第50讲 多反应、多平衡图像分析
[复习目标] 1.熟悉常考复杂化学反应速率和化学平衡图像的类型及特点。2.构建解答复杂平衡图像的思维路径。
解题模型
1.CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-58.6 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
0.5 MPa下，将n(H2)∶n(CO2)=3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=+99.8 kJ·mol-1
B.曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
C.图中所示270 ℃时，对应CO2的转化率为21%
D.在210~250 ℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
2.在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，除主反应(反应Ⅰ)外，还会发生副反应(反应Ⅱ)。
反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g) +2H2O(g) KⅠ
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g) +H2O(g) KⅡ
一定压强下，向某容积可变的密闭容器中通入CO2和H2 的混合气体(其中CO2和H2的物质的量之比为1∶4)，在某催化剂的作用下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，测得CO2的转化率、CH4的选择性、CO的选择性随反应温度的变化情况如图所示。
已知：CH4或CO的选择性指反应生成CH4或CO时所消耗的CO2的物质的量占参与反应的CO2总物质的量的百分比。下列说法正确的是( )
A.相同温度下，反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g) +CH4(g)的平衡常数K=
B.温度升高，反应Ⅰ的平衡常数KⅠ和反应Ⅱ的平衡常数KⅡ都增大
C.通过控制反应温度、调节压强等措施可提高CH4的选择性
D.500 ℃时，反应达到平衡后，增大压强，体系中CO和CH4的体积分数均减小
3.(2024·沈阳高三模拟)(1)CO2催化加氢制备甲醇，反应如下：
主反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49 kJ·mol-1
副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
CO2的平衡转化率X和CH3OH的选择性S随温度、压强变化如图：
CH3OH的选择性=×100%，则下列说法正确的是 (填字母)。
A.p1>p2
B.恒温密闭体系中，加压时副反应平衡不移动
C.300~350 ℃曲线变化的原因可能是此时以发生副反应为主
D.300 ℃时，当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，则该体系达到平衡状态
(2)在T ℃下，恒压反应器中，按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，初始总压为2 MPa，反应平衡后，H2的平衡转化率为60%，则该反应的平衡常数Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
1.(2024·黑吉辽，10)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品，150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是( )
A.3 h时，反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数：①>②
C.0~3 h平均速率(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
2.(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 ℃、8×106Pa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
3.(2023·重庆，14)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应：
反应 Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
反应 Ⅱ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
在恒容条件下，按V(CO2)∶V(H2)=1∶1投料比进行反应，平衡时含碳物质体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应Ⅰ的ΔH<0，反应 Ⅱ 的ΔH>0
B.M点反应Ⅰ的平衡常数K<1
C.N点H2O的压强是CH4的3倍
D.若按V(CO2)∶V(H2)=1∶2投料，则曲线之间交点位置不变
答案精析
提升关键能力
1.C 2.C
3.(1)ACD (2)0.5
解析 (1)主反应反应前后气体分子数减小，副反应反应前后气体分子数不变，其他条件相同时，增大压强，主反应正向移动，CO2的平衡转化率增大，CH3OH的选择性增大，则p1>p2，A项正确；恒温密闭体系中，加压时主反应平衡正向移动，CO2、H2物质的量减小，副反应平衡逆向移动，B项错误；300~350 ℃在不同的压强下CO2的平衡转化率趋于重合，说明压强影响不大，升温CO2平衡转化率升高，CH3OH选择性降低，说明此时以发生副反应为主，C正确；该体系中所有物质都呈气态，建立平衡的过程中混合气体的总质量始终不变，混合气体的总物质的量是变量，混合气体的平均摩尔质量是变量，故当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，该体系达到平衡状态，D项正确。(2)设CO2、H2的初始物质的量均为a mol。列三段式：
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol a a 0 0
转化/mol 0.2a 0.6a 0.2a 0.2a
平衡/mol 0.8a 0.4a 0.2a 0.2a
平衡总物质的量为1.6a mol，平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O的分压依次为1 MPa、0.5 MPa、0.25 MPa、0.25 MPa，则该反应的平衡常数Kp==0.5(MPa)-2。
练真题 明考向
1.A
2.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。]
3.C [随着温度的升高，平衡时甲烷含量减小、一氧化碳含量增大，说明随着温度升高，反应 Ⅱ 逆向移动，反应 Ⅰ 正向移动，则反应 Ⅱ 为放热反应，ΔH<0，反应 Ⅰ 为吸热反应，ΔH>0，A错误；M点没有甲烷产物，且二氧化碳、一氧化碳含量相等，投料V(CO2)∶V(H2)=1∶1，则此时反应 Ⅰ 平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量相等，反应 Ⅰ 的平衡常数K==1，B错误；N点一氧化碳、甲烷的物质的量相等，结合反应方程式的系数可知，生成水的总的物质的量为甲烷的3倍，结合阿伏加德罗定律推论可知，H2O的压强是CH4的3倍，C正确；反应 Ⅰ 为气体分子数不变的反应，反应 Ⅱ 为气体分子数减小的反应，若按V(CO2)∶V(H2)=1∶2投料，相当于增加氢气的投料，会使得平衡时甲烷含量增大，导致甲烷、一氧化碳曲线之间交点位置发生改变，D错误。](共76张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第十章 第50讲
多反应、多平衡图像分析
复习目标
1.熟悉常考复杂化学反应速率和化学平衡图像的类型及特点。
2.构建解答复杂平衡图像的思维路径。
解题模型
1.CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术，该过程发生下列反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-58.6 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
0.5 MPa下，将n(H2)∶n(CO2)=3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性
[×100%]以及CH3OH的
收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的
变化如图所示。
提升关键能力
下列说法正确的是
