多平衡体系的分析应用
1.化学平衡与平衡转化率
(1)转化率和平衡转化率
转化率有未达到平衡的转化率和平衡转化率，在审题的时候一定要注意转化率是否为平衡转化率。
(2)转化率与温度的关系
可逆反应 的焓变ΔH 升高温度
吸热反应， ΔH>0 未达到平衡的转化率增大
平衡转化率增大
放热反应， ΔH<0 未达到平衡的转化率增大
平衡转化率减小
(3)增大反应物的浓度与平衡转化率的关系(其中A、B、C均为气体)
可逆 反应 改变 条件 平衡移 动方向 反应物平 衡转化率 备注
A+B C 增大A 的浓度 正向 移动 α(A)减小 α(B)增大 -
A B+C 增大A 的浓度 正向 移动 α(A) 减小 反应物平 衡转化率 实际是考 虑压强的 影响
2A B+C 增大A 的浓度 正向 移动 α(A) 不变
3A B+C 增大A 的浓度 正向 移动 α(A) 增大
(4)如果两气体物质的投料比按照化学计量数投料，那么无论是否达到化学平衡，两者的转化率一直相等。
2.化学平衡常数、平衡移动方向与反应速率的关系
aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
K= 平衡时浓度 Q= 某时刻浓度
K
3.转化率、产率的计算公式
反应物的转化率=×100%
生成物的产率=×100%
4.相关反应平衡常数的相互计算
(1)同一可逆反应中，K正·K逆=1。
(2)同一化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K'与原平衡常数K间的关系是K'=Kn或K'=。
(3)几个可逆反应的化学方程式相加得总化学方程式，则总化学反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。
5.多重平衡定性分析
(1)找准目标物质及所在反应，根据原理(勒夏特列原理以及影响速率的因素等)推断条件改变的影响，作出判断。
(2)竞争型多重平衡解题思路
①先分析是速率问题，还是平衡问题。
②若是速率问题，考虑温度、压强、催化剂选择性等。
③若是平衡问题，先判断以哪个反应为主，再描述平衡移动。
④若改变条件出现两种相反的结论，要结合问题中的结论抓住矛盾的主要方面解题。
6.催化剂与转化率(或产率)
(1)转化率(或产率)分为平衡前转化率(或产率)和平衡转化率(或平衡产率)，催化剂能加快反应速率，使平衡前转化率(或产率)提高，但不能改变平衡转化率(或平衡产率)。
(2)实际工业生产中大多数反应未达到平衡，反应物就随产物流出反应器，所以实际转化率总比平衡转化率低。利用催化剂提高反应速率，可以提高单位时间内的产量，目标产物的实际产率也相应得以提升。
1.(2024·江苏，13)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为：
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是( )
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
2.(2023·江苏，13)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是( )
A.反应2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时，提高的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值
3.(2022·江苏，13)乙醇 水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)+3H2O(g)(g) ΔH=173.3 kJ·mol-1，O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性=×100%，下列说法正确的是( )
A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B.升高温度，平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
4.(2021·江苏，14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
答案精析
核心精讲
2.= < >
真题演练
1.C ［L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；由图像可知，L1~L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B错误；从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗 CO，而 CO 体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O)增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故n总减小而n(H2O)增加，即H2O的体积分数会增大，故L6处的 H2O的体积分数大于L5处，C正确；L1处CO 的体积分数大于 CH3OH，说明生成的 CO 的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D错误。］
2.D ［由盖斯定律可知反应2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-2×41.2 kJ·mol-1-164.7 kJ·mol-1=-247.1 kJ·mol-1，A错误；CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误；450 ℃时，提高的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强第一个反应平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。 ］
3.B
4.D ［NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的平衡转化率降低，故A错误；根据图像，在175~300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，故B错误；根据图像，温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，故温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，故C错误；氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确。］(共27张PPT)
多平衡体系的分析应用
专题五 选择题专攻2
01
核心精讲
1.化学平衡与平衡转化率
(1)转化率和平衡转化率
转化率有未达到平衡的转化率和平衡转化率，在审题的时候一定要注意转化率是否为平衡转化率。
(2)转化率与温度的关系
可逆反应的焓变ΔH 升高温度
吸热反应，ΔH>0 未达到平衡的转化率增大
平衡转化率增大
放热反应，ΔH<0 未达到平衡的转化率增大
平衡转化率减小
(3)增大反应物的浓度与平衡转化率的关系(其中A、B、C均为气体)
可逆反应 改变条件 平衡移动方向 反应物平衡转化率 备注
A+B C 增大A的浓度 正向移动 α(A)减小α(B)增大 -
A B+C 增大A的浓度 正向移动 α(A)减小 反应物平衡转化率实际是考虑压强的影响
