化学反应原理综合题型集训之多重平衡中的Kp计算
1．丙醛是一种重要的有机原料，在许多领域都有广泛的应用。在铑催化剂作用下，乙烯羰基合成丙醛涉及的反应如下：
主反应Ⅰ：C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g)CH3CH2CHO(g)ΔH1
副反应Ⅱ：C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g)ΔH2
图1
(1) ΔH1______0(填“＞”或“＜”)
(2) 保持温度不变，在恒容反应器中，按照n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶2∶1投料，发生反应Ⅰ和Ⅱ，初始压强为4p kPa，反应t min达到平衡，平衡时C2H4的转化率为80%，C2H6的选择性为25%，则H2的转化率为________%，v(CO)＝______kPa/min，反应Ⅰ的Kp＝______kPa－2[用含p的代数式表示，C2H6的选择性＝]
(3)在装有相同催化剂的相同恒压容器中，按 n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶2∶1投料，发生反应Ⅰ和Ⅱ，相同时间内，测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图2所示
图2
B、D两点的平均反应速率v(B)______(填“＞”“＜”或“＝”)v( )，产生这一结果的原因可能是______________
(4)T ℃时，向恒温恒容的甲容器中，通入1 mol C2H4、1 mol CO和2 mol H2；向绝热恒容的乙容器中通入1 mol C2H4、1 mol CO、2 mol H2，若只发生上述反应Ⅰ。则甲、乙容器中C2H4的平衡转化率α甲______α乙(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是________________________________________________ ___________________
2．烯丙醇是生产甘油、医药、农药、香料和化妆品的中间体。已知烯丙醇与水在一定条件下发生加成反应的原理如下：
Ⅰ：CH2==CHCH2OH(g)＋H2O(g)HOCH2CH2CH2OH(g) ΔH1 ΔS1
Ⅱ：CH2==CHCH2OH(g)＋H2O(g)CH3CH(OH)CH2OH(g) ΔH2
已知：相关物质在298 K时的标准摩尔生成焓(101 kPa时，该温度下由最稳定单质生成1 mol某纯物质的焓变)如下表所示：
物质 标准摩尔生成焓/(kJ·mol-1)
CH2==CHCH2OH(g) －171.8
H2O(g) －241.8
HOCH2CH2CH2OH(g) －464.9
CH3CH(OH)CH2OH(g) －485.7
(1)ΔH2＝________ kJ·mol－1；反应CH2==CHCH2OH(g)＋H2O(g)HOCH2CH2CH2OH(l)的熵变为ΔS′1，则ΔS1_______ΔS′1(填“＞”“＜”或“＝”)
(2)已知：反应的压强平衡常数(K)满足方程Kp＝＋C(e为自然对数的底数，R、C均为常数)。据此判断，下图所示曲线L1～L5中，能分别代表反应Ⅰ和Ⅱ的Kp与温度T关系的曲线为________和________。
(3)温度为T时，向压强为300 kPa的恒压密闭容器中，按1∶1∶1的体积比充入CH2==CHCH2OH(g)、H2O(g)和He(g)，达到平衡时CH3CH(OH)CH2OH(g)、HOCH2CH2CH2OH(g)和He(g)的分压分别为100 kPa、20 kPa和140 kPa
①该温度下，反应Ⅱ的压强平衡常数K＝______________ kPa－1
②若其他条件不变，初始时不充入He(g)，而是按1∶1的体积比充入CH2==CHCH2OH(g)和H2O(g)，达到新平衡时，H2O(g)的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)，解释其原因为_____________________
3．还原CO2是实现“碳达峰、碳中和”的有效途径之一，相关的反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数与温度变化关系如图所示
(1)有利于提高CO2合成CH3OH选择性的条件是 (填字母，下同)
A．高温、高压 B．高温、低压 C．低温、高压 D．低温、低压
(2),ΔH3)的取值范围是
A．＜－1 B．－1～0 C．0～1 D．＞1
(3)一定条件下，向体积为5 L的恒温密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，平衡时，容器中H2的浓度为0.25 mol·L－1，CH3OH的浓度为0.1 mol·L－1，此时CO2的浓度为 mol·L－1，反应Ⅰ的平衡常数为 (结果保留一位小数)
