热点题型14 多重平衡体系的分析与计算

热点题型14多重平衡体系的分析与计算

（2025·山东高考20题）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：

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。回答下列问题：

【思路导引】

答案：

ΔH1＋ΔH2

（2）乙线所示物种为

（填化学式）。反应Ⅲ的焓变ΔH3

0（填

“＞”“＜”或“＝”）。【思路导引】答案：

H2O

＜

（3）T1温度下，体系达平衡时，乙线、丙线所示物种的物质的量相等，

若丁线所示物种为a

mol，则S2为

mol（用含a的代数式表示）；此

时，CaS与CaSO4物质的量的差值n（CaS）－n（CaSO4）＝

mol（用

含a的最简代数式表示）。【思路导引】根据H元素守恒：n（H2S）＝n（H2）－n（H2O）＝（0.1－101a）

mol；根据S元素守恒：n（S2）＝0.5[n（SO2）－n（H2S）]＝（0.45＋

0.5a）mol；根据O元素守恒：n（CaSO4）＝0.25[2n（SO2）－n（H2O）]＝（0.5－

75a）mol；根据Ca元素守恒：剩余n（CaS）＝1－n（CaSO4）＝（0.5＋75a）mol；则CaS与CaSO4物质的量的差值n（CaS）－n（CaSO4）＝150a

mol。答案：

0.45＋0.5a

150a

【思路导引】

答案：

增大减小1.

利用元素守恒法快速解决多重平衡计算问题（1）反应体系中，任何状态均遵循元素守恒，利用元素守恒和“三段

式”搞清楚起始量、转化量、平衡量之间的关系。（2）元素守恒法解题基本思路2.

多重平衡体系类型（1）①竞争性的多重平衡，此类反应被称为平行反应或竞争反应。平行

反应指的是反应物相同，生成物不同的两个或多个反应（其中一个生成目

标产物的反应是主反应，其余的是副反应）。②连续性的多重平衡，此类

反应被称为连续反应或分步反应。（2）连续反应的思维模型连续反应中只要有一个反应平衡发生移动，那么另一个反应平衡也会

联动。（3）竞争反应的思维模型

1.

（2026·山东德州开学考）乙酸和氢气制备乙醇的过程中涉及如下

反应：

已知：①副反应的热效应很小；②整个过程中生成的n（CH3CH2OH）＞n（CH3COOCH2CH3）；

回答下列问题：

ΔH1－

ΔH2

（2）按n（H2）＝1

mol，n（CH3COOH）＝0.1

mol投料发生上述反应，

如图表示2.0

MPa条件下平衡时S（乙醇）、S（乙酸乙酯）随温度的变

化，以及250

℃条件下平衡时S（乙醇）、S（乙酸乙酯）随压强的变化。①2.0

MPa条件下S（乙酸乙酯）随温度的变化曲线是

，250

℃条件

下S（乙醇）随压强变化的曲线是

⁠。b

d

②乙酸乙酯物质的量分数A

B（填“＞”“＜”或“＝”）；若测得

A点n（H2O）＝a

mol，则n（C2H5OH）＝

mol；副反应的Kp

＝

（用含a最简代数式表示）。

＝

0.9a

减小

解析：①主反应为气体体积减小的放热反应，副反应是气体体积

不变的放热反应，增大压强，主反应正向移动，副反应不发生移动，

乙醇的选择性上升，乙酸乙酯的选择性下降；升高温度，主反应和副

反应平衡均逆向移动，主反应逆向移动的程度大于副反应，所以乙醇

的选择性随着温度升高而减小，乙酸乙酯的选择性上升，综上所述，

2.0

MPa下，乙醇选择性随温度变化的曲线是c，乙酸乙酯选择性随温度变化的曲线是b，250

℃下，乙醇选择性随压强变化的曲线是d，乙酸乙酯选择性随压强变化的曲线是a。②根据图像知，A、B两点都是在250

℃，2.0

MPa条件下达到化学平衡，所以A、B处于完全相同的化学平衡状态，即乙酸乙酯物质的量分数A＝B；A点时n（H2O）＝a

mol，乙醇的选择性为90％，设主反应生成水x

mol，副反应生成水y

mol，则有主反应：

2.

