專題十二化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

考情分析

考(1)該專題為必考點(diǎn)，其中微專題13年3考；微專題23年3考；微專題33年3

情考；微專題4近3年沒(méi)考，微專題53年3考；微專題63色1考；微專題73年1考。

分(2)以化工生產(chǎn)、污染治理和物質(zhì)制備等為背景命題。

折(3)主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、焙變的計(jì)算、連續(xù)平衡中濃度計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)

算等，主要體現(xiàn)宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化

學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

(4)預(yù)計(jì)明年該專題的考查力度不會(huì)削弱，考查的知識(shí)點(diǎn)和形式大概率會(huì)延續(xù)往年命

題的特點(diǎn)，但題干會(huì)更加強(qiáng)調(diào)反應(yīng)機(jī)理，傾向于細(xì)微處探究。

微專題1蓋斯定律的高階應(yīng)用

突破核心整合

對(duì)于復(fù)雜的熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，解題時(shí)若出現(xiàn)目標(biāo)方程式中沒(méi)有的物

質(zhì),則需要通過(guò)觀察并標(biāo)記出需要消去的物質(zhì)進(jìn)行解題。

口訣：同加異減成比例，觀察消去做標(biāo)記。

解釋：已知方程式中的物質(zhì)與目標(biāo)方程式中的物質(zhì)在同一邊為同，用,

兩邊為異，用“小；解題時(shí)若出現(xiàn)目標(biāo)方程式中沒(méi)有的物質(zhì)，則需要通過(guò)觀察并

標(biāo)記出需要消去的物質(zhì),進(jìn)行進(jìn)一步處理。

應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)：每個(gè)方程式最多用一次；目標(biāo)方程式中的物質(zhì)只看在一

個(gè)已知方程式中出現(xiàn)的物質(zhì)；消去時(shí)注意化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系。

例題1已知：①As(s)+1H2(g)+202(g)=H3ASO4(S)AH1

@H2(g)+102(g)=H20(l)△也

③2As(s)嚀O2(g)=As2()5(s)AW3

則反應(yīng)AS2O5G)+3H2O(1)=2H3ASO4(S)的=2△從一3AH?-A"?(用

、A%、表示)。

［解析］第一步，對(duì)比已知方程式和目標(biāo)方程式，目標(biāo)方程式中的匹2。而)咄

現(xiàn)在反應(yīng)③中的生成物中，不在同一邊，為異，根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系，A%變

為-△小；同理目標(biāo)方程式中的“3%0(1)”出現(xiàn)在反應(yīng)②中且為異，故為

-3AW2；同理目標(biāo)方程式中的“2H3ASO4G)”出現(xiàn)在反應(yīng)①中，在同一邊，為

同，根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)，記為2△，…第二步，求=2A%-3AH2-

△，3。

例題2已知:?Fe2O3(s)+3C(s，石墨)=2Fe(s)+3C0(g)A%

@CO(g)+；O2(g)=CO2(g)AH2

③c(s，石墨)+O2(g)=co2(g)A33

貝！J④4Fe(s)+302(g)=2Fe2O3(s)的=6AH3—2皿—6AH2(用△/、

A“2、A”3表示)o

［解析I第一步，對(duì)比目標(biāo)方程式④和已知方程式①、②、③，F(xiàn)e在④中和①中

位置為異，根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系有：-2△，一得方程式⑤：4Fe(s)+

6CO(g)=2Fe2O3(s)+6C(s，石墨)

-2AHi(注：因?yàn)槟繕?biāo)反應(yīng)物。2在②③中均出現(xiàn)，其化學(xué)計(jì)量數(shù)不好定,故

只看Fe、Fe2O3)。第二步，得出的⑤與④對(duì)比發(fā)現(xiàn)CO(g)、C(s)不是④中的

物質(zhì)，必須消去，通過(guò)觀察②③,可知要消去CO(g)、C(s),需-6x②+6x

③,則=6A“3-2AHi-6AH2。

高考經(jīng)典再研

典例［2022全國(guó)乙，28節(jié)選］油氣開(kāi)采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含

有的硫化氫，需要回收處理并加以利用。回答下列問(wèn)題：

(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

1

①2H2s(g)+3()2(g)=2s02(g)+2H2O(g)AHi=-1036kJ-mol-

②4H2s(g)+2SO2(g)=3s2(g)+4H2O(g)AH2=94kJ-moL

-1

③2H2(g)+O2(g)=2H20(g)AH3=-484kJ-mol

計(jì)算H2s熱分解反應(yīng)④2H2s(g)=S2(g)+2H2(g)的△%=+1Z0kJ?moL。

［解析根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)④二(①+②)+3-③，即/%=(4/4-

4，2)+3—4,3=+170kJ?mo「i。

情境素材工業(yè)廢氣中硫化氫的回收處理與利用

考查角度蓋斯定律

素養(yǎng)立意證據(jù)推理與模型認(rèn)知

變式.co2資源化對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重大意義，因此將CO2轉(zhuǎn)化為CH4的技術(shù)成為

科學(xué)研究的熱點(diǎn)。co2甲烷化反應(yīng)為CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2/g)。

