专题十二化学反应原理综合题-2024高考化学一轮复习

专题十二化学反应原理综合题

考情分析

考(1)该专题为必考点，其中微专题13年3考；微专题23年3考；微专题33年3

情考；微专题4近3年没考，微专题53年3考；微专题63色1考；微专题73年1考。

分(2)以化工生产、污染治理和物质制备等为背景命题。

折(3)主要考查了盖斯定律的应用、焙变的计算、连续平衡中浓度计算、平衡常数的计

算等，主要体现宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的化

学学科素养。

(4)预计明年该专题的考查力度不会削弱，考查的知识点和形式大概率会延续往年命

题的特点，但题干会更加强调反应机理，倾向于细微处探究。

微专题1盖斯定律的高阶应用

突破核心整合

对于复杂的热化学方程式的书写，解题时若出现目标方程式中没有的物

质,则需要通过观察并标记出需要消去的物质进行解题。

口诀：同加异减成比例，观察消去做标记。

解释：已知方程式中的物质与目标方程式中的物质在同一边为同，用,

两边为异，用“小；解题时若出现目标方程式中没有的物质，则需要通过观察并

标记出需要消去的物质,进行进一步处理。

应用时注意事项：每个方程式最多用一次；目标方程式中的物质只看在一

个已知方程式中出现的物质；消去时注意化学计量数关系。

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

@H2(g)+102(g)=H20(l)△也

③2As(s)咛O2(g)=As2()5(s)AW3

则反应AS2O5G)+3H2O(1)=2H3ASO4(S)的=2△从一3AH?-A"?(用

、A%、表示)。

［解析］第一步，对比已知方程式和目标方程式，目标方程式中的匹2。而)咄

现在反应③中的生成物中，不在同一边，为异，根据化学计量数关系，A%变

为-△小；同理目标方程式中的“3%0(1)”出现在反应②中且为异，故为

-3AW2；同理目标方程式中的“2H3ASO4G)”出现在反应①中，在同一边，为

同，根据化学计量数，记为2△，…第二步，求=2A%-3AH2-

△，3。

例题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

贝！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，对比目标方程式④和已知方程式①、②、③，Fe在④中和①中

位置为异，根据化学计量数关系有：-2△，一得方程式⑤：4Fe(s)+

6CO(g)=2Fe2O3(s)+6C(s，石墨)

-2AHi(注：因为目标反应物。2在②③中均出现，其化学计量数不好定,故

只看Fe、Fe2O3)。第二步，得出的⑤与④对比发现CO(g)、C(s)不是④中的

物质，必须消去，通过观察②③,可知要消去CO(g)、C(s),需-6x②+6x

③,则=6A“3-2AHi-6AH2。

高考经典再研

典例［2022全国乙，28节选］油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含

有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：

(1)已知下列反应的热化学方程式：

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

计算H2s热分解反应④2H2s(g)=S2(g)+2H2(g)的△%=+1Z0kJ•moL。

［解析根据盖斯定律可知，反应④二(①+②)+3-③，即/%=(4/4-

4，2)+3—4,3=+170kJ•mo「i。

情境素材工业废气中硫化氢的回收处理与利用

考查角度盖斯定律

素养立意证据推理与模型认知

变式.co2资源化对环境保护具有重大意义，因此将CO2转化为CH4的技术成为

科学研究的热点。co2甲烷化反应为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甲烷化反应的=2AH2-泡(用A/、AH2表示)。