2A B+C 增大A的浓度 正向移动 α(A)不变 3A B+C 增大A的浓度 正向移动 α(A)增大 (4)如果两气体物质的投料比按照化学计量数投料，那么无论是否达到化学平衡，两者的转化率一直相等。
2.化学平衡常数、平衡移动方向与反应速率的关系
aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) K= 平衡时浓度 Q=
某时刻浓度
K
3.转化率、产率的计算公式
反应物的转化率=×100%
生成物的产率=×100%
4.相关反应平衡常数的相互计算
(1)同一可逆反应中，K正·K逆=1。
(2)同一化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K'与原平衡常数K间的关系是K'=Kn或K'=。
(3)几个可逆反应的化学方程式相加得总化学方程式，则总化学反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。
5.多重平衡定性分析
(1)找准目标物质及所在反应，根据原理(勒夏特列原理以及影响速率的因素等)推断条件改变的影响，作出判断。
(2)竞争型多重平衡解题思路
①先分析是速率问题，还是平衡问题。
②若是速率问题，考虑温度、压强、催化剂选择性等。
③若是平衡问题，先判断以哪个反应为主，再描述平衡移动。
④若改变条件出现两种相反的结论，要结合问题中的结论抓住矛盾的主要方面解题。
6.催化剂与转化率(或产率)
(1)转化率(或产率)分为平衡前转化率(或产率)和平衡转化率(或平衡产率)，催化剂能加快反应速率，使平衡前转化率(或产率)提高，但不能改变平衡转化率(或平衡产率)。
(2)实际工业生产中大多数反应未达到平衡，反应物就随产物流出反应器，所以实际转化率总比平衡转化率低。利用催化剂提高反应速率，可以提高单位时间内的产量，目标产物的实际产率也相应得以提升。
02
真题演练
1.(2024·江苏，13)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为：
①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是
1
2
3
4
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
1
2
3
4
√
L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；
由图像可知，L1~L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B错误；
1
2
3
4
从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗CO，而CO体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O)增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故n总减小而n(H2O)增加，
即H2O的体积分数会增大，故L6处的 H2O的体积分数大于L5处，C正确；
1
2
3
4
L1处CO 的体积分数大于 CH3OH，说明生成的 CO 的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D错误。
1
2
3
4
2.(2023·江苏，13)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。
1
2
3
4
CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是
1
2
3
4
A.反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时，提高的值或增大压强，
均能使CO2平衡转化率达到X点的值
√
1
2
3
由盖斯定律可知反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+
CH4(g)的焓变ΔH=-2×41.2 kJ·mol-1-164.7 kJ·mol-1
=-247.1 kJ·mol-1，A错误；
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)为放热反应，
升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故
CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误；
4
1
2
3
450 ℃时，提高的值可提高二氧化碳的平衡转化率，增大压强第一个反应平衡正向移动，可提高二氧化碳的平衡转化率，均能使CO2平衡转化率达到X点的值，D正确。
4
3.(2022·江苏，13)乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)
+3H2O(g)===(g) ΔH=173.3 kJ·mol-1，(g)===
CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)
=1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
1
2
3
4
1
2
3
4
CO的选择性=×100%，下列说法正确的是
A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B.升高温度，平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下，增大可提高乙醇平衡
转化率
D.一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率
√
4.(2021·江苏，14)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
1
2
3
4
1
2
3
4
下列说法正确的是
A.其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转
化率增大
B.其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温
度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的
催化剂
√
NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应
均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温
度，平衡向逆反应方向移动，氨气的平衡转
化率降低，故A错误；
根据图像，在175~300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，故B错误；
根据图像，温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，故温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，故C错误；
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3
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氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确。
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