n(H2)n(CO?CO2)=2.60时体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系
(2)合成气的组成
如图2所示。α(CO)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 。
图1 图2
c(CH3OH)2c(CO)?c(H2) a 反应①正反应为放热反应，平衡常数随温度升高
【答案】 (1)K=
而减小
(2)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，生成CO的量增大。总结果，随温度升高，CO的转化率降低 p1>p2>p3 相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，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4】 (2015·湖南怀化二模)
Ⅰ. (1)右图为1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反应生成NO(g)和CO2(g)过程中的能量变化示意图。已知E1=134 kJ·mol，E2=368 kJ·mol(E1、 E2为反应的活化能)。若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，则E1、ΔH的变化分别是 、 (填“增大”、“减小”或“不变”)。写出该反应的热化学方程式： 。
-1
-1
21
(2)若反应SO2(g)+I2(g)+2H2O(g)(填字母)0。 A. 大于
H2SO4(l)+2HI(g)在150 ℃下能自发进行，则ΔH
B. 小于 C. 等于 D. 大于或小于都可
Ⅱ. 以CO2为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点，下面为CO2加氢制取乙醇的反应：2CO2(g)+6H2(g)
CH3CH2OH(g)+3H2O(g)ΔH=Q kJ·mol (Q>0)。
-1
在密闭容器中，按CO2与H2的物质的量之比为1∶3进行投料，在5 MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数(y%)如下图所示。
完成下列填空：
(1)表示CH3CH2OH体积分数曲线的是 (填字母)。 (2)在一定温度下反应达到平衡的标志是 (填字母)。 A. 平衡常数K不再增大 B. CO2的转化率不再增大
C. 混合气体的平均相对分子质量不再改变 D. 反应物不再转化为生成物
(3)其他条件恒定，达到平衡后，能提高H2转化率的措施是 (填字母)。 A. 升高温度 B. 充入更多的H2 C. 移去乙醇 D. 增大容器体积
(4)图中曲线a和c的交点R对应物质的体积分数为 。 【答案】 Ⅰ. (1)减小 不变 NO2(g)+CO(g)(2)B
NO(g)+CO2(g)ΔH=—234 kJ·mol
-1
3Ⅱ. (1)b (2)BC (3)AC (4)37.5% (或0.375或8)
【解析】 Ⅰ. (1)催化剂能够降低化学反应的活化能，但不能改变化学反应的焓变；由能量关系图可知该反应的热化学方程式为NO2(g)+CO(g)
-1
-1
-1
NO(g)+CO2(g)ΔH=-(E2-E1)=-(368
kJ·mol-134 kJ·mol)=-234 kJ·mol。(2)该反应的气体物质的量减小，ΔS<0，若使反应自发进行需要ΔH-TΔS<0，所以ΔH<0。
22
Ⅱ. (1)根据化学方程式可知CH3CH2OH是生成物，体积分数逐渐增大，并且增加的幅度要小于水蒸气的增加幅度，所以图中b曲线表示的是CH3CH2OH的体积分数。
(2)A项，平衡常数只是温度的函数，温度不变，平衡常数不变，错误；B项，达到平衡状态时，CO2的转化率不再变化，正确；C项，该反应是一个气体体积变化的反应，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时反应达到平衡，正确；D项，反应达到平衡状态后，反应依然在进行，没有停止，错误。
(3)A项，该反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，氢气转化率增大，正确；B项，充入更多的H2，平衡向正反应方向移动，但氢气的转化率降低，错误；C项，移去乙醇，减少了生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，氢气转化率增大，正确；D项，增大容器体积，平衡向逆反应方向移动，氢气的转化率降低，错误。
(4)a曲线代表H2O、c曲线代表H2。设起始时充入1 mol CO2和3 mol H2，转化的H2的物质的量为6n mol，则
2CO2(g)+6H2(g)
起始/mol： 变化/mol： 平衡/mol：
1
3
CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 0
0 3n
2n 6n n 1-2n 3-6n n
3n
1图中曲线a和c的交点R表示3-6n=3n，解得n=3，所以此时体积分数为3n1-2n?3-6n?n?3n×100%=37.5%。
【例题5】 (2015·广州调研)甲烷水蒸气重整制合成气是利用甲烷资源的途径之一，该过程的主要反应是
反应①：CH4(g)+H2O(g)(1)已知： CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(g)ΔH1
CO(g)+3H2(g)ΔH>0
1CO(g)+2O2(g)1H2(g)+2O2(g)
CO2(g) ΔH2
H2O(g) ΔH3
则反应①的ΔH= (用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
23
(2)其他条件相同，反应①在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下反应相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如下图所示。
①在相同条件下，三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是 。 ②a点所代表的状态 (填“是”或“不是”)平衡状态。 ③c点CH4的转化率高于b点，原因是 。
(3)反应①在恒容密闭反应器中进行，CH4和H2O的起始物质的量之比为1∶2，10 h后CH4的转化率为80%，并测得c(H2O)= 0.132 mol·L，计算010 h内CH4的平均反应速率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
(4)在坐标图中，画出反应①分别在700 ℃和850 ℃下进行时，CH4的转化率随时间t变化的示意图(进行必要标注)。
-1
【答案】 (1)ΔH1-ΔH2-3ΔH3 (2)①Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ ②不是
③b、c点表示的状态均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，故相同时间内CH4的转化率较大
(3)设CH4和H2O的起始物质的量分别为x mol和2x mol，容器体积为V L，则
CH4(g)+H2O(g)
n始/mol： x
2x
CO(g)+3H2(g) 0
0
n变/mol： 0.8x 0.8x 0.8x 2.4x n末/mol： 0.2x 1.2x 0.8x 2.4x 1.2x=0.132V
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x=0.11V
0.8?0.11V-3-1-1
v(CH4)=V?10=8.8×10 mol·L·h
(4)
【解析】 (1)根据盖斯定律：ΔH=ΔH1-ΔH2-3ΔH3。(2)①在相同条件下，甲烷的转化率：Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，则三种催化剂的催化效率由高到低的顺序是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ；②催化剂仅改变反应的速率，不影响平衡移动，a点所对应的温度下甲烷的转化率不是最大，说明平衡还在正移，即a点所代表的状态不是平衡状态；③b、c点表示的状态均未达到平衡，c点温度较高，反应速率较快，故相同时间内CH4的转化率较大。(4)反应①是吸热反应，温度越高，反应速率越快，越先达到平衡状态，甲烷的转化率越大。
【例题6】 (2015·洛阳二模)工业上常用乙苯作原料生产苯乙烯，相关反应可表示如下(由于烃类物质在高温下不稳定，甚至会分解为碳和氢气，所以反应温度一般控制在650 ℃)：
+H2(g)ΔH
回答下列问题：
(1)工业上生产苯乙烯的第一步：在适当催化剂存在下，由苯和乙烯烷基化生成乙苯。请写出反应的化学方程式： 。
(2)已知乙苯、苯乙烯和氢气的燃烧热(ΔH)分别为-4 607.1 kJ·mol、-4 439.3 kJ·mol、-285.8 kJ·mol，则ΔH= kJ·mol。
(3)向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol乙苯，反应达到平衡状态时，平衡体系中乙苯和苯乙烯的物质的量分数X(i)与温度的关系如下图所示。
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-1
-1
-1
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