【解析］(1)根据盖斯定律，将②x2-①可得82(g)+4H2(g)=CH4(g)+

2H2O(g),故其啥变AH-2AH2一皿。

模拟对点演习

1.［2022河北邢台三模］氧化铁在工业上有广泛的应用。

炼铁高炉中存在以下反应：

-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

上述反应中,=一25kJ•moL。

［解析I根据盖斯定律，由II+IIIx2可得Fe2()3(s)+3C0(g)=2Fe(s)+

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

1

kJ-mol-o

2.［2022江西新余二模］五氧化二碘是一种重要的工业试剂，常温下为白色针状

晶体，可用于除去空气中的一氧化碳。

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

则表示CO燃烧热的热化学方程式为CO(g)+/O乂g)=CO?(g)=-283.0

kl•moli。

［解析I根据盖斯定律，由5(I+2xII)可得CO(g)+102(g)=C02(g)AH=

-283.0kJ-mol-1。

3.［2021河南郑州四联］CH30H是一种清洁能源和重要化工原料。

甲醇脱氢法制备甲醛，已知几个热化学方程式如下：

®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根据盖斯定律，④<D+②-③，NH=A/+-A/0

4.［2022山东聊城一模］二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究

热点。C02在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：

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

1

副反应：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2=+41.1kJ♦mor

：2H2(g)+02(g)=2H20(g)A/=-395.6kJ•mo】一】，则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山东聊城一模]合理利用温室气体是当前能源与环境研究的热点。

-co催化重整可以得到合成气(co和山)，其工艺过程中涉及如下反

CH42

应：

反应①CH4(g)+82(g)=2C0(g)+2H2(g)帆

反应②82(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

△“2=+41.2k)-mol-1

反应③CH4(g)+102(g)=CO(g)+2H2(g)

A/=-36.0k)-mol-1

反应④^O2(g)+H2(g)=H2O(g)

=-241.8kJ-moL

则=+247kJ-mol-1,

［解析I由盖斯定律得①二②+③-④，所以△/=A%+-△%=(41.2-

36.0+241.8)k)-mol-1=+247kJ•moL。

微专题2化学平衡图像解读

突破核心整合

核心点1:几种特殊的图像

a（转化率）该反应为放热反应

低于7温寸，反应慢

还未达到平衡，为

平衡建立过程；高

于7。时，为平衡移

。T。八温度）动过程

随着温度升高，

MgK减小，K增

大，反应为吸热

反应(A〃>0)

②

③对于A(g)+2B(g)=C(g)

-s[非越大，A(g)越多,

就A)[(A)嬴

④对于化学反应：mA(g)+九B(g)=pC(g)+qD(g),M点(如下图所示)以

前，表示从反应物开始反应，〃正>"逆；M点为刚达到平衡点；M点以后，随

温度升高，A的百分含量增加、C的百分含量减少，平衡左移，故正反应<

0。

0T0T

同类模型有：

T（A〃〈O）或者p（气体体积增大）

核心点2：平衡图像题的解题思路

第一步:定特点。观察可逆反应的特点.如各物质的状态（有无固体、液体）、正

反应是吸热反应还是放热反应、反应前后气体体积是否变化等。

第二步:看图像.

