2023届新教材高考化学一轮复习多重平衡体系学案.docx

多重平衡体系1多重平衡一个化学反应体系中，往往存在着多个化学反应，一种物质既可能是某个反应的产物，同时也可能是其他化学反应的反应物，在一定条件下，这些反应都可以达到平衡状态，这种现象称作多重平衡现象，该体系称作多重平衡体系。2多重平衡规则在多重平衡体系中，如果一个反应由另外两个或多个反应相加减而来，则该反应的平衡常数等于这两个或多个反应的平衡常数的乘积或商。3多重平衡问题的解题思路【典例】(2020·山东等级考节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：.CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g) H149.5 kJ·mol1.CO(g)2H2(g) CH3OH(g) H290.4 kJ·mol1.CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)H3一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为_mol·L1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应的平衡常数为_。【解析】假设反应中，CO反应了x mol，则生成的CH3OH为x mol，生成的CH3OH为(ax)mol，生成CO为(bx)mol，根据反应：，反应： ，反应：，所以平衡时水的物质的量为(ax)mol(bx)mol(ab)mol，浓度为 mol·L1；平衡时CO2的物质的量为1 mol(ax) mol(bx) mol(1ab) mol，H2的物质的量为3 mol3(ax) mol2x(bx) mol(33ab) mol，CO的物质的量为b mol，水的物质的量为(ab) mol，则反应的平衡常数为答案：原因分析·理论解释本题中也可以根据原子守恒进行有关计算。请利用碳原子守恒计算平衡时CO2的物质的量。提示：已知反应CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)、CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)，根据碳原子守恒可知n(CO2)消耗n(CH3OH)n(CO)(ab)mol，所以n(CO2)平衡(1ab) mol。·命题角度一：竞争型多重平衡1(2022·广州模拟)二甲醚(CH3OCH3)被称为“21世纪的清洁燃料”。以CO2、H2为原料制备二甲醚涉及的主要反应如下：.2CO2(g)6H2(g) CH3OCH3(g)3H2O(g) H1122.5 kJ·mol1.CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g) H241.1 kJ·mol1回答下列问题：(1)反应2CO(g)4H2(g) CH3OCH3(g)H2O(g)的H_。(2)在压强、CO2和H2的起始投料一定的条件下，发生反应、，实验测得CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图所示。已知：CH3OCH3的选择性×100%，其中表示平衡时CH3OCH3的选择性的是曲线_(填“”或“”)；温度高于300 时，曲线随温度升高而升高的原因是_；为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性，应选择的反应条件为_(填标号)。a低温、低压b高温、高压c高温、低压 d低温、高压【解析】(1)由盖斯定律有“×2”得到2CO(g)4H2(g) CH3OCH3(g)H2O(g)，所以HH12H2(122.582.2) kJ·mol1204.7 kJ·mol1。(2)升高温度，反应向吸热方向进行(即H0的方向)，所以反应向逆向进行，向正向进行，CH3OCH3变少，CO2增多，故CH3OCH3选择性应一直减小，故表示平衡时CH3OCH3选择性的是曲线；当T300 时曲线(CO2平衡转化率)随温度升高的原因为反应的H1<0，的H2>0，升高温度使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度，故温度T300 时反应占主导；增大压强，反应向气体体积减小的方向进行，若想要提高CH3OCH3的选择性，应向反应的正反应方向进行、的逆反应方向进行，所以应选择低温高压。答案：(1)204.7 kJ·mol1(2)高于300 时，以反应为主，反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大d【加固训练】(2022·济南模拟)CO2催化重整CH4的反应：()CH4(g)CO2(g) 2CO(g)2H2(g)；H1，主要副反应：()H2(g)CO2(g) CO(g)H2O(g)；H20，()4H2(g)CO2(g) CH4(g)2H2O(g)；H30。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比11充入气体，加入催化剂，测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是()A.H10B若反应、消耗等量的CO2时，转移电子数之比为34C300580 时，H2O的体积分数不断增大，是由于反应()生成H2O的量大于反应()消耗的量DT时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则反应()的平衡常数小于81【解析】选C。反应()可由2倍()减去反应()得到，故H12H2H3，再根据图示，随温度的升高，CH4和CO2的体积分数减小，说明升温，平衡正向移动，而升温平衡向吸热方向移动，正反应吸热，H10，故A正确；反应每消耗1 mol CO2，转移电子数为6 mol，反应每消耗1 mol CO2，转移电子数为8 mol，所以反应、消耗等量的CO2时，转移电子数之比为34，故B正确；300580 时，H2O的体积分数不断增大，反应()是放热反应，升温时，平衡逆向移动消耗H2O，反应()是吸热反应，升温时正向移动，生成H2O，而由于反应()消耗H2O的量小于反应()生成H2O的量，故C错误；T时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则CO2转化的浓度为×75%0.75 mol·L1，根据三段式：CH4(g)CO2(g) 2CO(g)2H2(g)起始量:mol·L-11100转化量:mol·L-10.750.751.51.5平衡量:mol·L-10.250.251.51.5若不考虑副反应，则反应()的平衡常数，但由于副反应()中，消耗的氢气的量比二氧化碳多得多，故计算式中，分子减小得更多，值小于81，故D正确。·命题角度二：连续型多重平衡2(2019·天津高考节选)在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t 时发生如下反应：PH4I(s) PH3(g)HI(g)4PH3(g) P4(g)6H2(g) 2HI(g) H2(g)I2(g) 达平衡时，体系中n(HI)b mol，n(I2)c mol，n(H2)d mol，则t 时反应的平衡常数K值为_(用字母表示)。【解析】2HIH2I2，因反应达到平衡时，n(I2)c mol，即该反应生成n(H2)c mol，反应消耗n(HI)2c mol，则PH4I分解生成n(PH3)n(HI)(b2c) mol；在反应4PH3P46H2中，生成n(H2)(dc) mol，该反应消耗的n(PH3)(dc) mol，在反应PH4I(s) PH3HI达到平衡时，n(HI)b mol，n(PH3)(b2c) mol(dc) mol，该反应的化学平衡常数Kb×(b2c)(dc)(b)×b。答案：(b)b【加固训练】有效除去大气中的SO2和氮氧化物，是打赢蓝天保卫战的重中之重。某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)(慢反应)H0，2NO2(g) N2O4(g)(快反应)H0，体系的总压强p总和p(O2)随时间的变化如图所示：(1)图中表示O2压强变化的曲线是_(填“甲”或“乙”)。(2)已知N2O5分解的反应速率v0.12p(N2O5)kPa·h1，t10 h时，p(N2O5)_kPa，v_kPa·h1(结果保留两位小数，下同)。(3)该温度下2NO2(g) N2O4(g)反应的平衡常数Kp_kPa1(Kp为以分压表示的平衡常数)。【解析】(1)根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强变化曲线。(2)t10 h时，p(O2)12.8 kPa，由2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa，起始压强为53.8 kPa，所以10 h时p(N2O5)(53.825.6) kPa28.20 kPa，N2O5分解的反应速率v0.12p(N2O5) kPa·h10.12×28.20 kPa·h13.38 kPa·h1。(3)N2O5完全分解时，p(NO2)53.8 kPa×2107.6 kPa，p(O2)26.9 kPa。由题可得：2NO2(g) N2O4(g)起始分压/kPa107.60改变分压/kPa2x x平衡分压/kPa107.62xx有107.62xx26.994.7 kPa，解得x39.8 kPa，平衡常数Kp kPa10.05 kPa1。答案：(1)乙(2)28.203.38(3)0.05