第26講化學平衡常數及轉化率反應方向及調控

（模擬精練+真題演練）

完卷時間：50分鐘

一、選擇題（每小題只有一個正確選項，共12x5分）

1.（2023?江蘇南京?統考二模）反應2co2（g）+6Hz（g）T^CH30cH3值）+3旦0值）AH<0可實現CO?

的資源化，下列說法正確的是

A.上述反應在任何溫度下均可自發進行

B.上述反應每消耗ImolCO2同時形成7moio鍵

C（CHOCH）

c.上述反應平衡常數八母3亦3志

D.催化劑可以降低上述反應的焰變，提高化學反應速率

【答案】B

【解析】A.AH-TASO時反應自發進行，該反應AHvO,AS<0,反應在較低溫度下可自發進行，A錯誤；

B.根據2co2（g）+6Hz（g）T^CH30cH3值）+3區0傳），反應每消耗ImolCO2,生成0.5molCH30cH3、

C(CHOCH)?C3(HO)

形成。鍵，正確；上述反應平衡常數K=332錯誤；.催

1.5molH2O,7moiBC.26CD

C(CO2)*C(H2)

化劑可以加快反應速率，但是不改變反應的熔變，D錯誤；故選B。

2.（2023?江西宜春?江西省宜豐中學校考模擬預測）化學熱泵技術作為一種高效環保的節能新技術一直以

來廣受關注，氨基甲酸鏤可應用于化學熱泵循環。將一定量純凈的氨基甲酸核（NH2coONH。粉末置于特制

的密閉真空容器中（假設容器體積不變，固體試樣體積忽略不計），在恒定溫度下使其達到分解平衡：

NH2COONH4（S）2NH3（g）+CO2（g）o實驗測得不同溫度下的平衡數據列于下表:

溫度（℃）15.020.025.030.035.0

平衡總壓強（kPa）5.78.312.017.124.0

平衡氣體總濃度（x10-3mol.L4）2.43.44.86.89.4

下列說法正確的是

A.該反應的AH<0,該反應在較低溫度下能自發進行

B.25℃時平衡常數的值K21.6x10-8

C.當密閉容器中二氧化碳的體積分數不變時說明該反應達到化學平衡狀態

D.再加入少量NH2coONH4平衡正向移動

【答案】B

【解析】A.在容積不變的密閉容器中，平衡氣體總濃度隨溫度的升高而增大，該反應物是固體，生成物是

氣體，所以升高溫度，平衡正向移動，故該反應的AH>0,AS>0,能自發進行需△G=AH-T?AS<0,故該

反應在較高溫度下能自發進行，A錯誤；B.根據表中數據25℃時平衡氣體總濃度為4.8xlO-3mol/L,又根

據反應可知，平衡氣體中NH3和C02的物質的量濃度之比永遠為2：1,故平衡時：c(NH3)=3.2xl(?3mol/L,

3

c(C02)=1.6xlO-mol/L,故平衡常數的值K=c2(NH3)c(CCh尸(3.2xl()-3)2xi6乂1(?3切.6><10-8,B正確；C.由反

應方程式可知，NH2COONH4(S)^2NH3(g)+CO2(g)容器中NH3和CO2的物質的量之比永遠保持2：1,

即容器中C02的體積分數一直不變，就當密閉容器中二氧化碳的體積分數不變時不能說明該反應達到化學

平衡狀態，C錯誤；D.由于NH2co0NH4為固體，再加入少量NH2coONR平衡不移動，D錯誤；故答案

為：B。

3.(2023?江蘇鎮江?江蘇省鎮江第一中學校考一模)恒壓條件下，密閉容器中將CO2、比按照體積比為1：

3合成CH3OH,其中涉及的主要反應：

1

I.CO2(g)+3H2(g)^CH3OH(g)+H2O(g)AHi^kJ-mor

1

II.CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)AH2=41kJ-mor

在不同催化劑作用下發生反應I和反應n,在相同的時間段內CH3OH的選擇性和產率隨溫度的變化如圖

CH30H選擇性(%)CH30H產率(%)