①看面清清纵坐标与横坐标的含义，如横坐标可代表时间、温度、压强等，纵

坐标可代表浓度、含量、物质的量、转化率等,同时还要注意单位和刻度。

②看“线”:看线的走向和变化趋势.如曲线（或直线）升高、降彳氐、渐变、突变

等。

③看“点”:看清起点，分清反应物、生成物;判断拐点，如在转化率一时间图像上，

多条曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡,表示曲线对应的温度较高或压强较

大:观察终点，如在浓度一时间图像上，一定要看清终点时反应物的减小量、产物

的增加量，并结合有关反应原理进行推理判断。

④看“辅助线”:通过辅助线上匕较浓度、含量、物质的量、转化率等变化大小，可

以判断温度高低、压强大小、反应放热或吸热及气体反应前后化学计量数大小

等。

⑤看“变化、'：如浓度变化、温度变化、压强变化等。

第三步:想规律。如化学反应速率影响因素，化学反应速率与化学平衡关系以及化

学平衡移动原理等。

第四步:做判断。利用原理并结合图像.分析图像中所反映的反应速率变化或化学

平衡变化，作出合理判断。

高考经典再研

典例［2022全国乙，28节选］油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含

有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：

(4)在1373K、100kPa反应条件下,对于九(^S):n(Ar)分别为4:1、

1:1、1:4、1:9、1:19的KS-Ar混合气，热分解反应［2H2s(g)=S2(g)+

2H2(g)］过程中H2s转化率随时间的变化如下图所示。

①n(H2S):n(Ar)越小，H2s平衡转化率越高(或越大〕,理由是旦公的热分解

反应为气体分子数增大的反应，恒压条件下，不断充入Ar,导致H2s的分压降

低，相当于减压，平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高。

［解析IMMS):九(Ar)减小，可理解为恒压条件下，不断充入Ar,导致H2s的分

压降低,相当于进行减压操作，H2S的热分解反应为点体分子数增大的反应，

减压时平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高。

②n(H2S):n(Ar)=1:9对应图中曲线d,计算其在。〜0.1s之间,H2s分压的

平均变化率为24.9kPa-s-1。

［解析］由①中分析知M(HZS):n(Ar)=1:9时的转化率仅低于MMS):九(Ar)=

1:19时的转化率，故对应图中曲线d,0.1s时，H2S的转化率为24%,设

H2S、Ar初始量分别为1mol.9mol,列三段式：

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

初始量/mol:102

变化量/mol:0.240.120.24

0.1s/mol:0.760.120.24

1

HS的初始分压=100xkPa=10kPa,0.1s时，H2s的分压=100x

21+9

0.76

kPa«7.51kPa,则变化的％S分压约为10kPa-7.51kPa=

0.76+0.12+0.24+9

2.49kPa,故H2S分压的平均变化率为2.49kPa+0.1s=24.9kPa-s-1。

情境素材工业废与中硫化氢的回收处理与利用

考查角度图像解读能力、勒夏特列原理、阿伏加德罗定律、速率计算

素养立意变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知

变式.利用现代传感技术探究压强对2NO2(g)=N204(g)平衡移动的影响。在恒

定温度和大气压条件下，往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞

位置不变。分别在js、£2s时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变，测定针筒

内气体压强变化如图所示。下列分析中不正确的是(C)

时移动活塞，使容器容积增大

A.t1S

B.在B、E两点,对应的正反应速率：v(B)>v(E)

C.图中除A、C、F点外，其他点均为平衡状态

D.在E、F、H三点中，H点的气体平均相对分子质量最大

［解析］由图可知，QS时移动活塞，针筒内气体压强迅速减小，说明针筒的容积

增大，故A正确；针筒内气体压强越大，化学反应速率越大，由图可知，B点

压强大于E点，则对应的正反应速率：u(B)>v(E)，故B正确；由图可知,除

A、C、F点外，G点也没有达到平衡,故C错误；由质量守恒定律可知，E、

F、H三点中气体的质量相同，由图可知，JS时移动活塞，针筒内气体压强迅

速增大，说明针筒的容积减小，增大压强，平衡向正反应方向移动，混合气体

的物质的量减小，则E、F、H三点中，H点的气体物质的量最小，平均相对分

子质量最大，故D正确。

解题思路

平衡图像题的答题方法

①三步分析法:一看反应速率是增大还是减小:二看正、逆反应速率的相对大小；

三看化学平衡移动的方向。

②四要素分析法:看曲线的起点、变化趋势、拐点、终点。

③"先拐先平”法:先出现拐点.先达到平衡。

④“定一议二''法:当图像中有三个量时.先确定一个量不变.再讨论另外两个量的

关系。

模拟对点演习

1.［2022湖南师大附中适应性考试］SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，

反应原理为4NI%(g)+4N0(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g)A/7<0。其他条件

相同，分别在甲、乙两种催化剂作用下,NO转化率与温度的关系如图所示。

(1)工业上选择催化剂乙的原因是低温下催化剂乙有很强的催化活性，N。转

化率远大于催化剂甲催化下的。

［解析］由题图可知，其他条件相同，低温时,催化剂乙作用下的一氧化氮的转

化率远大于催化剂甲作用下的，所以工业上选择催化剂乙。

(2)在催化剂甲作用下,图中M点对应温度为210久.210℃之前，NO转化

率随温度升高而增大的原因是反应未达平衡，温度升高，反应速率加快，N。转

化率增大；210℃之后，N。转化率降低的原因可能是傕化剂活性降低(或该反

应为放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动)。

［解析］由题图可知，M点反应达到平衡，210久之前反应未达到平衡，温度升

高，反应速率加快，一氧化氮的转化率增大；210国之后，若催化剂活性降

低，反应速率降低，一氧化氮的转化率会减小；该反应为放热反应，升高温

度,平衡向逆反应方向移动，一氧化氮的转化率会减小。

2.[2022宁夏银川一中二模]中国科学家为实现，、碳中和',目标而不断努力，以

CO2为原料合成甲烷、乙醇等物质具有良好的发展前景。已知CO?催化加氢合

成乙醇的反应为2cO2(g)+6H2(g)=C2H50H(g)+3H2O(g)AH<0，设m为起

始时的投料比，即巾=喘。

n(g)

