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大单元五 热化学 化学反应速率与平衡
专题四 多平衡体系中的有关计算
【真题再现●明考向】
1.(2025·河南卷节选)CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合，可生产高纯
度合成气(H2＋CO)，实现碳资源的二次利用。主要反应如下：
反应Ⅰ：CaCO3(s)⥫⥬CaO(s)＋CO2(g) ΔH1＝＋178 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2H2(g)＋2CO(g) ΔH2＝＋247 kJ·mol-1
反应Ⅲ：H2(g)＋CO2(g)⥫⥬H2O(g)＋CO(g) ΔH3＝＋41 kJ·mol-1
一定温度、100 kPa 下，向体系中加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4，假设此条
件下其他副反应可忽略，恒压反应至平衡时，体系中 CaCO3转化率为80%，
CH4 转化率为60% ，CO 物质的量为1.3 mol ，反应Ⅲ的平衡常数Kp ＝
________(保留小数点后一位)，此时原位CO2利用率为________。
已知：原位CO2利用率＝×100%
【答案】1.2 70%
【解析】CaCO3平衡转化率为80%，则反应Ⅰ生成的n(CO2)＝0.8 mol，CH4平
衡转化率为60%，则反应Ⅱ中CH4转化1 mol×60%＝0.6 mol。列关系式：
CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2H2(g)＋2CO(g)
转化量/mol 0.6 0.6 1.2 1.2
平衡时CO 的物质的量为1.3 mol，则反应Ⅲ生成0.1 mol CO，列关系式：
H2(g)＋CO2(g)⥫⥬H2O(g)＋CO(g)
转化量/mol 0.1 0.1 0.1 0.1
平衡量/mol 1.1 0.1 0.1 1.3
反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，可用物质的量代替分压计算平衡常数，故反
应Ⅲ的Kp＝＝＝≈1.2，原位CO2利用率＝×100%＝×100%＝70%。
2.(2025·山东卷节选)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：
Ⅰ.CaS(s)＋2SO2(g)⥫⥬CaSO4(s)＋S2(g) ΔH1
Ⅱ.CaSO4(s)＋4H2(g)⥫⥬CaS(s)＋4H2O(g) ΔH2
Ⅲ.SO2(g)＋3H2(g)⥫⥬H2S(g)＋2H2O(g) ΔH3
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：
(1)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)。
(2)T2温度下，体系达平衡后，压缩容器体积S2产率增大。与压缩前相比，重新
达平衡时，H2S 与H2 物质的量之比__________(填“增大”“减小”或“不
变”)，H2O 物质的量n(H2O)__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1) 150a (2)增大 减小
【解析】(1)根据图示温度范围内反应Ⅱ的平衡常数K＝108基本不变知，恒有＝
108，即＝102，lg n(H2O)－lg n(H2)＝2，结合图中曲线变化趋势知乙线表示
H2O，丁线表示H2。T1 温度下，平衡体系中H2 的物质的量为a mol，H2O 和
SO2的物质的量相等，根据＝102，知n(H2O)＝n(SO2)＝100a mol，根据H 守恒，
n(H2)＋n(H2O)＋n(H2S)＝0.1 mol，则n(H2S)＝(0.1－101a)mol；根据S 守恒，
n(H2S)＋n(SO2)＋2n(S2)＝1 mol，则n(S2)＝mol＝mol；根据O 守恒，n(H2O)＋
2n(SO2)＋4n(CaSO4)＝2 mol，则n(CaSO4)＝mol＝mol；根据Ca 守恒，n(CaS)＋
n(CaSO4)＝1 mol，则 n(CaS)＝(1－)mol＝mol，故n(CaS)－n(CaSO4)＝mol－
mol＝150a mol。(2)T2温度下，体系达平衡后，压缩容器体积，反应Ⅰ、Ⅲ的
平衡正向移动，重新达平衡时，H2S 与H2物质的量之比增大，反应Ⅱ的平衡常
数K＝基本不变，重新平衡时H2的物质的量减小，则n(H2O)减小。
3.(2025·陕西卷节选)MgCO3/MgO 循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。
科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：
