，保持其他條件不變，控制反應(yīng)溫度分別為T3和T4(T4＞T3)，測(cè)得c(NO)隨t(時(shí)間)的變化曲線如圖。轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度________(填“T3”或“T4”)下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，試結(jié)合反應(yīng)過(guò)程能量圖分析其原因_____________________________________________________________________________________________________。答案(1)Ⅱ(2)T4ΔH1＜0，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)減小，濃度降低的影響大于溫度對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響解析(1)由圖可知，反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ的活化能，活化能越大，反應(yīng)速率越慢，則化學(xué)反應(yīng)速率反應(yīng)Ⅰ快于反應(yīng)Ⅱ，化學(xué)反應(yīng)取決于反應(yīng)速率較慢的一步，則決定NO氧化反應(yīng)速率的步驟是反應(yīng)Ⅱ；(2)由圖可知，轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度T4下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，原因是反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)減小，濃度降低的影響大于溫度對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度較高的T4下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)。【題后歸納】解題時(shí)的思維模型如下圖所示eq\x(\a\al(①考查角度：,反應(yīng)速率))→eq\x(\a\al(微觀本質(zhì)：,碰撞理論))→eq\x(\a\al(影響因素：,活化能))→eq\x(\a\al(Ea2＞Ea1,Ⅱ速率慢))→eq\x(\a\al(②考查角度：,反應(yīng)速率))→eq\x(\a\al(宏觀表現(xiàn)：,速率不同))→eq\x(\a\al(影響規(guī)律：,T3＜T4，則v3＜v4))→eq\x(\a\al(圖示信息：,v3＞v4))→eq\x(\a\al(速率與平衡交互：T改變，平衡移動(dòng)，,產(chǎn)生影響速率的另一個(gè)因素c))→ΔH1＜0，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)減??；濃度降低的影響大于溫度升高對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響【例7】在電解質(zhì)水溶液中，3種不同的催化劑(a、b、c)上CO2電還原為CO的反應(yīng)進(jìn)程中(H＋電還原為H2的反應(yīng)可同時(shí)發(fā)生)，相對(duì)能量變化如圖所示。由此判斷CO2電還原為CO從易到難的順序?yàn)開_______(用a、b、c字母排序)。答案c、a、b解析平時(shí)我們研究的大多是單一變量對(duì)反應(yīng)的影響，而在實(shí)際情境中往往不止一個(gè)變量，以平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)為情境考查基元反應(yīng)活化能與反應(yīng)速率的關(guān)系，更能考查學(xué)生對(duì)外界條件與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系的認(rèn)識(shí)程度及運(yùn)用相關(guān)原理解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本題具體解讀如下：(1)明確研究對(duì)象：CO2電還原為CO、H＋電還原為H2兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)電子的反應(yīng)。(2)必備知識(shí)：對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)，其他條件相同，催化劑不同時(shí)，活化能越小，反應(yīng)速率越快，反應(yīng)越容易進(jìn)行；平行存在的其他競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)越容易發(fā)生，此反應(yīng)越不容易進(jìn)行。(3)讀圖，獲取信息：從圖像可以看出，有很多反應(yīng)是分多步進(jìn)行的，此時(shí)活化能最大的步驟就是該反應(yīng)的決速步驟，不同催化劑條件下，兩個(gè)反應(yīng)決速步驟的活化能(近似值)對(duì)比如表所示。催化劑CO2電還原為CO過(guò)程/eVH＋電還原為H2過(guò)程/eVa0.51－0.00＝0.510.27－0.00＝0.27b0.68－(－0.08)＝0.760.00－(－0.22)＝0.22c0.68－0.22＝0.460.60－0.00＝0.60(4)數(shù)據(jù)分析：c做催化劑時(shí)，兩反應(yīng)的活化能分別為0.46、0.60，是CO2電還原為CO最容易，H＋電還原為H2最難的條件；b做催化劑時(shí)，兩反應(yīng)的活化能分別為0.76、0.22，是CO2電還原為CO最難，H＋電還原為H2最容易的條件，所以答案為c、a、b。