高考化学二轮复习热化学化学反应速率与平衡专题四多平衡体系中的有关计算课件

(共43张PPT)
1.(2025·河南卷节选)CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合，可生产高纯度合成气(H2＋CO)，实现碳资源的二次利用。主要反应如下：
反应Ⅰ：CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g) ΔH1＝＋178 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g) ΔH2＝＋247 kJ·mol-1
反应Ⅲ：H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g) ΔH3＝＋41 kJ·mol-1
一定温度、100 kPa下，向体系中加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4，假设此条件下其他副反应可忽略，恒压反应至平衡时，体系中 CaCO3转化率为80%，CH4转化率为60%，CO物质的量为1.3 mol，反应Ⅲ的平衡常数Kp＝________(保留小数点后一位)，此时原位CO2利用率为________。
1.2
70%
2.(2025·山东卷节选)利用CaS循环再生可将燃煤尾气中的SO2转化生产单质硫，涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CaS(s)＋2SO2(g) CaSO4(s)＋S2(g) ΔH1
Ⅱ.CaSO4(s)＋4H2(g) CaS(s)＋4H2O(g) ΔH2
Ⅲ.SO2(g)＋3H2(g) H2S(g)＋2H2O(g) ΔH3
恒容条件下，按1 mol CaS，1 mol SO2和0.1 mol H2投料反应。平衡体系中，各气态物种的lg n随温度的变化关系如图所示，n为气态物种物质的量的值。
已知：图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数K＝108基本不变。
150a
增大
减小
3.(2025·陕西卷节选)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：
Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)　ΔH1＝＋101 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH3＝＋41 kJ·mol-1
100 kPa下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。
①表示CH4选择性的曲线是________(填字母)。
②点M温度下，反应Ⅱ的Kp＝________(kPa)-2(列出计算式即可)。
③在550 ℃下达到平衡时，n(CO)＝________mol。500～600 ℃，随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是_____________________________________________________。
c
0.2
反应Ⅱ平衡逆向移动的程度大于反应Ⅲ平衡正向移动的程度
解析　①360 ℃以下，曲线b、c对应的数值之和约为1，则其代表选择性曲线，反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，MgCO3的平衡转化率增大，则a为MgCO3的平衡转化率曲线。反应Ⅱ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH4的选择性降低，且反应Ⅲ在 360 ℃以下不考虑，则c为CH4的选择性曲线。②点M温度下，MgCO3的平衡转化率为49.0%、CH4的选择性为50%(反应Ⅲ在 360 ℃以下不考虑)，则MgCO3转化0.49 mol，反应Ⅰ生成0.49 mol CO2，故反应Ⅱ中起始时CO2为0.49 mol、H2为1 mol，达平衡时CH4为0.245 mol，列三段式：
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)
起始量/mol　0.49　　　1　　　　0　　　　0
转化量/mol　0.245　　0.98　　　0.245　　0.49
平衡量/mol　0.245　　0.02　　　0.245　　0.49
(2)原子守恒法解题基本思路
1.(2025·重庆一模)甲醇是一种关键的化学原料，用CO和CO2都可合成甲醇。
(1)CO2加氢制取甲醇的过程含有以下三个反应。
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　K1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　K2
Ⅲ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH＝－91.0 kJ·mol-1　K3
T ℃时，已知K2＝1.0，K3＝2.5，求K1的值。
_________________________________________________(写出推断过程)。
反应Ⅰ＝反应Ⅱ＋反应Ⅲ，K1＝K2×K3＝1.0×2.5＝2.5
(2)甲醇与水蒸气在催化剂作用下可制取H2，一定温度下，在恒容体系中加入2 mol CH3OH(g)和2 mol H2O(g)，发生反应：Ⅳ.CH3OH(g) 2H2(g)＋CO(g)；Ⅴ.CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)。
测得体系的初始压强为p0 kPa，达到平衡时，甲醇的转化率为90%，H2O(g)的分压为0.25p0 kPa，则反应Ⅴ的压强平衡常数Kp＝__________(以平衡分压代替物质的量浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
5.75
60%
0.105
(2)平衡时，CO2转化率α(CO2)、CH3OH选择性SM、CO选择性SCO随温度T变化如图所示：

图中表示α(CO2)的曲线是_______(填“a”“b”或“c”)，曲线c变化趋势的原因是______________________________________________________________________________。