CH30H選擇性

—CZT催化劑

|T-CZ(Zr-l)T催化劑

「"3…r皿CH30H的物質的量

已知：CH30H的選擇性=反應的CO2的物質的量xlOO%

下列說法正確的是

A.保持恒溫恒壓下充入氮氣，不影響CO的產率

B.合成甲醇的適宜工業條件是約230。。催化劑選擇CZ(Zr-l)T

C.使用CZ(Zr-l)T,230。(2以上，升高溫度甲醇的產率降低，原因是催化劑的活性降低

D.使用CZT,23(TC以上，升高溫度甲醇的產率降低，是因為反應I平衡逆向移動

【答案】B

【解析】A.充入氮氣反應I壓強減小平衡逆向移動，比和CO2增加從而導致反應H的反應物濃度增大平

衡正向，所以CO的產率增加，A項錯誤；B.相同條件下催化劑CZ(Zr-l)T選擇性更高。此催化劑在230℃

選擇性最圖且CH30H的產率較局，所以甲醇的最適宜條件為約23（FC、催化劑選擇CZ（Zr-l）T,B項正確;

C.230℃以上反應I為放熱反應升溫平衡逆向，而反應n為吸熱反應升溫平衡正向，導致甲醇的產率降低,

C項錯誤；D.CZT,23（TC以上甲醇的選擇性低，且升溫反應II正向，所以該條件下主要以反應n為主導

致甲醇的產率降低，D項錯誤；故選B。

4.（2023?江蘇鹽城?統考三模）焦爐煤氣（主要成分：CH4、CO2、抵、CO）在炭催化下，使CH4與CO2重整

生成H2和CO。其主要反應為

1

反應I：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）AH,=247.1kJ-mor

1

反應H：H2（g）+CO2（g）=CO（g）+H2O（g）AH2=41.2kJ.mor

反應：（）（）（）1

inCs+CO2g=2COgAH3=172kJ-mor

反應IV：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）AH4=131.29kJ-mor'

在lxl（）5pa、將焦爐煤氣以一定流速通過裝有炭催化劑的反應管，CH4、CO、H2的相對體積和CO2的轉化

率隨溫度變化的曲線如圖所示。

相對體積

（一、產品氣Ye。或HL原料氣Ye。或3

相對體積v（co或H?）=-------常'——吧也

下列說法不正確的是

A.溫度低于900℃,反應I基本不發生

B.850℃?900℃時，主要發生反應IV

C.增大焦爐煤氣流速一定能提高CO的相對體積

D.工業生產上需要研發低溫下CH4轉化率高的催化劑

【答案】C

【解析】A.從圖中可以看出，溫度低于900℃時，CH4的相對體積基本上是100%,所以反應I基本不發生,

A正確；B.850℃?900℃時，在、CO的體積分數都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相對體積略有減

小，可能是co2轉化率增大的原因，所以反應I進行的幅度很小，反應n、HI基本不發生，主要發生反應

IV,B正確；C.從圖中可以看出，4個反應均為生成CO的反應，且都為吸熱反應，所以若想提高CO的

相對體積，應選擇升高溫度，與增大焦爐煤氣的流速無關，C不正確；D.圖中信息顯示，溫度低于900℃,

CH4的相對體積基本上是100%,則反應I基本不發生，所以工業生產上需要研發低溫下CH4轉化率高的催

化劑，D正確；故選C。

5.(2023?河北張家口?統考二模)我國在H2和CO合成CH30H的研究中取得重大突破。向某密閉容器中，

按物質的量為2：1的比例充入H2和CO,發生反應：2H2(g)+CO(g)=CH30H(g)A〃。測得不同壓強下

CH30H(g)的平衡體積分數隨溫度變化關系如圖所示，下列說法錯誤的是

A.Pi>p2

B.該反應的焰變AH>0

叱12.5

C.N點時對應該反應的Kp=r

Pl

D.M、N兩點使用不同催化劑時，正反應速率可能相等

【答案】B

【解析】A.該反應為氣體分子總數減小的反應，所以壓強越大，平衡正向進行的程度越大，CH30H(g)的

平衡體積分數越高，月>0，A項正確；B.溫度升高，CH30H(g)的平衡體積分數減小，說明該反應為放

熱反應，AH<0,B項錯誤；C.N點時對應該反應的平衡常數與M點相同，列三段式，

2H2(g：)+CO(g)QCH3OH(g)

起始量/mol211,M點CH30H(g)的平衡體積分數即物質的量分數為

變化量/mol2xX

平衡量/mol2-2x1-xX

,平衡時總物質的量為3-2x0.67=L66moLp(H)=^p,p(CO)=

40%,則---------=0.4,解得x=0.67,22

2-2x+l-x+x1.66

0.67

0.33

p(CH3OH)=^p2,該反應的K.==L66;-4,c項正確；D.M、

------P?2，2

1.661.660p(H2).p(CO)幽『x"口

1.66-1.66J?

