專題十二化學反應原理綜合題-2024高考化學一輪復習

專題十二化學反應原理綜合題

考情分析

考(1)該專題為必考點，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、污染治理和物質制備等為背景命題。

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

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

學學科素養(yǎng)。

(4)預計明年該專題的考查力度不會削弱，考查的知識點和形式大概率會延續(xù)往年命

題的特點，但題干會更加強調反應機理，傾向于細微處探究。

微專題1蓋斯定律的高階應用

突破核心整合

對于復雜的熱化學方程式的書寫，解題時若出現(xiàn)目標方程式中沒有的物

質,則需要通過觀察并標記出需要消去的物質進行解題。

口訣：同加異減成比例，觀察消去做標記。

解釋：已知方程式中的物質與目標方程式中的物質在同一邊為同，用,

兩邊為異，用“??；解題時若出現(xiàn)目標方程式中沒有的物質，則需要通過觀察并

標記出需要消去的物質,進行進一步處理。

應用時注意事項：每個方程式最多用一次；目標方程式中的物質只看在一

個已知方程式中出現(xiàn)的物質；消去時注意化學計量數(shù)關系。

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

、A%、表示)。

［解析］第一步，對比已知方程式和目標方程式，目標方程式中的匹2。而)咄

現(xiàn)在反應③中的生成物中，不在同一邊，為異，根據(jù)化學計量數(shù)關系，A%變

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

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

同，根據(jù)化學計量數(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，對比目標方程式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)化學計量數(shù)關系有：-2△，一得方程式⑤：4Fe(s)+

6CO(g)=2Fe2O3(s)+6C(s，石墨)

-2AHi(注：因為目標反應物。2在②③中均出現(xiàn)，其化學計量數(shù)不好定,故

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

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

③,則=6A“3-2AHi-6AH2。

高考經典再研

典例［2022全國乙，28節(jié)選］油氣開采、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?；卮鹣铝袉栴}：

(1)已知下列反應的熱化學方程式：

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

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

［解析根據(jù)蓋斯定律可知，反應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)推理與模型認知

變式.co2資源化對環(huán)境保護具有重大意義，因此將CO2轉化為CH4的技術成為

科學研究的熱點。co2甲烷化反應為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。

模擬對點演習

1.［2022河北邢臺三模］氧化鐵在工業(yè)上有廣泛的應用。

煉鐵高爐中存在以下反應：

-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，已知幾個熱化學方程式如下：

?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、降低空氣中二氧化碳含量成為研究

熱點。C02在固體催化劑表面加氫合成甲烷過程中發(fā)生以下兩個反應：

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

1

副反應：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前能源與環(huán)境研究的熱點。

-co催化重整可以得到合成氣(co和山)，其工藝過程中涉及如下反

CH42

應：

反應①CH4(g)+82(g)=2C0(g)+2H2(g)帆

反應②82(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

△“2=+41.2k)-mol-1

反應③CH4(g)+102(g)=CO(g)+2H2(g)

A/=-36.0k)-mol-1

反應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化學平衡圖像解讀

突破核心整合

核心點1:幾種特殊的圖像

a（轉化率）該反應為放熱反應

低于7溫寸，反應慢

還未達到平衡，為

平衡建立過程；高

于7。時，為平衡移

。T。八溫度）動過程

隨著溫度升高，

MgK減小，K增

大，反應為吸熱

反應(A〃>0)

②

③對于A(g)+2B(g)=C(g)

-s[非越大，A(g)越多,

就A)[(A)嬴

④對于化學反應：mA(g)+九B(g)=pC(g)+qD(g),M點(如下圖所示)以

前，表示從反應物開始反應，〃正>"逆；M點為剛達到平衡點；M點以后，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<

0。

0T0T

同類模型有：

T（A〃〈O）或者p（氣體體積增大）

核心點2：平衡圖像題的解題思路

第一步:定特點。觀察可逆反應的特點.如各物質的狀態(tài)（有無固體、液體）、正

反應是吸熱反應還是放熱反應、反應前后氣體體積是否變化等。

第二步:看圖像.

