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第19讲
化学反应中的转化率与产率
2025：基于主题教学的高考化学专题复习系列讲座
2025
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名师导学
2025
知识重构
1.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的计算并具备一定的计算能力。
2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能通过图像信息讨论化学反应条件的选择和优化。
3.针对生产中的具体问题，能从限度、速率等角度对化工生产条件进行综合分析，并对生产条件进行选择和优化。
考纲解读
2024全国甲卷-28题 原理综合题：结合图像分析，多重平衡体系物质转化率的计算
2024全国新课标卷-29题 原理综合题：结合图像，进行转化率的计算
2024黑吉辽卷-10题 结合多重平衡体系浓度-时间关系图分析速率、平衡常数、催化剂对平衡转化率的影响。
2024黑吉辽卷-18题 结合图像分析题干反应物转化率的方法
2024浙江卷（6月）-11题 多重平衡体系，平衡后移除某一产物对目标产物产率的影响，改变投料比对反应物转化率的影响。
2024浙江卷（1月）-19题 多重平衡体系物质平衡转化率的计算
2024河北卷-17题 原理综合题：结合图像，进行转化率的计算
2024安徽卷-17题 原理综合题：多重平衡体系，结合图像确定反应物转化率曲线，产物平衡产率的变化判断
2024北京卷-17题 原理综合题：依据转化率-温度图像，解释途中两点容器容积大小不同的原因
2024年——化学反应中的转化率与产率考向考点统计
2024江苏卷-17题 原理综合题：结合图像分析产率下降的原因
2024甘肃卷-17题 原理综合题：结合图像判断不同处理方式的速率快慢；速率的计算
2022年——化学反应中的转化率产率考向考点统计
转化率、平衡转化率的计算
外界条件对单一反应转化率的影响
工业生产中的提高产率条件选择
外界条件对多重反应产率的影响
小结：
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1. 转化率、平衡转化率与产率的概念
关注的是反应物的变化，即某反应物发生转化的物质的量与总物质的量的比值。
关注的是可逆反应达平衡状态时，某反应物发生转化的物质的量与总物质的量的比值。
平衡转化率
关注的是生成物的变化，即目标产物的实际产量与理论产量的比值。
产率 ×100%，
2. 影响转化率的因素
①增大其中一种反应物浓度，可 提高 另一种反应物的转化率，其本身转化率 降低
②减小生成物浓度，可以提高反应物的转化率
③若按化学计量数之比投料，各反应物转化率 相等;若按1:1投料，则各反应物转化率
之比等于 系数比
在工业生产中，通过适当增大廉价原料的浓度来提高高价原料的转化率
(1)浓度：
以 为例
(2)温度：
①若正反应放热，降温能提高反应物的平衡转化率
②若正反应吸热，升温能提高反应物的平衡转化率
在工业生产中，需要考虑综合经济效益，一般无论放热还是吸热反应，都可以通过适当升高温度来提高反应速率，从而提高一定时间内反应物的转化率
2. 影响转化率的因素
(1)影响平衡转化率的因素:
(3)压强
①若m+n>p+q，增大压强，平衡右移，能提高各反应物平衡转化率
②若m+n在工业生产中，需要综合考虑经济效益，除了需要考虑反应物的转化率外、还需要考虑速率、加压成本等
①催化剂对平衡转化率无影响
②在工业生产中，可以通过选择适当催化剂，提高一定时间内反应物的转化率或者通过提高反应的选择性来提高多重反应中产物的产率。
(4)催化剂
以 为例
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答案：D
a
7.8
80%
b
增大
BD
流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低。
C
C
T3>T2>T1
75%
该反应正反应放热，且气体分子数减小，反应正向进行时，容器内压强减小，从T3到T1平衡时增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，对应温度逐渐降低
【例题7】 （2022全国甲卷28题，节选）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为 TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)TiO2 转化为 TiCl4 有直接氯化法和碳氯化法。在 1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g) == TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=172 kJ·mol-1,Kp1=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) == TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·mol-1,Kp2=1.2×1012 Pa
③对于碳氯化反应:温度升高, 平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
变小
(2)在 1.0×105 Pa,将 TiO2、C、Cl2 以物质的量比1∶2.2∶2 进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
②图中显示,在 200 ℃平衡时 TiO2 几乎完全转化为 TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是 。
实际生产中要综合考虑速率和产率，以达到最佳效益
【解析】
为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4
【例题8】 （北京卷18题，节选）白云石的主要化学成分为 CaMg(CO3)2，还含有质量分数约为 2.1%的 Fe2O3 和 1.0%的SiO2。利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁，流程示意图如下。
已知：
(1)白云石矿样煅烧完全分解的化学方程式为
(3)“浸镁”过程中，取固体 B 与一定浓度的(NH4)2SO4 溶液混合，充分反应后 MgO 的浸出率低于 60%。加热蒸馏，MgO 的浸出率随馏出液体积增大而增大，最终可达 98.9%。从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因是 。
物质 Ca(OH)2 Mg(OH)2 CaCO3 MgCO3
Ksp 5.5×10-6 5.6×10-12 3.4×10-9 6.8×10-6
= CaO + MgO + 2CO2
CaMg(CO3)2
高温
↑
MgO + H2O = Mg(OH)2 Mg(OH)2 + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3 + 2H2O，加热蒸馏，大量氨气逸出，平衡正向移动 ，导致氧化镁浸出率增大
【解析】
Ⅰ. CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g); Ⅱ. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
①下列操作中，能提高 CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。
A.增加 CH4(g)用量 B.恒温恒压下通入惰性气体 C.移除 CO(g) D.加入催化剂
【例题9】 （2022河北卷16题，节选）氢能是极具发展潜力的清洁能源，以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
BC
【解析】 ①增加 CH4 (g)用量可以提高 H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A 不符合题意；恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强， 反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高 CH4(g)平衡转化率，B 符合题意；移除 CO(g)，减小了反应混合物中 CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高 CH4(g)平衡转化率，C 符合题意；加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高 CH4(g)平衡转化率，D 不符合题意；
【例题10】 （2022.6浙江卷29题，节选）主要成分为 H2S 的工业废气的回收利用有重要意义。
Ⅱ CH4(g)+S2(g) CS2(g)+2H2(g) ΔH2=64 kJ·mol-1
(2)热解 H2S 制 H2。根据文献,将 H2S 和 CH4 的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料, 另一边出料),发生如下反应:
Ⅰ 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH1=170 kJ·mol-1
总反应:Ⅲ 2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g)
投料按体积之比 V(H2S)∶V(CH4)=2∶1,并用 N2 稀释;常压、不同温度下反应相同时间后,测得 H2 和 CS2 的体积分数如下表:
温度/℃ 950 1 000 1 050 1 100 1 150
H2/(V%) 0.5 1.5 3.6 5.5 8.5
CS2/(V%) 0.0 0.0 0.1 0.4 1.8
②下列说法正确的是 。
A.其他条件不变时,用 Ar 替代 N2 作稀释气体,对实验结果几乎无影响
B.其他条件不变时,温度越高,H2S的转化率越高
C.由实验数据推出 H2S 中的 S—H 键强于 CH4 中的 C—H 键
D.恒温恒压下,增加 N2 的体积分数,H2 的浓度升高
【解析】反应均为吸热反应,故温度升高,平衡向正反应方向移动,H2S 的转化率升高,B 正确; 恒温恒压下,增加 N2 的体积分数, 原有体系的容积增大,即相当于对原平衡体系减小压强,平衡均向正反应方向移动，氢气的物质的量增加，但浓度应降低,D 错误。
ΔH= 234 kJ·mol-1
AB
④在 1 000 ℃、常压下,保持通入的 H2S 体积分数不变,提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)],H2S 的转化率不变,原因是 。
温度/℃ 950 1 000 1 050 1 100 1 150
H2/(V%) 0.5 1.5 3.6 5.5 8.5
CS2/(V%) 0.0 0.0 0.1 0.4 1.8
Ⅱ CH4(g)+S2(g) CS2(g)+2H2(g) ΔH2=64 kJ·mol-1