【方法構(gòu)建】無(wú)論是單一反應(yīng)體系，還是復(fù)雜反應(yīng)體系，都可能會(huì)出現(xiàn)多種因素對(duì)反應(yīng)體系同時(shí)有影響的情況。如果出現(xiàn)同向影響，作用結(jié)果相加合，要突出共同作用；如果出現(xiàn)反向影響，作用結(jié)果相消減，要突出主導(dǎo)因素。對(duì)照前面的思維模型，結(jié)合前面所述的解題方法與技巧，可以總結(jié)出原理類說(shuō)理題的解題模型，如下圖所示，我們分析時(shí)要由上到下思考，答題時(shí)要由下而上敘述說(shuō)理。解題的關(guān)鍵是弄清命題人的意圖，找準(zhǔn)考查角度是熱力學(xué)的問(wèn)題還是動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題。3.聚焦平衡常數(shù)，構(gòu)建化學(xué)平衡計(jì)算模板(1)根據(jù)數(shù)據(jù)直接計(jì)算平衡常數(shù)?！纠?】硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品，接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(,\s\up7(釩催化劑))SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1。將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時(shí)，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，則SO3壓強(qiáng)為________，平衡常數(shù)Kp＝________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。答案eq\f(2mαp,100－mα)eq\f(α,（1－α）1.5\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(mp,100－mα)))\s\up12(0.5))解析設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100mol，則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2mmol、mmol和qmol，即2m＋m＋q＝3m＋q＝100，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則有下列關(guān)系：平衡時(shí)氣體n(總)＝[2m(1－α)＋m(1－α)＋2mα＋q]mol＝[3m－mα＋q]mol＝[100－mα]mol，則SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為eq\f(n（SO3）,n（總）)＝eq\f(2mα,100－mα)，該反應(yīng)在恒壓容器中進(jìn)行，SO3產(chǎn)生的分壓p(SO3)＝eq\f(2mαp,100－mα)，同理可得p(SO2)＝eq\f(2m（1－α）p,100－mα)和p(O2)＝eq\f(m（1－α）p,100－mα)，故SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)SO3(g)的Kp＝eq\f(p（SO3）,p（SO2）×p0.5（O2）)＝eq\f(\f(2mαp,100－mα),\f(2m（1－α）p,100－mα)×\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(m（1－α）p,100－mα)))\s\up12(0.5))＝eq\f(α,（1－α）1.5\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(mp,100－mα)))\s\up12(0.5))。【題后歸納】關(guān)于對(duì)分壓平衡常數(shù)Kp的計(jì)算計(jì)算Kp，要能根據(jù)平衡常數(shù)K的表達(dá)式正確理解Kp的含義，掌握表達(dá)式的書寫。如反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，Kp＝eq\f(pc（C）·pd（D）,pa（A）·pb（B）)，同樣根據(jù)題中信息能正確列出反應(yīng)起始、變化和平衡時(shí)三個(gè)階段的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，求出氣體的總體積，進(jìn)而求出各氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(或體積分?jǐn)?shù))，各物質(zhì)的分壓＝氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×平衡時(shí)的總壓強(qiáng)，即求得各物質(zhì)的平衡分壓，代入Kp的表達(dá)式中即可計(jì)算Kp的數(shù)值等。(2)根據(jù)圖像信息計(jì)算平衡常數(shù)【例9】Deacon發(fā)明的直接氧化法為4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)。