N兩點使用不同催化劑時，催化劑活性不同，速率不同，壓強也不同，正反應速率可能相等，D項正確;

故選：B?

6.(2023?福建三明?統考模擬預測)T/C時，向1L密閉容器中充入lOmol凡和3molSO2,發生反應:

3H2(g)+SO2(g)H2S(g)+2H2O(g)AH<0

部分物質的物質的量n(X)隨時間變化曲線如圖中實線所示。下列說法錯誤的是

B.若M=3,貝U0?3min內v(H2O)=lmol-LjLminT

C.平衡時，凡的轉化率“凡)=81%

D.若12>工，則虛線b可表示在T?。。時n(SOj的變化

【答案】D

【解析】A.由3H2(g)+SC>2(g)UH2s1)+2凡0修)可知，達到平衡時生成H2s的物質的量等于消耗S0?

的量，故實線a是代表H?S隨時間變化的曲線，A正確；B.若「=3,則0?3min內

v(SO)=......-mol-L_1-min-1=O.5mol-L-1-min-1,根據速率之比等于系數之比，所以

21x3

1-1

v(H2o)=1mol-U-min,B正確；C.平衡時，由圖可知平衡時消耗SO?為(3-0.3)mol=2.7mol,所以消耗

Q1

氫氣是2.7x3mol=8.1mol,凡的轉化率"風)=記=81%,C正確；D.此反應是放熱反應，所以升高溫度

平衡左移，反應物的平衡量增大，但達到平衡需要的時間變短，D錯誤；故選D。

7.(2023?江蘇?模擬預測)在一定溫度下，已知有三個體積均為1.0L的恒容密閉容器中均發生如下反應：

2CH3OH(g)^^CH3OCH3(g)+H2O(g)0

起始物質的量(mol)平衡物質的量(mol)

容器編號溫度(℃)

CH30H(g)CH30cH3(g)H2O(g)

I3870.200.0800.080

II3870.40

III2070.200.0900.090

則下列有關說法正確的是

A.該反應的逆反應為放熱反應

B.達到平衡時，容器I中的壓強與容器III中的壓強相同

c.達到平衡時，容器n中的轉化率比容器I中的大些

D.若維持某他條件不變，起始時向容器I中充入的CH30H(g)為0.30mol、CH3OCH3(g)為0.30mol和H20

(g)為O.lOmoL則反應將向正反應方向進行

【答案】D

【解析】A.對比I、III數據可知，溫度下降，平衡生成物的物質的量增多，即平衡向正方向移動，故該反

應正向為放熱反應，逆向反應為吸熱反應，A錯誤；B.達平衡時，容器I中與容器III中的氣體物質總量和

容器體積均相同，但是溫度不同，故壓強不相同，B錯誤；C.容器H與容器I相比即相當于加壓，但是由

于反應前后氣體總量不變，故不影響平衡，因此CH30H轉化率不變，C錯誤；D.體積為1.0L的恒容密閉

容器，容器I達到平衡時，CH30H(g)的濃度為0.040mol/L,CH30cH3(g)的濃度為0.080mol/L,旦0伍)的

濃度為0.080mol/L,即平衡常數K=2^黑絲=4,若維持某他條件不變，起始時向容器I中充入的

0.040-

CH30H(g)為0.30mol、CH3OCH3(g)為0.30mol和H?。(g)為O.lOmol,體積為LOL,所以CH30H(g)為0.30

=<

mol/L、CHsOCHsD為0.30mol/L和H2。(g)為0.10mol/L,Qc=QJ,平衡向正方向移動，D

正確；故選D。

8.(2023?遼寧大連?統考二模)在2L恒溫恒容密閉容器中投入2moiS。?和ImolO?在一定條件下充分反應，

該反應是工業制硫酸的反應之一、SO。和SO3的物質的量隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是