(1)图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为可>T?>T\。

CC)2平衡转化率/%

70

60

50

40

30

I解析I该反应为放热反应，其他条件相同时,升高温度，平衡逆向移动，二氧

化碳的平衡转化率降低，则题图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为73>

T2>T1O

(2)图2中Ml、mm3从大至U小的顺序为7%>7%>—3o

CC)2平衡转化率/%

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

77K

图2

I解析I其他条件相同时，状增大，二氧化碳的平衡转化率增大，则题图2中

机1、m2.m3从大到小的顺序为mi>m2>m3o

3.[2022山东济南大联考]工业上用CO和也制取甲醇的反应为2H2(g)+

CO(g)=CH30H(g)。对于该反应，若通入的CO的物质的量一定，4种投料比

[n(CO):n(H2)分别为5:7、10:17、5:9、1:2耐,反应温度对CO平衡转化率

的影响如图所示。

co平衡转化率/%

(1)曲线b对应的投料比是工2。

I解析I通入的co的物质的量一定,则通入氢气的物质的量越多，co转化率越

高，投料比几(CO):兀32)按5:7、10:17、5:9、1:2的顺序氢气的物质的量分

数增高，CO转化率增大，对应的曲线依次为d、c、b、a,故曲线b对应的投

料比是5:9。

(2)当反应在曲线a、b、c对应的投料比下达到相同的平衡转化率时，对应

的反应温度随投料比变化的趋势是投料比越大，反应温度越低。

［解析］曲线a、b、c对应的投料比分别为1:2、5:9、10:17,由图可知，达到

相同的平衡转化率时，投料比越大，反应温度越低。

(3)投料比为10:17、反应温度为TJC时，平衡混合气体中CO的物质的量分

数为年2%(计算结果保留3位有效数字).

I解析］投料比10：17对应曲线c,反应温度为7JC时，CO的平衡转化率为

75%,设起始时n(CO)=10mol,则”出)=17mol,平衡时,n(H2)=

2mol,n(CO)=2.5mol,n(CH3OH)=7.5mol,则平衡混合气体中CO的物

质的量分数为7rX100%«20.8%。

4.［2021山西大同月考节选］能源问题是人类社会面临的重大问题,合理的开发利

用至关重要。

(3)合成甲醇的原料气既可由煤气化提供,也可由天然气与水蒸气通过下列反

应制备:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)AH>0。向100L刚性密闭容器中

充入1molCH4和3mol水蒸气进行反应，不同温度和压强下平衡体系中CH4的平

衡转化率情况如图所示:

①P1£(填“<

［解析I题给反应为压强增大的反应，同温度下压强越大.甲烷的平衡转化率越小，所

以Pl<P2o

②已知压强为小、温度为100。。时.反应达到平衡所需的时间为5min.则0〜

Smin内用电表示的平均反应速率为0.003molL】min7;该温度下的平衡常

数K=1.35xIO-〃

［解析I据题图可知压强为小、温度为100。(：时.反应达到平衡时甲烷的转化率为

50%,所以平衡时转化的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平衡时,"CHJ=0.005mol・，甲烷反应了0.5mol,根据化学方程式