A.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)
ΔH=+99.8 kJ·mol-1
B.曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
C.图中所示270 ℃时，对应CO2的转化率为21%
D.在210~250 ℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
√
由盖斯定律，反应Ⅰ-反应Ⅱ得反应：CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)，ΔH=
(-58.6-41.2) kJ·mol-1=-99.8 kJ·mol-1，A错误；
在210~250 ℃之间，反应Ⅰ未达平衡，CH3OH的收率增大是由于温度升高，生成CH3OH的反应速率增大导致，D错误。
2.在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，除主反应(反应Ⅰ)外，还会发生副反应(反应Ⅱ)。
反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g) +2H2O(g) KⅠ
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g) +H2O(g) KⅡ
一定压强下，向某容积可变的密闭容器中通入CO2和H2 的混合气体(其中CO2和H2的物质的量之比为1∶4)，在某催化剂的作用下同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，测得CO2的转化率、CH4的选择性、CO的选择性随反应温度的变化情况如图所示。
已知：CH4或CO的选择性指反应生成CH4或CO时所消耗的CO2的物质的量占参与反应的CO2总物质的量的百分比。下列说法正确的是
A.相同温度下，反应2CO(g)+2H2(g)
CO2(g)+CH4(g)的平衡常数K=
B.温度升高，反应Ⅰ的平衡常数KⅠ和反应
Ⅱ的平衡常数KⅡ都增大
C.通过控制反应温度、调节压强等措施可提高CH4的选择性
D.500 ℃时，反应达到平衡后，增大压强，体系中CO和CH4的体积分数
均减小
√
根据盖斯定律，目标反应可由反应Ⅰ-2×反应Ⅱ得到，则目标反应的平衡常数K=，A错误；
由题图可知，在温度为340~400 ℃时，CH4
的选择性为100%，即此温度范围内只发生反应Ⅰ，在此温度范围内升高温度，CO2的转化率减小，说明反应Ⅰ的平衡逆向移动，KⅠ减小，B错误；
由分析及反应Ⅰ、反应Ⅱ在反应前后气体分子数的变化特点可知，温度、压强可影响CH4的选择性，为提高CH4的选择性，可采用控制反应温度、调节压强等措施，C正确；
增大压强，反应Ⅰ的平衡正向移动，可提高甲烷的产率，反应Ⅰ的平衡移动也会影响反应Ⅱ中CO的产率，D错误。
3.(2024·沈阳高三模拟)(1)CO2催化加氢制备甲醇，反应如下：
主反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49 kJ·mol-1
副反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
CO2的平衡转化率X和CH3OH的选择性S随温度、压强变化如图：
CH3OH的选择性=×100%，则下列说法正确的是 (填字母)。
A.p1>p2
B.恒温密闭体系中，加压时副反应平衡不移动
C.300~350 ℃曲线变化的原因可能是此时以发生副反应为主
D.300 ℃时，当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，
则该体系达到平衡状态
ACD
主反应反应前后气体分子数减小，副反应反应前后气体分子数不变，其他条件相同时，增大压强，主反应正向移动，CO2的平衡转化率增大，CH3OH的选择性增大，则p1>p2，A项正确；
恒温密闭体系中，加压时主反应平衡正向移动，CO2、H2物质的量减小，副反应平衡逆向移动，B项错误；
300~350 ℃在不同的压强下CO2的平衡转化率趋于重合，说明压强影响不大，升温CO2平衡转化率升高，CH3OH选择性降低，说明此时以发生副反应为主，C正确；
该体系中所有物质都呈气态，建立平衡的过程中混合气体的总质量始终不变，混合气体的总物质的量是变量，混合气体的平均摩尔质量是变量，故当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变，该体系达到平衡状态，D项正确。
(2)在T ℃下，恒压反应器中，按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，初始总压为2 MPa，反应平衡后，H2的平衡转化率为60%，则该反应的平衡常数Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
0.5
设CO2、H2的初始物质的量均为a mol。列三段式：
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol a a 0 0
转化/mol 0.2a 0.6a 0.2a 0.2a
平衡/mol 0.8a 0.4a 0.2a 0.2a
平衡总物质的量为1.6a mol，平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O的分压依次为1 MPa、0.5 MPa、0.25 MPa、0.25 MPa，则该反应的平衡常数Kp=
=0.5(MPa)-2。
LIANZHENTI MINGKAOXIANG
练真题 明考向
1.(2024·黑吉辽，10)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品，150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是
A.3 h时，反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数：①>②
C.0~3 h平均速率(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
√
由图可知，3 h后异山梨醇浓度继续增大，所以3 h时，反应②未达到平衡状态，即正、逆反应速率不相等，故A错误；
图像显示该温度下，15 h后所有物质浓度都不再变化，且此时山梨醇转化完全，即反应充分，而1，4-失水山梨醇仍有剩余，即反应②正向进行程度小于反应①，所以该温度下的平衡常数：①>②，故B正确；
在0~3 h内异山梨醇的浓度变化量为0.042 mol·
kg-1，所以平均速率(异山梨醇)=
=0.014 mol·kg-1·h-1，故C正确；
催化剂只能改变化学反应速率，不能改变物质平衡转化率，故D正确。
2.(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 ℃、8×106Pa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
√
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。
3.(2023·重庆，14)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
反应Ⅱ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
在恒容条件下，按V(CO2)∶V(H2)=1∶1投料比进行反应，平衡时含碳物质体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是
A.反应Ⅰ的ΔH<0，反应Ⅱ的ΔH>0
B.M点反应Ⅰ的平衡常数K<1
C.N点H2O的压强是CH4的3倍
D.若按V(CO2)∶V(H2)=1∶2投料，则曲线之间
交点位置不变
√
随着温度的升高，平衡时甲烷含量减小、一氧化碳含量增大，说明随着温度升高，反应Ⅱ逆向移动，反应Ⅰ正向移动，则反应Ⅱ为放热反应，ΔH<0，反应Ⅰ为吸热反应，ΔH>0，A错误；
M点没有甲烷产物，且二氧化碳、一氧化碳含量相等，投料V(CO2)∶V(H2)=1∶1，则此时反应Ⅰ平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量相等，反应Ⅰ的平衡常数K==1，B错误；
N点一氧化碳、甲烷的物质的量相等，结合反应方程式的系数可知，生成水的总的物质的量为甲烷的3倍，结合阿伏加德罗定律推论可知，H2O的压强是CH4的3倍，C正确；
反应Ⅰ为气体分子数不变的反应，反应Ⅱ为气体分子数减小的反应，若按V(CO2)∶V(H2)=1∶2投料，相当于增加氢气的投料，会使得平衡时甲烷含量增大，导致甲烷、一氧化碳曲线之间交点位置发生改变，D错误。
KESHIJINGLIAN
课时精练
对一对
题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 D B A B B C C
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
8.