(2)热解 H2S 制 H2。根据文献,将 H2S 和 CH4 的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料, 另一边出料),发生如下反应:
Ⅰ 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH1=170 kJ·mol-1
总反应:Ⅲ 2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g)
1 000 ℃时 CH4 不参与反应； H2S 体积分数不变，即分压不变，经历相同的时间转化率相同
【解析】CH4 不参与反应，所以从浓度的角度看， CH4对H2S的转化率无影响；如果恒温恒压条件下，仅提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)], H2S分压增大，平衡逆向移动，H2S转化率会减小，而本题中还设定了H2S体积分数不变的条件，即H2S的分压不变，压强也对转化率无影响，所以H2S转化率不变。
投料按体积之比 V(H2S)∶V(CH4)=2∶1,并用 N2 稀释;常压、不同温度下反应相同时间后,测得 H2 和 CS2 的体积分数如下表:
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目标化学方程式
判断平衡移动方向
得出结论
一般模型
1.外界条件对转化率影响的基本思维模型
明确改变条件（浓度、温度、压强、催化剂）
恒温恒容充惰气，体积不变，反应物浓度不变，平衡不移动，反应物转化率不变
恒温恒压充惰气，反应物的体积分数减小，即分压减小，相当于减压，平衡向气体分子数增大的方向移动
加催化剂，不会影响平衡转化率
【例题11】 （2022辽宁卷17题，节选）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 ΔS = -200J·K-1·mol-1
(2) 温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率， 温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用 400~500℃。
(3)针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
方案一：双温-双控-双催化剂。使用 Fe-TiO2-xHy 双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为 495℃时，Fe 的温度为 547℃，而 TiO2-xHy 的温度为 415℃)。
下列说法正确的是 。
a. 氨气在“冷 Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b. N≡N 在 “热 Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c.“热 Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d .“ 冷 Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
高
低
【解析】因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正
向移动，氨气在“冷 Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a 正确c错误；温度升高，反应速率加快，所以 N≡N 在“热 Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b 正确d错误。
ab
(4)方案二：M-LiH 复合催化剂
下列说法正确的是 。
a．300℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
a
【解析】从图中可以看出，300℃时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高，a 正确；催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，所以同温同压下，复合催化剂不能提高氨的平衡产率，b 不正确；虽然图中显示温度高反应速率快，但温度过高，复合催化剂可能失去活性，c 不正确。
【例题12】 （2022海南卷16题，节选）某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环,其中涉及反应:
CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)。在相同条件下，CO2(g)与 H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应:
CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)，在反应器中按 n(CO2)∶n(H2)=1∶4 通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到 2 min 时，测得反应器中 CH3OH、CH4 浓度(μmol·L-1)如下表所示。
若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和 400℃的反应条件,原因是 。
【解析】相同催化剂,400 ℃时的反应速率更快;相同温度,使用催化剂Ⅱ副产物浓度低且甲烷比例高。
2.实际生产中条件的选择与分析的基本思维模型
原则：很多反应，实现原料的高转化率和反应的高速率所需要的条件往往是相互矛盾的。在依据化学反应进行实际生产时不应片面追求高转化率或高反应速率，而应该选择以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。
加催化剂，不会影响平衡转化率，但是可以提高反应速率，增加反应的选择性，因此工业生产中可以通过加催化剂，提高一定时间内的转化率和产率。
升高温度，对于放热反应，不利于提高反应物的平衡转化率，但适当升高温度可以提高反应速率、增强催化剂的活性，所以工业生产中可以适当升高温度，提高一定时间内的转化率和产率。
（3）在 1 470 K、100 kPa 反应条件下,将 n(H2S)∶n(Ar)=1∶4 的混合气进行 H2S 热分解反应。平衡时混合气中 H2S 与 H2 的分压相等,H2S 平衡转化率为 。
【例题13】 （2022全国乙卷28题，节选）油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g) == 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1 = - 1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g) == 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2 = +94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g) == 2H2O(g) ΔH3 = -484 kJ·mol-1
计算 H2S 热分解反应④2H2S(g)==S2(g)+2H2(g)的 ΔH4= kJ·mol-1。
+170
2H2S(g)==S2(g)+2H2(g)
50%
【解析】
① × + ② × － ③
【解析】
物质的量相等
变化量=平衡量
(4)在 1 373 K、100 kPa 反应条件下,对于 n(H2S)∶n(Ar)分别为 4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19 的 H2S-Ar 混合气，热分解反应过程中 H2S 转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S 平衡转化率 ,理由是 。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9 对应图中曲线 ,计算其在 0~0.1 s 之间,H2S 分压的平均变化率为 kPa·s-1。
【解析】恒压条件下,Ar越多，H2S 的分压越小, H2S 分解的反应是气体分子数增大的反应,越有利于H2S 分解反应的正向进行,即 H2S 的平衡转化率越大。
2H2S(g)==S2(g)+2H2(g)
增大
d
设起始时 H2S 的物质的量为 1 mol,则Ar 的物质的量为 9 mol,由题图可知,当 0.1s 时 H2S 的转化率为24%
起始/mol
1 0 0
转化/mol
0.24 0.12 0.24
0.1 s/mol
0.76 0.12 0.24
起始时,H2S 的分压为 100 kPa×0.1=10 kPa,
0.1 s 时 H2S 的分压为100 kPa × =
7.51 kPa
= 24.9
24.9
与物质的量分数成正比
【例题14】 （2022山东卷20题，节选）利用 γ-丁内酯(BL)制备 1,4-丁二醇(BD),反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和 1-丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:
已知:①反应Ⅰ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响;②因反应Ⅰ在高压 H2 氛围下进行, 故 H2 压强近似等于总压。回答下列问题:
(1)以 5.0×10-3 mol BL 或 BD 为初始原料,在 493 K、3.0×103 kPa 的高压 H2 氛围下,分别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以 BL 为原料,体系向环境放热 X kJ;以 BD 为原料,体系从环境吸热 Y kJ。
(2)初始条件同上。xi 表示某物种 i 的物质的量与除 H2 外其他各物种总物质的量之比，xBL 和 xBD 随时间 t 变化关系如图甲所示。实验测得 X2
【解析】
5.0×10-3 mol BL
5.0×10-3 mol BD
平衡时BL的量＞BD的量
a 或 c
xTHF + xBuOH + xH2O= 1-0.48-0.36=0.16
xTHF + xBuOH = xH2O=0.08
BD产率=
39%
0.08
【例题15】 （2022.1浙江卷29题，节选）工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：
(3)一氧化碳变换反应：CO(g) + H2O(g) == CO2(g) + H2(g) ΔH =-41kJ·mol-1。
②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使 CO 的平衡转化率提高到 90%， 则原料气中水蒸气和 CO 的物质的量之比为 。
①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO) = 0.25MPa、p(H2O)=0.25MPa、p(CO2)=0.75MPa 和 p(H2)=0.75MPa，则反应的平衡常数 K 的数值为 。