A.達到平衡時，SC>3的平均反應速率為0.048mol-LT-mirT,

B.10分鐘時反應達到平衡，且此時SO?的平衡轉化率為50%

C.容器內氣體原子總數不再發生變化，能判斷該反應達到平衡狀態

D.在實際工業生產中，上述反應的反應條件是合適催化劑，加熱，不需要加壓

【答案】D

【解析】A.由圖可知，25min時SO2的物質的量不再變化，說明反應達到平衡，達到平衡時，SO?的平均

反應速率為=0.028mol.LT.minT,故A錯誤；B.10分鐘后，SO?和SO3的物質的量還在變化,

2Lx25min

說明此時反應未達到平衡，故B錯誤；C.反應過程中容器內氣體原子總數是定值，當容器內氣體原子總數

不再發生變化，不能判斷該反應達到平衡狀態，故C錯誤；D.在實際工業生產中，SO2和02反應生成SC>3

的反應條件是合適催化劑，加熱，不需要加壓，故D正確；故選D。

9.(2023?廣東?校聯考模擬預測)某溫度下，向VL恒容密閉容器中通入4moiX(g),發生反應：①

2X(g)=Y(g)+4Z(g),②2Z(g)BM(g)。反應體系中X、Y、Z的物質的量隨時間/的變化曲線如圖所示。下

列說法錯誤的是

A.25min時，氣體X反應完全

03?

B.0~10min內，氣體X的平均反應速率為工廠mob17'?min”

C.25min時，向該體系中僅通入1molY(g)后，反應②的平衡不發生移動(保持其他條件不變)

D.該溫度下，反應②的平衡常數K=2VL.mol1

【答案】D

【解析】A.由題干圖像可知，25min時，生成了2moiY,根據反應方程①可知，消耗4molX,則氣體X

反應完全，A正確；B.由題干圖像可知，0~10min內生成了1.6molY,則消耗3.2molX,故氣體X的平均

反應速率為半=孚=吸,=竽mol.L-.min-,B正確；C.由A項分析可知，反應①不可逆反應,

AtVAtVLxlOrmnV

故25min時反應①進行完全，恒溫恒容下向該體系中僅通入1molY(g)后，反應②的平衡不發生移動(保持

其他條件不變)，C正確；D.由題干圖像信息可知，25min時生成了2moiY,同時反應①生成了8molZ,而

Z的物質的量實際上最終為1.6mol,說明反應②消耗了6.4mol,生成了3.2molM,該溫度下，反應②的平衡

3.2

常數K=M粵=-^=1.25丫Lmol-1,D錯誤；故答案為：D。

c(Z)

V

10.(2023?廣東深圳?深圳市高級中學校考模擬預測)氨催化氧化是硝酸工業的基礎。工業上以氨氣和氧氣

為原料，利用“氨催化氧化法”生產NO,在Pt-Rh合金催化劑作用下，發生主反應I和副反應II：

I.4NH3(g)+5O2(g)U4N0(g)+6H20(g)

II.4NH3(g)+302(g)U2N2(g)+6H2O(g)

現將ImolNft、2moiO2充入IL恒容密閉容器中，在上述催化劑作用下，反應相同時間內，生成物的物

質的量隨溫度變化曲線如圖所示：

制備目標物質消耗原料的量

已知：有效轉化率=xlOO%

原料總的轉化量

下列說法不F理的是

A.該催化劑在低溫時對反應II的選擇性更好

B.520℃時，NFh的有效轉化率約為66.7%

C.工業上氨催化氧化生成NO時，最佳溫度應控制在840℃左右

D.高于400℃,n(N2)隨溫度升高而下降可能是反應H的平衡逆向移動導致

【答案】B

【解析】A.由圖可知，低溫時反應的主要產物為氮氣，即主要發生反應n,說明該催化劑在低溫時對反應

II的選擇性更好，A正確；B.由圖可知，520℃時，NH3發生反應I生成NOO.2mol,消耗氨氣0.2mol,

NH3發生反應II生成N20.2mol,消耗氨氣04mo1,則NH3的有效轉化率為二二。:叫--xlOO%?33.3%,

0.2mol+OAmol

B錯誤；C.由圖可知，840℃時，反應相同時間內，NO的物質的量最大，副產物N2的物質的量最小，說

明該溫度下最有利于NO的生成，因此工業上氨催化氧化生成NO時，最佳溫度應控制在840℃左右，C正

確；D.400C后n(N2)隨溫度升高而下降，其原因可能是：該反應為放熱反應，高于400℃時平衡逆向移動,

使得N2的物質的量減少，D正確；故選B。

11.(2023?重慶九龍坡?重慶市育才中學校考模擬預測)一定溫度下，在2L的密閉容器發生反應:CO(g)+H2O(g)