(1)< (2)反应ⅰ为气体分子数减小的反应，T相同时，CO2的平衡转化率：p3>p2>p1，故压强：p3>p2>p1，B点的压强、温度均比A点的大，反应物的分压增大，反应速率增大，同时温度越高化学反应速率越大
9.
(1)反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，升高温度，平衡均向正反应方向移动 (2)64 47.4% (3)反应Ⅰ的选择性下降
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
10.
(1)C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=+134 kJ·mol-1 为乙烷脱氢生成乙烯提供能量
(2)①温度 < ②0.24 mol·L-1·min-1 1.8 =
(3)Ⅰ 当<2时，O2过量，越小，O2过量的越多，乙烷的转化率越大，过量的O2可氧化乙烯，导致乙烯的选择性和收率越低
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11.
(1)-67 (2)(ⅰ)a (ⅱ)80% 7.8 (ⅲ)10.92
(3)(ⅰ)(或3∶2)
(ⅱ)有I2的条件下，反应平衡时，CH3Br的物质的量比无I2的条件下多，CH2Br2的物质的量比无I2的条件下少
(ⅲ) I2的投入消耗了部分CH2Br2，生成的IBr与·CH2Br分别与·CH3和HBr反应生成了CH3Br
1.(2024·安徽黄山模拟)室温下，某溶液初始时仅溶有A，同时发生两个反应：①A B+C；②A B+D，反应①的速率可表示为v1=k1c(A)，反应②的速率可表示为v2=k2c(A)(k1、k2为速率常数)，图1为T2温度时，该体系中A、B、C、D的浓度随时间变化的曲线，图2为反应①和②的ln k~曲线，下列说法正确的是
A.L4表示D浓度随时间变化的曲线
B.t1=2 s时曲线L1表示的物质的化学反应速率
为2 mol·L-1·s-1
C.T2温度时，反应①的活化能比反应②的活化能小
D.若图1的温度降低，t0时刻体系中的值变大
1
2
3
4
5
6
7
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9
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11
答案
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
由反应方程式可知，两个反应中A都是反应物、B都是生成物，则L2代表A的浓度随时间变化的曲线，L1代表B的浓度随时间变化的曲线；由图2可知，温度为T2时，k1则图1中曲线L3代表D的浓度随时间变化的曲线、L4代表C的浓度随时间变化的曲线，A错误；
L1代表B的浓度随时间变化的曲线，则2 s内，B的平均反应速率为=2 mol·L-1·s-1，故B错误；
1
2
3
4
5
6
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8
9
10
11
答案
反应的活化能越大，反应速率越小，由图2可知，T2温度时，反应①的反应速率慢于反应②，则反应①的活化能大于反应②，故C错误；
由图2可知，温度降低时，体系中反应①的速率降低幅度大于反应②，则图1的温度降低时，t0时刻体系中的值变大，故D正确。
2.(2024·深圳一模)常温下，向某溶剂(不参与反应)中加入一定量X、Y和M，所得溶液中同时存在如下平衡：
(ⅰ)X(aq)+M(aq) N(aq)
(ⅱ)Y(aq)+M(aq) N(aq)
(ⅲ)X(aq) Y(aq)
X、Y的物质的量浓度c随反应时间t的变化
关系如图所示，300 s后反应体系达到平衡状态。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
下列说法正确的是
A.100~300 s内，v=1.15×10-3 mol·L-1·s-1
B.t=100 s时，反应(ⅲ)的逆反应速率大于正反
应速率
C.若反应(ⅲ)的Ea(正)D.若再向容器中加入上述溶剂，则再次达到平衡后n、n均不变
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
由图可知，100~300 s内，生成物N的浓度变化量为(0.112-0.090) mol·L-1+(0.011-0.010) mol·L-1
=0.023 mol·L-1，则N的反应速率为=
1.15×10-4 mol·L-1·s-1，故A错误；
由图可知，300 s时反应体系达到平衡，反应(ⅲ)的平衡常数K==9，100 s时反应(ⅲ)的浓度商Q=>K，则反应向逆反应方向进行，逆反应速率大于正反应速率，故B正确；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
若反应(ⅲ)的Ea(正)若再向容器中加入上述溶剂，平衡体系中各物质浓度均减小，反应(ⅰ)、(ⅱ)平衡均向逆反应方向移动，再次平衡后X、Y的物质的量均增大，故D错误。
3.(2024·河北沧州高三模拟)某密闭容器中含有X和Y，同时发生以下两个反应：①X+Y M+Q；②X+Y N+Q。反应①的正反应速率v1(正)=k1c(X)·c(Y)，反应②的正反应速率v2(正)=k2c(X)·c(Y)，其中k1、k2为速率常数。某温度下，体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是
A.10 s时，正反应速率v1(正)>v2(正)
B.0~6 s内，X的平均反应速率v(X)=0.5 mol·L-1·s-1
C.若升高温度，4 s时容器中的比值减小
D.反应①的活化能大于反应②
√
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答案
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答案
由图可知，初始生成M的速率大于N，则k1>k2，10 s时两个反应均达到平衡状态，X和Y的浓度不变，由于v1(正)=k1c(X)·c(Y)、v2(正)=k2c(X)·c(Y)，则正反应速率v1(正)>v2(正)，A正确；
①②反应中X、Q的系数均为1，则0~6 s内，X的平均反应速率v(X)=v(Q)
= mol·L-1·s-1=1 mol·L-1·s-1，B错误；
由图可知，初始生成M的速率大于N，则反应①的活化能小于反应②，D错误。
4.(2024·山东潍坊模拟)利用环戊二烯( )在催化剂条件下加氢制备环戊烯( )，按=1加入恒容密闭容器中，仅发生如下反应：
①
②
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答案
测得在相同时间内，环戊二烯转化率和环戊烯选择性随温度变化曲线如图(已知：选择性为转化为目标产物的反应物在总转化量中的占比)。
下列说法错误的是
A.60 ℃时，H2的转化率为72%
B.由图可知，反应的活化能：①>②
C.相同条件下，若增大， 选择性提高
D.60 ℃后，环戊烯的选择性降低的原因可能是催化剂活性减弱
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答案
√
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答案