9
假设原料气中水蒸气为 xmol，CO 为 1 mol，由题意列三段式如下：
CO(g) + H2O(g) == CO2(g) + H2(g)
起始/mol 1 x 0 0
转化/mol 0.9 0.9 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 x-0.9 0.9 0.9
=9
x=1.8
当反应前后气体分子数相等时：Kp＝Kc＝Kχ＝Kn
1.8:1
3.“三段式”解决转化率计算的解题模型
起始量
平衡量
转化量
体积分数
平衡常数
平衡时各物质之间量的关系
转化率
【例题16】 （江苏卷13题）乙醇—水催化重整可获得 H2。其主要反应为:
C2H5OH(g) + 3H2O(g) == 2CO2(g) + 6H2(g) ΔH = 173.3 kJ·mol-1
CO2(g) + H2(g) == CO(g) + H2O(g) ΔH = 41.2 kJ·mol-1
在 1.0×105 Pa、n 始(C2H5OH)∶n 始(H2O)=1∶3 时,若仅考虑上述反应,平衡时 CO2 和 CO 的选择性及 H2 的产率随温度的变化如图所示。CO的选择性= ，下列说法正确的是
A.图中曲线①表示平衡时 H2 产率随温度的变化
B.升高温度,平衡时 CO 的选择性增大
C.一定温度下,增大 可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下,加入 CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时 H2 产率
n生成(CO)
n生成(CO2) +
n生成(CO)
n(C2H5OH)
n(H2O)
【解析】由图像可知， ① ③两条线对称分布，且数值相加为100%，所以分别代表CO和CO2的选择性， 所以②代表平衡时H2产率随温度的变化。两个反应正反应均为吸热反应，升高温度，两个平衡均向正向移动，CO的物质的量增加，根据C守恒，CO2的物质的量应该减少，说明升高温度 CO的 选择性逐渐增大,CO2 的选择性逐渐减小。所以③代表 CO的选择性,①代表 CO2 的选择性,②代表 H2 的产率。
CO
CO2
【例题17】 （2022.1浙江卷29题，节选）工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：
（1）在 C 和 O2 的反应体系中：
反应 1：C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-394kJ·mol-1
反应 2：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH2=-566kJ·mol-1
反应 3：2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH3。
②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO 与 CO2 的物质的量之比 。
A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断
B
-222kJ·mol-1
【解析】理清各反应之间的关系，注意选择来源简单的物质作为突破口,用守恒法判断另一物质的变化。
观察多重反应理清几个反应的关系（连续型反应、平行反应）
判断平衡移动方向
4.外界条件对多重反应影响的基本思维模型
寻找来源简单的物质作为突破口
根据元素守恒判断其他物质变化
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转化率
审清改变条件
计算要用三段式
多重反应要简化
看清反应特点
明确研究对象
牢记平衡移动原理第18讲-转化率及其应用
1．（2024届·北京·三模）在恒温恒容密闭容器中充入一定量，发生如下反应：
反应②和③的反应速率分别满足和，其中、分别为反应②和③的速率常数，反应③的活化能大于反应②。测得的浓度随时间的变化如下表。
0 1 2 3 4 5
0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列说法正确的是
A．0~2min内，W的平均反应速率为
B．若增大容器容积，平衡时Z的产率增大
C．若，平衡时
D．若升高温度，平衡时减小
2．（2024届·安徽合肥·三模）丙烯是重要的有机化工原料。一定条件下，丙烷直接脱氢制备丙烯过程中的转化率和丙烯的选择性随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是
A．该反应为氧化反应
B．催化剂可以降低反应的活化能，不改变反应的焓变
C．丙烯的产率小于10%
D．恒温恒容条件下，增大c(丙烷)，平衡正向移动，丙烷的转化率增大
3．（2024·山东德州二模）丙烯腈（）是一种重要的化工原料，以为原料合成丙烯腈的过程如下：
向密闭容器中通入一定量的和，测得平衡时体系中含碳物质（乙醇除外）的物质的量分数［如：丙烯腈的物质的量分数］随温度的变化如图。下列说法错误的是
A．“脱水”反应为吸热反应
B．低于225℃时，“腈化”过程转化率低
C．a点的转化率为51％
D．b点和的物质的量之比为3:1
4．（2024届·吉林·统考一模）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一， CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：
Ⅰ：CH4(g) + CO2(g)2CO(g) + 2H2(g) ΔH = +247 kJ·mol 1
Ⅱ：CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH = +41 kJ·mol 1
请回答下列问题：
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是___________。
A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压
(5)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R=(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。催化剂X可提高R值，某一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表：
温度/℃ 480 500 520 550
CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
①温度升高，CH4转化率增加，CO2 转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②分析催化剂提高R值的原因 。
5．（2024·山东济宁二模）乙酸水蒸气重整制氢气是一项极具前景的制氢工艺，该过程中发生下列反应：
反应Ⅰ
反应Ⅱ
回答下列问题：
已知：水碳比（S/C）是指转化进料中水蒸气分子总数与碳原子总数的比值，水碳比（S/C）分别为2和4时，反应温度对平衡产率的影响如图所示：
表示水碳比的曲线是 （填“a”或“b”），水碳比时，平衡产率随温度升高先增大后逐渐减小，平衡产率逐渐减小的原因可能是 。
6．（2024届·湖南邵阳·三模）丙烯是一种重要的化工原料，但丙烯的产是仅通过石油的催化裂解反应无法满足工业生产需求。工业上，有如下方法制备丙烯：
Ⅰ．丙烷脱氢法制丙烯：
①丙烷无氧脱氢法：
②丙烷氧化脱氢法：
(2)不同压强下，向密闭容器中充入气体发生反应①，丙烷平衡转化率随温度变化关系如图：在、条件下，若向密闭容器中充入和的混合气体，则平衡时丙烷转化率 （填“＞”或“＝”或“＜”）。
7.（2021年海南卷8题）制备水煤气的反应C(s) + H2O(g)H2(g) + CO(g) ΔH>0，下列说法正确的是（ ）
A．该反应ΔS<0
B．升高温度，反应速率增大
C．恒温下，增大总压，H2O(g)的平衡转化率不变
D．恒温恒压下，加入催化剂，平衡常数增大
8.（2021年江苏卷14题）NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A. 其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B. 其他条件不变，在175～300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C. 催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D. 高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
9.（2021年全国甲卷28题节选）二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：
（1）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g) + 3H2(g)===CH3OH(g) + H2O(g)
该反应一般认为通过如下步骤来实现：
① CO2(g) + H2(g)===CO(g) + H2O(g) ΔH1= +41 kJ·mol－1
② CO(g) + 2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1= －90 kJ·mol－1
合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)=3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t = 250℃下的x(CH3OH)～p、在p = 5105pa下的x(CH3OH)～t如图所示。
① 用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp= ；
② 图中对应等压过程的曲线是 ，判断的理由是 ；
③ 当x(CH3OH)=0.10时，CO2的平衡转化率α= _，反应条件可能为 或 。
10.（2021年广东卷19题节选）我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a. CH4(g) + CO2(g)2CO(g) + 2H2(g) H1
b. CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) H2
c. CH4(g)C(s) + 2H2(g) H3
d. 2CO(g)CO2(g) + C(s) H4
e. CO(g) + H2(g)H2O(g) + C(s) H5
（1） 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CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小
（2）设K为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压（单位为kPa）除以p0(p0=100kPa)。反应a、c、e的ln K随(温度的倒数)的变化如图所示。