①看面清清縱坐標與橫坐標的含義，如橫坐標可代表時間、溫度、壓強等，縱

坐標可代表濃度、含量、物質的量、轉化率等,同時還要注意單位和刻度。

②看“線”:看線的走向和變化趨勢.如曲線（或直線）升高、降彳氐、漸變、突變

等。

③看“點”:看清起點，分清反應物、生成物;判斷拐點，如在轉化率一時間圖像上，

多條曲線中，先出現(xiàn)拐點的曲線先達到平衡,表示曲線對應的溫度較高或壓強較

大:觀察終點，如在濃度一時間圖像上，一定要看清終點時反應物的減小量、產物

的增加量，并結合有關反應原理進行推理判斷。

④看“輔助線”:通過輔助線上匕較濃度、含量、物質的量、轉化率等變化大小，可

以判斷溫度高低、壓強大小、反應放熱或吸熱及氣體反應前后化學計量數(shù)大小

等。

⑤看“變化、'：如濃度變化、溫度變化、壓強變化等。

第三步:想規(guī)律。如化學反應速率影響因素，化學反應速率與化學平衡關系以及化

學平衡移動原理等。

第四步:做判斷。利用原理并結合圖像.分析圖像中所反映的反應速率變化或化學

平衡變化，作出合理判斷。

高考經典再研

典例［2022全國乙，28節(jié)選］油氣開采、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。回答下列問題：

(4)在1373K、100kPa反應條件下,對于九(^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［2H2s(g)=S2(g)+

2H2(g)］過程中H2s轉化率隨時間的變化如下圖所示。

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

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

低，相當于減壓，平衡正向移動，H2S的平衡轉化率升高。

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

壓降低,相當于進行減壓操作，H2S的熱分解反應為點體分子數(shù)增大的反應，

減壓時平衡正向移動，H2S的平衡轉化率升高。

②n(H2S):n(Ar)=1:9對應圖中曲線d,計算其在。?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時的轉化率僅低于MMS):九(Ar)=

1:19時的轉化率，故對應圖中曲線d,0.1s時，H2S的轉化率為24%,設

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，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、速率計算

素養(yǎng)立意變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知

變式.利用現(xiàn)代傳感技術探究壓強對2NO2(g)=N204(g)平衡移動的影響。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時迅速移動活塞后并保持活塞位置不變，測定針筒

內氣體壓強變化如圖所示。下列分析中不正確的是(C)

時移動活塞，使容器容積增大

A.t1S

B.在B、E兩點,對應的正反應速率：v(B)>v(E)

C.圖中除A、C、F點外，其他點均為平衡狀態(tài)