下圖為剛性容器中，進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)分別等于1∶1、4∶1、7∶1時(shí)HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系：可知反應(yīng)平衡常數(shù)K(300℃)________K(400℃)(填“大于”或“小于”)。設(shè)HCl初始濃度為c0，根據(jù)進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的數(shù)據(jù)計(jì)算K(400℃)＝________(列出計(jì)算式)。答案大于eq\f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0)解析(1)根據(jù)反應(yīng)方程式知，HCl平衡轉(zhuǎn)化率越大，平衡常數(shù)K越大，結(jié)合圖像可知升高溫度HCl的平衡轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則K(300℃)＞K(400℃)。由圖像知，溫度相同時(shí)，c(HCl)∶c(O2)越大，則HCl的平衡轉(zhuǎn)化率越低，故在400℃、進(jìn)料c(HCl)∶c(O2)＝1∶1時(shí)，HCl平衡轉(zhuǎn)化率為84%，用三段式法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得：則K(400℃)＝eq\f(（0.42c0）2×（0.42c0）2,[（1－0.84）c0]4×（1－0.21）c0)＝eq\f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0)?！绢}后歸納】根據(jù)圖像計(jì)算平衡常數(shù)，一般思路如下①明確圖像橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)所表示的含義，能理解可逆反應(yīng)隨溫度、壓強(qiáng)、進(jìn)料比等變化的影響；②若有多個(gè)變量，必要時(shí)固定某一變量，可在圖像上適當(dāng)做輔助線，利用控制變量法探究外界條件改變對(duì)化學(xué)平衡的影響；③根據(jù)圖像中轉(zhuǎn)化率(或體積分?jǐn)?shù)、產(chǎn)率等)隨溫度變化可判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)，由此可判斷溫度改變時(shí)平衡常數(shù)的影響等；④選取圖像中特殊點(diǎn)，根據(jù)對(duì)應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率(或體積分?jǐn)?shù)、產(chǎn)率等)，列出三段式求算平衡常數(shù)。(3)根據(jù)復(fù)雜信息，計(jì)算、分析平衡常數(shù)【例10】氯鉑酸鋇(BaPtCl6)固體加熱時(shí)部分分解為BaCl2、Pt和Cl2，376.8℃時(shí)平衡常數(shù)K′p＝1.0×104Pa2，在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過(guò)量BaPtCl6，抽真空后，通過(guò)一支管通入碘蒸氣(然后將支管封閉)，在376.8℃，碘蒸氣初始?jí)簭?qiáng)為20.0kPa。376.8℃平衡時(shí)，測(cè)得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa，則pICl＝________kPa，反應(yīng)2ICl(g)=Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝________(列出計(jì)算式即可)。答案24.8eq\f(100×7.6×103,（24.8×103）2)解析由題意376.8℃時(shí)玻璃燒瓶中發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)2ICl(g)。BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常數(shù)K′p＝1.0×104Pa2，則平衡時(shí)p2(Cl2)＝1.0×104Pa2，平衡時(shí)p(Cl2)＝100Pa，設(shè)到達(dá)平衡時(shí)I2(g)的分壓減小pkPa，則376.8℃平衡時(shí)，測(cè)得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa，則0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，則平衡時(shí)pICl＝2pkPa＝2×12.4kPa＝24.8kPa；則平衡時(shí)，I2(g)的分壓為(20.0－p)kPa＝7.6kPa＝7.6×103Pa，pICl＝24.8kPa＝24.8×103Pa，p(Cl2)＝0.1kPa＝100Pa，因此反應(yīng)2ICl(g)=Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝eq\f(100×7.6×103,（24.8×103）2)。【題后歸納】解答這類復(fù)雜信息的試題，首先要理解試題中的信息，如根據(jù)題意和數(shù)據(jù)能寫出化學(xué)方程式并進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算；其次要看明白圖像所表示的含義，尤其涉及橫縱坐標(biāo)都是比較復(fù)雜的變量時(shí)，能準(zhǔn)確判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)或化學(xué)平衡常數(shù)等變量的變化情況；最后能根據(jù)已有知識(shí)將試題信息進(jìn)行整合，能進(jìn)行綜合分析或計(jì)算推理等。