2025届高三高考化学二轮复习 微专题练习 化学平衡相关计算

2025届高三高考化学二轮复习微专题练习 化学平衡相关计算 1.NO、NO2是空气中的污染物,将NO、NO2转化为N2(g)是化学工作者的重要研究课题。回答下列问题: (1)已知:反应Ⅰ.2NO(g)N2(g)+O2(g)　ΔHⅠ=x kJ·mol-1; 反应Ⅱ.CO2(g)CO(g)+O2(g) ΔHⅡ=y kJ·mol-1; 反应Ⅲ.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔHⅢ 反应Ⅳ.2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g)　ΔHⅣ=z kJ·mol-1。 则ΔHⅢ=　　　　　　　　　kJ·mol-1。(用含x、y、z的代数式表示)。  (2)研究表明反应Ⅲ的反应过程如图所示。 ①已知:a<b<c。图中第一步反应的逆反应的活化能为　　　　　　　　　　kJ·mol-1(用含a、b、c、ΔHⅢ的代数式表示)。  ②对于基元反应xX(g)+yY(g)zZ(g),其速率方程为v正=k正cx(X)·cy(Y)、v逆=k逆cz(Z)。若用k1正、k1逆、k2正、k2逆分别表示图中两步反应的速率常数,则第二步的平衡常数为　　　　(用含k2正、k2逆的代数式表示);第一步反应快速达到平衡,近似认为第二步反应不影响第一步反应,则反应Ⅲ的速率方程v正=　　　　　　　[用含k1正、k1逆、k2正、c(NO)及c(O2)的代数式表示]。  2.[2024·安徽马鞍山第一次质检] 氮氧化物(NOx )是大气污染物的主要成分,对人体健康和环境危害极大。利用H2催化消除NO,生成N2及副产物N2O的热化学方程式如下: Ⅰ: 2NO(g)+4H2 (g)+O2(g)N2 (g)+4H2O(g)　ΔH1=-574 kJ·mol-1 Ⅱ: 2NO(g)+3H2(g)+O2(g)N2O(g)+3H2O(g)　ΔH2=-412 kJ·mol-1 回答下列问题: 在V L恒容密闭容器中充入1 mol NO、2 mol H2、1 mol O2,此时起始压强为p0,反应达到平衡时,测得容器内N2O、H2O的物质的量分别为0.1 mol、1.5 mol。 (已知:N2的选择性=×100%) 则NO的平衡转化率=　　　　; N2的选择性=　　　　;反应Ⅱ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)。  3.乙醇是一种很有发展前景的能源替代品,通过CO和CO2催化加氢制乙醇的体系中涉及化学反应如下: Ⅰ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH1=-41.4 kJ·mol-1　K1 Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2=-90.9 kJ·mol-1　K2 Ⅲ.2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g)　ΔH3=-256.4 kJ·mol-1　K3 (1)则CO2加氢制C2H5OH(g)的热化学方程式为 　　　　　　　　;该反应的化学平衡常数K=　　　　(用K1、K2或K3表示)。  (2)T ℃时,向盛有催化剂的2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO(g)和4 mol H2(g),发生上述反应,10 min末达到平衡,此时CO(g)的转化率为80%,CH3OH(g)和H2(g)的物质的量浓度分别为0.2 mol·L-1和0.7 mol·L-1。则0~10 min内,平均反应速率v(C2H5OH)=　　　　mol·L-1·min-1;反应Ⅲ的平衡常数K=　　　　(保留两位有效数字)。  4.[2024·江西鹰潭二模] 油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的H2S,可回收处理并加以利用。 (1)在1470 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[2H2S(g)S2(g)+2H2(g)　ΔH=+170 kJ·mol-1]。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为　　　　,平衡常数Kp=　　　　 kPa(保留三位有效数字)。  (2)在1373 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图所示。 计算n(H2S)∶n(Ar)=1∶9时,在0~0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为　　　　 kPa·s-1。  5.[2024·湖北荆州二模] CO2是当今最主要的温室气体,各国都面临着严峻的减排压力。与此同时,CO2也是一种“碳源”,转化为高附加值的燃料或化学品不仅可以解决CO2的问题,还可变废为宝得到有用的化学品。CO2加氢制甲醇是实现这一过程的理想方法之一。 