已知:①C5)+202(g)=82(g)+2H20(g)A也

@2H2(g)+02(g)=2H20(g)A/

C02甲烷化反應(yīng)的=2AH2-泡(用A/、AH2表示)。

【解析］(1)根據(jù)蓋斯定律，將②x2-①可得82(g)+4H2(g)=CH4(g)+

2H2O(g),故其啥變AH-2AH2一皿。

模擬對(duì)點(diǎn)演習(xí)

1.［2022河北邢臺(tái)三模］氧化鐵在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。

煉鐵高爐中存在以下反應(yīng)：

-1

I.C(s)+CO2(g)=2C0(g)AHi=+172.5kJ-mol

-1

II.Fe2O3(s)+CO(g)=2FeO(s)+CO2(g)AH2=-3kJ-mol

1

III.FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)AH3=-11kJ-mol-

IV.Fe2O3(s)+3C0(g)=2Fe(s)+3CO2(g)AH4

上述反應(yīng)中,=一25kJ?moL。

［解析I根據(jù)蓋斯定律，由II+IIIx2可得Fe2()3(s)+3C0(g)=2Fe(s)+

3c02(g),貝必氏=A%+2xAH*=-3kJ-mol-1-11kJ-mol_1x2=-25

1

kJ-mol-o

2.［2022江西新余二模］五氧化二碘是一種重要的工業(yè)試劑，常溫下為白色針狀

晶體，可用于除去空氣中的一氧化碳。

已知：2【2(s)+502(g)=212。5。)AH1=-75.6kJ?moriI

_1

I205(s)+5CO(g)=5CO2(g)+I2(s)AH2=-1377.2kJ?molII

則表示CO燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CO(g)+/O乂g)=CO?(g)=-283.0

kl?moli。

［解析I根據(jù)蓋斯定律，由5(I+2xII)可得CO(g)+102(g)=C02(g)AH=

-283.0kJ-mol-1。

3.［2021河南鄭州四聯(lián)］CH30H是一種清潔能源和重要化工原料。

甲醇脫氫法制備甲醛，已知幾個(gè)熱化學(xué)方程式如下：

?CH3UH(1)=HCHU(g)+H2(g)

②CH30H(g)=CO(g)+2H2(g)AH2

@CH3OH(l)=CO(g)+2H2(g)

④CH30H(g)=HCHO(g)+H2(g)AH=+XH?-XH?(用含△%、△%、

的式子表示)。

［解析I根據(jù)蓋斯定律，④<D+②-③，NH=A/+-A/0

4.［2022山東聊城一模］二氧化碳利用技術(shù)、降低空氣中二氧化碳含量成為研究

熱點(diǎn)。C02在固體催化劑表面加氫合成甲烷過(guò)程中發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：

主反應(yīng):CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H20(g)岫=-156.9kJ?moL

1

副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2=+41.1kJ?mor

：2H2(g)+02(g)=2H20(g)A/=-395.6kJ?mo】一】，則SiSCHKg)+

202(g)=co2(g)+2H20ig)的=-634.3kJ?moL。

［解析］AH=△/x2-AH、=-395.6kJ?mol_1x2-(-156.9kJ-mol_1)=

-1

-634.3kJ-mol0

5.[2021山東聊城一模]合理利用溫室氣體是當(dāng)前能源與環(huán)境研究的熱點(diǎn)。

-co催化重整可以得到合成氣(co和山)，其工藝過(guò)程中涉及如下反

CH42

應(yīng)：

反應(yīng)①CH4(g)+82(g)=2C0(g)+2H2(g)帆

反應(yīng)②82(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

△“2=+41.2k)-mol-1

反應(yīng)③CH4(g)+102(g)=CO(g)+2H2(g)

A/=-36.0k)-mol-1

反應(yīng)④^O2(g)+H2(g)=H2O(g)

=-241.8kJ-moL

則=+247kJ-mol-1,

［解析I由蓋斯定律得①二②+③-④，所以△/=A%+-△%=(41.2-

36.0+241.8)k)-mol-1=+247kJ?moL。

微專題2化學(xué)平衡圖像解讀

突破核心整合

核心點(diǎn)1:幾種特殊的圖像

a（轉(zhuǎn)化率）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

低于7溫寸，反應(yīng)慢

還未達(dá)到平衡，為

平衡建立過(guò)程；高

于7。時(shí)，為平衡移

。T。八溫度）動(dòng)過(guò)程

隨著溫度升高，

MgK減小，K增

大，反應(yīng)為吸熱

反應(yīng)(A〃>0)

②

③對(duì)于A(g)+2B(g)=C(g)

-s[非越大，A(g)越多,

就A)[(A)嬴

④對(duì)于化學(xué)反應(yīng)：mA(g)+九B(g)=pC(g)+qD(g),M點(diǎn)(如下圖所示)以

前，表示從反應(yīng)物開(kāi)始反應(yīng)，〃正>"逆；M點(diǎn)為剛達(dá)到平衡點(diǎn)；M點(diǎn)以后，隨

溫度升高，A的百分含量增加、C的百分含量減少，平衡左移，故正反應(yīng)<

0。

0T0T

同類模型有：

T（A〃〈O）或者p（氣體體積增大）

核心點(diǎn)2：平衡圖像題的解題思路

第一步:定特點(diǎn)。觀察可逆反應(yīng)的特點(diǎn).如各物質(zhì)的狀態(tài)（有無(wú)固體、液體）、正

反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)、反應(yīng)前后氣體體積是否變化等。

第二步:看圖像.