a
随着温度的升高，反应Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅰ、Ⅲ逆向移动，均导致CO的选择性提高
3.(2025·湖北省“新八校”协作体5月模拟)H2S和CH4的重整制氢涉及的反应如下：
Ⅰ.2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋169.8 kJ·mol-1
Ⅱ.S2(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋63.7 kJ·mol-1
Ⅲ.2H2S(g)＋CH4(g) CS2(g)＋4H2(g)
在恒压100 kPa下按组成为n(H2S)∶n(CH4)∶n(Ar)＝1∶1∶4.7通入混合气体，测得平衡状态下H2、S2的收率和H2S的转化率随温度的变化曲线如图所示。
20%
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
B
0.17
1
2
3
4
5
m
1
2
3
4
5
24%
0.017
解析　根据已知信息可知：反应1的正反应是气体体积减小的反应，反应2是反应前后气体物质的量不变的反应，增大压强，反应1平衡正向移动，CO2含量减少，水蒸气含量增大，使反应2平衡逆向移动，导致CO选择性降低，因此一定温度下，图中p表示CO的选择性与压强的关系，CH3OH的选择性加上CO的选择性应为100%，因此m表示CH3OH的选择性与压强的关系，n表示CO2的平衡转化率与压强的关系；A点时CO2转化率为30%，CH3OH的选择性为70%，
　　　　 CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
开始(mol) 1 3 0 0
转化(mol) x 3x x x
平衡(mol) 1－x 3－3x x x，
　　　 CO2(g) ＋ H2(g) CO(g)＋H2O(g)
开始(mol) 1－x 3－3x 0 x
转化(mol) y y y y
平衡(mol) 1－x－y 3－3x－y y x＋y，
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
(1)图中，异丁烯收率最高时的反应温度为________，此时异丁烯收率＝________。
(2)600 ℃、压强为p条件下，反应达到平衡时，异丁烷的分压为________，反应a的
平衡常数Kp＝________________________(Kp为用分压代替浓度计算出的平衡常数，列出计算式即可)。
1
2
3
4
5
600 ℃
28%
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
4.(20分)(2025·广西来宾一模)工业上可以利用CO2合成CH3OH，主要涉及以下两个反应。
反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1　K1
反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2　K2
在催化剂作用下，将1 mol CO2和2 mol H2混合充入一恒容密闭容器中同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平衡时CO2的转化率和容器中混合气体的平均相对分子质量随温度变化如图1。
1
2
3
4
5
(1)分析可知，反应Ⅰ的正反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)T ℃时，容器中气体总的物质的量为__________，反应Ⅱ的化学平衡常数K2＝________。
放热
2.4 mol
1
2
3
4
5
1∶2
该反应为放热的可逆反应，温度过高时平衡向逆反应方向移动(或副反应增多、催化剂失活等)，使甲醇产率反而下降
1
2
3
4
5
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) 减少量（mol）
起始（mol） 1 2 0 0
转化（mol） 0.3 0.9 0.3 0.3 　 0.6
平衡（mol） 0.3
则反应Ⅱ消耗的CO2为0.5 mol－0.3 mol＝0.2 mol，
由反应Ⅱ的方程式得：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
起始（mol） 1 2 0 0
转化（mol） 0.2 0.2 0.2 0.2
平衡（mol） 0.5 0.9 0.2 0.5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
5.(8分)(2025·湖北省七市一模联考)含碳化合物的回收是实现碳达峰、碳中和的有效途径。CO2催化加氢选择合成甲醇的主要反应如下：
反应1：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1<0
反应2：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0
反应3：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3
1
2
3
4
5
在一体积固定的密闭容器中，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，发生上述反应1和反应2，平衡时CO和CH3OH在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
(1)150 ℃～250 ℃范围内，随着温度的升高，CO2的平衡转化率减小的原因是________________________________________________________________________
_______________________________。
(2)270 ℃时，若容器起始压强为5 MPa，则反应2的Kp为__________(保留两位有效数字)。
1
2
3
4
5
反应1为放热反应，反应2为吸热反应，升高温度，反应1逆移的程度大于反应2正移的程度，使二氧化碳的转化率减小
0.015
1
2
3
4
5