1.工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用：COS的水解反應(yīng)為COS(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2S(g)ΔH<0。用活性α－Al2O3作催化劑，在恒溫恒容密閉容器中COS(g)的平衡轉(zhuǎn)化率隨不同投料比[eq\f(n（H2O）,n（COS）)]的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖甲所示。(1)向起始容器中投入一定量反應(yīng)物，一定可以判斷反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)的是________(填字母)。A.容器中氣體密度不變B.eq\f(c（COS）,c（H2O）)保持不變C.該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)保持不變D.v逆(COS)＝v正(H2S)(2)根據(jù)圖甲和圖乙判斷該反應(yīng)的最佳條件為投料比[eq\f(n（H2O）,n（COS）)]________；溫度________。(3)當(dāng)溫度升高到一定值后，發(fā)現(xiàn)相同時(shí)間內(nèi)COS(g)的水解轉(zhuǎn)化率降低，猜測(cè)可能的原因是__________________________________________________________；__________________________________________________________。(寫出兩條)答案(1)D(2)10∶1160℃(3)催化劑活性降低平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)解析(1)根據(jù)質(zhì)量守恒定律，混合氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，密度ρ＝eq\f(M,V)，故氣體的密度始終不變，當(dāng)容器中氣體的密度不發(fā)生變化時(shí)不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)反應(yīng)方程式，COS與H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比是1∶1，故在反應(yīng)過(guò)程中兩者的濃度之比應(yīng)該保持不變，eq\f(c（COS）,c（H2O）)保持不變不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，B項(xiàng)錯(cuò)誤；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度一定時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)反應(yīng)方程式，v正(COS)＝v正(H2S)，則v逆(H2S)＝v正(H2S)，即v逆(COS)＝v正(H2S)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，D項(xiàng)正確。(2)根據(jù)圖甲可知，最佳投料比eq\f(n（H2O）,n（COS）)＝10∶1，由圖乙可知，最佳溫度為160℃。(3)當(dāng)溫度升高到一定值后，COS轉(zhuǎn)化率降低，可能的原因是反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，也可能是催化劑的活性降低。2.銅系催化劑對(duì)反應(yīng)2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)具有較高的活性。在583K下，將amol甲醇置于bL恒容密閉容器中，經(jīng)過(guò)tmin到達(dá)平衡，氣體壓強(qiáng)為p0Pa，且p氫氣＝p甲醇，此過(guò)程中的平均反應(yīng)速率v(HCOOCH3)＝________(用含a、b、t的式子表達(dá))；用氣體分壓表示的平衡常數(shù)Kp＝________(用含p0的式子表達(dá))；相同溫度下，將amol甲醇置于bL恒壓密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)p氫氣________p甲醇(填“>”“＝”或“<”)。答案eq\f(a,4bt)mol·L－1·min－1eq\f(p0,5)＞解析銅系催化劑對(duì)反應(yīng)2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)具有較高的活性。在583K下，將amol甲醇置于bL恒容密閉容器中，經(jīng)過(guò)tmin到達(dá)平衡，氣體壓強(qiáng)為p0Pa，且p氫氣＝p甲醇，根據(jù)a－2x＝2x，則x＝0.25a，此過(guò)程中的平均反應(yīng)速率v(HCOOCH3)＝eq\f(0.25amol,bL×tmin)＝eq\f(a,4bt)mol·L－1·min－1；用氣體分壓表示的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p0×\f(0.25a,1.25a)×（p0×\f(0.5a,1.25a)）2,（p0×\f(0.5a,1.25a)）2)＝eq\f(p0,5)；相同溫度下，將amol甲醇置于bL恒壓密閉容器中，相對(duì)恒容容器來(lái)說(shuō)，壓強(qiáng)減小，平衡向體積增大即正向反應(yīng)，則反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)p氫氣＞p甲醇。