Ⅰ.MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g) ΔH1＝＋101 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－166 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g) ΔH3＝＋41 kJ·mol-1
100 kPa 下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol 发生反应。反应物(H2、
MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反
应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。
注：含碳生成物的选择性＝×100%
①表示CH4选择性的曲线是________(填字母)。
②点M 温度下，反应Ⅱ的Kp＝________(kPa)-2(列出计算式即可)。
③在550 ℃下达到平衡时，n(CO)＝________mol。500～600 ℃，随温度升高
H2平衡转化率下降的原因可能是________________。
【答案】①c ② ③0.2 反应Ⅱ平衡逆向移动的程度大于反应Ⅲ平衡正向移
动的程度
【解析】①360 ℃以下，曲线b、c 对应的数值之和约为1，则其代表选择性曲
线，反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，MgCO3的平衡转化率增大，
则a 为MgCO3的平衡转化率曲线。反应Ⅱ为放热反应，升高温度，平衡逆向移
动，CH4的选择性降低，且反应Ⅲ在 360 ℃以下不考虑，则c 为CH4的选择性
曲线。②点M 温度下，MgCO3的平衡转化率为49.0%、CH4的选择性为50%(反
应Ⅲ在 360 ℃以下不考虑)，则MgCO3 转化0.49 mol，反应Ⅰ生成0.49 mol
CO2，故反应Ⅱ中起始时CO2为0.49 mol、H2为1 mol，达平衡时CH4为0.245
mol，列三段式：
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)
起始量/mol 0.49 1 0 0
转化量/mol 0.245 0.98 0.245 0.49
平衡量/mol 0.245 0.02 0.245 0.49
平衡时气体的总物质的量为0.245 mol＋0.02 mol＋0.245 mol＋0.49 mol＝1
mol，平衡时气体的总压强为100 kPa。故反应Ⅱ的Kp＝＝(kPa)-2。③由图可知，
在550 ℃下达到平衡时，MgCO3的平衡转化率为100%，CH4选择性为10%，
CO2选择性为70%，则根据C 原子守恒和选择性的定义，CO 选择性为20%，故
CO 的物质的量为1 mol×20%＝0.2 mol。500～600 ℃，随温度升高，H2平衡转
化率下降的原因可能是温度升高，反应Ⅱ平衡逆向移动的程度大于反应Ⅲ平衡
正向移动的程度。
【核心梳理●明方向】
1.化学平衡常数的换算
(1)同一可逆反应中，K 正·K 逆＝1。
(2)同一化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n 倍，则新平衡常数K′与原
平衡常数K 间的关系是K′＝Kn或K′＝。
(3)两化学方程式相减得第三个化学方程式，则K3＝；若两化学方程式相加得第
三个化学方程式，则K3＝K1×K2。
(4)化学平衡常数与速率常数的关系：K＝。
2.分压与压强平衡常数
对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)＋dD(g)，在一定温度下达到化学平衡时，
若用 p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别表示A、B、C、D 各气体的分压，用Kp表示
压强平衡常数，则有：
(1)p(C)＝平衡时的总压×物质C 的物质的量分数。
(2)Kp＝。
3.多平衡体系中有关平衡常数的计算技巧
(1)有关多平衡体系平衡常数的计算，如何确定多个反应相关联物质在平衡时量
的多少是解题的关键点。若用常规的三段式计算，对反应过程分析要求高，容
易出错。但无论多少个反应，反应进行的程度如何，反应前后的原子总数是不
变的，因而解答这类问题可用原子守恒法，可规避对反应过程的分析。
(2)原子守恒法解题基本思路
【考点突破●提能力】
1.(2025·重庆一模)甲醇是一种关键的化学原料，用CO 和CO2都可合成甲醇。
(1)CO2加氢制取甲醇的过程含有以下三个反应。
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) K1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) K2
Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g) ΔH＝－91.0 kJ·mol-1 K3
T ℃时，已知K2＝1.0，K3＝2.5，求K1的值。
_____________________________________________________________________
_
______________________________________________________(写出推断过程)。
(2)甲醇与水蒸气在催化剂作用下可制取H2，一定温度下，在恒容体系中加入2
mol CH3OH(g)和2 mol H2O(g)，发生反应：Ⅳ.CH3OH(g)⥫⥬2H2(g)＋CO(g)；
Ⅴ.CO(g)＋H2O(g)⥫⥬H2(g)＋CO2(g)。
测得体系的初始压强为p0 kPa，达到平衡时，甲醇的转化率为90%，H2O(g)的
分压为0.25p0 kPa，则反应Ⅴ的压强平衡常数Kp＝__________(以平衡分压代替
物质的量浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
【答案】(1)反应Ⅰ＝反应Ⅱ＋反应Ⅲ，K1＝K2×K3＝1.0×2.5＝2.5 (2)5.75
【解析】(1)根据盖斯定律可得反应Ⅰ＝反应Ⅱ＋反应Ⅲ，方程式相加则对应平
衡常数相乘，可知K1＝K2×K3＝1.0×2.5＝2.5。(2)平衡时H2O(g)的分压为
0.25p0 kPa，同温同体积条件下，物质的量与压强成正比，则＝，可得平衡时
n(H2O)＝1 mol，
CH3OH(g)⥫⥬2H2(g)＋CO(g)
起始(mol) 2
转化(mol) 1.8 3.6 1.8；
CO(g)＋H2O(g)⥫⥬H2(g)＋CO2(g)
起始(mol) 1.8 2 3.6 0
转化(mol) 1 1 1 1
平衡(mol) 0.8 1 4.6 1
Kp＝＝5.75。
2.(2025·内蒙古呼和浩特一模)催化加氢制甲醇是减少碳排放的一项关键技术，
并为未来燃料和材料的制造提供方案。在催化剂作用下主要发生以下反应：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·mol-1
Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g) ΔH3＝－90.4 kJ·mol-1
在恒温恒容密闭容器中充入3 mol H2和 1 mol CO2，发生上述反应。
(1)反应达平衡后，测得CH3OH 为0.3 mol，CO 为0.2 mol，则甲醇的选择性为
__________(甲醇的选择性＝×100%)，反应Ⅱ的Kp＝________(保留小数点后三
位)。
(2)平衡时，CO2转化率α(CO2)、CH3OH 选择性SM、CO 选择性SCO随温度T 变
化如图所示：
图中表示α(CO2)的曲线是________(填“a”“b”或“c”)，曲线c 变化趋势的原因
是
_____________________________________________________________________
_。
【答案】(1)60% 0.105 (2)a 随着温度的升高，反应Ⅱ平衡正向移动，反应
Ⅰ、Ⅲ逆向移动，均导致CO 的选择性提高
【解析】(1)充入3 mol H2和1 mol CO2，发生题述反应，达平衡后，CH3OH 为
0.3 mol，CO 为0.2 mol，根据C 原子守恒，剩余的CO2为 0.5 mol，反应的CO2
为1 mol－0.5 mol＝0.5 mol，甲醇的选择性为×100%＝60%；根据O 原子守恒，
H2O 的物质的量为 1 mol×2－0.3 mol×1－0.2 mol×1－0.5 mol×2＝0.5 mol，
根据H 原子守恒，H2的物质的量为×(3 mol×2－0.3 mol×4－0.5 mol×2)＝1.9
mol；反应Ⅱ为前后化学计量数相等的反应，Kp＝＝＝≈0.105。(2)升高温度，
反应Ⅰ和Ⅲ逆向移动，反应Ⅱ正向移动，甲醇的选择性降低，曲线b 代表甲醇
的选择性，CO 的选择性均升高，曲线c 代表CO 的选择性，曲线a 代表CO2的
转化率；曲线c 代表CO 的选择性随温度升高而升高，原因是：随着温度的升
高，反应Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅰ、Ⅲ逆向移动，均导致CO 的选择性提高。
3.(2025·湖北省“新八校”协作体5 月模拟)H2S 和CH4的重整制氢涉及的反应如
下：
Ⅰ.2H2S(g)⥫⥬S2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋169.8 kJ·mol-1
Ⅱ.S2(g)＋CH4(g)⥫⥬CS2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋63.7 kJ·mol-1
Ⅲ.2H2S(g)＋CH4(g)⥫⥬CS2(g)＋4H2(g)