在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2):n(CH4)=1:1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程 。
11.（2020年全国Ⅱ卷28题节选）天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。
（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g) = C2H4(g) + H2(g) △H1= +137 kJ·mol-1
①提高该反应平衡转化率的方法有_________________、_________________。
②容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp=___________________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4 C2H6 + H2。反应在初期阶段的速率方程为：r = k ×，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2=_________r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是___________。
A.增加甲烷浓度，r增大 B. 增加H2浓度，r增大
C.乙烷的生成速率逐渐增大 D. 降低反应温度，k减小
12.（2021年北京卷15题节选）环氧乙烷（，简称 EO）是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备 EO 的原理示意图如下。
一定条件下，反应物按一定流速通过该装置。电解效率 η 和选择性 S 的定义：
① 若 η(EO)=100%，则溶液 b 的溶质为 。
② 当乙烯完全消耗时，测得 η(EO)≈70%，S(EO)≈97%。推测 η(EO)≈70%的原因：
Ⅰ．阳极有 H2O放电
Ⅱ．阳极有乙烯放电
Ⅲ．阳极室流出液中含有 Cl2 和 HClO
……
ⅰ.检验电解产物，推测 I 不成立。需要检验的物质是 。
ⅱ.假设没有生成 EO 的乙烯全部在阳极放电生成 CO2，则 η(CO2)≈ %。经检验阳极放电产物没有 CO2。
13.（2021年天津卷16题节选）CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，发生反应2S2(g) + CH4(g)CS2(g) + 2H2S(g)，回答下列问题：
（1）某温度下，若S8完全分解成气态S2。在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2:1时开始反应。
① 当CS2的体积分数为10%时，CH4的转化率为 _。
② 当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是 _（填序号）。
a．气体密度 b．气体总压 c．CH4与S2体积比 d．CS2的体积分数
（2） 一定条件下，CH4与S2反应中CH4的平衡转化率、S8分解产生S2的体积分数随温度的变化曲线如图所示。据图分析，生成CS2的反应为 （填“放热”或“吸热”）反应。工业上通常采用在600～650℃的条件下进行此反应，不采用低于600℃的原因是 。
14.（2021年辽宁卷17题）苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ．主反应：(g) + 3H2(g)(g) H1<0
Ⅱ．副反应：(g) (g) H2>0
请回答下列问题：
（1）有利于提高平衡体系中环己烷体积分数的措施有 。
A． 适当升温 B． 适当降温 C． 适当加压 D． 适当减压
（2）氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为 。
（3）恒压反应器中，按照n(H2):n(C6H6)=4:1投料，发生Ⅰ、Ⅱ反应，总压为p0，平衡时苯的转化率为α，环己烷的分压为p，则反应1的Kp= 。
（列出计算式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
15. （2021年浙江六月份29题）含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答：
（1） 已知2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198kJ·mol－1。850K时，在一恒容密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0 ×10－3mol·L－1、8.0 ×10－3mol·L－1和4.4×10－2mol·L－1。
①该温度下反应的平衡常数为 。
②平衡时SO2的转化率为 。
（2）工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。下列说法正确的是 。
A．须采用高温高压的反应条件使SO2氧化为SO3
B．进入接触室之前的气流无需净化处理
C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和SO2的转化率
D．在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收SO3以提高吸收速率
16.（2020年全国Ⅰ卷28题节选）硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH=－98kJ·mol－1。回答下列问题：
（1）当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550℃时的α =________，判断的依据是________________。影响α的因素有___________。
（2）将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2的转化率为α，则SO3压强为_________，平衡常数Kp=____________(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。
（3）研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v= k (-1) 0.8(1－nα＇)，式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α＇为SO2某时刻转化率，n为常数。在α＇=0.90时，将一系列温度下的k、α值带入上述速率方程，得到v~t曲线，如图(c)所示。
曲线上最大值所对应温度称为该α＇下反应的最适宜温度tm。t＜tm时，v逐渐提高；t＞tm后，v逐渐下降。原因是______________。
第18讲-转化率及其应用答案及解析
1.【答案】D
【详解】A．由表知内 c(W)=0.16-0.08=0.08mol/L，生成 c(X)=2 c(W)=0.16mol/L，但一部分X转化为Z，造成 c(X)<0.16mol/L，则v(X)<，故A错误；
B．过程①是完全反应，过程②是可逆反应，若增大容器容积相当于减小压强，对反应平衡向气体体积增大的方向移动，即逆向移动，X的浓度增大，平衡时Y的产率减小，故B错误；
C．由速率之比等于系数比，平衡时2v逆(X)=v正(Z)，即，2=，若，平衡时，故C错误；
D．反应③的活化能大于反应②， H=正反应活化能-逆反应活化能<0，则，该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则平衡时减小，故D正确；
故选D。
2.【答案】D
【详解】A．在有机物中引入氧或脱去氢的反应叫做氧化反应，则丙烷直接脱氢生成丙烯和氢气，该反应为氧化反应，A项正确；
B．催化剂可以降低反应的活化能，加快反应速率，但不改变反应的焓变，B项正确；
C．丙烷直接脱氢制备丙烯的反应为，假设1mol丙烷完全转化为丙烯，则丙烯的理论产量为1mol，由图可知，达到平衡时丙烷的转化率约为10%，(丙烷)=1mol×10%=0.1mol，丙烯的选择性小于100%，则丙烯的实际产量小于0.1mol，其产率小于10%，C项正确；
D．若是恒温恒容条件下，增大c(丙烷)，平衡正向移动，但丙烷的转化率减小，D项错误；
故答案选D。
3.【答案】B
【解析】
A．由图可知，一定范围内随着温度升高，平衡时的含量增加，则说明“脱水”反应正向进行，反应为吸热反应，A正确；
B．低于225℃时，含碳产物中没有，说明几乎完全转化为，则“腈化”过程转化率高而不是低，B错误；
C．由转化可知，1分子生成1分子要脱去1分子水，生成1分子要脱去2分子水、1分子乙醇；由图可知，假设a点、、分别为0.49mol、0.49mol、0.02mol，则初始共0.49mol+0.49mol+0.02mol=1.0mol，反应共0.49mol+0.02mol=0.51mol，则的转化率为51％，C正确；
D．b点为和物质的量分数相等，由转化可知，生成1分子要脱去1分子水，生成1分子要脱去2分子水、1分子乙醇；假设和均为1mol，则共脱去1mol+2mol=3mol水、1mol乙醇，故和的物质的量之比为3:1，D正确；
故选B。
4.【答案】
(1)C
(2) 增大 催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，Δn( CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，所以R提高
【解析】（1）反应Ⅰ是正向气体分子数增大的吸热反应，反应Ⅱ是气体分子数不变的吸热反应，故高温、低压有利于反应Ⅰ正向移动，高温有利于反应Ⅱ正向移动，从而提高CO2平衡转化率，故C符合题意，故答案为：C；
（2）①由题干可知，两个反应都是吸热反应，温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率增大，两个反应中CO2转化率都增大，故答案为：增大；
②催化剂具有选择性，由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，Δn( CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，所以R提高，故答案为：催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，Δn( CO2)增大的倍数比Δn(CH4)大，所以R提高。
5.【答案】 升高温度反应均正向移动，主要发生反应Ⅱ
【解析】水的量越大生成氢气的产率越高，即水碳比越大氢气的产率越高，因此水碳比(S/C)=4的曲线是b；反应Ⅰ是吸热反应，升高温度有利于H2的生成，约600℃时达到最大，但继续升高温度有利于反应Ⅱ向正反应方向进行，此时体系内主要发生反应Ⅱ消耗H2，因此H2的产率会出现先增大后逐渐减小；
6.【答案】 >
【详解】不同压强下，向密闭容器中充入气体发生反应①，在、条件下，丙烷的平衡转化率为40%，若在此温度和压强不变的条件下，向密闭容器中充入和的混合气体，容器的体积增大，相当于减小压强，反应①是气体体积增大的反应，平衡正向移动，丙烷的平衡转化率增大，平衡时丙烷转化率＞。