3.低碳烯烴是指乙烯、丙烯、丁烯，它們是有機(jī)合成的重要原料。(1)我國(guó)學(xué)者用Fe3(CO)12/ZSM－5催化CO2加氫合成低碳烯烴，反應(yīng)過(guò)程如圖所示：①在Fe3(CO)12存在下，CO2加氫反應(yīng)中，RWGS反應(yīng)的活化能________(填“大于”“小于”或“不能判斷”)FTS反應(yīng)的活化能。②已知：Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41.3kJ·mol－1Ⅱ.2CO(g)＋4H2(g)C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－210.5kJ·mol－1向某密閉容器中加入1molCO2和3molH2，在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，乙烯的平衡產(chǎn)率隨溫度變化曲線如圖所示，請(qǐng)解釋550K以后，曲線變化的原因是____________________________________________________________________________________________________________。③在催化劑存在下，400kPa、500℃條件下，將1molCO2和3molH2加入某密閉容器中合成低碳烯烴：nCO2(g)＋3nH2(g)(CH2)n(g)＋2nH2O(g)，40min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得的轉(zhuǎn)化率和各含碳產(chǎn)物占所有含碳產(chǎn)物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如下表：CO2的轉(zhuǎn)化率/%各含碳產(chǎn)物占所有含碳產(chǎn)物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)/%C2H4C3H6其他60.060.040.00反應(yīng)達(dá)到平衡后，C2H4的分壓是________kPa(結(jié)果保留三位有效數(shù)字，下同)，從反應(yīng)開始到平衡時(shí)，CO2的反應(yīng)速率是________kPa·min－1。(2)正丁烷催化脫氫可得到2-丁烯，其有順?lè)串悩?gòu)，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：若用Kx表示反應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)(即濃度平衡常數(shù)中的濃度用體積分?jǐn)?shù)代替)。上述三個(gè)反應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)lgKx與溫度的變化關(guān)系如圖所示：回答下列問(wèn)題：①圖中b＝________(用含a、c的代數(shù)式表示)。②在T1K時(shí)，向某密閉容器中加入2mol正丁烷，測(cè)得生成的順-2-丁烯為0.15mol，則平衡體系中H2為________mol。保持恒溫恒壓下，再向該容器中充入一定量惰性氣體He，則反-2-丁烯的體積分?jǐn)?shù)將會(huì)________(填“增大”“減小”或“不變”)。答案(1)①大于②ΔH1>0，ΔH2<0，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡右移，反應(yīng)Ⅱ平衡左移，溫度高于550K以后，以反應(yīng)Ⅰ為主，CO增多，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ平衡右移，乙烯產(chǎn)率緩慢增加③19.71.19(2)①a－c②1.65減少解析(1)①活化能大的反應(yīng)速率慢，在Fe3(CO)12存在下，CO2加氫反應(yīng)中，RWGS反應(yīng)為慢反應(yīng)，而FTS反應(yīng)為快反應(yīng)，故前者的活化能大；②550K以后，C2H4產(chǎn)率增加的原因是ΔH1>0，ΔH2<0，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡右移，反應(yīng)Ⅱ平衡左移，溫度高于550K以后，以反應(yīng)Ⅰ為主，CO增多，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ平衡右移，乙烯產(chǎn)率緩慢增加；③在400kPa、500℃時(shí)，因加入1molCO2和3molH2，故起始時(shí)p(CO2)＝100kPa，p(H2)＝300kPa，平衡時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率為60%，根據(jù)反應(yīng)nCO2(g)＋3nH2(g)(CH2)n(g)＋2nH2O(g)，平衡時(shí)n(CO2)＝0.4mol，n(H2)＝1.2mol；由轉(zhuǎn)化的碳守恒可得：2n(C2H4)＋3n(C3H6)＝0.6mol、eq\f(n（C2H4）,n（C3H6）)＝eq\f(60.0,40.0)，解得：n(C2H4)＝0.15mol、n(C3H6)＝0.1mol、n(H2O)＝1.2mol，故平衡體系中氣體的總物質(zhì)的量是3.05mol；反應(yīng)達(dá)到平衡后，C2H4的分壓是eq\f(0.15,3.05)×400kPa≈19.7kPa，CO2的分壓是eq\f(0.4,3.05)×400kPa≈52.5kPa，從反應(yīng)開始到平衡時(shí)，CO2的反應(yīng)速率是eq\f(（100－52.5）kPa,40min)＝1.19kPa·min－1。