2021届（鲁科版）高考化学一轮复习化学平衡学案10页

化学平衡
　　温室效应,又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波
辐射到达地面,但地表受热后向外放出的大量长波热辐射线却被大气吸收,这样
就使地表与低层大气温作用类似于栽培农作物的温室,故名温室效应。自工业革
命以来,人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加,大气的
温室效应也随之增强,已引起全球气候变暖等一系列极其严重的问题,引起了全
世界各国的关注。近年我国大力加强温室气体 CO2催化氢化合成甲醇技术的工业
化量产研究,实现可持续发展,其反应为Ⅰ.3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　
ΔH1=-48.9 kJ·mol-1。
问题 1:为提高 CH3OH的产率,理论上应采用什么样的条件?(素养角度——变化
观念与平衡思想)
提示:根据热化学方程式可知,生成 CH3OH的方向是放热反应方向,也是气体体积
减小的方向,因此提高 CH3OH的产率,需要降低温度升高压强。
问题 2:250 ℃、在恒容密闭容器中由 CO2(g)催化氢化合
成 CH3OH(g),如图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反
应物 X平衡转化率变化曲线。判断反应物 X是 CO2还是
H2。(素养角度——证据推理与模型认知)
提示:观察图中的横坐标,其物理量为 ,若假设 n(CO2)为定值,则 X的转化
率随 n(H2)的增大而增大,则 X为 CO2。

问题 3:在催化剂 CZZA(普通铜基催化剂)作用下合成甲醇时会发生如下副反应
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=41.2 kJ·mol-1。现将 1 mol CO2与 3
mol H2通入恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的
选择率:转化的 CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示:
请分析随着温度的升高,CO2的平衡转化率增加但甲醇的选择率降低的原因。(素
养角度——变化观念与平衡思想)
提示:升高温度,反应Ⅰ为放热反应,平衡逆向移动,反应Ⅱ为吸热反应,平衡正
向移动且程度较大,所以 CO2平衡转化率增加但甲醇的选择率降低,故答案为随
温度升高,反应Ⅰ放热,平衡逆移,反应Ⅱ吸热,平衡正移且程度较大,所以 CO2平
衡转化率增加但甲醇的选择率降低。
CO和 H2的混合气体又称“合成气”,在合成有机物中应用广泛。工业上常采用
天然气与水蒸气或二氧化碳反应等方法来制取合成气。请回答下列问题:
(1)天然气与 CO2反应也可制备合成气,在 10 L密闭容器中通入 1 mol CH4与 1
mol CO2,在一定条件下发生反应,测得 CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如
图 1所示。

①1 100 ℃、p2时气体混合后反应经过 10 min至 x点的平衡,用 CO的变化量表
示反应速率 v(CO)=________;
②下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是________;
A.v(H2)逆=3v(CO)正
B.密闭容器中混合气体的密度不变
C.密闭容器中总压强不变
D.c(CH4)=c(CO)
③由图 1可知,压强 p1________p2(填“大于”或“小于”);压强为 p2时,在 y
点:v(正)________v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。求 y点对应温度下
的该反应的平衡常数 K=______________。
(2)合成气制甲醚的反应方程式为 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)　
ΔH=b kJ·mol-1。有研究者在催化剂、压强为 5.0 MPa的条件下,由 H2和 CO直
接制备甲醚,结果如图 2所示。
①290 ℃前,CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是 __________;

②b________0(填“ >”“<”或“=”) ,理由是__ ___________________。
【解析】(1)CH4和 CO2反应制备合成气的反应为 CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)。
①由图象知 1 100 ℃、p2时 CH4的转化率为 80%,则转化 CH4的物质的量为 1 mol
×80%=0.8 mol,根据方程式知生成 CO物质的量为 1.6 mol,v(CO)=1.6 mol÷
10 L÷10 min=0.016 mol·L-1·min-1。
②A,v(H2)逆=3v(CO)正表明逆反应速率大于正反应速率,反应没有达到平衡状
态;B,该反应中所有物质都是气态,根据质量守恒定律,混合气体的质量始终不
变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,密闭容器中混合气体的密度不
变不能说明反应达到平衡状态;C,该反应的正反应是气体分子数增大的反应,建
立平衡过程中气体分子物质的量增大,密闭容器中总压强增大,平衡时气体分子
物质...