(4)H2还原能力(S)可衡量CO2转化率，已知S＝,Δn(H2))，即相同时间段内CO2与H2物质的量变化量之比。常压下H2和CO2按物质的量之比3∶1投料，反应相同时间，H2和CO2转化率如图所示
①在400~1 000 ℃范围内，S的变化趋势是 (填字母)。
A．一直增大 B．一直减小 C．先增大后减小 D．先减小后增大
②由图像可知，H2转化率在600 ℃时大于400 ℃，其原因是
③温度较低时，两条曲线重合的原因是
4．龙岩5月质检)丙烯腈()是合成橡胶及合成树脂等工业中的重要原料，以 为原料合成丙烯腈的反应过程如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
科学家通过DFT计算得出反应Ⅱ的历程包含p、q两步，其中p步反应的化学方程式为
已知：部分化学键键能如表所示：
化学键 键能/(kJ/mol) 化学键 键能/(kJ/mol)
C－H 413 C==C 615
O－H 463 C－O 351
N－H 389 C==O 745
C－C 348 C≡N 891
C－N 305
(1) q步反应的热化学方程式为____________
(2) 在盛有催化剂TiO2、压强为200 kPa的恒压密闭容器中按体积比2∶15充入和NH3发生反应，通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①ΔH1______0(填“＞”“＜”)
②含碳物质检测过程中，未检测出，反应活化能相对大小应为p______(填“＞”“＜”)q
③M点时，体系中H2O(g)的体积分数为______________(保留三位有效数字)。
④N点时，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝____________kPa(保留三位有效数字)；150～350 ℃范围内，物质的量分数表示的平衡常数Kx的相对大小：反应Ⅰ______(填“＞”“＜”或“＝”)反应Ⅱ
⑤上述条件下丙烯腈的平衡产率不高，实际生产中会向反应器中再充入一定量N2(不参与反应)，请解释该操作的目的并说明理由：______________________________________________________
5．CO2－CH4干重整反应制合成气(H2、CO)是CO2资源化利用的重要研究方向，其反应主要包括：
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g) ΔH1＝＋247.34 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) ΔH2
(1)已知H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol－1和283 kJ·mol－1，水的汽化热为44 kJ·mol－1，则ΔH2＝__________kJ·mol－1；能同时提高CH4(g)的平衡转化率和反应速率的措施为__________________(写一条即可)
(2)向T ℃、2.8 MPa的恒压密闭容器中，充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2(g)发生反应Ⅰ和Ⅱ。达到平衡时，CO2的转化率为80%，＝3，则平衡时气体的总物质的量n总＝________ mol；反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝________ (MPa)2；若反应在刚性容器中达到平衡，则CO2(g)的转化率________(填“＞”“＜”或“＝”)80%
(3)实验研究发现，在(2)条件下，催化剂表面产生积炭与下列2个反应有关：
反应Ⅲ：CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3＝＋74.87 kJ·mol－1
反应Ⅳ：2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4＝－172.47 kJ·mol－1
①已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只取决于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化，反应Ⅲ和反应Ⅳ的ΔG与T的关系如图1所示，其中表示反应Ⅲ的曲线为________(填“a”或“b”)；在200～400 ℃时催化剂表面产生的积炭主要来自反应______(填“Ⅲ”或“Ⅳ”)
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②实验表明，反应温度、压强和进料比对催化剂表面积炭生成量的影响如图2、图3所示。
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据此判断，有利于减少积炭量的措施为________(填字母)