(2)①由蓋斯定律可知，反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅲ＝反應(yīng)Ⅱ，則Kx(Ⅰ)Kx(Ⅲ)＝Kx(Ⅱ)，則lgKx(Ⅱ)＝lgKx(Ⅰ)＋lgKx(Ⅲ)，b＋c＝a，b＝a－c；②由圖可知，在T1K時(shí)，反應(yīng)Ⅲ的lgKx＝1，則Kx＝eq\f(n（反-2-丁烯）,n（順-2-丁烯）)＝10，測(cè)得生成的順-2-丁烯為0.15mol，則生成反-2-丁烯為1.5mol，由方程式可知，平衡體系中H2為0.15mol＋1.5mol＝1.65mol；保持恒溫恒壓下，再向該容器中充入一定量惰性氣體He，容器容積會(huì)增大，一瞬間H2、正丁烷、反-2-丁烯、順-2-丁烯的體積分?jǐn)?shù)減小，由于反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ都是氣體體積增大的反應(yīng)，平衡正向移動(dòng)，而反應(yīng)Ⅲ是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不移動(dòng)，且Kx＝eq\f(n（反-2-丁烯）,n（順-2-丁烯）)＝10，由勒夏特列原理可知，再次平衡時(shí)反-2-丁烯的體積分?jǐn)?shù)相比充入He之前減小。1.一種以CO2為碳源，在催化劑作用下催化加氫制備可再生能源甲醇的反應(yīng)如下：反應(yīng)i：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH4＝－49.1kJ·mol－1反應(yīng)ii：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH5＝＋41.1kJ·mol－1(1)往恒容密閉容器中按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3(總量為amol)充入反應(yīng)物，在合適催化劑作用下，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇率(轉(zhuǎn)化為甲醇的CO2物質(zhì)的量與參加反應(yīng)的CO2總物質(zhì)的量之比)如圖所示。在513K達(dá)平衡時(shí)，甲醇的物質(zhì)的量為________mol(列出計(jì)算式即可)。隨著溫度的升高，ABC所在曲線逐漸升高的原因是____________________________________________________________________________________________________________________。(2)現(xiàn)向恒溫恒容(0.1MPa)的密閉容器中充入1molCO2、3molH2和6molHe，選擇合適的催化劑使其僅按反應(yīng)i進(jìn)行，反應(yīng)10min后達(dá)平衡CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，則氫氣的分壓變化率為________MPa·min－1(請(qǐng)計(jì)算出結(jié)果)，該反應(yīng)的Kp＝________MPa－2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，列出計(jì)算式即可)。答案(1)0.25a×15%×78%升高溫度，反應(yīng)ii正向移動(dòng)的程度大于反應(yīng)i逆向移動(dòng)的程度(2)0.000533.3解析(1)根據(jù)題意可知投料為0.25amolCO2和0.75amolH2，據(jù)圖可知513K達(dá)平衡時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為15%，甲醇的選擇率為78%，結(jié)合反應(yīng)i可知生成的甲醇為0.25a×15%×78%mol；反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，反應(yīng)ii為吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)ii平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)i平衡逆向移動(dòng)，且反應(yīng)ii正向移動(dòng)的程度大于反應(yīng)i逆向移動(dòng)的程度，所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率升高，甲醇的選擇率降低；(2)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，列化學(xué)平衡三段式，He不參與反應(yīng)，仍為6mol，混合氣體總物質(zhì)的量為(0.8＋2.4＋0.2＋0.2＋6)mol＝9.6mol，p(H2)＝eq\f(2.4,9.6)×0.1MPa＝0.025MPa，起始p(H2)＝eq\f(3,10)×0.1MPa＝0.03MPa，氫氣的分壓變化率為eq\f(0.03MPa－0.025MPa,10min)＝0.0005MPa·min－1，Kp＝eq\f(p（CH3OH）·p（H2O）,p（CO2）·p3（H2）)＝eq\f(\f(0.2,9.6)×0.1MPa×\f(0.2,9.6)×0.1MPa,\f(0.8,9.6)×0.1MPa×（0.025MPa）3)≈33.3MPa－2。2.