由图可知，60 ℃时，环戊二烯的转化率为90%，环戊烯的选择性为80%，设起始时H2与环戊二烯的物质的量均为1 mol，则H2的转化量n(H2)=n(环戊烯)=1 mol×90%×80%=0.72 mol，H2的转化率为72%，A正确；
由图可知，低温时环戊烯选择性较高，故生成环戊烯的速率较快，则生成环戊烯的活化能较小，即反应的活化能：①<②，B错误；
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答案
相同条件下，若增大，相当于增大H2的物质的量，反应①中环戊二烯的转化率增大，环戊烯的选择性增大，C正确；
两个反应均为放热反应，升高温度，平衡逆
向移动，环戊二烯的转化率有所下降，但是环戊烯的选择性大幅度下降可能是催化剂活性减弱，D正确。
5.(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)
===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3 kJ·mol-1，CO2(g)+H2(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。
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
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答案
6.HCOOCH3是一种重要的化工产品，被公认为“万能中间体”。甲醇脱氢法制HCOOCH3是工业上的一种重要方法，具有工艺流程短、原料单一、反应条件温和等优点。其工艺过程涉及如下反应：
反应Ⅰ： 2CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g) ΔH1=+135.4 kJ·mol-1
反应Ⅱ： CH3OH(g) CO(g)+ 2H2(g) ΔH2=+106.0 kJ·mol-1
一定条件下，在容积为10 L的恒容密闭容器中通入1.0 mol CH3OH气体发
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答案
生上述反应，在不同温度下连续反应4 h，测得甲醇的总转化率(α，图中实线表示)和HCOOCH3的选择性(λ，图中虚线表示)随温度变化如图所示。
(已知：HCOOCH3的选择性=×100%)下列说法正确的是
A.温度超过553 K后，反应Ⅰ平衡逆向移动
B.553 K 下，HCOOCH3的产量为0.1 mol
C.反应Ⅲ： HCOOCH3(g) 2CO(g)+2H2(g)
ΔH3= +76.6 kJ·mol-1
D.其他条件不变，随着温度升高，出口处HCOOCH3、H2、CO的量均不
断增大
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答案
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答案
反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，故A错误；
由图可知，553 K下，甲醇的总转化率为20.0%，甲酸甲酯的选择性为50.0%，由公式可知，甲酸甲酯
的物质的量为= 0.05 mol，故B错误；
由盖斯定律可知，反应Ⅱ×2-反应Ⅰ得到反应Ⅲ：HCOOCH3(g) 2CO(g)+
2H2(g)，则ΔH3=(+106.0 kJ·mol-1)×2-(+135.4 kJ·mol-1) =+76.6 kJ·mol-1，故C正确；
由图可知，温度超过553 K后，甲酸甲酯的选择性降低，出口处甲酸甲酯的量减小，故D错误。
7.(2024·岳阳一模)CO2催化氧化C2H6制取C2H4的新路径的反应为
反应Ⅰ：C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔHl>0
反应Ⅱ：C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
一定条件下，向容积为1.0 L的容器中通入2 mol C2H6和3 mol CO2，若仅考虑上述反应，C2H6平衡转化率和平衡时C2H4的选择性随温度、压强变
化的关系如图所示，L1、L2代表不同压强下乙烷的平衡转化率曲线。
已知：C2H4的选择性=
×100%
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答案
下列说法不正确的是
A.压强：L1B.一定温度下，增大会降低C2H6的
平衡转化率
C.压强为L1、温度为T时，反应达平衡时，混合气体中=3
D.反应C2H6(g)+2CO(g)+3H2(g) 2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2
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答案
√
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答案
Ⅰ和Ⅱ反应前后气体分子数都增大，相同温度下，压强增大均有利于Ⅰ和Ⅱ反应的平衡逆移，乙烷的转化率减小，由图像可知，L2对应的压强更大，故A选项正确；
一定温度下，增大，可理解为n(C2H6)增多，因此C2H6的平衡转化率下降，故B选项正确；
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答案
压强为L1温度为T时，Ⅰ和Ⅱ反应的三段式为
C2H6(g) + CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)
起始/mol 2 3 0 0 0
变化/mol 2×0.5×0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡/mol 1 1.8 0.8 0.8 1.6
C2H6(g) + 2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g)
起始/mol 2 3 0 0
变化/mol 2×0.5×0.2 0.4 0.8 0.6
平衡/mol 1 1.8 1.6 0.6
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答案
平衡时混合气体中==2，故C选项错误；
由盖斯定律：2×反应Ⅰ-反应Ⅱ，可得反应C2H6(g)+2CO(g)+3H2(g) 2C2H4(g)+
2H2O(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2，故D选项正确。
A点、B点的化学反应速率大小：v(A) (填“>”“<”或“=”)v(B)。
8.我国在二氧化碳催化加氢合成甲醇上取得了突破性进展，有关反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.6 kJ·mol-1
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
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答案