①看面清清縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的含義，如橫坐標(biāo)可代表時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)等，縱

坐標(biāo)可代表濃度、含量、物質(zhì)的量、轉(zhuǎn)化率等,同時(shí)還要注意單位和刻度。

②看“線”:看線的走向和變化趨勢(shì).如曲線（或直線）升高、降彳氐、漸變、突變

等。

③看“點(diǎn)”:看清起點(diǎn)，分清反應(yīng)物、生成物;判斷拐點(diǎn)，如在轉(zhuǎn)化率一時(shí)間圖像上，

多條曲線中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的曲線先達(dá)到平衡,表示曲線對(duì)應(yīng)的溫度較高或壓強(qiáng)較

大:觀察終點(diǎn)，如在濃度一時(shí)間圖像上，一定要看清終點(diǎn)時(shí)反應(yīng)物的減小量、產(chǎn)物

的增加量，并結(jié)合有關(guān)反應(yīng)原理進(jìn)行推理判斷。

④看“輔助線”:通過(guò)輔助線上匕較濃度、含量、物質(zhì)的量、轉(zhuǎn)化率等變化大小，可

以判斷溫度高低、壓強(qiáng)大小、反應(yīng)放熱或吸熱及氣體反應(yīng)前后化學(xué)計(jì)量數(shù)大小

等。

⑤看“變化、'：如濃度變化、溫度變化、壓強(qiáng)變化等。

第三步:想規(guī)律。如化學(xué)反應(yīng)速率影響因素，化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡關(guān)系以及化

學(xué)平衡移動(dòng)原理等。

第四步:做判斷。利用原理并結(jié)合圖像.分析圖像中所反映的反應(yīng)速率變化或化學(xué)

平衡變化，作出合理判斷。

高考經(jīng)典再研

典例［2022全國(guó)乙，28節(jié)選］油氣開(kāi)采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含

有的硫化氫，需要回收處理并加以利用。回答下列問(wèn)題：

(4)在1373K、100kPa反應(yīng)條件下,對(duì)于九(^S):n(Ar)分別為4:1、

1:1、1:4、1:9、1:19的KS-Ar混合氣，熱分解反應(yīng)［2H2s(g)=S2(g)+

2H2(g)］過(guò)程中H2s轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如下圖所示。

①n(H2S):n(Ar)越小，H2s平衡轉(zhuǎn)化率越高(或越大〕,理由是旦公的熱分解

反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，恒壓條件下，不斷充入Ar,導(dǎo)致H2s的分壓降

低，相當(dāng)于減壓，平衡正向移動(dòng)，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率升高。

［解析IMMS):九(Ar)減小，可理解為恒壓條件下，不斷充入Ar,導(dǎo)致H2s的分

壓降低,相當(dāng)于進(jìn)行減壓操作，H2S的熱分解反應(yīng)為點(diǎn)體分子數(shù)增大的反應(yīng)，

減壓時(shí)平衡正向移動(dòng)，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率升高。

②n(H2S):n(Ar)=1:9對(duì)應(yīng)圖中曲線d,計(jì)算其在。?0.1s之間,H2s分壓的

平均變化率為24.9kPa-s-1。

［解析］由①中分析知M(HZS):n(Ar)=1:9時(shí)的轉(zhuǎn)化率僅低于MMS):九(Ar)=

1:19時(shí)的轉(zhuǎn)化率，故對(duì)應(yīng)圖中曲線d,0.1s時(shí)，H2S的轉(zhuǎn)化率為24%,設(shè)

H2S、Ar初始量分別為1mol.9mol,列三段式：

2H2s(g)S2(g)+2H2(g)

初始量/mol:102

變化量/mol:0.240.120.24

0.1s/mol:0.760.120.24

1

HS的初始分壓=100xkPa=10kPa,0.1s時(shí)，H2s的分壓=100x

21+9

0.76

kPa?7.51kPa,則變化的％S分壓約為10kPa-7.51kPa=

0.76+0.12+0.24+9

2.49kPa,故H2S分壓的平均變化率為2.49kPa+0.1s=24.9kPa-s-1。

情境素材工業(yè)廢與中硫化氫的回收處理與利用

考查角度圖像解讀能力、勒夏特列原理、阿伏加德羅定律、速率計(jì)算

素養(yǎng)立意變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知

變式.利用現(xiàn)代傳感技術(shù)探究壓強(qiáng)對(duì)2NO2(g)=N204(g)平衡移動(dòng)的影響。在恒

定溫度和大氣壓條件下，往針筒中充入一定體積的NO2氣體后密封并保持活塞

位置不變。分別在js、￡2s時(shí)迅速移動(dòng)活塞后并保持活塞位置不變，測(cè)定針筒

內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化如圖所示。下列分析中不正確的是(C)

時(shí)移動(dòng)活塞，使容器容積增大

A.t1S

B.在B、E兩點(diǎn),對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)速率：v(B)>v(E)

C.圖中除A、C、F點(diǎn)外，其他點(diǎn)均為平衡狀態(tài)

D.在E、F、H三點(diǎn)中，H點(diǎn)的氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量最大

［解析］由圖可知，QS時(shí)移動(dòng)活塞，針筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)迅速減小，說(shuō)明針筒的容積

增大，故A正確；針筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)越大，化學(xué)反應(yīng)速率越大，由圖可知，B點(diǎn)