主要发生以下反应: 反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1 反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1 反应Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3 一定温度下,在容积恒定的密闭容器中充入a mol CO2(g)和3 a mol H2(g),起始压强为p0达到平衡时,测得容器内的压强为起始的0.8倍,H2O(g)的物质的量为0.6a mol。在此条件下,CO2的转化率=　　　　,反应Ⅲ的平衡常数Kp=　　　　　(以平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。  6.[2024·吉林白山五模] “节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。 已知:H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1、CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0 kJ·mol-1。 反应①:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1=-90.8 kJ·mol-1 反应②: H2O(l)H2O(g)　ΔH2=+44.0 kJ·mol-1 反应③:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH3 恒温条件下,在某恒容密闭容器中按照投料比n(CO2)∶n(H2) =1∶3发生反应③,起始气体总压强为p0,测得CO2(g)的浓度随时间变化如图所示。 (1)从反应开始到3 min,H2的平均反应速率v(H2)=　　　　 mol·L-1·min-1;试在图中绘制出CH3OH(g) 的浓度随时间变化的图像。  (2)该反应的平衡常数Kp=　　　　(用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。  参考答案 1.(1)(x-4y-z)　(2)①(a+b-c-ΔHⅢ)　②　 [解析] (1)已知:反应Ⅰ.2NO(g)N2(g)+O2(g)　ΔHⅠ=x kJ·mol-1;反应Ⅱ.CO2(g)CO(g)+O2(g)　ΔHⅡ=y kJ·mol-1;反应Ⅲ.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔHⅢ;反应Ⅳ.2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g)　ΔHⅣ=z kJ·mol-1;由盖斯定律可知,Ⅰ-4×Ⅱ-Ⅳ可以得到反应Ⅲ,则ΔHⅢ=ΔHⅠ-4ΔHⅡ-ΔHⅣ=(x-4y-z)kJ·mol-1。 (2)①设第一步反应的逆反应的活化能为E kJ·mol-1,由图可知,第一步2NO(g)N2O2(g)　ΔH1=(a-E) kJ·mol-1,第二步N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH2=-(c-b) kJ·mol-1,总反应= 第一步反应+第二步反应,ΔHⅢ=[(a-E)-(c-b)] kJ·mol-1,E=a+b-c-ΔHⅢ; ②第二步的平衡常数K=,根据化学平衡时v正=v逆,即v正=k2正c(N2O2)·c(O2)=v逆=k2逆c2(NO2),则K==;由a<b<c可知,第二步反应活化能大,反应速率慢,属于慢反应,整个反应的反应速率由第二步反应决定,则v正=k2正c(N2O2)·c(O2),结合总反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),N2O2为中间产物,应该消去。结合第一步为快速平衡,得出k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2),即c(N2O2)=,将其代入v正=k2正c(N2O2)c(O2),可得出总反应的正反应速率v正=。 2.80%　75%　 [解析] 在V L恒容密闭容器中充入1 mol NO、2 mol H2、1 mol O2,此时起始压强为p0,反应达到平衡时,测得容器内N2O、H2O的物质的量分别为0.1 mol、1.5 mol。则反应Ⅱ消耗0.2 mol NO、0.3 mol H2、0.1 mol O2,同时生成0.3 mol H2O;反应Ⅰ生成1.2 mol H2O,根据反应Ⅰ方程式,可知反应Ⅰ消耗0.6 mol NO、1.2 mol H2、0.3 mol O2,同时生成0.3 mol N2,则NO的平衡转化率=×100%=80%;N2的选择性=×100%=75%;反应后容器中含有0.2 mol NO、0.5 mol H2、0.6 mol O2、0.1 mol N2O、1.5 mol H2O、0.3 mol N2,则反应后的总压强为p0=0.8p0,反应Ⅱ的平衡常数Kp==。 3.(1)2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH=-173.6 kJ·mol-1　　(2)0.025　3.9 [解析] (1)根据反应Ⅰ和Ⅲ进行分析,Ⅲ-2×Ⅰ可得2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH=ΔH3-2ΔH1=-256.4 kJ·mol-1-2×(-41.4 kJ·mol-1)= -173.6 kJ·mol-1;该反应的化学平衡常数K=。 (2)根据题意可知,平衡时c(CO)=1 mol·L-1×(1-80%)=0.2 mol·L-1,且生成CH3OH(g)时消耗c(CO)=0.2 mol·L-1、c(H2)=0.4 mol·L-1;再结合其余两个转化分析: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) 转化浓度:　 x 　　　2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g) 转化浓度:　 y　　　 2y 则x+y=(1-0.2-0.2) mol·L-1=0.6 mol·L-1、2y-x=(2-0.4-0.7) mol·L-1=0.9 mol·L-1,解得x=0.1 mol·L-1、y=0.5 mol·L-1。平衡时,体系中c(C2H5OH)==0.25 mol·L-1、c(H2O)=-x=0.25 mol·L-1-0.1 mol·L-1=0.15 mol·L-1,则0~10 min内,v(C2H5OH)==0.025 mol·L-1·min-1;反应Ⅲ的平衡常数K==≈3.9。 4.(1)50%　4.76　(2)24.9 [解析] (1)假设在该条件下,H2S和Ar起始投料的物质的量分别为1 mol和4 mol,根据三段式可知: 　　　　2H2S(g)　　S2(g)+2H2(g) 始/mol　　1　　　　　　　0　　　0 变/mol　　x　　　　　　0.5x　　x 平/mol　1-x　　　　　0.5x　　x 平衡时H2S和H2的分压相等,则二者的物质的量相等,即1 mol-x mol=x mol,解得x=0.5,所以H2S的平衡转化率为×100%=50%,气体总物质的量为0.5 mol+0.25 mol+0.5 mol+4 mol=5.25 mol,平衡常数Kp==≈4.76 kPa。 (2)H2S分解反应是气体分子数增大的反应,n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S分压越小,相当于减压,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S)∶n(Ar)=1∶9反应进行到0.1 s时H2S转化率为24%,假设在该条件下H2S和Ar起始投料的物质的量分别为1 mol和9 mol,则根据三段式可知 　　　　　2H2S(g)　　S2(g)+2H2(g) 始/mol　　　1　　　　　　 0　　　0 变/mol　　 0.24　　　　　0.12　 0.24 0.1 s/mol　0.76　　　　　0.12　 0.24 0.1 s时H2S的压强为×100 kPa≈7.51 kPa,H2S的起始压强为10 kPa,所以H2S分压的平均变化率为=24.9 kPa·s-1。 5.60%　 [解析] 由反应Ⅰ[CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)]和反应Ⅱ[CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)]可知,转化CO2的物质的量等于生成H2O(g)的物质的量,生成H2O(g)的物质的量为0.6a mol,则转化CO2的物质的量为0.6a mol,CO2的转化率为×100%=60%;平衡时CO2物质的量为0.4a mol,CO和CH3OH(g)总物质的量为0.6a mol,平衡时容器内的压强为起始的0.8倍,在恒温恒容容器中气体压强之比等于物质的量之比,则平衡时总物质的量为0.8×(a mol+3a mol)=3.2a mol,平衡时H2物质的量为3.2a mol-0.4a mol-0.6a mol-0.6a mol=1.6a mol,转化H2的物质的量为3a mol-1.6a mol=1.4a mol,根据H守恒,平衡时CH3OH(g)物质的量为=0.4a mol,平衡时CO的物质的量为0.6a mol-0.4a mol=0.2a mol,反应Ⅲ的平衡常数Kp==。 6.(1)0.5　　(2) [解析] (1)从反应开始到3 min,CO2(g)的浓度降低0.5 mol·L-1,则H2的浓度降低1.5 mol·L-1,平均反应速率v(H2)==0.5 mol·L-1·min-1。由反应③的方程式可知,在相同时间内,CO2减少浓度和CH3OH增加浓度相等,3 min时CO2(g)的浓度降低0.5 mol·L-1,甲醇的浓度为0.5 mol·L-1;10 min时,CO2(g)浓度降低 0.75 mol·L-1,甲醇的浓度为0.75 mol·L-1,则CH3OH(g)的浓度随时间变化的图像见答案。 ② 　　　　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 初始/(mol·L-1)　　1　　　 3　　　　　0　　　　 0 转化/(mol·L-1)　0.75　　 2.25　　　0.75　　　0.75 平衡/(mol·L-1)　0.25　　 0.75　　　0.75　　　0.75 反应达到平衡状态时,总压强为p0,该反应的平衡常数Kp==。 学科网（北京）股份有限公司 $$