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

_1

0.025mol•L,c(CO)=0.005mol-L,c(H2)=0.015mol•,所以平衡常数

"需暇=L35x】L

微专题3“三段式”法解答化学平衡计算题

突破核心整合

“三段式”法

如mA(g)+nB(g)=pC(g)4-qD(g).令A、B的起始浓度分别为amol•

L-\bmol•LT］.达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol.f1。

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

起/(mol/L)ab00

转/(mol/L)mxnxpxqx

平/(mol/L)a—mxb-nxpxqx

(px)P(qx)q

K=

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

说明：

(1)反应物:C(平)=C(始)-c(转)；生成物:c(平)=C(始)+C

(转)。

(2)各物质的转化物质的量浓度之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之

比。

反应物转化的浓度

(3)转化率=x100%

反应物起始的浓度0

高考经典再研

典例［2022全国乙，28节选］油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含

有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：

(3)在1470K、100kPa反应条件下,将M^S):n(Ar)=1:4的混合气进行

H2s热分解反应［2H2s(g)=S2(g)+2H2(g)］o平衡时混合气中H2s与％的分

压相等，H2s平衡转化率为k%,干衡常数。=£76kPa。

I解析I设初始时H2s为1mol,则Ar为4mol,H2s转化了2%mol,列三段

式：

2H2s(g)

=s2(g)+2H2(g)

初始量/mol:100

转化量/mol:2xX2x

平衡量/mol:1-2xX2x

平衡时“S与”的分压相等，则九(H?S)=n(H2),l-2x=2x,可得x=

0.25,贝！JMS的平衡转化率=空产x100%=50%,平衡时，n(H2S)=

n(H2)=0.5mol,n(S2)=0.25mol,此时容器中气体总物质的量为0.5mol+

0.5mol+0.25mol+4mcl=5.25mol,则H2s(g)、S?(g)、H2(g)的分压分别

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

>・4>

『鬻，可得Kpx4.76kPa。

情境素材工业废气中硫化氢的回收处理与利用

考查角度转化率、平衡常数的计算

素养立意礴推理与模型认知

变式.CO2资源化对环境保护具有重大意义，因此将CO2转化为CH4的技术成为

科学研究的热点。CO2甲烷化的反应为82(g)+4H2(g)=CH4(g)4-

2H2O⑷。

在总压为pMPa的恒温恒压密闭容器中，投入1molCO?、4molH2进行上述反

应，达到平衡后，若CO2的转化率和CH4的产率均为。、则该反应的平衡常数

5=(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压二总压x物质的量分

产64(1-a)

数)。

［解析I根据化学方程式列出“三段式”为：

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

起始物质的量/mol1400

转化物质的量/mola4aa2a

平衡物质的量/mol1-a4-4aa2a

则CO2的物质的量分数为詈，同理”的物质的量分数为手，CH的物质的

5—2a5—/a4

量分数为自，Ho的物质的量分数为盘，则Kp=重;:宣

2

S-2a”(5-2a

a3(5-2a)2

64(l-a)sp2°

解题思路

化学平衡相关计算的解题思维

模拟对点演习

1.［2022湖南长沙第三次联考］CO?甲烷化反应为CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+

2H20(g)。在体积为2L的恒温密闭容器中，通入1molC02x4molH2进行上

述反应，达到平衡后，若CO2的转化率为20%,则该反应的平衡常数的计算式

为K=(。1x0.22)/(1.64*0.4),

［解析I在体积为2L的恒温密闭容器中，通入1molC02、4molH2进行反应，

达到平衡后，若CO2的转化率为20%,歹上三E殳式、'：

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

初始/(mol/L)0.5200

转化/(mol/L)0.10.40.10.2

平衡/(mol/L)0.41.60.10.2

则该反应的平衡常数的计算式为K=发黑o

2.［2022辽宁葫芦岛二模］中国科学家为实现“碳中和”目标而不断努力，以CO?

为原料合成甲烷、乙醇等能源物质具有良好的发展前景。

co2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应：

1

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

1

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

500℃时，向1L恒容密比容器中充入4molC02和12molH2,初始压强为p,

20min时主、副反应都达到平衡状态，测得C(H20)=5mol•L,体系压强

-1-1

为(p,则。〜20min内,v(CH4)=QAmol-L-min,平衡时CH4选择性

=66.7%(CH4选择性=蒜篝|xlOO%，保留3位有效数字)。

［解析］初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态，测得c(%0)=

5mol-L-1,则电0的物质的量为5mol,体系压强为1,恒温恒容时压强之

比等于气体物质的量之比，则反应后气体总的物质的量为(4+12)molX：=

12mol；设主反应消耗CO?的物质的量为xmol,副反应消耗CO?的物质的量

为ymol,则主、副反应的“三段式”为：

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

起始/mol41200

转化/mol%4%X2x

平衡/mol4-x-y12-4x-yX2x+y

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

起始/mol41200

转化/molyyyy

平衡/mol4-x-y12-4x—yy2x+y

则有：益二二Y+8T'-yH'+y+g+yx：!?，解得.2.