壓強(qiáng)大于E點(diǎn)，則對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)速率：u(B)>v(E)，故B正確；由圖可知,除

A、C、F點(diǎn)外，G點(diǎn)也沒(méi)有達(dá)到平衡,故C錯(cuò)誤；由質(zhì)量守恒定律可知，E、

F、H三點(diǎn)中氣體的質(zhì)量相同，由圖可知，JS時(shí)移動(dòng)活塞，針筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)迅

速增大，說(shuō)明針筒的容積減小，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，混合氣體

的物質(zhì)的量減小，則E、F、H三點(diǎn)中，H點(diǎn)的氣體物質(zhì)的量最小，平均相對(duì)分

子質(zhì)量最大，故D正確。

解題思路

平衡圖像題的答題方法

①三步分析法:一看反應(yīng)速率是增大還是減小:二看正、逆反應(yīng)速率的相對(duì)大小；

三看化學(xué)平衡移動(dòng)的方向。

②四要素分析法:看曲線的起點(diǎn)、變化趨勢(shì)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)。

③"先拐先平”法:先出現(xiàn)拐點(diǎn).先達(dá)到平衡。

④“定一議二''法:當(dāng)圖像中有三個(gè)量時(shí).先確定一個(gè)量不變.再討論另外兩個(gè)量的

關(guān)系。

模擬對(duì)點(diǎn)演習(xí)

1.［2022湖南師大附中適應(yīng)性考試］SCR法是工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法，

反應(yīng)原理為4NI%(g)+4N0(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)A/7<0。其他條件

相同，分別在甲、乙兩種催化劑作用下,NO轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示。

(1)工業(yè)上選擇催化劑乙的原因是低溫下催化劑乙有很強(qiáng)的催化活性，N。轉(zhuǎn)

化率遠(yuǎn)大于催化劑甲催化下的。

［解析］由題圖可知，其他條件相同，低溫時(shí),催化劑乙作用下的一氧化氮的轉(zhuǎn)

化率遠(yuǎn)大于催化劑甲作用下的，所以工業(yè)上選擇催化劑乙。

(2)在催化劑甲作用下,圖中M點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度為210久.210℃之前，NO轉(zhuǎn)化

率隨溫度升高而增大的原因是反應(yīng)未達(dá)平衡，溫度升高，反應(yīng)速率加快，N。轉(zhuǎn)

化率增大；210℃之后，N。轉(zhuǎn)化率降低的原因可能是傕化劑活性降低(或該反

應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng))。

［解析］由題圖可知，M點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡，210久之前反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升

高，反應(yīng)速率加快，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大；210國(guó)之后，若催化劑活性降

低，反應(yīng)速率降低，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率會(huì)減小；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫

度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，一氧化氮的轉(zhuǎn)化率會(huì)減小。

2.[2022寧夏銀川一中二模]中國(guó)科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)，、碳中和',目標(biāo)而不斷努力，以

CO2為原料合成甲烷、乙醇等物質(zhì)具有良好的發(fā)展前景。已知CO?催化加氫合

成乙醇的反應(yīng)為2cO2(g)+6H2(g)=C2H50H(g)+3H2O(g)AH<0，設(shè)m為起

始時(shí)的投料比，即巾=喘。

n(g)

(1)圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序?yàn)榭?gt;T?>T\。

CC)2平衡轉(zhuǎn)化率/%

70

60

50

40

30

I解析I該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其他條件相同時(shí),升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，二氧

化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，則題圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序?yàn)?3>

T2>T1O

(2)圖2中Ml、mm3從大至U小的順序?yàn)?%>7%>—3o

CC)2平衡轉(zhuǎn)化率/%

80F--------------

77K

圖2

I解析I其他條件相同時(shí)，狀增大，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率增大，則題圖2中

機(jī)1、m2.m3從大到小的順序?yàn)閙i>m2>m3o

3.[2022山東濟(jì)南大聯(lián)考]工業(yè)上用CO和也制取甲醇的反應(yīng)為2H2(g)+

CO(g)=CH30H(g)。對(duì)于該反應(yīng)，若通入的CO的物質(zhì)的量一定，4種投料比

[n(CO):n(H2)分別為5:7、10:17、5:9、1:2耐,反應(yīng)溫度對(duì)CO平衡轉(zhuǎn)化率

的影響如圖所示。

co平衡轉(zhuǎn)化率/%

(1)曲線b對(duì)應(yīng)的投料比是工2。

I解析I通入的co的物質(zhì)的量一定,則通入氫氣的物質(zhì)的量越多，co轉(zhuǎn)化率越

高，投料比幾(CO):兀32)按5:7、10:17、5:9、1:2的順序氫氣的物質(zhì)的量分

數(shù)增高，CO轉(zhuǎn)化率增大，對(duì)應(yīng)的曲線依次為d、c、b、a,故曲線b對(duì)應(yīng)的投

料比是5:9。

(2)當(dāng)反應(yīng)在曲線a、b、c對(duì)應(yīng)的投料比下達(dá)到相同的平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)

的反應(yīng)溫度隨投料比變化的趨勢(shì)是投料比越大，反應(yīng)溫度越低。

［解析］曲線a、b、c對(duì)應(yīng)的投料比分別為1:2、5:9、10:17,由圖可知，達(dá)到

相同的平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，投料比越大，反應(yīng)溫度越低。

(3)投料比為10:17、反應(yīng)溫度為T(mén)JC時(shí)，平衡混合氣體中CO的物質(zhì)的量分

數(shù)為年2%(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

I解析］投料比10：17對(duì)應(yīng)曲線c,反應(yīng)溫度為7JC時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