,n(CO)

UCO2(g)+H2(g)AHO.起始投入3moicO,改變進氣比，口…，測得相應的CO的平衡轉化率如圖所示(圖

中各點對應的溫度可能相同，也可能不同)。下列說法不正確的是

A.Kc=l

B.若E點溫度下，5分鐘達到平衡，則該過程的平均反應速率v(H2O尸0.12mol?L"?mitri

C.TC>TB

D.平衡從圖中B點移動到A點，需降低溫度

【答案】C

【解析】A.根據題給C點數據可得以下三段式:

CO(g)+H2o(g)UCO2(g)+H2(g)

起始(mol/L)1.51.500

改變(mol/L)0.750.750.750.75

平衡(mol/L)

0.750.750.750.75

2/箸口,八項正確；B.E點溫度下反應5分鐘達到平衡，該過程的平均反應速率

v(HQ)=v(CO)=%=W^^*=0.12m°W」，B項正確；C.根據題給B點'數據可得以下

H

co(g)+H2O(g)=CO2(g)+2(g)

二號在起始(mol/L)1.5300

一以改變(mol/L)0.60.60.60.6

平衡jmol/L，

0.92.40.60.6

吆$017,

根據A選項C的三段式可知，Kc=?歲?=1,該反應是放熱反應，溫度越高,

0.9x2.40.75x0.725

化學平衡常數越小，KC>KB,貝U￡<TB，C項錯誤；D.B到A,一氧化碳的平衡轉化率增大，進氣比相同,

且該反應前后氣體物質的量系數相同，因此不是改變壓強引起的，所以考慮改變溫度，且該反應為放熱反

應，故B到A改變的條件為降低溫度，D項正確；故選C。

12.(2023?湖南?校聯考模擬預測)在一定條件下，向密閉容器中充入4.0molA和8.0molB,發生反應

2A(g)+6B(g)UC(g)+4D(g)。測得相同時間內，A的轉化率隨溫度的變化如圖1所示(虛線表示A的平

衡轉化率隨溫度的變化)；速率常數的對數1g%與溫度的倒數B之間的關系如圖2所示。

A的轉化率/%

-?、、、、

z\X

/飛("，40)

"強L(v,)

圖1圖2

已知：①對于反應力iA(g)+"B(g)U/?C(g)+qD(g)(=x為物質的量分數。

②已知該反應的速率方程v正=Oc?(A)-c6(B),v逆=V(C).C4(D),。是速率常數。

下列說法錯誤的是

A.由上圖判斷，該反應的AH>0B.曲線ac代表媼，bd代表人正

C.7。時，該反應的平衡常數K,=12D.升高溫度時，減小

【答案】A

【解析】A.由圖可知，隨溫度升高，A的平衡轉化率降低，該反應為放熱反應，AH<0,A錯誤；B.由

于AH<0,升高溫度平衡逆向移動，說明。隨溫度變化比。隨溫度變化慢，圖像bd的斜率小于曲線ac,

所以曲線ac代表k逆,曲線bd代表維，B正確；C.4時，A的平衡轉化率為40%,A轉化的物質的量為

4molx40%=1.6mol，則

2A（g）+6B（g）_、c（g）+4D（g）

起始/mol4800

轉化/mol1.64.80.83.2

平衡/mol2.43.20.83.2

修

_（9.6,1「X

該反應的平衡常數區=12,C正確;D.2A（g）+6B（g）UC（g）+4D（g）,正反應放熱,

^32?

升高溫度平衡逆向移動，說明溫度對逆反應速率影響大于正反應速率，升高溫度時，。-右減小，D正確;

故選：Ao

二、主觀題(共3小題，共40分)

13.(14分)(2023?廣西南寧?南寧二中校考模擬預測)一定條件下，乙酸水蒸氣重整制氫包括的反應如下：

主反應為：I.CH3coOH(g)U2co(g)+2H2(g)△Hi=+213.7kJ-mol-1Ki

1

II.CO(g)+H2O(g)^CO2(g)+H2(g)△H2=-40.1kJmolK2

1

副反應為：III.CH3coOH(g)uCH4(g)+CO2(g)AH3=-33.5kJmolK3

回答下列問題：.