(1)将CO2和H2按物质的量之比为1∶3充入一恒容密闭容器中，同时发生反应ⅰ和反应ⅱ，测得CO2的平衡转化率随温度、压强变化的情况如图所示。
<
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答案
(2)试结合曲线分析产生上述结果的原因：
____________________________________
____________________________________
________________________________________________________________________
。
反应ⅰ为气体分子数减小的反应，T相同时，CO2的平衡转化率：p3>p2>p1，故压强：p3>p2>p1，B点的压强、温度均比A点的大，反应物的分压增大，反应速率增大，同时温度越高化学反应速率越大
9.在400 kPa、铜基催化剂存在下，向密闭容器中通入CH3OH进行以下两个反应：2CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g) ΔH1>0、CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH2>0。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
(1)随温度升高，CH3OH的平衡组成比例呈
现如图所示趋势的原因是_______________
_____________________________________
。
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答案
反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，升高温度，平衡均向正反应方向移动
(2)550 K时，反应2CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=
kPa，CH3OH的平衡转化率为 。
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答案
64
47.4%
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答案
550 K时CH3OH的物质的量分数等于H2的物质的量分数等于0.4，CO的物质的量分数为0.04，则HCOOCH3的物质的量分数等于1-0.4-0.4-0.04=0.16，p(CH3OH)=p(H2)=0.4×
400 kPa=160 kPa，p(HCOOCH3)=0.16×400 kPa
=64 kPa，2CH3OH(g) HCOOCH3(g)+2H2(g)的Kp==
kPa=64 kPa；根据碳原子守恒，CH3OH的平衡转化率=
×100%≈47.4%。
(3)研究表明，在700 K以后升高体系温度，HCOOCH3的产率下降，可能的原因是 。
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答案
反应Ⅰ的选择性下降
10.乙烯年产量的高低是衡量一个国家石油化工发展水平的一个极为重要的指标，乙烷裂解制乙烯具有极高的经济效益。回答下列问题：
(1)已知：①2C2H6(g)+7O2(g) 4CO2(g)+6H2O(l) ΔH1=-3 120 kJ·mol-1；
②C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1 411 kJ·mol-1；
③2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH3=-566 kJ·mol-1。
乙烷脱氢制备乙烯的热化学方程式为______________________________
； 生产中会间断性地向容器中通入适量O2，使其发生反应：2C2H6(g)+O2(g) 2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH<0，发生此反应的意义是 。
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答案
ΔH=+134 kJ·mol-1
C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
为乙烷脱氢生成乙烯提供能量
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答案
根据盖斯定律，×①-②-×③可得 C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH=
+134 kJ·mol-1 。
(2)一定条件下，向某密闭容器中通入4 mol乙烷，使其发生脱氢转化为乙烯，测得乙烯平衡产率随着温度、压强的变化如图1所示。
①X表示 (填“温度”或“压强”)，Y1 (填“>”或“<”)Y2。
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答案
温度
<
由于乙烷脱氢制乙烯是吸热反应，其他条件相同时，温度越高乙烯的平衡产率越大，而压强越大，越不利于平衡正向移动，故X代表温度，Y代表压强。
②与A点对应的反应中，若容器容积为2 L，反应开始到恰好达到平衡状态所用时间为5 min，则0~5 min内，用C2H6的浓度变化表示的平均反应速率v(C2H6)
= ，此温度下，平衡常数K= ，A、B两点对应的平衡常数K(A) (填“>”“=”或“<”)K(B)。
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答案
0.24 mol·L-1·min-1
1.8
=
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答案
乙烯的理论产量是c(C2H4)=2 mol·L-1，由图知平衡时c(C2H4)=c(H2)=1.2 mol·L-1，c(C2H6)=0.8 mol·L-1 ，v(C2H6)==0.24 mol·L-1·min-1；K(A)=
=1.8，平衡常数是温度的函数，只与温度有关，A、B两点温度相同，故平衡常数相等。
(3)在800 ℃时乙烷、O2混合后发生的主要反应为2C2H6(g)+O2(g) 2C2H4(g)+2H2O(g)，测得乙烷的转化率、乙烯的选择性和收率(等于产率×选择性)随投料比的变化关系如图2所示。
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答案
Ⅰ、Ⅱ两条曲线表示乙烷转化率的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，当
<2时，越小，乙烯的选择性和收率越小的原因是_________
______________________________________________________________
。
Ⅰ
当
<2时，O2过量，越小，O2过量的越多，乙烷的转化率越大，过量的O2可氧化乙烯，导致乙烯的选择性和收率越低
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答案
原料中O2含量越低，乙烷的转化率越低，故曲线Ⅰ表示乙烷的转化率。