75%,設(shè)起始時(shí)n(CO)=10mol,則”出)=17mol,平衡時(shí),n(H2)=

2mol,n(CO)=2.5mol,n(CH3OH)=7.5mol,則平衡混合氣體中CO的物

質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為7rX100%?20.8%。

4.［2021山西大同月考節(jié)選］能源問(wèn)題是人類社會(huì)面臨的重大問(wèn)題,合理的開(kāi)發(fā)利

用至關(guān)重要。

(3)合成甲醇的原料氣既可由煤氣化提供,也可由天然氣與水蒸氣通過(guò)下列反

應(yīng)制備:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)AH>0。向100L剛性密閉容器中

充入1molCH4和3mol水蒸氣進(jìn)行反應(yīng)，不同溫度和壓強(qiáng)下平衡體系中CH4的平

衡轉(zhuǎn)化率情況如圖所示:

①P1￡(填“<

［解析I題給反應(yīng)為壓強(qiáng)增大的反應(yīng)，同溫度下壓強(qiáng)越大.甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率越小，所

以Pl<P2o

②已知壓強(qiáng)為小、溫度為100。。時(shí).反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min.則0?

Smin內(nèi)用電表示的平均反應(yīng)速率為0.003molL】min7;該溫度下的平衡常

數(shù)K=1.35xIO-〃

［解析I據(jù)題圖可知壓強(qiáng)為小、溫度為100。(：時(shí).反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為

50%,所以平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的C(CH4)=啜瞿=0.005mol?L,所以「(CHJ=

1UUL

-11

黑L=o.OOlmol?IT】?min,v(H2)=3v(CH4)=0.003mol-f?

-1

mino平衡時(shí),"CHJ=0.005mol?，甲烷反應(yīng)了0.5mol,根據(jù)化學(xué)方程式

CH4(g)+H20(g)=CO(gi+3H2(g)可知,平衡時(shí)c(H?O)=/產(chǎn);

_1

0.025mol?L,c(CO)=0.005mol-L,c(H2)=0.015mol?,所以平衡常數(shù)

"需暇=L35x】L

微專題3“三段式”法解答化學(xué)平衡計(jì)算題

突破核心整合

“三段式”法

如mA(g)+nB(g)=pC(g)4-qD(g).令A(yù)、B的起始濃度分別為amol?

L-\bmol?LT］.達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mxmol.f1。

mA(g)+/B(g)=pC(g)+Mg)

起/(mol/L)ab00

轉(zhuǎn)/(mol/L)mxnxpxqx

平/(mol/L)a—mxb-nxpxqx

(px)P(qx)q

K=

(a-nix)m(b-nx)n

說(shuō)明：

(1)反應(yīng)物:C(平)=C(始)-c(轉(zhuǎn))；生成物:c(平)=C(始)+C

(轉(zhuǎn))。

(2)各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之

比。

反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的濃度

(3)轉(zhuǎn)化率=x100%

反應(yīng)物起始的濃度0

高考經(jīng)典再研

典例［2022全國(guó)乙，28節(jié)選］油氣開(kāi)采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含

有的硫化氫，需要回收處理并加以利用。回答下列問(wèn)題：

(3)在1470K、100kPa反應(yīng)條件下,將M^S):n(Ar)=1:4的混合氣進(jìn)行

H2s熱分解反應(yīng)［2H2s(g)=S2(g)+2H2(g)］o平衡時(shí)混合氣中H2s與％的分

壓相等，H2s平衡轉(zhuǎn)化率為k%,干衡常數(shù)。=￡76kPa。

I解析I設(shè)初始時(shí)H2s為1mol,則Ar為4mol,H2s轉(zhuǎn)化了2%mol,列三段

式：

2H2s(g)

=s2(g)+2H2(g)

初始量/mol:100

轉(zhuǎn)化量/mol:2xX2x

平衡量/mol:1-2xX2x

平衡時(shí)“S與”的分壓相等，則九(H?S)=n(H2),l-2x=2x,可得x=

0.25,貝！JMS的平衡轉(zhuǎn)化率=空產(chǎn)x100%=50%,平衡時(shí)，n(H2S)=

n(H2)=0.5mol,n(S2)=0.25mol,此時(shí)容器中氣體總物質(zhì)的量為0.5mol+

0.5mol+0.25mol+4mcl=5.25mol,則H2s(g)、S?(g)、H2(g)的分壓分別

為(100x黑)kPa、(100x黑)kPa、(100X黑)kPa，代入Kp=

>?4>

『鬻，可得Kpx4.76kPa。

情境素材工業(yè)廢氣中硫化氫的回收處理與利用

考查角度轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計(jì)算

素養(yǎng)立意礴推理與模型認(rèn)知

變式.CO2資源化對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重大意義，因此將CO2轉(zhuǎn)化為CH4的技術(shù)成為

科學(xué)研究的熱點(diǎn)。CO2甲烷化的反應(yīng)為82(g)+4H2(g)=CH4(g)4-

2H2O⑷。

在總壓為pMPa的恒溫恒壓密閉容器中，投入1molCO?、4molH2進(jìn)行上述反

應(yīng)，達(dá)到平衡后，若CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的產(chǎn)率均為。、則該反應(yīng)的平衡常數(shù)