1y—3

y=1。则0，▼20min内，V=0.1mol-L~1-min-1,平衡时

™-1LXn

2mol

CH4选择性=2m。出molX100%«66.7%。

IL

3.［2021辽宁大连联考］甲醇一水蒸气催化重整生产氢气是近年来的一个热门研

究方向，某项研究表明其原理是甲醇先与水蒸气反应生成CO2和％,CO2再和

H2发生逆变换反应生成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的刚性密闭容器中充入1molCH3OH(g)和1.3mclH20(g),只发生上述

①、②反应。测得“0(g)、C02xH2XCO的平衡体积分数与温度关系如图所

示，CH3OH(g)的平衡体积分数极低，则图中的曲线b、d表示的物质依次是

皿、皿。若体系在某温度下经5min达平衡状态，平衡时气体的总物质的量

为4.26mol,CO的物质的量为0.8mol,则前5min的甲醇的平均反应速率

V(CH3OH)=00980101/(1-min),该温度下反应②的三衡常数K=2至(保留

三位有效数字)。

70

360

、

醛50

宅

还40

甘30

遐

详20

10

0

140180220260300340

反应温度/七

I解析根据题干信息，CH3OH(g)的平衡体积分数极低，可以认为反应①中

CH3OH近似完全反应，设生成的CO的物质的量为xmol,列“三段式'有：

反应①

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

起始量/mol11.300

转化量/1110I1113

平衡量/mol00.313

反应②82(g)+Hz(g)=CO(g)+H2O(g)

起始量/mol1300.3

转化量/molXXXX

平衡量/mol1-x3-xX0.3+x

只有反应②有C0生成，随着温度升高，反应②平衡正向移动，故CO、H20的

体积分数一直增大，为曲线c或d,有电0的物质的量比CO的大，故曲线c为

H20、曲线d为CO,而CO2、H2的体积分数一直减小，又因为”的物质的量

大于C02,故曲线a为电，b为CO2。若体系在某温度下经5min达平衡状态,

平衡时气体的总物质的量为4.26mol,CO的物质的量为0.8mol,根据“三段

式”分析，设反应转化了ymol的CH3OH,则有：

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

起始量(mol)11.300

转化量(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

转化量(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的甲醇的平均反应速率WC^OH)=柴=器=黑黑=

0.098mol/(L.min),该温度下反应②的平衡常数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贵州贵阳检测]绿水青山就是金山银山，保护生态环境、建设生态文明

是历史发展的需要。氮氧化物易导致酸雨、光化学烟雾等环境问题，以NO4为

主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。

活性炭粉还原NO。在密闭容器中投入足量活性炭粉和一定量NO,在一定温度

下,发生反应：C(s)+2N0(g)=N2(g)+CO2(g),测得NO、N2、CO2的物质

的量浓度与时间关系如表所示。

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时总压强为160kPa,则该温度下平衡常数勺=丝(保留3位有效

数字，用气体分压计算平衡常数?，气体分压二气体总压x气体的物质的量分

数)。

［解析1根据题给信息，歹上三段式”有

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

起始量/mol-L-14.0000

转化量/mol•IT】3.001.501.50

20min末/mol-L-11.001.501.50

可知，若20min时总压强为160kPa,则p(NO)=x160kPa=

_1.50

40kPa,p(Nz)=p(CO)x160kPa=60kPa,故该温度下平

z1.00+1.50+1.50

衡常数9=与需=——60X6；一0=2.2er*5。

402

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

和0.3molH2发生反应：CO(g)+3H2(g)UCH4(g)+H20(g)。反应相同时

间，CO的转化率与反应温度的关系如图所示。

卓

京

岂

浮

650

0

。

下列说法一定正确的是(D)