11.(2024·全国甲卷，28)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯(C3H6)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：
(1)已知如下热化学方程式：
CH4(g)+Br2(g)===CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29 kJ·mol-1
3CH3Br(g)===C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ·mol-1
计算反应3CH4(g)+3Br2(g)===C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH= kJ·mol-1。
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答案
-67
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答案
将两个反应依次标为反应①和反应②，根据盖斯定律，①×3+②得热化学方程式：3CH4(g)+3Br2(g)===C3H6(g)+6HBr(g) ΔH=(-29×3+20)kJ·mol-1
=-67 kJ·mol-1。
(2)CH4与Br2反应生成CH3Br，部分CH3Br会进一步溴化。将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器，平衡时，n(CH4)、n(CH3Br)与温度的关系如图(假设反应后的含碳物质只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。
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答案
(ⅰ)图中CH3Br的曲线是 (填“a”或“b”)。
a
反应①为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH4(g)的含量增多，CH3Br(g)的含量减少，即表示CH3Br变化的曲线为a。
(ⅱ)560 ℃时，CH4的转化率α= ，n(HBr)= mmol。
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答案
80%
7.8
560 ℃反应达到平衡时，剩余的CH4(g)的物质的量为1.6 mmol，其转化率α=×100%=80%；若只发生一步反应，则生成6.4 mmol CH3Br，但此时剩余CH3Br的物质的量为5.0 mmol，说明还有1.4 mmol CH3Br发生反应生成CH2Br2，则此时生成的HBr的物质的量n=(6.4+1.4) mmol
=7.8 mmol。
(ⅲ)560 ℃时，反应CH3Br(g)+Br2(g)===
CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常数K= 。
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答案
10.92
平衡时，反应中各组分的物质的量分别为n(CH3Br)=5.0 mmol、n(Br2)=
0.2 mmol、n(CH2Br2)=1.4 mmol、n(HBr)=7.8 mmol，设容器容积为V L，
该反应的平衡常数K===10.92。
(3)少量I2可提高生成CH3Br的选择性。500 ℃时，分别在有I2和无I2的条件下，将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系如图。
(ⅰ)在11~19 s之间，有I2和无I2时CH3Br的生成速率之比= 。
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答案
(或3∶2)
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答案
设容器容积为V L，11~19 s时，有I2时CH3Br的生成速率v= mmol·L-1·s-1= mmol·
L-1·s-1，无I2时CH3Br的生成速率v= mmol·
L-1·s-1 = mmol·L-1·s-1，==。
(ⅱ)从图中找出I2提高了CH3Br选择性的证据：______________________
______________________________________________________________
。
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答案
有I2的条件下，反应平衡时，CH3Br的物质的量比无I2的条件下多，CH2Br2的物质的量比无I2的条件下少
(ⅲ)研究表明，I2参与反应的可能机理如下：
①I2(g)===·I(g)+·I(g)
②·I(g)+CH2Br2(g)===IBr(g)+·CH2Br(g)
③·CH2Br(g)+HBr(g)===CH3Br(g)+·Br(g)
④·Br(g)+CH4(g)===HBr(g)+·CH3(g)
⑤·CH3(g)+IBr(g)===CH3Br(g)+·I(g)
⑥·I(g)+·I(g)===I2(g)
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答案
根据上述机理，分析I2提高CH3Br选择性的原因：___________________
。
I2的投入消耗了部分CH2Br2，生成的IBr与·CH2Br分别与·CH3和HBr反应生成了CH3Br第十章 第50练 多反应、多平衡图像分析
分值：100分
(选择题1~7题，每小题7分，共49分)
1.(2024·安徽黄山模拟)室温下，某溶液初始时仅溶有A，同时发生两个反应：①AB+C；②AB+D，反应①的速率可表示为v1=k1c(A)，反应②的速率可表示为v2=k2c(A)(k1、k2为速率常数)，图1为T2温度时，该体系中A、B、C、D的浓度随时间变化的曲线，图2为反应①和②的ln k~曲线，下列说法正确的是( )
A.L4表示D浓度随时间变化的曲线
B.t1=2 s时曲线L1表示的物质的化学反应速率为2 mol·L-1·s-1
C.T2温度时，反应①的活化能比反应②的活化能小
D.若图1的温度降低，t0时刻体系中的值变大
2.(2024·深圳一模)常温下，向某溶剂(不参与反应)中加入一定量X、Y和M，所得溶液中同时存在如下平衡：
(ⅰ)X(aq)+M(aq)N(aq)
(ⅱ)Y(aq)+M(aq)N(aq)
(ⅲ)X(aq)Y(aq)
X、Y的物质的量浓度c随反应时间t的变化关系如图所示，300 s后反应体系达到平衡状态。
下列说法正确的是( )
A.100~300 s内，v=1.15×10-3 mol·L-1·s-1
B.t=100 s时，反应(ⅲ)的逆反应速率大于正反应速率
C.若反应(ⅲ)的Ea(正)D.若再向容器中加入上述溶剂，则再次达到平衡后n、n均不变
3.(2024·河北沧州高三模拟)某密闭容器中含有X和Y，同时发生以下两个反应：①X+YM+Q；②X+YN+Q。反应①的正反应速率v1(正)=k1c(X)·c(Y)，反应②的正反应速率v2(正)=k2c(X)·c(Y)，其中k1、k2为速率常数。某温度下，体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.10 s时，正反应速率v1(正)>v2(正)