（3）A．由图可知，该机理中，存在单键、双键的断裂与形成，有键、键的断裂与形成，A正确；
7.【答案】B
【解析】
A．该反应正向是气体体积增大的反应，所以△S＞0，故A错误；
B．升高温度，正、逆化学反应速率均增大，故B正确；
C．恒温下增大总压，该平衡向逆向移动，H2O(g)的平衡转化率减小，故C错误；
D．恒温恒压下，加入催化剂，平衡不移动，平衡常数不变，故D错误。
8.【答案】D
【解析】
A．NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，故A错误；
B．根据图像，在175～300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择率降低，即产生氮气的量减少，故B错误；
C．根据图像，温度高于250℃ N2的选择率降低，且氨气的转化率变化并不大，浪费能源，根据图像，温度应略小于225℃，此时氨气的转化率、氮气的选择率较大，故C错误；
D．氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确。
9. 【答案】(1) ①
②b 总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小
③33.3% 5×105pa、210℃ 9×105pa、250℃
【解析】
(1)①二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2(g) + 3H2(g)= CH3OH(g) + H2O(g)，因此利用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp= 。
②该反应正向为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，体系中x(CH3OH)将减小，因此图中对应等压过程的曲线是b，故答案为：b；总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小。
③设起始n(CO2)=1mol，n(H2)=3 mol，
则CO2(g) + 3H2(g)= CH3OH(g) + H2O(g)
起始(mol) 1 3 0 0
转化(mol) x 3x x x
平衡(mol)1-x 3-3x x x
当平衡时x(CH3OH)=0.1时，即 = 0.1，解得x = mol，平衡时CO2的转化率α = ×100%=33.3%；由图可知，满足平衡时x(CH3OH)=0.1的条件有：5×105Pa，210℃或9×105Pa，250℃，故答案为：33.3%；5×105Pa，210℃；9×105Pa，250℃。
10.【答案】 (1) AD (2) 68%
【解析】
(1)增大CO2和CH4的浓度，对于反应a、b、c来说，均增大了反应物的浓度，反应的正反应速率增大，A正确；移去部分C(s)，没有改变反应物的浓度，反应的正逆反应速率均不变，平衡不移动，B错误；催化剂可以同等条件下增大正逆反应速率，只能加快反应进程，不改变反应的平衡状态，平衡转化率不变，C错误；降低温度，体系的总能量降低，正、逆反应速率均减小，D正确。
(2)由图可知，A处对应反应c的lnK =0，即K==1，已知反应平衡时p(H2)=40kPa，p0=100kPa，则可解得此时的p(CH4)=16kPa，且初始状态时n(CO2):n(CH4)=1:1、初始总压为100kPa，所以p(CH4)= ×100kPa=50kPa，故CH4的平衡转化率为×100%=68%；
11. 【答案】(1) ①升高温度 减小压强(增大体积) ②×P
(2) ①1－α ②AD
【解析】
(1)①为提高平衡转化率，设法使平衡正向移动即可。已知 C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) △H1=137kJ·mol-1 是一个正向吸热，正向气体体积增大的反应，根据平衡移动原理，升温或通过增大容器的体积来减压都可以提高该反应的平衡转化率。
② 由于分压 = 总压 × 物质的量分数，因此组分的分压正比于该组分的物质的量分数，已知反应初始投料和乙烷的转化率，由平衡三段式求得各物质的物质的量及物质的量分数后，即可按照平衡常数表达式带入计算出KP的值。
假设容器中通入a mol的乙烷和氢气
C2H6(g) = C2H4(g) + H2(g)
起 a mol 0 mol amol
转 aα mol aα mol aα mol
平 a(1－α) mol aα mol a(1+ α) mol
H2的物质的量分数：φ(H2)= =
C2H4的物质的量分数：φ(C2H4) ==
C2H6的物质的量分数：φ(C2H6) ==
Kp == =×P
（2）由于速率方程为：r = k ×，则速率之比等于CH4的物质的量浓度之比，据此可以求得r2与r1的定量关系。
假设CH4的起始浓度为a mol·L-1
2CH4(g) = C2H6(g) + H2(g)
起始 a mol·L-1 0 mol·L-1 0 mol·L-1
转化 aα mol·L-1 mol·L-1 mol·L-1
平衡 a(1－α) mol·L-1 mol·L-1 mol·L-1
r1 = k ×a r2 = k ×a (1-α) 所以：r2 = (1-α)r1
②根据速率方程可知：增加甲烷浓度，r增大，故A正确；
在反应初期，增加H2浓度，也不会改变CH4的浓度减小的大趋势，因此r不会增大，故B错误；
在反应初期，由于CH4浓度逐渐减小， CH4的消耗速率逐渐减小，乙烷的生成速率也逐渐减小，故C错误；
速率常数 k与反应本身有关，也与温度和催化剂有关。温度越高，反应速率越大，k越大。因此降低反应温度，k减小，故D正确。
12. 【答案】① KCl ② i．O2 ii．13
【解析】①若η(EO)=100%则说明在电解过程中只有乙烯中的碳化合价发生变化，其他元素化合价没有变，故溶液b的溶质为：KCl；
②i.阳极有H2O放电时会产生氧气，故需要检验的物质是O2； ii. 依题意，有反应
CH2＝CH2 -2e- +2H2O EO+2H+
CH2＝CH2 -12e- +4H2O 2CO2 +12H+
设生成的EO的物质的量为amol，则转化的乙烯的物质的量为：；生成EO转化的电子的物质的量：2amol；根据公式求得此过程转移电子的总物质的量：；生成CO2的物质的量：2××3%；生成CO2转移的电子的物质的量： 2××3%×6，则η(CO2)= ≈13%。
13. 【答案】（1） ① 30% ② d（2）放热；600℃时甲烷平衡转化率高达99%，低于600℃时，S2浓度明显偏小，且反应速率慢
【解析】
(1)①在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应，
2S2 + CH4 CS2 + 2H2S
起始量(mol) 2a a 0 0
变化量(mol) 2x x x 2x
平衡量(mol) 2a-2x a-x x 2x
CS2的体积分数为10%，即=10%，解得x=0.3a，则CH4的转化率为 = 30%。
②a.恒容容器，质量不变，故密度一直不变，故密度不变不一定平衡；b.反应前后气体的物质的量不变，故压强也一直不变，故压强不变不一定平衡；c.CH4与S2体积比一直为1:2，故不一定平衡；d.CS2的体积分数说明反应已经达到了平衡，故选d。
（2）由图可知，随温度升高，甲烷的转化率降低，故反应为放热反应。工业上通常采用在600～650℃的条件下进行此反应，不采用低于600℃的原因是600℃时甲烷平衡转化率高达99%，低于600℃时，S2浓度明显偏小，且反应速率慢。
14. 【答案】（1） BC（2）金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性
（3）
【解析】
（1）根据Ⅰ.主反应： (g)+3H2(g) (g)是一个气体体积减小的放热反应，故有利于提高平衡体系中环己烷体积分数即使平衡向正方向移动，根据勒夏特列原理，可采用适当降低温度和适当加压有利平衡正向移动，而升温和减压都将使平衡逆向移动，故答案为：BC；
(2)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活性中心时，才能发生反应，机理如图。当H2中混有微量H2S或CO等杂质时，会导致反应Ⅰ的产率降低，推测其可能原因为金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性，故答案为：金属催化剂会与H2S或CO反应从而失去催化活性；
(3)恒压反应器中，按照n(H2):n(C6H6)=4:1投料，设投入的苯的物质的量为1mol，发生Ⅰ、Ⅱ反应总压为P0，平衡时苯的转化率为α，环己烷的分压为p，单位为mol，
则：C6H6 + 3H2 环己烷
起始量(mol) 1 4 0
变化量(mol) α 3α α
平衡量(mol) 1-α 4-3α α
环己烷 甲基环己烷
起始量(mol) α 0
变化量(mol) x x
平衡量(mol) α-x x
有反应后平衡体系中总的物质的量为：1-α+4-3α+α-x+x=5-3α，故平衡时，苯的分压为：
P0，H2的分压为：P0，则反应1的KP = = 。
15. 【答案】（1）①6.7 ×103mol－1·L ②88%（2）C
【解析】
(1)①根据题中所给的数据可以求出该温度下2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为:K= = = 6.7×103 mol-1 L
②平衡时SO2的转化率为
×100%= ×100%=88%
（2）A．在常压下SO2催化氧化为SO3的反应中，SO2的转化率已经很高，使用高压不经济，工业上采用常压的反应条件，故A错误；
B．进入接触室之前的气流中含有会使催化剂中毒的物质，需经净化处理以防止催化剂中毒，故B错误；
C．通入过量的空气可以增大氧气的浓度，可以使含硫矿石充分反应，并使化学平衡2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)向正反应方向移动，因此可以提高含硫矿石和SO2的转化率，故C正确；
D．SO3与水反应放出大量的热，在吸收塔中若采用水或稀硫酸吸收SO3，反应放出的热量会使硫酸形成酸雾从而影响SO3被水吸收，导致SO3的吸收速率减小，因此，在吸收塔中不宜采用水或稀硫酸吸收SO3，故D错误。
16. 【答案】
（1）97.5% 随压强增大，平衡右移，从转化率可判断p1>p2>p3，故5MPa，550℃时的转化率为97.5% 温度、压强、二氧化硫与氧气的投料比
（2） 或 或
（3）该反应是放热反应，升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低。
【解析】
（1）由于SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH=－98kJ·mol－1，反应放热，故温度升高，平衡转化率均下降。
由于正反应为气体分子数减小的反应，所以增大压强，平衡转化率增大，故曲线P1为压强最高的曲线，即代表5MPa时，温度与平衡转化率之间的关系。读图(b)可知：550℃时，SO2平衡转化率α=0.950 + (1.00-0.950)/2=0.975.