5=(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓二總壓x物質(zhì)的量分

產(chǎn)64(1-a)

數(shù))。

［解析I根據(jù)化學(xué)方程式列出“三段式”為：

CO2(g)+4H2(g)=CH4(gi+2H2O(g)

起始物質(zhì)的量/mol1400

轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量/mola4aa2a

平衡物質(zhì)的量/mol1-a4-4aa2a

則CO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為詈，同理”的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為手，CH的物質(zhì)的

5—2a5—/a4

量分?jǐn)?shù)為自，Ho的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為盤(pán)，則Kp=重;:宣

2

S-2a”(5-2a

a3(5-2a)2

64(l-a)sp2°

解題思路

化學(xué)平衡相關(guān)計(jì)算的解題思維

模擬對(duì)點(diǎn)演習(xí)

1.［2022湖南長(zhǎng)沙第三次聯(lián)考］CO?甲烷化反應(yīng)為CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+

2H20(g)。在體積為2L的恒溫密閉容器中，通入1molC02x4molH2進(jìn)行上

述反應(yīng)，達(dá)到平衡后，若CO2的轉(zhuǎn)化率為20%,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的計(jì)算式

為K=(。1x0.22)/(1.64*0.4),

［解析I在體積為2L的恒溫密閉容器中，通入1molC02、4molH2進(jìn)行反應(yīng)，

達(dá)到平衡后，若CO2的轉(zhuǎn)化率為20%,歹上三E殳式、'：

co2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)

初始/(mol/L)0.5200

轉(zhuǎn)化/(mol/L)0.10.40.10.2

平衡/(mol/L)0.41.60.10.2

則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的計(jì)算式為K=發(fā)黑o

2.［2022遼寧葫蘆島二模］中國(guó)科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)而不斷努力，以CO?

為原料合成甲烷、乙醇等能源物質(zhì)具有良好的發(fā)展前景。

co2在固體催化劑表面加氫合成甲烷過(guò)程中發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：

1

主反應(yīng)：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H20(g)A%=-156.9kJ-mol-

1

副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2=+41.1kJ-mor

500℃時(shí)，向1L恒容密比容器中充入4molC02和12molH2,初始?jí)簭?qiáng)為p,

20min時(shí)主、副反應(yīng)都達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得C(H20)=5mol?L,體系壓強(qiáng)

-1-1

為(p,則。?20min內(nèi),v(CH4)=QAmol-L-min,平衡時(shí)CH4選擇性

=66.7%(CH4選擇性=蒜篝|xlOO%，保留3位有效數(shù)字)。

［解析］初始?jí)簭?qiáng)為p,20min時(shí)主、副反應(yīng)都達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得c(%0)=

5mol-L-1,則電0的物質(zhì)的量為5mol,體系壓強(qiáng)為1,恒溫恒容時(shí)壓強(qiáng)之

比等于氣體物質(zhì)的量之比，則反應(yīng)后氣體總的物質(zhì)的量為(4+12)molX：=

12mol；設(shè)主反應(yīng)消耗CO?的物質(zhì)的量為xmol,副反應(yīng)消耗CO?的物質(zhì)的量

為ymol,則主、副反應(yīng)的“三段式”為：

co2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H20(g)

起始/mol41200

轉(zhuǎn)化/mol%4%X2x

平衡/mol4-x-y12-4x-yX2x+y

CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

起始/mol41200

轉(zhuǎn)化/molyyyy

平衡/mol4-x-y12-4x—yy2x+y

則有：益二二Y+8T'-yH'+y+g+yx：!?，解得.2.

1y—3

y=1。則0，▼20min內(nèi)，V=0.1mol-L~1-min-1,平衡時(shí)

?-1LXn

2mol

CH4選擇性=2m。出molX100%?66.7%。

IL

3.［2021遼寧大連聯(lián)考］甲醇一水蒸氣催化重整生產(chǎn)氫氣是近年來(lái)的一個(gè)熱門(mén)研

究方向，某項(xiàng)研究表明其原理是甲醇先與水蒸氣反應(yīng)生成CO2和％,CO2再和

H2發(fā)生逆變換反應(yīng)生成CO和。

①CH30H(g)+&0(g)=CO2(g)+3H2(g)

XHi=+49.4kj/mol

@CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

A%=+41.2k)/mol

向2L的剛性密閉容器中充入1molCH3OH(g)和1.3mclH20(g),只發(fā)生上述

①、②反應(yīng)。測(cè)得“0(g)、C02xH2XCO的平衡體積分?jǐn)?shù)與溫度關(guān)系如圖所

示，CH3OH(g)的平衡體積分?jǐn)?shù)極低，則圖中的曲線b、d表示的物質(zhì)依次是

皿、皿。若體系在某溫度下經(jīng)5min達(dá)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量

為4.26mol,CO的物質(zhì)的量為0.8mol,則前5min的甲醇的平均反應(yīng)速率

V(CH3OH)=00980101/(1-min),該溫度下反應(yīng)②的三衡常數(shù)K=2至(保留

三位有效數(shù)字)。

70

360

、

醛50

宅

還40

甘30

遐

詳20

10

0

140180220260300340

反應(yīng)溫度/七

I解析根據(jù)題干信息，CH3OH(g)的平衡體積分?jǐn)?shù)極低，可以認(rèn)為反應(yīng)①中

CH3OH近似完全反應(yīng)，設(shè)生成的CO的物質(zhì)的量為xmol,列“三段式'有：

反應(yīng)①

CH30H(g)+H2O(g)=co2(g)+3H2(g)