B.0~6 s内，X的平均反应速率v(X)=0.5 mol·L-1·s-1
C.若升高温度，4 s时容器中的比值减小
D.反应①的活化能大于反应②
4.(2024·山东潍坊模拟)利用环戊二烯()在催化剂条件下加氢制备环戊烯()，按=1加入恒容密闭容器中，仅发生如下反应：
①
②
测得在相同时间内，环戊二烯转化率和环戊烯选择性随温度变化曲线如图(已知：选择性为转化为目标产物的反应物在总转化量中的占比)。下列说法错误的是( )
A.60 ℃时，H2的转化率为72%
B.由图可知，反应的活化能：①>②
C.相同条件下，若增大，选择性提高
D.60 ℃后，环戊烯的选择性降低的原因可能是催化剂活性减弱
5.(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) ===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3 kJ·mol-1，CO2(g)+H2(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。
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
6.HCOOCH3是一种重要的化工产品，被公认为“万能中间体”。甲醇脱氢法制HCOOCH3是工业上的一种重要方法，具有工艺流程短、原料单一、反应条件温和等优点。其工艺过程涉及如下反应：
反应Ⅰ： 2CH3OH(g)HCOOCH3(g) + 2H2(g) ΔH1=+135.4 kJ·mol-1
反应Ⅱ： CH3OH(g)CO(g) + 2H2(g) ΔH2=+106.0 kJ·mol-1
一定条件下，在容积为10 L的恒容密闭容器中通入1.0 mol CH3OH气体发生上述反应，在不同温度下连续反应4 h，测得甲醇的总转化率(α，图中实线表示)和HCOOCH3的选择性(λ，图中虚线表示)随温度变化如图所示。(已知：HCOOCH3的选择性=×100%)下列说法正确的是( )
A.温度超过553 K后，反应Ⅰ平衡逆向移动
B.553 K 下，HCOOCH3的产量为0.1 mol
C.反应Ⅲ： HCOOCH3(g)2CO(g) + 2H2(g) ΔH3= +76.6 kJ·mol-1
D.其他条件不变，随着温度升高，出口处HCOOCH3、H2、CO的量均不断增大
7.(2024·岳阳一模)CO2催化氧化C2H6制取C2H4的新路径的反应为
反应Ⅰ：C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔHl>0
反应Ⅱ：C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
一定条件下，向容积为1.0 L的容器中通入2 mol C2H6和3 mol CO2，若仅考虑上述反应，C2H6平衡转化率和平衡时C2H4的选择性随温度、压强变化的关系如图所示，L1、L2代表不同压强下乙烷的平衡转化率曲线。
已知：C2H4的选择性=×100%
下列说法不正确的是( )
A.压强：L1B.一定温度下，增大会降低C2H6的平衡转化率
C.压强为L1、温度为T时，反应达平衡时，混合气体中=3
D.反应C2H6(g)+2CO(g)+3H2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2
8.(5分)我国在二氧化碳催化加氢合成甲醇上取得了突破性进展，有关反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.6 kJ·mol-1
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
(1)将CO2和H2按物质的量之比为1∶3充入一恒容密闭容器中，同时发生反应ⅰ和反应ⅱ，测得CO2的平衡转化率随温度、压强变化的情况如图所示。
A点、B点的化学反应速率大小：v(A) (填“>”“<”或“=”)v(B)。
(2)试结合曲线分析产生上述结果的原因： 。
9.(12分)在400 kPa、铜基催化剂存在下，向密闭容器中通入CH3OH进行以下两个反应：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) ΔH1>0、CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2>0。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
(1)随温度升高，CH3OH的平衡组成比例呈现如图所示趋势的原因是 。
(2)550 K时，反应2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)的平衡常数Kp= kPa，CH3OH的平衡转化率为 。
(3)研究表明，在700 K以后升高体系温度，HCOOCH3的产率下降，可能的原因是 。
10.(18分)乙烯年产量的高低是衡量一个国家石油化工发展水平的一个极为重要的指标，乙烷裂解制乙烯具有极高的经济效益。回答下列问题：
(1)已知：①2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(l) ΔH1=-3 120 kJ·mol-1；
②C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1 411 kJ·mol-1；
③2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH3=-566 kJ·mol-1。
乙烷脱氢制备乙烯的热化学方程式为 ； 生产中会间断性地向容器中通入适量O2，使其发生反应：2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH<0，发生此反应的意义是 。
(2)一定条件下，向某密闭容器中通入4 mol乙烷，使其发生脱氢转化为乙烯，测得乙烯平衡产率随着温度、压强的变化如图1所示。
①X表示 (填“温度”或“压强”)，Y1 (填“>”或“<”)Y2。
②与A点对应的反应中，若容器容积为2 L，反应开始到恰好达到平衡状态所用时间为5 min，则0~5 min内，用C2H6的浓度变化表示的平均反应速率v(C2H6)= ，此温度下，平衡常数K= ，A、B两点对应的平衡常数K(A) (填“>”“=”或“<”)K(B)。
(3)在800 ℃时乙烷、O2混合后发生的主要反应为2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)，测得乙烷的转化率、乙烯的选择性和收率(等于产率×选择性)随投料比的变化关系如图2所示。
Ⅰ、Ⅱ两条曲线表示乙烷转化率的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，当<2时，越小，乙烯的选择性和收率越小的原因是 。
11.(16分)(2024·全国甲卷，28)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯(C3H6)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：
(1)已知如下热化学方程式：
CH4(g)+Br2(g) ===CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29 kJ·mol-1