A．压强一定时，增大且升高温度
B．一定时，升高温度且减小压强
C．温度一定时，增大且增大压强
D．温度一定时，降低且减小压强
6．利用合成气(CO、H2)合成碳—有机物称为碳－化工。工业上利用天然气催化重整获得合成气，有关反应如下：
①CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g) ΔH1＝＋247.5 kJ·mol－1
②CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH2
③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41.2 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)ΔH2＝________kJ·mol－1
(2)在刚性密闭容器中充入一定量的CH4和CO2，发生上述反应①。其他条件相同，在Cat1、Cat2两种催化剂作用下，反应相同时间，CH4转化率与温度关系如图1所示
图1
①催化效率较高的是________(填“Cat1”或“Cat2”)；b点________(填“达到”或“未达到”)平衡
②温度高于400 ℃，升高温度，b→c段CH4转化率下降的主要原因可能是_____________________
(3)在恒压条件下，CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)中CH4平衡转化率与投料比η[η＝]、温度关系如图2所示，图中温度：T3＞T2
图2
①c点平衡混合气体中H2体积分数为____________；a、b两点投料相同时，对应的反应速率：v(a)______(填“＞”“＜”或“＝”)v(b)
②若d点的总压强为p0 MPa，则d点的分压平衡常数(Kp)为________(MPa)2(列出计算式即可，用平衡分压计算的平衡常数为Kp，分压＝总压×物质的量分数)
③解释a、c两点成一条直线的原因：______________________________
(4)反应③为CO催化变换反应。研究表明，CO催化变换反应的速率方程为v＝k[x(CO)·x(H2O)－]，该表达式中x(CO)、x(H2O)、x(CO2)、x(H2)分别表示相应的物质的量分数，Kp为分压平衡常数，k为速率常数，温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下，反应速率随温度变化的曲线如图所示。根据速率方程分析，T＞Tm时v逐渐减小的原因是____________________
7．Ⅰ.习近平总书记在十九届中共中央政治局第三十六次集中学习时强调，实现“碳达峰”“碳中和”是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。因此，二氧化碳的合理利用成为研究热点。
(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)===NH2COONH4(s) ΔH1＝－159.5 kJ·mol－1
反应Ⅱ：NH2COONH4(s)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH2＝＋72.5 kJ·mol－1
反应Ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH3
反应Ⅲ的ΔH3＝________kJ·mol－1，据此判断该反应在________(填“低温”“高温”或“任意温度”)条件下能自发进行
(2)用H2还原CO2可以合成CH3OH：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜(能选择性分离出H2O)时甲醇的产率随温度的变化如图所示。P点甲醇产率高于T点的原因为________。
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(3)CO2的再利用技术是促进可持续发展的措施之一，南开大学化学学院陈军院士课题组则成功研制出新型的
Na－CO2电池，如图是一种Na－CO2二次电池，其中钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池放电产物为Na2CO3和C，则放电时正极电极反应式为___________________________________
Ⅱ.我国自主知识产权的首套煤基乙醇工业化项目的生产过程：先用煤制得乙酸甲酯，再将乙酸甲酯转化为乙醇。乙酸甲酯转化为乙醇涉及反应原理：
主反应：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g) ΔH1＝－23.61 kJ·mol－1