我國(guó)提出了碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科技工作者加大了對(duì)二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)研究的力度。Ⅰ.中國(guó)科技研究者在催化劑作用下利用CO2人工合成甲醇，在CO2加氫合成甲醇的體系中，同時(shí)存在以下反應(yīng)：ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2(1)在特定溫度下，由穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物的焓變叫做該物質(zhì)在此溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。表中為幾種物質(zhì)在298K的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓物質(zhì)CO2(g)CH3OH(g)H2O(g)H2(g)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓/(kJ·mol－1)－393.51－201.17－241.820①由此可求得ΔH1＝________kJ/mol。②反應(yīng)ⅰ在________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)下可以自發(fā)進(jìn)行。(2)已知甲醇選擇性(S—CH3OH)＝eq\f(n（生成CH3OH）,n（消耗CO2）)×100%，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(X—CO2)、甲醇的選擇性(S—CH3OH)隨溫度、壓強(qiáng)變化如圖所示：①由圖可知壓強(qiáng)大小關(guān)系：p1________p2(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔH2________0。②300℃之后，隨著溫度的升高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，甲醇的選擇性降低，是因?yàn)椋篲___________________________________________________________________________________________________________________。(3)在恒溫恒容的容器中，充入0.5molCO2(g)和1.0molH2(g)，起始?jí)簭?qiáng)為pkPa，一段時(shí)間后達(dá)到平衡測(cè)得容器中生成0.3molH2O(g)，壓強(qiáng)為eq\f(2,3)pkPa，反應(yīng)ⅱ的平衡常數(shù)Kp＝________。(分壓＝物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算的平衡常數(shù)即為Kp)。答案(1)①－49.48②低溫(2)①>>②反應(yīng)ⅰ放熱，反應(yīng)ⅱ吸熱，隨溫度升高，反應(yīng)ⅰ逆移，反應(yīng)ⅱ正移，且反應(yīng)ⅱ正向移動(dòng)幅度更大，所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，甲醇的選擇性降低(3)eq\f(3,8)解析(1)①由題給信息可得反應(yīng)ⅰ的焓變?chǔ)1＝(－201.17－241.82)kJ/mol－(－393.51＋0)kJ/mol＝－49.48kJ/mol；②該反應(yīng)為放熱的熵減反應(yīng)，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS判斷，反應(yīng)ⅰ在低溫下可以自發(fā)進(jìn)行。(2)①反應(yīng)ⅰ為氣體總分子數(shù)減小的反應(yīng)，反應(yīng)ⅱ為氣體總分子數(shù)不變的反應(yīng)，故增大壓強(qiáng)，反應(yīng)ⅰ平衡向右移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增加，甲醇選擇性增加，結(jié)合圖像可知，p1>p2；由圖像可看出300℃之后，隨著溫度的升高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，而反應(yīng)ⅰ隨溫度升高平衡逆向移動(dòng)，不利于CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，甲醇選擇性降低，因此反應(yīng)ⅱ隨溫度升高平衡正向移動(dòng)，ΔH2>0。②反應(yīng)ⅰ放熱，反應(yīng)ⅱ吸熱，反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度反應(yīng)ⅰ平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)ⅱ平衡正向移動(dòng)，甲醇的選擇性降低，是因?yàn)榉磻?yīng)ⅱ平衡正向移動(dòng)程度更大。(3)設(shè)達(dá)到平衡后生成甲醇的物質(zhì)的量為xmol、一氧化碳為ymol，根據(jù)題給數(shù)據(jù)可列三段式：平衡后氣體總物質(zhì)的量為(1.5－2x)mol，由題給數(shù)據(jù)可得x＋y＝0.3，eq\f(\f(2,3)p,p)＝eq\f(1.5－2x,1.5)，解得x＝0.25，y＝0.05，則反應(yīng)ⅱ的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p（CO）·p（H2O）,p（CO2）·p（H2）)＝eq\f(\f(0.05,1)×\f(2,3)p×\f(0.3,1)×\f(2,3)p,\f(0.2,1)×\f(2,3)p×\f(0.2,1)×\f(2,3)p)＝eq\f(3,8)。