起始量/mol11.300

轉(zhuǎn)化量/1110I1113

平衡量/mol00.313

反應(yīng)②82(g)+Hz(g)=CO(g)+H2O(g)

起始量/mol1300.3

轉(zhuǎn)化量/molXXXX

平衡量/mol1-x3-xX0.3+x

只有反應(yīng)②有C0生成，隨著溫度升高，反應(yīng)②平衡正向移動(dòng)，故CO、H20的

體積分?jǐn)?shù)一直增大，為曲線c或d,有電0的物質(zhì)的量比CO的大，故曲線c為

H20、曲線d為CO,而CO2、H2的體積分?jǐn)?shù)一直減小，又因?yàn)椤钡奈镔|(zhì)的量

大于C02,故曲線a為電，b為CO2。若體系在某溫度下經(jīng)5min達(dá)平衡狀態(tài),

平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為4.26mol,CO的物質(zhì)的量為0.8mol,根據(jù)“三段

式”分析，設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化了ymol的CH3OH,則有：

CH30H(g)+H2O(g)FCO2(g)+3H2(g)

起始量(mol)11.300

轉(zhuǎn)化量(mol)yyy3y

平衡量(mol)1-y1.3—yy3y

C02(g)+H?(g)=CO(g)+H?o(g)

起始量(mol)y3y01.3—y

轉(zhuǎn)化量(mol)0.80.80.80.8

平衡量(mol)y—0.83y-0.80.81.3—y+0.8

故有：1—y+y-0.8+3y—0.8+0.8+1.3—y+0.8=4.26，解得：y=

0.98,故前5min的甲醇的平均反應(yīng)速率WC^OH)=柴=器=黑黑=

0.098mol/(L.min),該溫度下反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=嘿*黑=

C(.LU2.)C(H2J

0.8mol乂(l.3-0.98+0.8)mol

2L2L?222

(0.98-0.8)mol(3XO.98-O.8)nwl?乙°

2L*2L

4.[2021貴州貴陽(yáng)檢測(cè)]綠水青山就是金山銀山，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、建設(shè)生態(tài)文明

是歷史發(fā)展的需要。氮氧化物易導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題，以NO4為

主要成分的霧霾的綜合治理是當(dāng)前重要的研究課題。

活性炭粉還原NO。在密閉容器中投入足量活性炭粉和一定量NO,在一定溫度

下,發(fā)生反應(yīng)：C(s)+2N0(g)=N2(g)+CO2(g),測(cè)得NO、N2、CO2的物質(zhì)

的量濃度與時(shí)間關(guān)系如表所示。

c0min5min10min15min20min

c(NO)/(mol-L-1)4.001.00

c(N2)/(mol?L)00.5()1.50

c(CO2)/(mol?IT】)00.60

若20min時(shí)總壓強(qiáng)為160kPa,則該溫度下平衡常數(shù)勺=絲(保留3位有效

數(shù)字，用氣體分壓計(jì)算平衡常數(shù)?，氣體分壓二氣體總壓x氣體的物質(zhì)的量分

數(shù))。

［解析1根據(jù)題給信息，歹上三段式”有

C(s)+2N0(g)=N2(g)+C02(g)

起始量/mol-L-14.0000

轉(zhuǎn)化量/mol?IT】3.001.501.50

20min末/mol-L-11.001.501.50

可知，若20min時(shí)總壓強(qiáng)為160kPa,則p(NO)=x160kPa=

_1.50

40kPa,p(Nz)=p(CO)x160kPa=60kPa,故該溫度下平

z1.00+1.50+1.50

衡常數(shù)9=與需=——60X6；一0=2.2er*5。

402

5.［2021河北衡水月考］催化劑存在下，在1L的恒容留用容器中充入0.1molCO

和0.3molH2發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+3H2(g)UCH4(g)+H20(g)。反應(yīng)相同時(shí)

間，CO的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖所示。

卓

京

豈

浮

650

0

。

下列說(shuō)法一定正確的是(D)

A.升高溫度，CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)的化學(xué)平衡常數(shù)增大

B.圖中X點(diǎn)所示條件下，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間不能提高CO的轉(zhuǎn)化率

C.圖中Y點(diǎn)所示條件下,改用性能更好的催化劑能提高CO的轉(zhuǎn)化率

D.TJC時(shí),CO(g)+3H2(g)DCH4(g)+H2O(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K>1

【解析］從題圖可以看出，在相同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)隨著溫度的升高，co的轉(zhuǎn)化率增

大，但無(wú)法判斷溫度升高平衡移動(dòng)的方向，故無(wú)法得出溫度升高化學(xué)平衡常數(shù)

增大的結(jié)論，故A錯(cuò)誤；在X點(diǎn)所處條件下,反應(yīng)可能沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài),延

長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)可能正向進(jìn)行，提高C0的轉(zhuǎn)化率，故B錯(cuò)誤；在Y點(diǎn)所處條