D.在E、F、H三點中，H點的氣體平均相對分子質量最大

［解析］由圖可知，QS時移動活塞，針筒內氣體壓強迅速減小，說明針筒的容積

增大，故A正確；針筒內氣體壓強越大，化學反應速率越大，由圖可知，B點

壓強大于E點，則對應的正反應速率：u(B)>v(E)，故B正確；由圖可知,除

A、C、F點外，G點也沒有達到平衡,故C錯誤；由質量守恒定律可知，E、

F、H三點中氣體的質量相同，由圖可知，JS時移動活塞，針筒內氣體壓強迅

速增大，說明針筒的容積減小，增大壓強，平衡向正反應方向移動，混合氣體

的物質的量減小，則E、F、H三點中，H點的氣體物質的量最小，平均相對分

子質量最大，故D正確。

解題思路

平衡圖像題的答題方法

①三步分析法:一看反應速率是增大還是減小:二看正、逆反應速率的相對大?。?/p>

三看化學平衡移動的方向。

②四要素分析法:看曲線的起點、變化趨勢、拐點、終點。

③"先拐先平”法:先出現(xiàn)拐點.先達到平衡。

④“定一議二''法:當圖像中有三個量時.先確定一個量不變.再討論另外兩個量的

關系。

模擬對點演習

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

反應原理為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轉化率與溫度的關系如圖所示。

(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的催化活性，N。轉

化率遠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,催化劑乙作用下的一氧化氮的轉

化率遠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點對應溫度為210久.210℃之前，NO轉化

率隨溫度升高而增大的原因是反應未達平衡，溫度升高，反應速率加快，N。轉

化率增大；210℃之后，N。轉化率降低的原因可能是傕化劑活性降低(或該反

應為放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動)。

［解析］由題圖可知，M點反應達到平衡，210久之前反應未達到平衡，溫度升

高，反應速率加快，一氧化氮的轉化率增大；210國之后，若催化劑活性降

低，反應速率降低，一氧化氮的轉化率會減??；該反應為放熱反應，升高溫

度,平衡向逆反應方向移動，一氧化氮的轉化率會減小。

2.[2022寧夏銀川一中二模]中國科學家為實現(xiàn)，、碳中和',目標而不斷努力，以

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

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

始時的投料比，即巾=喘。

n(g)

(1)圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序為可>T?>T\。

CC)2平衡轉化率/%

70

60

50

40

30

I解析I該反應為放熱反應，其他條件相同時,升高溫度，平衡逆向移動，二氧

化碳的平衡轉化率降低，則題圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序為73>

T2>T1O

(2)圖2中Ml、mm3從大至U小的順序為7%>7%>—3o

CC)2平衡轉化率/%

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

77K

圖2

I解析I其他條件相同時，狀增大，二氧化碳的平衡轉化率增大，則題圖2中

機1、m2.m3從大到小的順序為mi>m2>m3o

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

CO(g)=CH30H(g)。對于該反應，若通入的CO的物質的量一定，4種投料比

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

的影響如圖所示。

co平衡轉化率/%

(1)曲線b對應的投料比是工2。

I解析I通入的co的物質的量一定,則通入氫氣的物質的量越多，co轉化率越

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

數(shù)增高，CO轉化率增大，對應的曲線依次為d、c、b、a,故曲線b對應的投

料比是5:9。

(2)當反應在曲線a、b、c對應的投料比下達到相同的平衡轉化率時，對應

的反應溫度隨投料比變化的趨勢是投料比越大，反應溫度越低。

［解析］曲線a、b、c對應的投料比分別為1:2、5:9、10:17,由圖可知，達到

相同的平衡轉化率時，投料比越大，反應溫度越低。

(3)投料比為10:17、反應溫度為TJC時，平衡混合氣體中CO的物質的量分

數(shù)為年2%(計算結果保留3位有效數(shù)字).

I解析］投料比10：17對應曲線c,反應溫度為7JC時，CO的平衡轉化率為

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

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

質的量分數(shù)為7rX100%?20.8%。

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

用至關重要。

(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下列反

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

充入1molCH4和3mol水蒸氣進行反應，不同溫度和壓強下平衡體系中CH4的平

衡轉化率情況如圖所示:

①P1￡(填“<

［解析I題給反應為壓強增大的反應，同溫度下壓強越大.甲烷的平衡轉化率越小，所

以Pl<P2o

②已知壓強為小、溫度為100。。時.反應達到平衡所需的時間為5min.則0?

Smin內用電表示的平均反應速率為0.003molL】min7;該溫度下的平衡常

數(shù)K=1.35xIO-〃

［解析I據(jù)題圖可知壓強為小、溫度為100。(：時.反應達到平衡時甲烷的轉化率為

50%,所以平衡時轉化的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,"CHJ=0.005mol?，甲烷反應了0.5mol,根據(jù)化學方程式

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

_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”法解答化學平衡計算題

突破核心整合

“三段式”法

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

L-\bmol?LT］.達到平衡后消耗A的物質的量濃度為mxmol.f1。

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

起/(mol/L)ab00

轉/(mol/L)mxnxpxqx

平/(mol/L)a—mxb-nxpxqx

(px)P(qx)q

K=

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

說明：

(1)反應物:C(平)=C(始)-c(轉)；生成物:c(平)=C(始)+C

(轉)。

(2)各物質的轉化物質的量濃度之比等于化學方程式中各物質的化學計量數(shù)之

比。

反應物轉化的濃度

(3)轉化率=x100%

反應物起始的濃度0

高考經典再研

典例［2022全國乙，28節(jié)選］油氣開采、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。回答下列問題：