根据平衡移动原理，影响α的因素有：压强、温度、原料配比等。
（2）根据化学反应方程式，运用平衡计算的方法设起始总的物质的量为1mol，可以列出以下关系（为简化，单位略写）：
SO2(g) ＋ O2(g) SO3(g)
化学计量数：1 0.5 1
起始量： 2m% m% 0
转化量： 2m%α m%α 2m%α
平衡量： 2m%- 2m%α m%- m%α 2m%α
平衡时，SO3的物质的量分数为： =
故SO3的压强(分压)=
以下，根据分压=总压×物质的量分数，可以求出平衡时O2的分压为：，SO2的分压为： ，平衡常数KP = =
（3）由题中信息可知，k随温度t的升高而增大。由于该反应是放热反应，温度升高后α降低。由于v= k (-1) 0.8(1－nα＇)，温度升高，k增大会使v增大，但α降低会使v下降。当t＜tm，k增大对v的影响强于α降低对v的影响；当t＞tm，k增大对v的影响弱于α降低对v的影响。故t＜tm时，v逐渐提高；t＞tm后，v逐渐下降。
1第18讲-转化率及其应用
一、知识重构
1.转化率、平衡转化率与产率的概念
①转化率（α）=
关注的是反应物的变化，即某反应物发生转化的物质的量与总物质的量的比值。
②平衡转化率
关注的是可逆反应达平衡状态时，某反应物发生转化的物质的量与总物质的量的比值。
③产率 = × 100%，
关注的是生成物的变化，即目标产物的实际产量与理论产量的比值。
2.影响转化率的因素
影响平衡转化率的因素:以mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)为例
浓度 ①增大其中一种反应物浓度，可 提高 另一种反应物的转化率，其本身转化率 降低 ； ②减小生成物浓度，可以提高反应物的转化率； ③若按化学计量数之比投料，各反应物转化率 相等 ；若按1:1投料，则各反应物转化率之比等于 系数比 ； 在工业生产中，通过适当增大廉价原料的浓度来提高高价原料的转化率。
温度 ①若正反应放热，降温能提高反应物的平衡转化率； ②若正反应吸热，升温能提高反应物的平衡转化率； 在工业生产中，需要考虑综合经济效益，一般无论放热还是吸热反应，都可以通过适当升高温度来提高反应速率，从而提高一定时间内反应物的转化率。
压强 ①若m+n>p+q，增大压强能提高各反应物平衡转化率； ②若m+n催化剂 ①催化剂对平衡转化率无影响； ②在工业生产中，可以通过选择适当催化剂，提高一定时间内反应物的转化率或者通过提高反应的选择性来提高产物的产率。
二、重温经典
【例题1】 （2024浙江卷11题）二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应：
I．
II．
向容积为的密闭容器中投入和，不同温度下，测得时(反应均未平衡)的相关数据见下表，下列说法不正确的是
温度() 400 500 600
乙烷转化率() 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性() 92.6 80.0 61.8
注：乙烯选择性
A. 反应活化能：
B. 时，反应I的平均速率为：
C. 其他条件不变，平衡后及时移除，可提高乙烯的产率
D. 其他条件不变，增大投料比投料，平衡后可提高乙烷转化率
【答案】D
【详解】A．由表可知，相同温度下，乙烷在发生转化时，反应Ⅰ更易发生，则反应活化能：Ⅰ<Ⅱ，A正确；
B．由表可知，500℃时，乙烷的转化率为9.0%，可得转化的乙烷的总物质的量为2mol×9.0%=0.18mol，而此温度下乙烯的选择性为80%，则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18mol×80%=0.144mol，根据方程式可得，生成乙烯的物质的量为0.144mol，则反应I的平均速率为：，B正确；
C．其他条件不变，平衡后及时移除，反应Ⅰ正向进行，可提高乙烯的产率，C正确；
D．其他条件不变，增大投料比投料，平衡后CO2转化率提高，C2H6转化率降低，D错误；
答案选D。
【例题2】 （2024全国甲卷28题，节选）甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯()的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：
与反应生成，部分会进一步溴化。将和。通入密闭容器，平衡时，、与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只有、和)。
(1)图中的曲线是_____(填“a”或“b”)。
(2)时，的转化_____，_____。
【答案】
a
80% 7.8
【解析】
(1)根据方程式①，升高温度，反应向吸热反应方向移动，升高温度，平衡逆向移动，CH4(g)的含量增多，CH3Br(g)的含量减少，故CH3Br的曲线为a；
(2)560℃时反应达平衡，剩余的CH4(g)的物质的量为1.6mmol，其转化率α=×100%=80%；若只发生一步反应，则生成6.4mmol CH3Br，但此时剩余CH3Br的物质的量为5.0mmol，说明还有1.4mmol CH3Br发生反应生成CH2Br2，则此时生成的HBr的物质的量n=6.4+1.4=7.8mmol；
【例题3】 （2024安徽卷17题，节选） 乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题：
【乙烷制乙烯】
（1）直接脱氢反应为，的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示。结合下图。下列条件中，达到平衡时转化率最接近的是_______(填标号)。
a． b． c．
（2）一定温度和压强下、反应i
反应ⅱ (远大于)(是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应i时。的平衡转化宰为，计算_______。
②同时发生反应i和ⅱ时。与仅发生反应i相比，的平衡产率_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】（1） b （2） ①. ②. 增大
【解析】
【小问1详解】
从图中可知，压强相同情况下，随着温度升高，C2H6的平衡转化率增大，因此该反应为吸热反应，ΔH4>0。
a．600℃，0.6MPa时，C2H6的平衡转化率约为20%，a错误；
b．700℃，0.7MPa时，C2H6的平衡转化率约为50%，最接近40%，b正确；
【小问2详解】
①仅发生反应i，设初始时C2H6物质的量为1mol，平衡时C2H6转化率为25%，则消耗C2H60.25mol，生成C2H40.25mol，生成H20.25mol，Ka1==。
②只发生反应i时，随着反应进行，气体总物质的量增大，压强增大促使化学平衡逆向移动，同时发生反应i和反应ii，且从题干可知Ka2远大于Ka1，反应ii为等体积反应，因为反应ii的发生相当于在单独发生反应i的基础上减小了压强，则反应i化学平衡正向移动，C2H4平衡产率增大。
c．700℃，0.8MPa时，C2H6的平衡转化率接近50%，升高温度，该反应的化学平衡正向移动，C2H6转化率增大，因此800℃，0.8MPa时，C2H6的平衡转化率大于50%，c错误；
故答案选b。
【例题4】 （2024黑吉辽卷18题，节选）为实现氯资源循环利用，工业上采用催化氧化法处理废气：。将和分别以不同起始流速通入反应器中，在和下反应，通过检测流出气成分绘制转化率()曲线，如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。
回答下列问题：
（1）下列措施可提高M点转化率的是_______(填标号)
A. 增大的流速 B. 将温度升高
C. 增大 D. 使用更高效的催化剂
（2）图中较高流速时，小于和，原因是_______。
【答案】（1）BD （2）流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低。
【解析】
【小问3详解】
A．增大HCl的流速，由图像可知，HCl的转化率在减小，不符合题意；
B．M对应温度为360℃，由图像可知，升高温度，HCl的转化率增大，符合题意；
C．增大n(HCl):n(O2)，HCl的转化率减小，不符合题意；
D．使用高效催化剂，可以增加该温度下的反应速率，使单位时间内HCl的转化率增加，符合题意；
故选BD。
【小问4详解】
图中在较高流速下，T3温度下的转化率低于温度较高的T1和T2，主要是流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低。
【例题5】（2023.1浙江19）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，还原是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：
Ⅰ：
Ⅱ：
请回答：
(1)有利于提高平衡转化率的条件是___________。
A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压
(2)还原能力可衡量转化效率，(同一时段内与的物质的量变化量之比)。常压下和按物质的量之比投料，催化剂X可提高R值，一时段内转化率、R值随温度变化如下表：
温度/℃ 480 500 520 550
转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列说法不正确的是
A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B．温度越低，含氢产物中占比越高
C．温度升高，转化率增加，转化率降低，R值减小
D．改变催化剂提高转化率，R值不一定增大
【答案】(1)C (2) C
【详解】（1）反应Ⅰ为气体体积增大的吸热反应，反应Ⅱ为气体体积不变的吸热反应，△H>0，升高温度，平衡右移，CH4平衡转化率增大；降低压强，平衡右移，CH4平衡转化率增大，故有利于提高平衡转化率的条件是高温低压；答案选C；
(2)A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，使单位时间内反应Ⅱ中CO2的转化率增大，增大的倍数比大，则R提高，选项A正确；
B．根据表中数据可知，温度越低，转化率越小，而R越大，增大的倍数比大，含氢产物中占比越高，选项B正确；
C．温度升高，转化率增加，转化率也增大，且两个反应中的转化率均增大，增大倍数多，故R值增大，选项C不正确；
D．改变催化剂使反应有选择性按反应Ⅰ而提高转化率，若转化率减小，则R值不一定增大，选项D正确；
答案选C。
【例题6】 （2024河北卷17题，节选） 氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1，4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
（1）硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：。
恒容密闭容器中按不同进料比充入和其，测定温度下体系达平衡时的(为体系初始压强，，P为体系平衡压强)，结果如图。
上图中温度由高到低的顺序为_______，判断依据为_______。M点Cl2的转化率为_______，
【答案】 T3>T2>T1 该反应正反应放热，且气体分子数减小，反应正向进行时，容器内压强减小，从T3到T1平衡时增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，对应温度逐渐降低 75%
【解析】该反应的正反应为气体体积减小的反应，因此反应正向进行程度越大，平衡时容器内压强越小，即越大。从到，增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，已知正反应为放热反应，则温度由到逐渐降低，即。由题图甲中M点可知，进料比为，平衡时，已知恒温恒容情况下，容器内气体物质的量之比等于压强之比，可据此列出“三段式”。
可计算得
【例题7】 （2022全国甲卷28题，节选）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为 TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