件下，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，改用性能更好的催化劑能加快反應(yīng)速

率，不一定能提高co的轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；根據(jù)反應(yīng)列出“三段式”：

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

開(kāi)始/(mol/L)0.10.300

轉(zhuǎn)化/(mol/L)0.050.150.050.05

TJC時(shí)/(mol/L)0.050.150.050.05

_C(CH)C(HO)_

若達(dá)到平衡,42鬻器x14.81>1,若T『C時(shí)未達(dá)到

TJC3

C(CO)C(H2)

平衡,K>14.81,故D正確,*

微專題4原子守恒破解多協(xié)同(多重)反應(yīng)平衡的相關(guān)計(jì)

算

突破核心整合

1.多協(xié)同(多重)反應(yīng)平衡類型：包括連續(xù)平衡和同向平衡。

2.解題關(guān)鍵是理清守怛關(guān)系：反應(yīng)體系中，任何狀態(tài)均遵循原子守怛，利用原

子守恒關(guān)系和“三段式”理清起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量之間的關(guān)系。

①連續(xù)平衡是指兩個(gè)連鎖可逆反應(yīng),即第一個(gè)反應(yīng)的某一生成物是第二個(gè)反應(yīng)

的反應(yīng)物，則在第一個(gè)反應(yīng)中,該物質(zhì)的起始量為0,它的平衡量則為第二個(gè)

反應(yīng)中該物質(zhì)的起始量。

②同向平衡指兩個(gè)平行的可逆反應(yīng)，它們有著某一共同的反應(yīng)物，該反應(yīng)物發(fā)

生了兩種不同的反應(yīng)。如果一種物質(zhì)是兩個(gè)平行反應(yīng)的生成物，則題目中所給

平衡量是該物質(zhì)在這兩個(gè)反應(yīng)中的平衡量之和。

高考經(jīng)典再研

典例［2022沏南，16節(jié)選］2021年我國(guó)制氫量位居世界第一，煤的氣化是一種

重要的制氫途徑。回答下列問(wèn)題：

(1)在一定溫度下，向體積固定的密閉容器中加入足量的C(s)和1mol

H20(g),起始?jí)簭?qiáng)為0.2MPa時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)生成水煤氣：

-1

I.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)=+131.4kJ-mol

1

H.CO(g)+H2O(g)=CO2?+H2(g)AH2=-41.1kJ-mor

①下列說(shuō)法正確的是他：

A.平衡時(shí)向容器中充入惰性氣體，反應(yīng)I的平衡逆向移動(dòng)

B.混合氣體的密度保持不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)體系已達(dá)到平衡

C平衡時(shí)M的體積分?jǐn)?shù)可能大于|

D,將炭塊粉碎，可加快反應(yīng)速率

I解析I恒容條件下,充入惰性氣體，平衡不移動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；體系中存在固

體，則氣體的總質(zhì)量隨著反應(yīng)進(jìn)行將發(fā)生變化，容器體積不變，則氣體的密度

隨著反應(yīng)正向進(jìn)行將增大，當(dāng)氣體密度不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，B項(xiàng)正

確；隨著反應(yīng)正向進(jìn)行”的體積分?jǐn)?shù)不斷增大，若1molH20(g)完全反應(yīng)，

產(chǎn)生0.5molC02和1molH2,故平衡時(shí)”的體積分?jǐn)?shù)不可能大于2/3,C項(xiàng)錯(cuò)

誤；將炭塊粉碎,可增大氣固接觸面積，加快反應(yīng)速率，D項(xiàng)正確。

②反應(yīng)平衡時(shí)，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%,CO的物質(zhì)的量為0.1mol。此時(shí)，

整個(gè)體系吸收(填“吸收”或“放出”)熱量3L2k),反應(yīng)I的平衡常數(shù)Kp=(102

(以分壓表示，分壓-總壓X物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

［解析I反應(yīng)平衡時(shí)，H20反應(yīng)了0.5moizCO的物質(zhì)的量為0.1mol,根據(jù)0原

子守恒，可知CO?中含有0原子的物質(zhì)的量為(0.5-0.1)mol=0.4mol,BPCO2

的物質(zhì)的量為0.2mol,CO在反應(yīng)【中生成，反應(yīng)II中消耗，則反應(yīng)I共生成

(0.1+0.2)mol=0.3molCO,反應(yīng)I吸收熱量(0.3X131.4)kJ,反應(yīng)II放出熱

量(0.2x41.1)kJ,則整個(gè)體系吸收熱量0.3x131.4kJ-0.2x41.4kJ=

31.2k)；平衡時(shí)”的物質(zhì)的量為(0.3+0.2)mol=0.5mol,由上述分析可知體

系中氣體總物質(zhì)的量為1.3mol,則此時(shí)的總壓為1.3x0.2MPa=0.26MPa,

%0(g)、C0(g)、H2(g)的分壓分別為0.26X英MPa、0.26X含MPa、

0.26X詈MPa,代入Kp=雙器『=0.02。

情境素材工業(yè)上煤氣化制取氫氣

考查角度計(jì)算能力、與

素養(yǎng)立意變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知

變式.CO2在Cu-ZnO催化下，同時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)I、II,是解決溫室效應(yīng)和

能源短缺的重要手段。

I.CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)岫<0

II.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)>0

保持溫度7時(shí)，在容積不變的密閉容器中，充入一定量的CO2及電，起始及達(dá)