在恒压100 kPa 下按组成为n(H2S)∶n(CH4)∶n(Ar)＝1∶1∶4.7 通入混合气体，
测得平衡状态下H2、S2的收率和H2S 的转化率随温度的变化曲线如图所示。
已知：H2的收率＝×100%，S2的收率＝×100%
(1)T1温度下H2的收率为________。
(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＝100
kPa)。T1 ℃时反应Ⅰ的相对压力平衡常数为K＝______________(写出计算式即
可)。
【答案】(1)20% (2)
【解析】(1)设H2S、CH4、Ar 的物质的量分别是 1 mol、1 mol、4.7 mol，由题
图可知，T1温度下H2S 转化率为32%，剩余H2S 为0.68 mol，S 原子共1 mol，
S2的收率为4%，S2的物质的量为 mol＝0.02 mol，根据S 原子守恒，CS2的物
质的量为 mol＝0.14 mol，根据C 原子守恒，CH4的物质的量为(1－0.14)mol＝
0.86 mol，根据H 原子守恒，H2 的物质的量为 mol＝0.6 mol，H2 的收率为
×100%＝20%；(2)由(1)可知，H2S、CH4、H2、CS2、S2、Ar 的物质的量分别是
0.68 mol、0.86 mol、0.6 mol、0.14 mol、0.02 mol、4.7 mol，n 总＝(0.68＋0.86＋
0.6＋0.14＋0.02＋4.7)mol＝7 mol，S2、H2、H2S 的相对分压分别是：＝、＝、
＝，K＝＝。
【限时训练】（限时：60 分钟）
多平衡体系中的有关计算
(满分：64 分)
1.(8 分)(2025·江苏无锡一模)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
Ⅰ.CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH2>0
Ⅲ.2CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CO2(g)＋CH4(g) ΔH3<0
在密闭容器中，1.01×105 Pa，n 起始(CO2)∶n 起始(H2)＝1∶4 时，在催化剂作用下
反应相同时间所测得的CO2平衡转化率、CO2的实际转化率随温度的变化如图1
所示。CH4的选择性可表示为×100%。在密闭容器中，1.01×105 Pa，CO2和H2
的起始物质的量分别为1 mol 和4 mol，平衡后反应体系中各物质的物质的量随
温度的变化如图2 所示，图中表示CH4的物质的量的曲线为____________。在
505 ℃，反应Ⅱ的平衡常数 K＝__________(保留两位有效数字)。
【答案】B 0.17
【解析】结合题图1 可知，低于300 ℃二氧化碳的平衡转化率接近100%，此
时图2 中A、B 的量接近2 mol、1 mol，D、E 的量接近0 mol，升高温度，反应
Ⅰ、Ⅲ逆向移动、Ⅱ正向移动，导致CO 量增大、甲烷的量减小，结合碳守恒
可知，含碳物质的量不会超过1 mol，则A 为水、B 为甲烷、C 为氢气、D 为二
氧化碳、E 为一氧化碳，故图中表示CH4的物质的量的曲线为B；在 505 ℃，
水、氢气均为1.35 mol，结合氢守恒可知，甲烷为 mol＝0.65 mol，设二氧化碳、
一氧化碳分别为 a mol、b mol，由碳守恒可知，a＋b＋0.65＝1，由氧守恒可
知，2a＋b＋1.35＝1×2，解得a＝0.3 mol，b＝0.05 mol，反应Ⅱ的平衡常数K
＝≈0.17。
2.(12 分)(2025·湖南岳阳一模)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展的重大战略。
在催化剂作用下，CO2可被H2还原为CH3OH 等化学品，主要反应如下：
反应1：CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－50 kJ·mol-1
反应2：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·mol-1
将1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)充入密闭容器发生反应1 和反应2，并达到平衡状
态。相同温度下，在不同压强下测得CO2 的平衡转化率、CH3OH(g)的选择性
[×100%]和CO 的选择性[×100%]随压强变化曲线如图所示。图中表示CH3OH(g)
选择性的曲线是________(填“m”、“n”或“p”)，A 点时H2 的转化率为
________，反应2 的压强平衡常数Kp＝________(结果保留2 位有效数字)。
【答案】m 24% 0.017
【解析】根据已知信息可知：反应1 的正反应是气体体积减小的反应，反应2
是反应前后气体物质的量不变的反应，增大压强，反应1 平衡正向移动，CO2