副反应：CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g) ΔH2＝＋0.99 kJ·mol－1
在催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)：
化学吸附：H2―→2H*
表面反应：CH3COOCH3＋4H*―→CH3CH2OH*＋CH3OH*
化学脱附：CH3CH2OH*―→CH3CH2OH
CH3OH*―→CH3OH
已知：化学吸附的活化能大，决定主反应的反应速率
(4)在1 L恒容密闭容器中充入1 mol乙酸甲酯(g)，乙酸甲酯(g)的平衡转化率与温度和氢酯比(x)[x＝]的关系如图：
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①x1、x2、x3的大小关系为________
②250 ℃、x1＝10，C2H5OH的选择性为60%，则主反应的平衡常数为________(保留2位有效数字)。[乙醇选择性＝]
(5)其他条件相同，反应经过相同时间，乙酸甲酯(g)的转化率与乙醇的选择性随氢酯比的变化如图所示。氢酯比(x)在2～9之间，乙醇的选择性逐渐增大的原因为________________________________
【化学反应原理综合题型集训之多重平衡中的Kp计算】答案
1．(1)＜
(2)80
(3)＞ 温度升高，催化剂活性降低，且催化剂对化学反应速率的影响大于温度对化学反应速率的影响
(4)＞ 反应Ⅰ为放热反应，由甲到乙相当于升高温度，平衡逆向移动，C2H4的平衡转化率降低
【解析】 (1) 反应Ⅰ的ΔS＜0，反应能自发进行，所以ΔH1＜0。(2) 设n(C2H4)、n(CO)、n(H2)物质的量分别为1 mol、2 mol、1 mol，达到平衡时C2H4的转化率为80%，即反应消耗C2H4物质的量为0.8 mol，C2H6的选择性为25%，则生成的C2H6为0.8 mol ×25%＝0.2 mol，则反应Ⅱ消耗的H2为0.2 mol，消耗的C2H4有0.2 mol，反应Ⅰ消耗的C2H4为0.6 mol，消耗的H2为0.6 mol，共消耗H2物质的量为0.8 mol，H2的转化率为80%；反应初始气体总物质的量为4 mol，初始总压强为4p kPa，CO初始分压p kPa，反应Ⅰ消耗CO为0.6 mol，即压强变化0.6p kPa，反应速率为；利用三步计算法可知：平衡时，n(C2H4)＝0.2 mol，n(H2)＝0.2 mol，n(CO)＝1.4 mol，n(C2H6)＝0.2 mol，n(CH3CH2CHO)＝0.6 mol，气体总物质的量为2.6 mol，初始时气体总物质的量为4 mol，总压为4p kPa，则平衡时各物质分压为p(C2H4)＝0.2p kPa，p(H2)＝0.2p kPa，p(CO)＝1.4p kPa，p(C2H6)＝0.2p kPa，p(CH3CH2CHO)＝0.6p kPa，Kp＝＝。
2．(1)－72.1 >
(2) L2 L1
(3)①0.25
②增大 反应Ⅰ和Ⅱ正向都是气体体积减小的反应，增大反应体系的分压，平衡正向移动，转化率增大
解析：(1)由题意可知，反应Ⅱ的反应热ΔH2＝(－485.7 kJ·mol-1)－[(－171.8 kJ·mol-1)＋(－241.8 kJ·mol-1)]＝－72.1 kJ·mol-1，同理可知反应Ⅰ的反应热ΔH1＝－51.3 kJ·mol-1；同种物质由液态到气态是熵增加的过程，则熵变ΔS1大于ΔS1′；(2)反应Ⅰ和Ⅱ都是放热反应，由方程可知，温度升高，反应的压强平衡常数都减小；相同温度时，放热反应的焓变越大，反应的压强平衡常数越小，则曲线L2表示反应Ⅰ的压强平衡常数与温度的关系，曲线L1表示反应Ⅱ的压强平衡常数与温度的关系；(3)①CH2===CHCH2OH(g)和H2O(g)起始充入的和发生反应Ⅰ、Ⅱ消耗的物质的量之比均为1∶1，故平衡时二者物质的量相等，即其分压相等，则平衡时CH2===CHCH2OH(g)、H2O(g)的分压都为×(300－100－20－140)kPa＝20 kPa，所以反应Ⅱ的压强平衡常数K＝＝0.25 kPa-1；②反应Ⅰ和Ⅱ都是气体体积减小的反应，若其他条件不变，初始时不充入He(g)，而是按1∶1的体积比充入CH2===CHCH2OH(g)和H2O(g)，则恒压密闭容器中反应体系分压增大，平衡向正反应方向移动，新平衡时水蒸气的转化率增大。
3．(1)C
(2)C
(3)0.05 19.2
(4)①C ②温度升高，反应速率加快 ③温度较低时只发生反应Ⅰ
解析：(1)由图可知，升高温度，反应Ⅰ的平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，该反应为气体体积减小的放热反应，降低温度和增大压强有利于平衡向正反应方向移动，提高甲醇的选择性，故选C。
(2)升高温度，反应Ⅱ的平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，该反应为焓变大于0的吸热反应，由盖斯定律可知，反应Ⅰ-Ⅲ得到反应Ⅱ，则ΔH1-ΔH3>0，由平衡常数与温度变化关系图知，反应Ⅰ、Ⅲ正反应均为放热反应，即ΔH1<0，ΔH3<0，所以0<<1，故选C。