3.(2024·佛山順德一中高二期中)由CO2與H2制備甲醇是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一，由CO2人工合成淀粉(節(jié)選途徑見(jiàn)圖)中的重要反應(yīng)之一。已知：反應(yīng)①：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1反應(yīng)②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋40.9kJ/mol反應(yīng)③：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)ΔH3＝＋90.4kJ/mol(1)ΔH1＝________。(2)某研究小組將2molCH3OH通入2L的剛性密閉容器內(nèi)，只發(fā)生反應(yīng)③，5分鐘后容器壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的2.5倍，則這段時(shí)間內(nèi)，v(H2)＝________；CH3OH的轉(zhuǎn)化率為________。(3)某研究小組采用上述催化劑，向V＝2L的恒容密閉容器中通入3molH2和1molCO2，只發(fā)生反應(yīng)①和反應(yīng)②，在不同條件下達(dá)到平衡。其中，在T＝300℃下甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)隨壓強(qiáng)p的變化、在p＝600kPa下φ(CH3OH)隨溫度T的變化，如圖所示。①Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)為________℃、________kPa。②M點(diǎn)時(shí)容器中CO2為eq\f(1,3)mol，CO為eq\f(1,3)mol，反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K＝________。③圖中M點(diǎn)的φ(CH3OH)高于N點(diǎn)的原因是_________________________________________________________________________________。答案(1)－49.5kJ/mol(2)0.3mol/(L·min)75%(3)①300200②2.5×10－6③反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，且正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，M點(diǎn)相對(duì)于N點(diǎn)，溫度更低，壓強(qiáng)更大，有利于反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)，φ(CH3OH)增大解析(1)由蓋斯定律可知，反應(yīng)②－反應(yīng)③得到反應(yīng)①，則ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝(＋40.9kJ/mol)－(＋90.4kJ/mol)＝－49.5kJ/mol；(2)只發(fā)生反應(yīng)③，5分鐘后容器壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的2.5倍，根據(jù)阿伏加德羅定律可知，反應(yīng)后總的物質(zhì)的量為2mol×2.5＝5mol；反應(yīng)增加氣體的物質(zhì)的量為3mol，反應(yīng)氣體分子數(shù)變化為Δn＝2，根據(jù)化學(xué)方程式體現(xiàn)的關(guān)系可知，生成氫氣3mol、反應(yīng)甲醇1.5mol，則這段時(shí)間內(nèi)，v(H2)＝eq\f(3,2×5)mol/(L·min)＝0.3mol/(L·min)，CH3OH的轉(zhuǎn)化率為：eq\f(1.5mol,2mol)×100%＝75%；(3)①：反應(yīng)①是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)增大，則曲線a為等溫線，曲線b為等壓線，所以Y點(diǎn)溫度為300℃、壓強(qiáng)為200kPa；②：由圖可知，M點(diǎn)的壓強(qiáng)為800MPa，甲醇的體積分?jǐn)?shù)為10%，由題給數(shù)據(jù)可建立如下三段式：由三段式數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)，二氧化碳、氫氣、一氧化碳、甲醇和水蒸氣的物質(zhì)的量分別為eq\f(1,3)mol，eq\f(5,3)mol，eq\f(1,3)mol，eq\f(1,3)mol，eq\f(2,3)mol，總物質(zhì)的量為eq\f(10,3)mol，則二氧化碳、氫氣、一氧化碳、甲醇、水蒸氣的平衡分壓分別為eq\f(\f(1,3)mol,\f(10,3)mol)×800kPa＝80kPa，eq\f(\f(5,3)mol,\f(10,3)mol)×800kPa＝400kPa，eq\f(\f(1,3)mol,\f(10,3)mol)×800kPa＝80kPa，eq\f(\f(1,3)mol,\f(10,3)mol)×800kPa＝80kPa，eq\f(\f(2,3)mol,\f(10,3)mol)×800kPa＝16