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

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

壓相等，H2s平衡轉化率為k%,干衡常數(shù)。=￡76kPa。

I解析I設初始時H2s為1mol,則Ar為4mol,H2s轉化了2%mol,列三段

式：

2H2s(g)

=s2(g)+2H2(g)

初始量/mol:100

轉化量/mol:2xX2x

平衡量/mol:1-2xX2x

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

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

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

考查角度轉化率、平衡常數(shù)的計算

素養(yǎng)立意礴推理與模型認知

變式.CO2資源化對環(huán)境保護具有重大意義，因此將CO2轉化為CH4的技術成為

科學研究的熱點。CO2甲烷化的反應為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進行上述反

應，達到平衡后，若CO2的轉化率和CH4的產率均為。、則該反應的平衡常數(shù)

5=(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓二總壓x物質的量分

產64(1-a)

數(shù))。

［解析I根據(jù)化學方程式列出“三段式”為：

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

起始物質的量/mol1400

轉化物質的量/mola4aa2a

平衡物質的量/mol1-a4-4aa2a

則CO2的物質的量分數(shù)為詈，同理”的物質的量分數(shù)為手，CH的物質的

5—2a5—/a4

量分數(shù)為自，Ho的物質的量分數(shù)為盤，則Kp=重;:宣

2

S-2a”(5-2a

a3(5-2a)2

64(l-a)sp2°

解題思路

化學平衡相關計算的解題思維

模擬對點演習

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

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

述反應，達到平衡后，若CO2的轉化率為20%,則該反應的平衡常數(shù)的計算式

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進行反應，

達到平衡后，若CO2的轉化率為20%,歹上三E殳式、'：

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

初始/(mol/L)0.5200

轉化/(mol/L)0.10.40.10.2

平衡/(mol/L)0.41.60.10.2

則該反應的平衡常數(shù)的計算式為K=發(fā)黑o

2.［2022遼寧葫蘆島二模］中國科學家為實現(xiàn)“碳中和”目標而不斷努力，以CO?

為原料合成甲烷、乙醇等能源物質具有良好的發(fā)展前景。

co2在固體催化劑表面加氫合成甲烷過程中發(fā)生以下兩個反應：

1

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

1

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

500℃時，向1L恒容密比容器中充入4molC02和12molH2,初始壓強為p,

20min時主、副反應都達到平衡狀態(tài)，測得C(H20)=5mol?L,體系壓強

-1-1

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

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

［解析］初始壓強為p,20min時主、副反應都達到平衡狀態(tài)，測得c(%0)=

5mol-L-1,則電0的物質的量為5mol,體系壓強為1,恒溫恒容時壓強之

比等于氣體物質的量之比，則反應后氣體總的物質的量為(4+12)molX：=

12mol；設主反應消耗CO?的物質的量為xmol,副反應消耗CO?的物質的量

為ymol,則主、副反應的“三段式”為：

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

起始/mol41200

轉化/mol%4%X2x

平衡/mol4-x-y12-4x-yX2x+y

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

起始/mol41200

轉化/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，V=0.1mol-L~1-min-1,平衡時

?-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氫氣是近年來的一個熱門研

究方向，某項研究表明其原理是甲醇先與水蒸氣反應生成CO2和％,CO2再和

H2發(fā)生逆變換反應生成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。測得“0(g)、C02xH2XCO的平衡體積分數(shù)與溫度關系如圖所

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

皿、皿。若體系在某溫度下經5min達平衡狀態(tài)，平衡時氣體的總物質的量

為4.26mol,CO的物質的量為0.8mol,則前5min的甲醇的平均反應速率

V(CH3OH)=00980101/(1-min),該溫度下反應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

反應溫度/七

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

CH3OH近似完全反應，設生成的CO的物質的量為xmol,列“三段式'有：

反應①

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

起始量/mol11.300

轉化量/1110I1113

平衡量/mol00.313

反應②82(g)+Hz(g)=CO(g)+H2O(g)