A.升高温度，CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)的化学平衡常数增大

B.图中X点所示条件下，延长反应时间不能提高CO的转化率

C.图中Y点所示条件下,改用性能更好的催化剂能提高CO的转化率

D.TJC时,CO(g)+3H2(g)DCH4(g)+H2O(g)的化学平衡常数K>1

【解析］从题图可以看出，在相同的反应时间内随着温度的升高，co的转化率增

大，但无法判断温度升高平衡移动的方向，故无法得出温度升高化学平衡常数

增大的结论，故A错误；在X点所处条件下,反应可能没有达到平衡状态,延

长反应时间，反应可能正向进行，提高C0的转化率，故B错误；在Y点所处条

件下，不能确定反应是否达到平衡状态，改用性能更好的催化剂能加快反应速

率，不一定能提高co的转化率，故C错误；根据反应列出“三段式”：

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

开始/(mol/L)0.10.300

转化/(mol/L)0.050.150.050.05

TJC时/(mol/L)0.050.150.050.05

_C(CH)C(HO)_

若达到平衡,42鬻器x14.81>1,若T『C时未达到

TJC3

C(CO)C(H2)

平衡,K>14.81,故D正确,*

微专题4原子守恒破解多协同(多重)反应平衡的相关计

算

突破核心整合

1.多协同(多重)反应平衡类型：包括连续平衡和同向平衡。

2.解题关键是理清守怛关系：反应体系中，任何状态均遵循原子守怛，利用原

子守恒关系和“三段式”理清起始量、转化量、平衡量之间的关系。

①连续平衡是指两个连锁可逆反应,即第一个反应的某一生成物是第二个反应

的反应物，则在第一个反应中,该物质的起始量为0,它的平衡量则为第二个

反应中该物质的起始量。

②同向平衡指两个平行的可逆反应，它们有着某一共同的反应物，该反应物发

生了两种不同的反应。如果一种物质是两个平行反应的生成物，则题目中所给

平衡量是该物质在这两个反应中的平衡量之和。

高考经典再研

典例［2022沏南，16节选］2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种

重要的制氢途径。回答下列问题：

(1)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1mol

H20(g),起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：

-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下列说法正确的是他：

A.平衡时向容器中充入惰性气体，反应I的平衡逆向移动

B.混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡

C平衡时M的体积分数可能大于|

D,将炭块粉碎，可加快反应速率

I解析I恒容条件下,充入惰性气体，平衡不移动，A项错误；体系中存在固

体，则气体的总质量随着反应进行将发生变化，容器体积不变，则气体的密度

随着反应正向进行将增大，当气体密度不再变化时，反应达到平衡，B项正

确；随着反应正向进行”的体积分数不断增大，若1molH20(g)完全反应，

产生0.5molC02和1molH2,故平衡时”的体积分数不可能大于2/3,C项错

误；将炭块粉碎,可增大气固接触面积，加快反应速率，D项正确。

②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1mol。此时，

整个体系吸收(填“吸收”或“放出”)热量3L2k),反应I的平衡常数Kp=(102

(以分压表示，分压-总压X物质的量分数)。

［解析I反应平衡时，H20反应了0.5moizCO的物质的量为0.1mol,根据0原

子守恒，可知CO?中含有0原子的物质的量为(0.5-0.1)mol=0.4mol,BPCO2

的物质的量为0.2mol,CO在反应【中生成，反应II中消耗，则反应I共生成

(0.1+0.2)mol=0.3molCO,反应I吸收热量(0.3X131.4)kJ,反应II放出热

量(0.2x41.1)kJ,则整个体系吸收热量0.3x131.4kJ-0.2x41.4kJ=

31.2k)；平衡时”的物质的量为(0.3+0.2)mol=0.5mol,由上述分析可知体

系中气体总物质的量为1.3mol,则此时的总压为1.3x0.2MPa=0.26MPa,

%0(g)、C0(g)、H2(g)的分压分别为0.26X英MPa、0.26X含MPa、

0.26X詈MPa,代入Kp=双器『=0.02。

情境素材工业上煤气化制取氢气

考查角度计算能力、与

素养立意变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知

变式.CO2在Cu-ZnO催化下，同时发生如下反应I、II,是解决温室效应和

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

保持温度7时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO2及电，起始及达