含量减少，水蒸气含量增大，使反应2 平衡逆向移动，导致CO 选择性降低，
因此一定温度下，图中p 表示CO 的选择性与压强的关系，CH3OH 的选择性加
上CO 的选择性应为100%，因此m 表示CH3OH 的选择性与压强的关系，n 表
示CO2的平衡转化率与压强的关系；A 点时CO2转化率为30%，CH3OH 的选择
性为70%，
CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)
开始(mol) 1 3 0 0
转化(mol) x 3x x x
平衡(mol) 1－x 3－3x x x，
CO2(g) ＋ H2(g) ⥫⥬ CO(g)＋H2O(g)
开始(mol) 1－x 3－3x 0 x
转化(mol) y y y y
平衡(mol) 1－x－y 3－3x－y y x＋y，
x＋y＝1×30%，＝70%，解得x＝0.21，y＝0.09，此时H2的转化率为×100%＝
×100%＝24%；CO2的物质的量分数为＝，H2的物质的量分数为＝，CO 的物质
的量分数为＝，H2O 的物质的量分数为＝，反应2 的压强平衡常数Kp＝＝＝
≈0.017。
3.(16 分)(2025·河北秦皇岛一模)异丁烷(ⅰC4H10)催化脱氢反应a 可表示为ⅰ
C4H10(g)⥫⥬ⅰC4H8(g)＋H2(g) ΔH1
副反应b 可表示为ⅰC4H10(g)⥫⥬CH2===CHCH3(g)＋CH4(g) ΔH2
不同温度下，在恒压的密闭容器中充入1 mol 异丁烷和1.9 mol Ar，平衡时测得
相关数据如图所示。
(1)图中，异丁烯收率最高时的反应温度为________，此时异丁烯收率＝
________。
(2)600 ℃、压强为p 条件下，反应达到平衡时，异丁烷的分压为________，反
应a 的平衡常数Kp＝________________________(Kp为用分压代替浓度计算出的
平衡常数，列出计算式即可)。
【答案】(1)600 ℃ 28% (2)
【解析】(1)560 ℃时，异丁烯物质的量为1 mol×14%×85%＝0.119，580 ℃时，
异丁烯物质的量为1 mol×25%×83%＝0.207 5，600 ℃时，异丁烯物质的量为
1 mol×35%×80%＝0.28，620 ℃时，异丁烯物质的量为1 mol×45%×60%＝
0.27，640 ℃时，异丁烯物质的量为1 mol×45%×55%＝0.247 5，故异丁烯收
率最高时的反应温度为600 ℃，此时异丁烯的收率为×100%＝28%；(2)异丁烷
转化的物质的量1 mol×35%＝0.35 mol，异丁烯的物质的量0.35 mol×80%＝
0.28 mol，
ⅰC4H10(g)⥫⥬ⅰC4H8(g)＋H2(g)
起始(mol) 1 0 0
转化(mol) 0.28 0.28 0.28
平衡(mol) 0.65 0.28 0.28，
ⅰC4H10(g)⥫⥬CH2==CHCH3(g)＋CH4(g)
起始(mol) 1 0 0
转化(mol) 0.07 0.07 0.07
平衡(mol) 0.65 0.07 0.07，
n(ⅰC4H10) ＝0.65 mol ，n(ⅰC4H8) ＝0.28 mol ，n(H2) ＝0.28 mol ，
n(CH2===CHCH3)＝0.07 mol，n(CH4)＝0.07 mol，600 ℃时压强为p，p(ⅰC4H10)
＝p＝；Kp＝。
4.(20 分)(2025·广西来宾一模)工业上可以利用CO2合成CH3OH，主要涉及以下
两个反应。
反应Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 K1
反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH2 K2
在催化剂作用下，将1 mol CO2和2 mol H2混合充入一恒容密闭容器中同时发生
反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平衡时CO2的转化率和容器中混合气体的平均相对分子
质量随温度变化如图1。
(1)分析可知，反应Ⅰ的正反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)T ℃时，容器中气体总的物质的量为__________，反应Ⅱ的化学平衡常数K2
＝________。
(3)若向3.0 MPa 恒压密闭容器中通入体积比＝的混合气体，在1 mol 催化剂作
用下只发生反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CH3OH 时空
收率(表示单位物质的量催化剂表面物质的平均生成速率)随温度的变化曲线如
图2 所示。则169 ℃与223 ℃时，H2 的平均反应速率之比为[v(H2)169
℃]∶[v(H2)223 ℃]＝__________。甲醇时空收率随温度升高先增大后减小，请解释
减小的可能原因是______________________________________________