（2025·江西模拟）“氢能源”的开发利用意义重大。乙醇与水催化重整制“氢”发生如下反应。

（1）反应Ⅰ的ΔH1＝

，该反应

（填“高

温”或“低温”或“不能”）自发进行。解析：

根据盖斯定律，反应Ⅰ＝反应Ⅲ

－2×反应Ⅱ，则ΔH1＝ΔH3－2ΔH1＝（＋

173.3

kJ·mol－1）－2×（－41.2

kJ·mol

－1）＝＋255.7

kJ·mol－1；根据ΔG＝ΔH

－TΔS＜0时可自发反应，ΔH1＝＋255.7

kJ·mol－1＞0，该反应气体分子数增大，ΔS＞0，故可在高温下自发进行。＋255.7

kJ·mol－1

高温

回答下列问题：（2）压强为100

kPa下，1

mol

C2H5OH（g）和3

mol

H2O（g）发生上述反

应，平衡时CO2和CO的选择性、乙醇的转化率随温度的变化曲线如图。

①表示CO2选择性的曲线是

（填字母）；②573

K时，生成CO的物质的量为

⁠；a

0.18

mol

解析：①反应Ⅰ、Ⅲ为吸热反应，反应

Ⅱ为放热反应，随着温度的升高，反应Ⅰ、

Ⅲ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，反

应Ⅱ逆向移动CO2转化为CO，故温度升高

CO的选择性增大，CO2的选择性减小，由

于CO的选择性＋CO2的选择性＝1，则表示

CO2选择性的曲线为a，表示CO选择性的曲线是c，表示乙醇的转化率的曲线是b；②573

K时，CO2的选择性为85％，CO的选择性为15％，乙醇的转化率为60％，则平衡时根据碳元素守恒：n（CO2）＋n（CO）＝1

mol×60％

×2＝1.2

mol，n（CO）＝1.2

mol×15％＝

0.18

mol，n（CO2）＝

1.2

mol×85％＝1.02

mol；③设反应Ⅰ中转化了乙醇x

mol，反应Ⅱ中CO转化了y

mol，反应Ⅲ中乙醇转化了z

mol，则

3.

（2025·江西萍乡模拟节选）积极发展氢能，是实现“碳达峰、碳中

和”的重要举措，用甲烷和水蒸气催化制氢气涉及的主要反应如下：

（1）ΔH3＝

kJ·mol－1。＋206.4

（2）恒定压强为p0MPa时，将n（CH4）∶n（H2O）＝1∶3的混合气体投入反应器中，平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图所示。①表示CO2的物质的量分数与温度的变化曲线是

（填字母，下同）。②结合图中数据，其他条件不变，若要H2的产量最大，最适宜的反应温度

是

⁠。n

B

A.550～600

℃B.650～700

℃C.750～800

℃解析：①由三个反应可知，随着反应的进行，CH4、H2O的含量减少，CO、

H2的含量增大，CO2的含量相对较少，故曲线n表示CO2的物质的量分数与

温度的变化；②由图可知当温度在650～700

℃时，氢气的含量最大，产率

最高。4.

（2025·河北唐山模拟节选）羰基硫（COS）广泛应用于农药、医药及

其他化工生产领域。利用CO2和H2S制备COS的反应如下：

回答下列问题：（1）副反应Ⅱ在

（填“高温”“低温”或“任意温度”）下能自

发进行。解析：

副反应Ⅱ为气体体积增大的吸热反

应，则ΔH＞0、ΔS＞0，自发进行时ΔG＝ΔH

－T·ΔS

＜0，故在高温下能自发进行。高温

（2）一定条件下，向恒容密闭容器中通入等物质的量的CO2（g）和H2S

（g）混合气体，起始压强为100

kPa，发生上述反应，20

min时达到平

衡，测得体系总压强为110

kPa，S2（g）的平均反应速率为

⁠

kPa·min－1，又p（COS）＝p（CO2）＝p（CO）＋p（S2），则H2S

（g）的平衡转化率为

，主反应的压强平衡常数Kp＝

⁠。0.5

80％

3

（3）将等物质的量的CO2（g）和H2S（g）混合气体充入恒容密闭容器中

发生上述反应，反应物的转化率随温度的变化如图：表示CO2的转化率随温度的变化曲线为

（填“a”或“b”），在温度

低于T0时