⑴反應CH3coOH(g)+2H2O(g)02co2(g)+4H2(g)的△1!=kJ-mol1；該反應能自發進行的條件是

(填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”)。

(2)在T°C的固定體積容器中投入一定量H2O(g)和CH3coOH(g),關于反應I、H,HI的敘述正確的是

(填選項標號)。

A.反應I的正反應活化能Ea(正)>213.7kJ-mol-1

B.若升高體系溫度，AH2和K2均減小

C.容器內混合氣體總壓強不變時，各反應均已達到平衡狀態

⑶乙酸重整時，水碳比［n(H20)/n(CH3co0H)］對H2、CO、CO2平衡產率丫的影響如圖1所示(不考慮副反應)：

60

①圖1中c代表的物質是(填化學式)。當投料的水碳比［n(H2O)/n(CH3coOH)］增大時，H2O的平衡轉

化率將(填"增大’或"減小”)。

②水碳比為5：1時，溫度對平衡時反應產物中各氣體含量的影響如圖2所示。60(FC后，隨溫度的升高，

體系中H2的含量開始減小的原因是O

③在TP的恒壓容器中若只發生反應I：CH3coOH(g)u2co(g)+2H2(g),總壓為pPa,CH3coOH的平衡轉

化率為a,則T°C時該反應的平衡常數Kp=(Pa3)(列出含a、p的計算式，不必化簡，Kp為以氣體分

壓表示的平衡常數，氣體分壓=總壓x物質的量分數)。

【答案】(每空2分)(1)+133.5高溫

(2)AC

(3)①CO減小②反應I為吸熱反應，升溫平衡正向移動，使H2含量增大；反應n為放熱反應，

升溫平衡逆向移動，使H2含量減小：600。(2后以反應II為主

(-P)2(—P)2

l+3al+3a

◎

l+3aP

【解析】(1)根據蓋斯定律，(反應I)+2x(反應II)即得到該反應，△H=AHi+2AH2=+133.5KJ/mol；由于該反

應的AH〉。，AS〉。，所以需要高溫自發；

(2)反應I的△Hi=+213.7kJ-moH,因此正反應活化能大于213.7KJ/mol,升高溫度AH不會改變，在反應中

壓強是變量，壓強不再變化時說明各反應達到平衡狀態，正確的是AC；

(3)隨著水碳比［n(H2O)/n(CH3coOH)］增加，水的量增大，反應I向左移動，反應n向右移動，CO的產率

減少，因此c曲線代表CO；水碳比增加水的轉化率減小，乙酸的轉化率變大；水碳比為5：1時，反應I

是吸熱反應，升溫平衡正向移動，H2含量會增大，反應II是放熱反應，平衡逆向移動，H2含量會減少，600℃

以后溫度升高，氫氣含量減少，很明顯反應以反應n為主；

CH3coOH=2CO+2H2

起始量100

轉化量a2a2a

平衡量1-a2a2a

平衡混合物中各自的分壓強為:

l-a2a2a（吾明；”

p（CH3COOH）=^—xp,p（CO）=^—xp,p（H2）=--xp,得出Kp=l+3al+3a_。

1+3al+3al+3a「a

l+3aP

14.（12分）（2023?河北?校聯考三模）COZ轉化為高附加值的產品是應對氣候變化和能源高速消耗的有效

措施，我國科學家研究cc）2加氫制備甲醇方面取得一定進展。在一定溫度和壓強下，CO?加氫制備甲醇的

過程中主要發生如下三個反應，反應I、n、in對應的平衡常數分別為（、&和K-

1

I.CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）AHj=-90.77kJmor

n.CO2（g）+H2（g）-CO（g）+H2O（g）AH2

III.CO2（g）+3H2（g）^：CH3OH（g）+H2O（g）AH3=-49.16kJmor'