3CH3Br(g) ===C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ·mol-1
计算反应3CH4(g)+3Br2(g) ===C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)CH4与Br2反应生成CH3Br，部分CH3Br会进一步溴化。将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器，平衡时，n(CH4)、n(CH3Br)与温度的关系如图(假设反应后的含碳物质只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。
(ⅰ)图中CH3Br的曲线是 (填“a”或“b”)。
(ⅱ)560 ℃时，CH4的转化率α= ，n(HBr)= mmol。
(ⅲ)560 ℃时，反应CH3Br(g)+Br2(g) ===CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常数K= 。
(3)少量I2可提高生成CH3Br的选择性。500 ℃时，分别在有I2和无I2的条件下，将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系如图。
(ⅰ)在11~19 s之间，有I2和无I2时CH3Br的生成速率之比= 。
(ⅱ)从图中找出I2提高了CH3Br选择性的证据： 。
(ⅲ)研究表明，I2参与反应的可能机理如下：
①I2(g) ===·I(g)+·I(g)
②·I(g)+CH2Br2(g) ===IBr(g)+·CH2Br(g)
③·CH2Br(g)+HBr(g) ===CH3Br(g)+·Br(g)
④·Br(g)+CH4(g) ===HBr(g)+·CH3(g)
⑤·CH3(g)+IBr(g) ===CH3Br(g)+·I(g)
⑥·I(g)+·I(g) ===I2(g)
根据上述机理，分析I2提高CH3Br选择性的原因： 。
答案精析
1.D 2.B
3.A [由图可知，初始生成M的速率大于N，则k1>k2，10 s时两个反应均达到平衡状态，X和Y的浓度不变，由于v1(正)=k1c(X)·c(Y)、v2(正)=k2c(X)·c(Y)，则正反应速率v1(正)>v2(正)，A正确；①②反应中X、Q的系数均为1，则0~6 s内，X的平均反应速率v(X)=v(Q)= mol·L-1·s-1=1 mol·L-1·s-1，B错误；由图可知，初始生成M的速率大于N，则反应①的活化能小于反应②，D错误。]
4.B 5.B
6.C [反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，故A错误；由图可知，553 K下，甲醇的总转化率为20.0%，甲酸甲酯的选择性为50.0%，由公式可知，甲酸甲酯的物质的量为=0.05 mol，故B错误；由盖斯定律可知，反应Ⅱ×2-反应Ⅰ得到反应Ⅲ：HCOOCH3(g)2CO(g) + 2H2(g)，则ΔH3=(+106.0 kJ·mol-1)×2-(+135.4 kJ·mol-1) =+76.6 kJ·mol-1，故C正确；由图可知，温度超过553 K后，甲酸甲酯的选择性降低，出口处甲酸甲酯的量减小，故D错误。]
7.C [Ⅰ和Ⅱ反应前后气体分子数都增大，相同温度下，压强增大均有利于Ⅰ和Ⅱ反应的平衡逆移，乙烷的转化率减小，由图像可知，L2对应的压强更大，故A选项正确；一定温度下，增大，可理解为n(C2H6)增多，因此C2H6的平衡转化率下降，故B选项正确；压强为L1温度为T时，Ⅰ和Ⅱ反应的三段式为
C2H6(g) + CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)
起始/mol 2 3 0 0 0
变化/mol 2×0.5×0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡/mol 1 1.8 0.8 0.8 1.6
C2H6(g) + 2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)
起始/mol 2 3 0 0
变化/mol 2×0.5×0.2 0.4 0.8 0.6
平衡/mol 1 1.8 1.6 0.6
平衡时混合气体中==2，故C选项错误；由盖斯定律：2×反应Ⅰ-反应Ⅱ，可得反应C2H6(g)+2CO(g)+3H2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH=2ΔH1-ΔH2，故D选项正确。]
8.(1)< (2)反应ⅰ为气体分子数减小的反应，T相同时，CO2的平衡转化率：p3>p2>p1，故压强：p3>p2>p1，B点的压强、温度均比A点的大，反应物的分压增大，反应速率增大，同时温度越高化学反应速率越大
9.(1)反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应，升高温度，平衡均向正反应方向移动 (2)64 47.4% (3)反应Ⅰ的选择性下降
10.(1) C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH=+134 kJ·mol-1 为乙烷脱氢生成乙烯提供能量 (2)①温度 < ②0.24 mol·L-1·min-1 1.8 = (3)Ⅰ 当<2时，O2过量，越小，O2过量的越多，乙烷的转化率越大，过量的O2可氧化乙烯，导致乙烯的选择性和收率越低
11.(1)-67 (2)(ⅰ)a (ⅱ)80% 7.8 (ⅲ)10.92
(3)(ⅰ)(或3∶2) (ⅱ)有I2的条件下，反应平衡时，CH3Br的物质的量比无I2的条件下多，CH2Br2的物质的量比无I2的条件下少 (ⅲ) I2的投入消耗了部分CH2Br2，生成的IBr与·CH2Br分别与·CH3和HBr反应生成了CH3Br
解析 (1)将两个反应依次标为反应①和反应②，根据盖斯定律，①×3+②得热化学方程式：3CH4(g)+3Br2(g)C3H6(g)+6HBr(g) ΔH=(-29×3+20)kJ·mol-1=-67 kJ·mol-1。(2)(ⅰ)反应①为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH4(g)的含量增多，CH3Br(g)的含量减少，即表示CH3Br变化的曲线为a。(ⅱ)560 ℃反应达到平衡时，剩余的CH4(g)的物质的量为1.6 mmol，其转化率α=×100%=80%；若只发生一步反应，则生成6.4 mmol CH3Br，但此时剩余CH3Br的物质的量为5.0 mmol，说明还有1.4 mmol CH3Br发生反应生成CH2Br2，则此时生成的HBr的物质的量n=(6.4+1.4) mmol=7.8 mmol。(ⅲ)平衡时，反应中各组分的物质的量分别为n(CH3Br)=5.0 mmol、n(Br2)=0.2 mmol、n(CH2Br2)=1.4 mmol、n(HBr)=7.8 mmol，设容器容积为V L，该反应的平衡常数K===10.92。(3)(ⅰ)设容器容积为V L，11~19 s时，有I2时CH3Br的生成速率v= mmol·L-1·s-1= mmol·L-1·s-1，无I2时CH3Br的生成速率v= mmol·L-1·s-1= mmol·L-1·s-1，==。