（1）TiO2 转化为 TiCl4 有直接氯化法和碳氯化法。在 1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
（ⅰ）直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g) == TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=172 kJ·mol-1,Kp1=1.0×10-2
（ⅱ）碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) == TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2=-51 kJ·mol-1,Kp2=1.2×1012
③对于碳氯化反应:温度升高，平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
（2）在 1.0×105 Pa，将 TiO2、C、Cl2 以物质的量比1∶2.2∶2 进行反应。体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图所示。
②图中显示，在 200 ℃平衡时 TiO2 几乎完全转化为 TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是 。
【答案】
（1）变小
（2）为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4
【解析】
（1）③碳氯化反应中，正向反应为气体分子数增大的放热反应，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡向左移动：升高温度，平衡向左移动，平衡转化率减小。
（2）②实际生产中反应温度高于 200 ℃，原因是升高温度，反应速率增大，缩短了反应达到平衡的时间，可以在相同时间内得到更多的TiCl4以达到最佳效益。
【例题8】（北京卷18题，节选）白云石的主要化学成分为 CaMg(CO3)2，还含有质量分数约为 2.1%的 Fe2O3 和 1.0%的SiO2。利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁，流程示意图如下。
已知：
物质 Ca(OH)2 Mg(OH)2 CaCO3 MgCO3
Ksp 5.5×10-6 5.6×10-12 3.4×10-9 6.8×10-6
（1）白云石矿样煅烧完全分解的化学方程式为 ；
（3）“浸镁”过程中，取固体 B 与一定浓度的(NH4)2SO4 溶液混合，充分反应后 MgO 的浸出率低于 60%。加热蒸馏，MgO 的浸出率随馏出液体积增大而增大，最终可达 98.9%。从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因是 。
【答案】（1）CaMg(CO3)2 CaO + MgO + 2CO2↑
（3）MgO + H2O = Mg(OH)2 Mg(OH)2 + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3 + 2H2O随大量氨气逸出，平衡正向移动 ，导致氧化镁浸出率增大
【解析】（1）白云石矿样改写成（CaCO3·MgCO3）煅烧完全分解生成氧化钙、氧化镁、二氧化碳气体，CaMg(CO3)2 CaO + MgO + 2CO2↑
(3)“浸镁”过程中，发生反应：MgO + H2O = Mg(OH)2 Mg(OH)2 + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3 + 2H2O 加热蒸馏随大量氨逸出，平衡正向移动，利于氢氧化镁转化为硫酸镁。
【例题9】 （2022河北卷16题，节选）氢能是极具发展潜力的清洁能源，以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
Ⅰ. CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g); Ⅱ. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
①下列操作中，能提高 CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。
A.增加 CH4(g)用量 B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除 CO(g) D.加入催化剂
【答案】BC
【解析】
增加 CH4 (g)用量可以提高 H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A 不符合题意；
恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强， 反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高 CH4(g)平衡转化率，B 符合题意；
移除 CO(g)，减小了反应混合物中 CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高 CH4(g)平衡转化率，C 符合题意；
加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高 CH4(g)平衡转化率，D 不符合题意。
【例题10】（2022.6浙江卷29题，节选）主要成分为 H2S 的工业废气的回收利用有重要意义。
（2）热解 H2S 制 H2。根据文献，将 H2S 和 CH4 的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料，另一边出料)，发生如下反应:
Ⅰ 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH1=170 kJ·mol-1
Ⅱ CH4(g)+S2(g) CS2(g)+2H2(g) ΔH2=64 kJ·mol-1
总反应:Ⅲ 2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g) ΔH= 234 kJ·mol-1
投料按体积之比 V(H2S)∶V(CH4)=2∶1，并用 N2 稀释；常压、不同温度下反应相同时间后，测得 H2 和 CS2 的体积分数如下表：
温度/℃ 950 1 000 1 050 1 100 1 150
H2/(V%) 0.5 1.5 3.6 5.5 8.5
CS2/(V%) 0.0 0.0 0.1 0.4 1.8
②下列说法正确的是 。
A.其他条件不变时，用 Ar 替代 N2 作稀释气体，对实验结果几乎无影响
B.其他条件不变时，温度越高，H2S的转化率越高
C.由实验数据推出 H2S 中的 S—H 键强于 CH4 中的 C—H 键
D.恒温恒压下，增加 N2 的体积分数,H2 的浓度升高
④在 1 000 ℃、常压下，保持通入的 H2S 体积分数不变,提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)]，H2S 的转化率不变，原因是 。
【答案】
②AB
④1 000 ℃时 CH4 不参与反应，H2S体积分数不变，即分压不变，经历相同的时间转化率相同
【解析】
②N2不是反应物，故使用 Ar代替 N2对实验结果无影响，A 正确；该反应为吸热反应，故温度升高，平衡向正反应方向移动，H2S的转化率升高，B 正确；题目中所给信息有限， 无法根据已有信息推出 S—H 键与 C—H 键的键能的大小关系，C 错误；恒温恒压下，增加 N2 的体积分数，N2的分压增加，相当于原有体系的容积增大，即相当于对原平衡体系减小压强，平衡向正反应方向移动。但根据平衡移动原理,氢气的浓度应降低，D 错误。
④根据表中数据可知1000℃时CH4不参与反应，相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同，所以在1000℃常压下，保持通入的H2S体积分数不变，提高投料比时H2S的转化率不变。
三、模型建构
1.外界条件对转化率、产率影响的基本思维模型
一般模型
注意：
①恒温恒容充惰气，体积不变，反应物浓度不变，平衡不移动，反应物转化率不变
②恒温恒压充惰气，反应物的体积分数减小，即分压减小，相当于减压，平衡向气体分子数增大的方向移动
③加催化剂，不会影响平衡转化率
2.实际生产中条件的选择与分析的基本思维模型
原则：很多反应，实现原料的高转化率和反应的高速率所需要的条件往往是相互矛盾的。在依据化学反应进行实际生产时不应片面追求高转化率或高反应速率，而应该选择以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。
加催化剂，不会影响平衡转化率，但是可以提高反应速率，增加反应的选择性，因此工业生产中可以通过加催化剂，提高一定时间内的转化率和产率。
升高温度，对于放热反应，不利于提高反应物的平衡转化率，但适当升高温度可以提高反应速率、增强催化剂的活性，所以工业生产中可以适当升高温度，提高一定时间内的转化率和产率。
【例题11】 （2022辽宁卷17题，节选）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 ΔS = -200J·K-1·mol-1
（2） 温（填“高”或“低”，下同）有利于提高反应速率， 温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂（铁触媒）活性等因素，工业常采用 400~500℃。
（3）针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
方案一：双温-双控-双催化剂。使用 Fe-TiO2-xHy 双催化剂，通过光辐射产生温差（如体系温度为 495℃时，Fe 的温度为 547℃，而 TiO2-xHy 的温度为 415℃）。
下列说法正确的是 。
a. 氨气在“冷 Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b. N≡N在“热 Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c. “热 Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d . “冷 Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
（4）方案二：M-LiH 复合催化剂
下列说法正确的是 。
a．300℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
考点：温度对速率、平衡转化率、产率、催化剂的影响以及催化剂对平衡产率的影响。
【答案】（2） 高 低 （3） ab （4） a
【解析】
（2）温度越高，反应速率越快，所以高温有利于提高反应速率；因为正反应为放热反应，所以低温有利于提高平衡转化率。
（3）因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷 Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a 正确c错误；温度升高，反应速率加快，所以 N≡N 在“热 Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b 正确d错误。
（4）从图中可以看出，300℃时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高，a 正确；催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，所以同温同压下，复合催化剂不能提高氨的平衡产率，b 不正确；虽然图中显示温度高反应速率快，但温度过高，复合催化剂可能失去活性，c 不正确。