回答下列問題：

（1）AH2=；（、Kb和K。三者之間的關系為。

（2）為提高甲醇的平衡產率，可通過（填“升高”或“降低”）溫度，（填“增大”或“減小”）

壓強來實現。

（3）在兩種不同的條件下，CO2的平衡轉化率和CHQH的選擇性如下表所示。條件（填“1”或"2”）

中甲醇的產率更高。

的選擇性/%

條件co2的平衡轉化率/%CH30H

12768

221.397.7

（4）TC時，將?（H2）:“（COJ=5:3的混合氣體充入壓強為aMPa的恒壓密閉容器中,在催化劑的作用下發生

如下兩個反應：

①CC）2（g）+H2（g）uCO（g）+H2O（g）

②82伍）+3科伍）=0130H1）+珥0伍）

反應達到平衡狀態時，凡和CC）2的分壓相等，甲醇的選擇性是CO的2倍，則co?的平衡轉化率

為,反應②的勺=（MPa尸（列出計算式即可，分壓=總壓x物質的量分數）。

【答案】（除標注外，每空2分）Kc=Ka-Kb

（2）降低（1分）增大（1分）

（3）2

(4)50%或0.5

【解析】（1）利用蓋斯定律，反應111=反應1+反應H,解出Aa2=A//3-Ad=+4L61kJ-mo『。平衡常數

（2）反應I和反應iii中，均在低溫和增壓條件下，有利于提高甲醇的平衡產率，降溫，反應n平衡逆移，

抑制副反應的發生，增大壓強對反應n無影響；

（3）比較條件1和條件2時甲醇的產率，根據信息可知，受co?的平衡轉化率和甲醇的選擇性共同影響，

將兩者相乘，計算數值越大，甲醇產率越高，故答案為2；

（4）n（H2）:n（CO2）=5:3,設“（凡）=5mol,〃（。。2）=3mol。依據題給信息CH30H的選擇性是CO的2

倍，設轉化生成的CH30H為2xmol,則生成的CO為.xmol。列三段式：

___、

CO2(g)+%、CO(g)+%o(g)

起始量/mol3500

轉化量/mo/XXXX

平衡量/mol3-x-2x5-x-6xXx+2x

、

82(g)+3H2、CH30H(g)+凡。（g）

起始量/mol3500

轉化量/〃加2x6x2xlx

平衡量/mol3—x—2x5-x-6x2xx+2x

依據反應達到平衡狀態時，凡和CO?的分壓相等，則MHLMCOJ,3-X-2X=5-X-6X,解得X=0.5,

代入三段式:

+___、+

82(g)H2、CO(g)%0(g)

起始量/mol3500

轉化量/mol0.50.50.50.5

平衡量/mol1.51.50.51.5

___、

CQ(g)+3H2、CH30H(g)+40(g)

起始量/mol3500

轉化量/mol1311

平衡量/mol1.51.511.5

“(E、)=mH2)+”(CO2)+〃(CH3OH)+”(CO)+MH2O)=6mol,H2的物質的量分數為?xlOO%,CO?的物

質的量分數為gxlOO%,CH30H的物質的量分數為JxlOO%,H,0的物質的量分數為?xlOO%,在〃MPa

666

-2

下進行反應，代入反應②的Kp表達式即可,（MPa）,同時，計算出CO?的平衡轉

化率為二一X100%=50%；

15.（14分）（2023?山東濟南?統考三模）二氧化碳捕集利用與封存、甲烷重整是實現“雙碳”目標的重要途

徑。回答下列問題：

I.化學家通過理論計算與研究，提出含氧空位的氧化銅對CO?加氫選擇合成甲醇具有高活性，后續實驗

研究證實了該理論預測。CO2加氫選擇合成甲醇的主要反應如下:

①CO2（g）+3H2（g）uCH30H（g）+H2O（g）AH,

②COZ伍）+凡伍）08伍）+旦0修）AH2=42kJ-mo『

③CO（g）+2H2（g）=CH30H（g）AH3

298K時，測得鍵能數據如下表所示。

化學鍵c=o(co2)C-OC-HO-HH-H

鍵能kJ-mol-1803326414464436

1

⑴有利于反應①自發進行的條件是（填“高溫”或“低溫”）；AH3=kJ.mor,有利于提

高甲醇產率的措施有（至少回答2條）。

⑵將co?與H?按物質的量之比為3：1投入15Mpa、220℃的密閉容器中進行上述反應①，不能說明反應一

定達到平衡狀態的是o

A.容器體積不再發生改變

B.vjE（CO2）=vjfi（H2O）

C.混合氣體的平均相對分子質量不再改變

D.某時刻測得CO?與H?的物質的量之比為3：1

II.甲烷重整工藝主要包括甲烷二氧化碳重整制氫、甲烷三重整制氫等。

1

（3）甲烷三重整制氫的主要反應為④CH4（g）+H2O（g）=3H2（g）+CO（g）AH4=206kJ-mof0若將H?與

CO按物質的量之比3：1加入反應裝置，在不同條件下達到平衡時甲烷的物質的量分數為x（CHj,在

t=25（TC條件下x（CHj與p的關系、在p=5xIO,pa條件下X（CH4）與t的關系如圖a所示。當CO的平衡

轉化率為g時，反應條件可能是;210℃條件下，反應④的壓強平衡常數Kp=Pa2

(保留三位有效數字)。甲烷三重整制氫工業一般將反應溫度設置為750~920℃,將反應壓力設置為2?3MPa,

并向轉化爐內通入空氣或氧氣，通入空氣或氧氣的目的是。

I234S6789

on

UIU

OOV

JOU

O007

U006

OU，

0(M

00J

o(c

001

??!U22U23U2必故2W27U2W

【答案】(每空2分)⑴低溫-88降溫、加壓、及時分離出產物

⑵D

(3)250℃>9xlO5Pa或210℃、5xlO5Pa1.08xl012使原料氣部分發生氧化反應，為甲烷進一步轉化

提供熱量

【解析】(1)反應的焰變等于反應物鍵能和減去生成物鍵能和，則反應的焰變為

=(2x803+3x436-3x414-326-464-2x464)kJ-moP1=-46kJ-mof1,反應①為放熱的牖減反應，故低溫利

于反應的自發進行；

已知：①CC>2(g)+3H2(g)UCH3OH(g)+H2O(g)AHj-46kJ.moP1,②

1

CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)AH,=42kJ-mor,根據蓋斯定律可知，反應①-②得：③

-111

CO(g)+2H2(g)UCH30H(g),故AH3=(-46kJ-mol)-(42kJ-moF)=-88kJ-moF；

生成甲醇的反應為氣體分子數減小的放熱反應，故降溫、加壓、及時分離出產物均有利于平衡正向移動，

利于提高甲醇產率；

(2)A.反應為氣體分子數改變的反應，容器體積不再發生改變，說明達到平衡狀態，A不符合題意；

B.%仁02)=%(巳0),說明此時正逆反應速率相等，則達到平衡狀態，B不符合題意；C.混合氣體的

平均摩爾質量為乂=向”氣體質量不變，但是氣體的總物質的量隨反應進行而改變，所以M會發生改變,

當M不變時，反應達到平衡，C不符合題意；D.投料比為反應的二氧化碳、氫氣的系數比，故二氧化碳、

氫氣的物質的量之比為定值，某時刻測得CO?與Hz的物質的量之比為3：1,不能說明反應達到平衡，D符

合題意；故選D；

1

(3)已知：CH4(g)+H2O(g)^3H2(g)+CO(g)AH4=206kJ-mof,則溫度相同，增大壓強,平衡逆向

移動，甲烷含量增大，故向上的曲線為/=250。(2條件下MCHJ與p的關系；壓強相同，升高溫度，平衡正

向進行，甲烷含量減小，故向下的曲線為p=5xl()5pa條件下x(CHj與t的關系；

假設H?與CO投料分別為3mol、Imol,CO的平衡轉化率為g時，反應CO為1mol

CH4(g)+H2O(g)3七(g)+CO(g)

起始(mol)0031

轉化(mol)1/31/311/3

平衡(mol)

1

則反應后總的物質的量為號mol,x(CHj=吉=0.1,故反應條件可能是250℃、9xl05Pa或21O℃、5xlO5Pa；

T

210℃條件下，反應后總的物質的量為gmol,甲烷、水、氫氣、一氧化碳的物質的量分別為:mol、|mol,

2

2mol、jmol,分壓分別為SxlO,pa、5xlO4Pa>3xlO5Pa>105Pa,反應④的壓強平衡常數

105x3xl512

K=(0)=108xl0；通入空氣或氧氣的目的是使原料氣部分發生氧化反應，為甲烷進一步轉化

P5X104X5X104,

提供熱量；

■真題實戰演練

1.(2022?天津?統考高考真題)向恒溫恒容密閉容器中通入2moiSO,和ImolO2,反應：

2so2伍)+02伍)=2$。3伍)達到平衡后，再通入一定量SO。，達到新的平衡時，下列有關判斷不F卿的是

A.SO2的平衡轉化率增大B.SO3的平衡濃度增大

C.反應平衡常數不變D.正向反應速率增大

【答案】A

【解析】A.平衡后，再通入一定量SO2,平衡正向移動，但是SO?的平衡轉化率減小，A錯誤；B.平衡后,

再通入一定量SO。，平衡正向移動，SO3的平衡濃度增大，B正確；C.平衡常數是與溫度有關的常數，溫

度不變，平衡常