____________________________________________________________________
。
【答案】(1)放热 (2)2.4 mol (3)1∶2 该反应为放热的可逆反应，温度过高
时平衡向逆反应方向移动(或副反应增多、催化剂失活等)，使甲醇产率反而下
降
【解析】(1)根据题图1 分析可知，温度低于250 ℃时随着温度逐渐升高，CO2
的转化率逐渐降低，混合气体的平均相对分子质量逐渐减小，此时以反应Ⅰ为
主，说明反应ⅠΔH1<0，则反应Ⅰ正反应为放热反应，温度高于250 ℃时，达
到平衡时CO2的转化率逐渐增大，混合气体的平均相对分子质量基本不变，此
时以反应Ⅱ为主，ΔH2>0；(2)T ℃时，CO2的转化率为50%，则消耗的n(CO2)
＝0.5 mol，剩余 0.5 mol；此时混合气体的平均相对分子质量为20，由于混合
气体的总质量不变，平衡后混合气体的摩尔质量为＝20 g·mol-1，解得n 平＝2.4
mol；体系减少了0.6 mol，因反应Ⅱ对总物质的量无净增减，所以这0.6 mol 全
是反应Ⅰ的减少量，根据反应Ⅰ方程式得：
CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) 减少量（mol）
起始（mol） 1 2 0 0
转化（mol） 0.3 0.9 0.3 0.3 0.6
平衡（mol） 0.3
则反应Ⅱ消耗的CO2为0.5 mol－0.3 mol＝0.2 mol，
由反应Ⅱ的方程式得：
CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)
起始（mol） 1 2 0 0
转化（mol） 0.2 0.2 0.2 0.2
平衡（mol） 0.5 0.9 0.2 0.5
得到反应Ⅱ的化学平衡常数为K2＝＝＝。(3)由图2 可知“169 ℃”与“223
℃”时甲醇时空收率分别为0.10(mol·h-1)·mol-1与0.20(mol·h-1)·mol-1，而反应Ⅰ
每生成 1 mol CH3OH 要消耗3 mol H2，故H2 的平均反应速率之比[v(H2)169
℃]∶[v(H2)223 ℃]＝(3×0.10)∶(3×0.20)＝1∶2；甲醇时空收率随温度升高先增大
后减小，其减小的原因可能为该反应为放热的可逆反应，温度过高时平衡向逆
反应方向移动(或副反应增多、催化剂失活等)，使甲醇产率反而下降。
5.(8 分)(2025·湖北省七市一模联考)含碳化合物的回收是实现碳达峰、碳中和的
有效途径。CO2催化加氢选择合成甲醇的主要反应如下：
反应1：CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1<0
反应2：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH2>0
反应3：CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g) ΔH3
在一体积固定的密闭容器中，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3 投料，发生上述反应1
和反应2，平衡时CO 和CH3OH 在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率
随温度的变化如图所示。
(1)150 ℃～250 ℃范围内，随着温度的升高，CO2的平衡转化率减小的原因是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
(2)270 ℃时，若容器起始压强为5 MPa，则反应2 的Kp为__________(保留两位
有效数字)。
【答案】(1)反应1 为放热反应，反应2 为吸热反应，升高温度，反应1 逆移的
程度大于反应2 正移的程度，使二氧化碳的转化率减小 (2)0.015
【解析】(1)反应1 为放热反应，反应2 为吸热反应，升高温度，反应1 逆移的
程度大于反应2 正移的程度，使二氧化碳的转化率减小。(2)270 ℃时，体积固
定的密闭容器中，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3 投料，设n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝3
mol，容器内发生反应1 和反应2，平衡时 α(CO2)＝24%，CO 和CH3OH 在含碳
产物中的物质的量分数相等，反应的CO2 为0.24 mol，平衡时n(CO2)＝0.76
mol，n(CH3OH)＝n(CO)＝0.12 mol，n(H2O)＝0.12 mol＋0.12 mol＝0.24 mol，
n(H2)＝3 mol－0.12 mol－3×0.12 mol＝2.52 mol，反应2 为反应前后气体体积不
变的反应，则Kp＝＝＝≈0.015。