【例题12】 （2022海南卷16题，节选）某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)。
在相同条件下，CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应：CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)，在反应器中按 n(CO2)∶n(H2)=1∶4 通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到 2 min 时，测得反应器中 CH3OH、CH4 浓度(μmol·L-1)如下表所示。
若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和 400℃的反应条件，原因是 。
【答案】相同催化剂，400 ℃时的反应速率更大；相同温度，使用催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高
【解析】由表中信息可知，在选择使用催化剂Ⅰ和 350 ℃条件下反应，0~2 min CH3OH 的浓度由 0 增加到10.8 μmol·L-1，c(CH4)：c(CH3OH)=12722：10.8≈1 178；
在选择使用催化剂Ⅱ和 350 ℃的反应条件下，0~2 min CH3OH 的浓度由 0 增加到 9.2μmol·L-1，c(CH4)：c(CH3OH)=10775：9.2≈1 171；
在选择使用催化剂Ⅰ和 400 ℃条件下反应，0~2 min CH3OH 的浓度由 0 增加到 345.2μmol·L-1，c(CH4)：c(CH3OH)=42780：345.2≈124；
在选择使用催化剂Ⅱ和 400 ℃的反应条件下，0~2 minCH3OH 的浓度由 0 增加到 34 μmol·L-1，c(CH4)：c(CH3OH)=38 932：34≈1 145。
因此，若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和 400 ℃反应条件的原因是：相同催化剂，400 ℃时的反应速率更大；相同温度，使用催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高。
3.“三段式”解决转化率计算的解题模型
（起始量 转化量 平衡量）（体积分数 平衡常数 平衡时各物质之间的量的关系）
【例题13】（2022全国乙卷28题，节选）油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：
（1）已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g) == 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1 = - 1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g) == 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2 = +94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g) == 2H2O(g) ΔH3 = -484 kJ·mol-1
计算 H2S 热分解反应④2H2S(g)==S2(g)+2H2(g)的 ΔH4= kJ·mol-1。
（3）在 1 470 K、100 kPa 反应条件下，将 n(H2S)∶n(Ar)=1∶4 的混合气进行 H2S 热分解反应。平衡时混合气中 H2S 与 H2 的分压相等,H2S 平衡转化率为 。
（4）在 1 373 K、100 kPa 反应条件下，对于 n(H2S)∶n(Ar)分别为 4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19 的 H2S-Ar 混合气，热分解反应过程中 H2S 转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S 平衡转化率 ，理由是 。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9 对应图中曲线 ，计算其在 0~0.1 s 之间，H2S 分压的平均变化率为 kPa·s-1。
考点：分压的含义、化学方程式的计算的灵活运用能力以及恒压充惰气对平衡转化率的影响及相关计算
【答案】
（1）+170
（3）50%
（4）①越大 恒压条件下，H2S 的分压越小，越有利于 H2S 分解反应的正向进行
②d 24.9
【解析】
（1）根据盖斯定律可得：④=①×＋②×－③=(- 1 036 kJ·mol-1+94 kJ·mol-1) ×－(-484 kJ·mol-1)= +170 kJ·mol-1
（3）H2S分解的反应是气体分子数增大的反应，恒压条件下，Ar越多，H2S的分压越小，越有利于H2S分解反应的正向进行，即 H2S的平衡转化率越大。
（4）①H2S分解的反应是气体分子数增大的反应，恒压条件下，Ar越多，H2S的分压越小，越有利于H2S分解反应的正向进行，即 H2S的平衡转化率越大。②由图像和转化率大小关系可知，曲线a、b、c、d、e 分别表示 n(H2S)∶n(Ar)为 4∶1、1∶1、1∶4、1∶9 和 1∶19 时的转化率与时间的关系，因此 n(H2S)∶n(Ar)=1∶9 对应的是曲线 d。设起始时 H2S的物质的量为 1 mol，则Ar 的物质的量为 9 mol，由题图可知，当 0.1 s 时 H2S的转化率为 24%，则 2H2S(g) S2(g)+ 2H2(g)
起始(mol) 1 0 0
转化(mol) 0.24 0.12 0.24
平衡(mol) 0.76 0.12 0.24
则 0.1 s 时气体的总物质的量为 0.76 mol+0.12 mol+0.24 mol+9 mol=10.12 mol。
起始时，H2S的分压为 100 kPa×0.1=10 kPa，0.1 s 时 H2S的分压为100 kPa ×≈7.51 kPa，即变化值约为 2.49 kPa，则变化率为 24.9 kPa·s-1。
【例题14】（2022山东卷20题，节选）利用 γ-丁内酯(BL)制备 1,4-丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和 1-丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压 H2 氛围下进行，故 H2 压强近似等于总压。回答下列问题：
（1）以 5.0×10-3 mol BL 或 BD 为初始原料，在 493 K、3.0×103 kPa 的高压 H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以 BL 为原料，体系向环境放热 X kJ；以 BD 为原料，体系从环境吸热 Y kJ。
（2）初始条件同上。xi 表示某物种 i 的物质的量与除 H2 外其他各物种总物质的量之比，xBL 和 xBD 随时间 t 变化关系如图甲所示。实验测得 X考点：多重反应中，产物的物质的量的计算、产率的计算
【答案】a 或 c 0.08 39%
【解析】在5.0×10-3 mol BL 5.0×10-3 mol BD
493 K、3.0×103 kPa 的高压 H2 氛围
有全等平衡
实验测定 X由图可知，平衡时xBL 和 xBD分别是0.48 和0.36，所以可得xTHF + xBuOH + xH2O= 1-0.48-0.36=0.16，又因为xTHF + xBuOH = xH2O=0.08，BD产率 = ×100％≈39％。
【例题15】（2022.1浙江卷29题，节选）工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：
（3）一氧化碳变换反应：CO(g) + H2O(g) == CO2(g) + H2(g) ΔH =-41kJ·mol-1。
①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO) = 0.25MPa、p(H2O)=0.25MPa、p(CO2)=0.75MPa 和 p(H2)=0.75MPa，则反应的平衡常数 K 的数值为 。
②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使 CO 的平衡转化率提高到 90%， 则原料气中水蒸气和 CO 的物质的量之比为 。
【答案】（3）① 9 ② 1.8：1
【解析】
（3）①该反应平衡常数K= = = 9
②假设原料气中水蒸气为 xmol，CO 为 1 mol，由题意列三段式如下：
CO(g) + H2O(g) == CO2(g) + H2(g)
起始/mol 1 x 0 0
转化/mol 0.9 0.9 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 x-0.9 0.9 0.9
则平衡常数 K= = 9 解得x = 1.8
所以原料气中水蒸气和 CO 的物质的量之比为1.8:1
4.外界条件对多重反应影响的基本思维模型
【例题16】 （江苏卷13题，节选）乙醇—水催化重整可获得 H2，其主要反应为：
C2H5OH(g) + 3H2O(g) == 2CO2(g) + 6H2(g) ΔH = 173.3 kJ·mol-1
CO2(g) + H2(g) == CO(g) + H2O(g) ΔH = 41.2 kJ·mol-1
在 1.0×105 Pa、n 始(C2H5OH)∶n 始(H2O)=1∶3 时，若仅考虑上述反应，平衡时 CO2 和 CO 的选择性及 H2 的产率随温度的变化如图所示。CO的选择性=，下列说法正确的是（ ）
A.图中曲线①表示平衡时 H2 产率随温度的变化
B.升高温度，平衡时 CO 的选择性增大
C.一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下，加入 CaO(s)或选用高效催化剂，
均能提高平衡时 H2 产率
考点：温度对多重反应选择性的影响分析、提高转化率、产率的措施分析
【答案】B
【解析】由图像可知， ① ③两条线对称分布，且数值相加为100%，所以分别代表CO和CO2的选择性， 所以②代表平衡时H2产率随温度的变化。两个反应正反应均为放热反应，升高温度，两个平衡均向正向移动，CO的物质的量增加，根据C守恒，CO2的物质的量应该减少，说明升高温度 CO的选择性逐渐增大，CO2 的选择性逐渐减小。所以③代表 CO的选择性，①代表 CO2 的选择性，②代表 H2 的产率。
【例题17】（2022.1浙江卷29题，节选）工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：
（1）在 C 和 O2 的反应体系中：
反应 1：C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-394kJ·mol-1
反应 2：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH2=-566kJ·mol-1
反应 3：2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH3 = -222kJ·mol-1
②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO 与 CO2 的物质的量之比 。
A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断
【答案】（1）② B
【解析】
（1）反应1为反应2和3 的总反应，为了避免重复，选择反应2和3作为研究对象。温度升高，两个个平衡均逆向移动， CO2 物质的量减小，故CO 物质的量增大，所以 CO 与 CO2 物质的量比值增大，故答案选 B。
四、名师导学
教学策略
①明确研究对象
②看清反应特点
③审清改变条件
④牢记平衡移动原理
⑤多重反应要简化
⑥计算要用三段式

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