多重平衡体系专题复习

高三一轮复习

——多重平衡体系专题复习知识回顾

1.概念：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，同时也可能是其它反应的反应物，在一定的条件下，这些反应都可以达到平衡状态。这种现象称作为多重平衡现象，该体系称作为多重平衡体系。2.类型：定性---改变反应条件对平衡体系的影响

定量---计算改变反应物质的量引起的平衡常数、转化率等的计算【例1】.(课标全国Ⅰ,28)28．二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：甲醇合成反应：(i)CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)△H1=－90.1kJ·mol－1

(ii)CO2(g)+3H2(g)==CH3OH(g)+H2O(g)△H=－49.0kJ·mol－1

水煤气变换反应：(iii)CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)△H=－41.1kJ·mol－1

二甲醚合成反应：(iv)2CH3OH(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=－24.5kJ·mol－1

回答下列问题：

(2)分析二甲醚合成反应(iv)对于CO转化率的影响_______________________。一、定性分析【例题2】.(全国课标Ⅱ,27)

.甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1==-99kj·mol-1②CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H2==-58kJ·mol-1③CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H3===＋41

kJ·mol-1

回答下列问题：（3）合成气组成n（H2）/n（CO+CO2）=2.60时，体系中的CO平衡转化率（a）与温度和压强的关系如图2所示，a（CO）值随温度升高而_________（填“增大”或“减小”），其原因是___________；图2中的压强由大到小为

，其判断理由是_________。（3）减小

升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低

p3＞p2＞p1

相同温度下，由于反应①为气体分数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高

【例题3】（全国II卷）丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈CH3CN等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)△H=-515kJ/mol②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)△H=-353kJ/mol(1)两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是

；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是

；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是

。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460OC．低于460OC时，丙烯腈的产率

（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是

；高于460OC时，丙烯腈产率降低的可能原因是

（双选，填标号）A．催化剂活性降低B．平衡常数变大C．副反应增多D．反应活化能增大（1）因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由图a可知，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。【例题3】（全国II卷）丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈CH3CN等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)△H=-515kJ/mol②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)△H=-353kJ/mol(1)两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是

；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是

；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是

。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460OC．低于460OC时，丙烯腈的产率

（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是

；高于460OC时，丙烯腈产率降低的可能原因是

（双选，填标号）A．催化剂活性降低B．平衡常数变大C．副反应增多D．反应活化能增大D反应活化能的大小不影响平衡，错误答案AC【小结】：定性分析

1.找准目标物质及所在反应2.根据原理（勒沙特列原理以及影响速率的因素等），

推断条件改变的影响3.综合判断1.化学平衡常数

是

的物理量。2.表达式

对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，平衡常数的表达式为：K＝

。定量描述化学反应限度注意化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且固体、纯液体不写入平衡常数表达式，视为1。

二、化学平衡常数知识回顾3.压强平衡常数某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝

【答案】C

三、多重平衡的定量分析与计算三、连续型多重平衡的分析与计算【例5】19天津）在1L真空密闭容器中，加入amolPH4I，

t℃时发生如下反应PH4I(s)PH3(g)+HI(g)①4PH3(g)P4(g)+6H2(g)②2HI(g)H2(g)+I2(g)③达到平衡时，体系中n(HI)=bmol，n(I2)=cmol，n(H2)=dmol，则t℃时，反应①的平衡常数K

值为

。K=c(PH3)∙c(HI)step1：写出平衡常数表达式PH4IPH3HIP4H2H2I2c

c

d-c

消耗2cb+2cb+2cstep3：流程分析=

(d-c)23[b+2c-]∙b消耗(d-c)23任何物质只有一个平衡浓度！step2：连续型多重平衡三、连续型多重平衡的分析与计算三、连续型多重平衡的分析与计算PH4I(s)PH3(g)+HI(g)4PH3(g)P4(g)+6H2(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)step1step2平衡时xx开始反应平衡xx0000cbccc2cx=2c+bd-cd-c

(d-c)23

(d-c)23b+2c-再次平衡

(d-c)23b+2c-b“三段式”是平衡计算的核心方法方法二三、竞争型多重平衡的分析与计算三、竞争型多重平衡的分析与计算【例6】（2020山东高考）以CO2、H2为原料合成CH3OH。反应①CO2(g)+

3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1＝-49.5kJ·mol-1反应②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝-90.4kJ·mol-1反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3＝+40.9kJ·mol-1

一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3mol的H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol。此时H2O(g)的浓度为______mol﹒L-1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应③的平衡常数为

(用a、b、V表示)。K=step1：写出平衡常数表达式c(CO)∙c(H2O)c(CO2)∙c(H2)三、竞争型多重平衡的分析与计算

一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3mol的H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol。反应③的平衡常数为

(用a、b、V表示)。step2：竞争型多重平衡ABC生成目标产物的为主反应其余反应为副反应思考：哪一步反应是主反应？【例6】（20山东）以CO2、H2为原料合成CH3OH。反应①CO2(g)+

3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1＝-49.5kJ·mol-1反应②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝-90.4kJ·mol-1反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3＝+40.9kJ·mol-1三、竞争型多重平衡的分析与计算【例6】（2020山东高考）反应①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)主反应副反应盖斯定律分析可知①=②+③

VL；开始时

1molCO2和3molH2；平衡时，CH3OH(g)

amol，CO

bmol。K？CO由CO2反应而来CH3OH由CO2反应而来（②、③可知CO是生产CH3OH过程的中间产物）利用反应①、③计算step2：竞争型多重平衡step3：“三段式”计算三、竞争型多重平衡的分析与计算

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)开始反应平衡aaaa3a任何物质只有一个平衡浓度！bbbbbc(CO2)平衡=1-a-bVmol/Lc(H2)平衡=3-3a-bVmol/Lc(H2O)平衡=a+bVmol/LK=c(CO)∙c(H2O)c(CO2)∙c(H2)找准消耗量是关键！三、竞争型多重平衡的分析与计算

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

VL；开始时

1molCO2和3molH2；平衡时，CH3OH(g)

amol，CO

bmol。“守恒法”计算C守恒：n(CO2)消耗=n(CH3OH)+n(CO)

=(a+b)molO守恒：n(CH3OH)平衡=n(H2O)n(CO)平衡=n(H2O)n(H2O)平衡=(a+b)moln(CO2)平衡=(1-a-b)molH守恒：n(H2)消耗=2n(CH3OH)+n(H2O)

=(2a+a+b)moln(H2)平衡=(3-3a-b)mol三、竞争型多重平衡的分析与计算【提升训练】【提升训练】答案77.78%3906.25【提升训练】【体验应用】21山东高考【例10】（2019全国Ⅰ卷改编）Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。计算CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的压强平衡常数（用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数）step1：写出平衡常数表达式K=c(CO2)∙c(H2)c(CO)∙c(H2O)【拓展训练】（2019全国Ⅰ卷改编）Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴(Co)，平衡后气体中H2的物质的量分