(3)由题意，设平衡时CO2、H2O、CO的浓度分别为x mol·L-1、y mol·L-1、z mol·L-1，投料时n(CO2)=1 mol，n(H2)=3 mol，则n(C)=1 mol，n(O)=2 mol，n(H)=6 mol，根据元素守恒，列方程组
解得x=z=0.05，y=0.15，
则平衡时二氧化碳的浓度为0.05 mol·L-1，反应Ⅰ的平衡常数为=19.2。
(4)①由图可知，400~600 ℃范围内，二氧化碳的转化率增大幅度大于氢气转化率的增大幅度，则S值呈增大趋势，600~1 000 ℃范围内，二氧化碳的转化率增大幅度小于氢气转化率的增大幅度，则S值呈减小趋势，所以400~1 000 ℃范围内，S值的变化趋势为先增大后减小。
4．(1)
(2)①＞
②＜
③12.4%
④2.14 ＞
⑤提高丙烯腈的平衡转化率，因为恒压下充入N2，反应Ⅱ中各物质分压减小，平衡正向移动
解析：(1) 反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和可知，ΔH＝(8×413＋615＋2×351＋2×348＋745＋3×389)kJ/mol －(8×413＋615＋2×348＋745＋305＋2×389＋351＋463)kJ/mol ＝－28 kJ/mol 。(2) ①由图知，在200 ℃之前，平衡体系中物质的量分数几乎不变，即反应Ⅱ反应程度变化不大，平衡体系中的物质的量分数随温度的升高而逐渐增大，的物质的量分数随温度的升高而逐渐减小，则说明反应Ⅰ平衡正向移动，即反应Ⅰ为吸热反应，ΔH1＞0。②反应Ⅱ的历程包含p、q两步，含碳物质检测过程中，未检测出，说明生成该物质的速率慢，消耗该物质的速率快，即其中q步为决速步骤，该步骤活化能较大，p步活化能＜q步活化能。③设初始投入物质的量为2 mol，NH3物质的量为15 mol，M点平衡体系中的含碳物质的物质的量分数为80%，几乎为0，则反应Ⅰ生成的H2O(g)物质的量为2 mol，根据三段式分析：
则×100%＝80%，解得x＝0.4 mol，平衡体系中H2O(g)的体积分数＝×100%≈12.4%。④N点平衡体系中与的含碳物质的物质的量分数均为50%，几乎为0，利用三段式分析：
则则×100%＝50%，解得y＝1 mol，平衡体系中与的物质的量均为1 mol，NH3的物质的量为14 mol，H2O(g)的物质的量为3 mol，的物质的量为1 mol，气体总物质的量为20 mol，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝≈2.14 kPa。⑤由温度升高，的含碳物质的物质的量分数增大，反应Ⅱ平衡正移，可知反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为吸热反应，在200 ℃之前，平衡体系中物质的量分数几乎不变，即反应Ⅱ反应程度小，平衡常数Kx小，含碳物质的物质的量分数较大，反应Ⅰ反应程度大，平衡常数Kx大于反应Ⅱ平衡常数Kx，且随温度升高到一定温度，几乎为0，则平衡常数Kx＞105，反应Ⅱ随温度升高，平衡常数Kx增大，但仍小于反应Ⅰ平衡常数Kx，则反应Ⅰ平衡常数Kx＞反应Ⅱ平衡常数Kx；再充入一定量N2，总压不变情况下，各物质的分压减小，相当于减小压强，则反应Ⅱ平衡正向移动，提高丙烯腈的平衡转化率。
5．(1)＋41.2 升高温度或增大c(CO2)(答案合理即可)
(2)2.8 1.92 ＜
(3)①b Ⅳ ②BD
解析：(2)设参加反应Ⅰ的CH4的物质的量为a mol，参加反应Ⅱ的H2的物质的量为b mol，列出关系式：
CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)
起始量/mol 1 1 0 0
反应量/mol a a 2a 2a
H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)
反应量/mol b b b b
平衡量/mol 2a－b 1－a－b b 2a＋b
则a＋b＝0.8，＝3，解得a＝b＝0.4。则平衡时CH4、CO2、CO、H2、H2O的物质的量分别为0.6 mol、0.2 mol、1.2 mol、0.4 mol、0.4 mol，气体的总物质的量n总＝2.8 mol；反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝＝＝1.92(MPa)2；若反应在刚性容器中达到平衡，反应Ⅰ反应后气体分子数增加，则相当于恒压容器到达平衡后加压，平衡逆向移动，CO2(g)的转化率减小，即CO2(g)的转化率<80%。
