04 化学反应原理综合题型集训之多重平衡中的Kp计算（附答案解析）-备战高考化学大题逐空突破系列（全国通用）

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化学反应原理综合题型集训之多重平衡中的Kp计算
1．氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式是：
CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋165.0kJ·mol－1
已知反应器中存在如下反应过程：
I.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋206.4kJ·mol－1
II.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2

根据上述信息计算：a＝_________， ΔH2＝_________
(2)某温度下，4molH2O和lmolCH4在体积为2L的刚性容器内同时发生I、II反应，达平衡时，体系中n(CO)＝bmol、n(CO2)＝dmol，则该温度下反应I的平衡常数K值为__________________(用字母表示)
(3)欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有______________
A．适当增大反应物投料比武n(H2O)：n(CH4) B．提高压强 C．分离出CO2
(4)H2用于工业合成氨：N2＋3H22NH3。将n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________________________

某温度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×l07Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为____________，气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝_________(分压列计算式、不化简)
2．国家主席习近平提出了中国应对气候变化的两个目标：二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，于2060年前实现碳中和。因此，研发CO2利用技术、降低空气中CO2含量成为了研究热点。为减少CO2对环境造成的影响，可采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将其资源化利用。该反应体系中涉及以下两个反应：
I．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1
II．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
回答下列问题：
(1)反应I、II的InK(K代表化学平衡常数)随(温度的倒数)的变化如图所示

ΔH1_______0(填“大于”或“小于”或“等于”)；升高温度，反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的化学平衡常数_____(填“增大”或“减小”或“不变”)
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有________
A．增大CO的浓度，反应I的平衡向正反应方向移动
B．降低温度，反应I和II的正、逆反应速率都减小
C．恒温恒容下充入氦气，反应I的平衡向正反应方向移动
D．增大压强，反应I和II重新达到平衡的时间不同
(3)恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应II，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图

其中：CH3OH的选择性＝×100%
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是________
A．210℃ B．230℃ C．催化CZT D．催化剂CZ(Zr－1)T
②在230℃以上，升高温度CO2的转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是____________________
(4)恒温恒压密闭容器中，加入2molCO2和4molH2，只发生反应I和反应II，初始压强为p0，在300℃发生反应，反应达平衡时，CO2的转化率为50%，容器体积减小20%，则达到平衡时H2的转化率为________，反应II的平衡常数K＝________(保留两位有效数字)
3．减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。合理应用和处理碳、氮及其化合物，在生产生活中有重要意义。
(1)对温室气体 CO2 的研究一直是科技界关注的重点。在催化剂存在下用 H2 还原 CO2 是解决溫室效应的重要手段之一
已知：①H2 和 CH4 的燃烧热分别为 285.5 kJ·mol－1 和 890.0 kJ·mol－1
②H2O(1)==H2O(g) ΔH＝＋44kJ·mol－1
试写出H2还原CO2生成CH4和H2O(g)的热化学方程式___________________________________________
(2)CO2在Cu−ZnO催化下，可同时发生如下的反应I、II，其可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。
I．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－57.8 kJ·mol－1
II．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
对于气体参加的反应，表示平衡常数Kp时，用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体的平衡浓度c(B)，则反应II的Kp=___________已知：气体各组分的分压p(B)，等于总压乘以其体积分数］。
在Cu−ZnO存在的条件下，保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量如下表：

CO2
H2
CH3OH(g)
CO
H2O(g)
总压强/kPa
起始/mol
5.0
7.0
0
0
0
p0
平衡/mol


n1

n2
p
若反应I、II均达平衡时，p0＝1.2p，则表中n1＝_____；若此时n2＝3。则反应I的平衡常数Kp＝_____(无需带单位，用含总压p的式子表示)
(3)汽车尾气是雾霾形成的原因之一，研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成。可采用氧化还原法脱硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g) ΔH＜0

根据图示判断提高脱硝效率的最佳条件是_____________；氨氮比一定时，在400℃时，脱硝效率最大，其可能的原因是_________________________________________________________________。用活性炭还原法也可以处理氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应：
C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＞0在T℃时，反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下：
时间/min
0
10
20
30
40
50
c(NO)/mol•L−1
1.0
0.58
0.40
0.40
0.48
0.48
c(N2)/mol•L−1
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
c(CO2)/mol•L−1
0
0.21
0.30
0.30
0.36
0.36
30min后，只改变某一条件，根据上表的数据判断改变的条件可能是______
A．通入一定量的 CO2 B．加入合适的催化剂 C．适当缩小容器的体积
D．通入一定量的 NO E．加入一定量的活性炭 F．适当升高温度
4．甲烷和水蒸气催化制氢主要有如下两个反应：
①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206 kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ·mol－1
恒定压强为100 kPa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，回答下列问题：

(1)写出CH4与CO2生成H2和CO的热化学方程式：_____________________________________________
(2)关于甲烷和水蒸气催化制氢反应，下列叙述正确的是________(填字母)。
A.恒温、恒容条件下，加入惰性气体，压强增大，反应速率加快
B.恒温、恒容条件下，加入水蒸气，活化分子百分数增大，反应速率加快
C.升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞频率增大，反应速率加快
D.加入合适的催化剂，降低反应温度也能实现单位时间转化率不变
(3)系统中H2的含量，在700 ℃左右出现峰值，试从化学平衡的角度解释出现峰值的原因：
①低于700 ℃，___________________________________________________________；
②高于700 ℃，_____________________________________________________________
(4)已知投料比为n(CH4)∶n(H2O)＝1∶3的混合气体，p＝100 kPa。600 ℃时，CH4的平衡转化率为________，反应①的平衡常数的计算式为Kp＝________(Kp是以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)
5．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。
(1)以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能，高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及到的反应如下：
I.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K1
II.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) K2
III.CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K3
IV.C(s)＋O2(g)CO2(g) K4
该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)，该反应的平衡常数K=_______(用K1等的代数式表示)
(2)N2O(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)的速率方程为v正=k正c(CO)•c(N2O)，v逆=k逆c(CO2)•c(N2)(k正、k逆为速率常数，与温度、催化剂、接触面积有关，与浓度无关)。净反应速率(△v)等于正、逆反应速率之差。平衡时，Δv(500K)_______(填“>”、“