起始量/mol1300.3

轉化量/molXXXX

平衡量/mol1-x3-xX0.3+x

只有反應②有C0生成，隨著溫度升高，反應②平衡正向移動，故CO、H20的

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

H20、曲線d為CO,而CO2、H2的體積分數(shù)一直減小，又因為”的物質的量

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

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

式”分析，設反應轉化了ymol的CH3OH,則有：

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

起始量(mol)11.300

轉化量(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的甲醇的平均反應速率WC^OH)=柴=器=黑黑=

0.098mol/(L.min),該溫度下反應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貴州貴陽檢測]綠水青山就是金山銀山，保護生態(tài)環(huán)境、建設生態(tài)文明

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

主要成分的霧霾的綜合治理是當前重要的研究課題。

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：C(s)+2N0(g)=N2(g)+CO2(g),測得NO、N2、CO2的物質

的量濃度與時間關系如表所示。

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時總壓強為160kPa,則該溫度下平衡常數(shù)勺=絲(保留3位有效

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

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

轉化量/mol?IT】3.001.501.50

20min末/mol-L-11.001.501.50

可知，若20min時總壓強為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：CO(g)+3H2(g)UCH4(g)+H20(g)。反應相同時

間，CO的轉化率與反應溫度的關系如圖所示。

卓

京

豈

浮

650

0

。

下列說法一定正確的是(D)

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

B.圖中X點所示條件下，延長反應時間不能提高CO的轉化率

C.圖中Y點所示條件下,改用性能更好的催化劑能提高CO的轉化率

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

【解析］從題圖可以看出，在相同的反應時間內隨著溫度的升高，co的轉化率增

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

增大的結論，故A錯誤；在X點所處條件下,反應可能沒有達到平衡狀態(tài),延

長反應時間，反應可能正向進行，提高C0的轉化率，故B錯誤；在Y點所處條

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

率，不一定能提高co的轉化率，故C錯誤；根據(jù)反應列出“三段式”：

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

開始/(mol/L)0.10.300

轉化/(mol/L)0.050.150.050.05

TJC時/(mol/L)0.050.150.050.05

_C(CH)C(HO)_

若達到平衡,42鬻器x14.81>1,若T『C時未達到

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)反應平衡的相關計

算

突破核心整合

1.多協(xié)同(多重)反應平衡類型：包括連續(xù)平衡和同向平衡。

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

子守恒關系和“三段式”理清起始量、轉化量、平衡量之間的關系。

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

的反應物，則在第一個反應中,該物質的起始量為0,它的平衡量則為第二個

反應中該物質的起始量。

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

生了兩種不同的反應。如果一種物質是兩個平行反應的生成物，則題目中所給

平衡量是該物質在這兩個反應中的平衡量之和。

高考經典再研

典例［2022沏南，16節(jié)選］2021年我國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),起始壓強為0.2MPa時，發(fā)生下列反應生成水煤氣：

-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下列說法正確的是他：

A.平衡時向容器中充入惰性氣體，反應I的平衡逆向移動

B.混合氣體的密度保持不變時，說明反應體系已達到平衡

C平衡時M的體積分數(shù)可能大于|

D,將炭塊粉碎，可加快反應速率

I解析I恒容條件下,充入惰性氣體，平衡不移動，A項錯誤；體系中存在固

體，則氣體的總質量隨著反應進行將發(fā)生變化，容器體積不變，則氣體的密度

隨著反應正向進行將增大，當氣體密度不再變化時，反應達到平衡，B項正

確；隨著反應正向進行”的體積分數(shù)不斷增大，若1molH20(g)完全反應，

產生0.5molC02和1molH2,故平衡時”的體積分數(shù)不可能大于2/3,C項錯

誤；將炭塊粉碎,可增大氣固接觸面積，加快反應速率，D項正確。

②反應平衡時，H2O(g)的轉化率為50%,CO的物質的量為0.1mol。此時，

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

(以分壓表示，分壓-總壓X物質的量分數(shù))。

［解析I反應平衡時，H20反應了0.5moizCO的物質的量為0.1mol,根據(jù)0原

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

的物質的量為0.2mol,CO在反應【中生成，反應II中消耗，則反應I共生成

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

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

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

系中氣體總物質的量為1.3mol,則此時的總壓為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)推理與模型認知

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

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，在容積不變的密閉容器中，充入一定量的CO2及電，起始及達