(3)①反应Ⅲ的ΔS>0、ΔH3>0，则该反应在高温下自发进行，故曲线b表示反应Ⅲ；在200～400 ℃时，反应Ⅲ(b曲线)的ΔG>0，反应不能自发进行，反应Ⅳ(a曲线)的ΔG<0，反应能自发进行，则催化剂表面产生的积炭主要来自反应Ⅳ。②A项，由图2可知，压强一定时，升高温度，积炭量不断减少，增大，积炭量不断增大；B项，由图2可知，一定时，升高温度，积炭量不断减少，由图3可知，减小压强，积炭量不断减少；C项，温度一定时，由图2可知，增大，积炭量不断增大，由图3可知，增大压强，积炭量不断增大；D项，温度一定时，由图2可知，降低，积炭量不断减少，由图3可知，减小压强，积炭量不断减少。
6．(1)＋206.3
(2)①Cat2 未达到
②催化剂活性降低
(3)①50% ＜
②eq \f((p0)3×(p0),(p0)×(p0))
③增大投料比CH4平衡转化率减小和升高温度CH4平衡转化率增大恰好抵消
(4)T＞Tm时，升高温度，Kp减小，Kp减小对速率降低程度大于k增大对速率提高程度
解析：(1)根据盖斯定律，①＋③＝②，则ΔH2＝ΔH1＋ΔH3＝(247.5－41.2) kJ·mol-1＝＋206.3 kJ·mol-1。(2)①不同温度下，相同时间内甲烷转化率不同，实质是反应速率不同。相同温度下，Cat2作用下转化率较大，催化效率较高。该反应ΔH>0，升高温度，CH4平衡转化率升高，平衡转化率与催化剂无关，如果b点达到平衡，则b点转化率应高于Cat2曲线的最高点，故b点未达到平衡。②b→c，温度过高，催化剂Catl活性降低，导致甲烷转化率快速下降。
(3)①设c点CH4(g)与H2O(g)的投料量均为1 mol，用三段式计算：
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 1.5
此平衡体系中，H2体积分数为×100%＝50%。a、b两点投料相同，反应为吸热反应，温度升高，平衡向正反应方向移动，平衡转化率增大，故温度T1>T2，温度升高，反应速率增大。
②d点三段式如下：
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol 0.8 0.8 0.8 2.4
平衡/mol 0.2 0.2 0.8 2.4
Kp＝eq \f((p0)3×(p0),(p0)×(p0))(MPa)2。
③相同投料比，升温，甲烷转化率增大；相同温度，投料比增大，甲烷转化率减小，当二者影响程度相同时，则其转化率相等。
(4)CO变换反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，Kp减小；升高温度，k增大；Kp减小对速率的降低程度大于k增大对速率的提高程度。
7．(1)－87.0 低温
(2)分子筛膜能不断分离出H2O(g)，有利于反应正向进行
(3)3CO2＋4e－===2CO＋C
(4)①x3＞x2＞x1 ②0.066
(5)氢气的化学吸附是决速步，增大氢气浓度可加快整体化学反应速率，且副反应的速率增大幅度小于主反应
解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅰ＋反应Ⅱ得反应Ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝－159.5 kJ·mol－1＋(＋72.5 kJ·mol－1)＝－87.0 kJ·mol－1，该反应是气体体积减小的放热反应，ΔS<0，ΔH－TΔS<0时反应能自发进行，则该反应在低温时能自发进行。(2)P点有分子筛膜，T点无分子筛膜，分子筛膜能不断分离出H2O(g)，有利于反应正向进行，P点甲醇产率高于T点。(3)放电时，正极反应可以理解为“CO2得到4e－还原为C，余下的两个O2－进一步结合CO2生成CO”，电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C。(4)①根据主反应CH3COOCH3(g)＋2H2(g) C2H5OH(g)＋CH3OH(g)可知，H2的浓度越大，即x越大，乙酸甲酯的转化率越大，则x3＞x2＞x1。②由图可知250 ℃、x1＝10时，乙酸甲酯的平衡转化率为90%，假设主反应中消耗的乙酸甲酯为x mol，副反应中消耗的乙酸甲酯为y mol，根据三段式：
CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g)
起始/mol 1 10 0 0
转化/mol x 2x x x
平衡/mol 0.1 10－2x x－y x＋y
CH3COOCH3(g)＋C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋CH3OH(g)
起始/mol x 0 0
转化/mol y y y y
C2H5OH的选择性为60%，即＝0.6，x－y＝0.54，由乙酸甲酯的转化率为90%可知x＋y＝0.9，联立方程组解得x＝0.72，则主反应K＝＝≈0.066。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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