2025届高三化学二轮复习 主观题突破练7：平衡体系中的有关计算

平衡体系中的有关计算 1.(6分)对于反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0，反应速率v=v正-v逆=k正p(CO2)·p(H2)-k逆p(CO)·p(H2O)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压(分压=总压×物质的量分数)。 (1)降低温度，k正-k逆　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  (2)在T K、101 kPa下，按照n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料，CO2转化率为50%时，=，用气体分压表示的平衡常数Kp=　　　　(保留小数点后一位)。  2.(9分)某化学兴趣小组模拟SO2催化氧化制备SO3，在2 L刚性容器中进行下列三组实验，数据如下： 第1组 第2组 第3组 温度/℃ T1 T2 T3 投料n(SO2)/mol 1 2 4 投料n(O2)/mol 2 2 2 SO2平衡 转化率(α)/% 40 50 α (1)T1 ℃时平衡常数K=　　　　(保留两位有效数字)。  (2)若T1=T3，则α　　　　(填“>”“<”或“=”)40%，结合相关数据计算，写出推理过程： 　　　　。  3.(15分)在5.0 MPa下，将5 mol CO2和16 mol H2在Cu/ZrO2催化剂作用下进行主反应：CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)　ΔH1=-49.3 kJ·mol-1。该合成过程还存在一个副反应：CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1。平衡时CH3OH和CO 选择性S[S(CH3OH或CO)=×100%]及CO2的转化率α随温度的变化如图所示。 (1)表示平衡时CO选择性的曲线是　　　　(填“a”“b”或“c”)。   (2)解释曲线c呈现先减小后增大变化趋势的原因：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)250 ℃时，测得平衡体系共有0.5 mol CH3OH，结合上图计算CO2的平衡转化率=　　　　，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的Kp=　　　　MPa-2(列出计算式)。  (4)p、q两点的主反应的正反应速率大小：v正 (p)　　　　(填“>”“=”或“<”)v正 (q)。  4.(14分)化石燃料燃烧、硫酸工业等都会释放出大量的二氧化硫，针对二氧化硫排放量大的问题，我国已经采取了一系列的治理措施，减少二氧化硫排放，保障环境的稳定和持续发展。 (1)硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了二氧化硫的处理，主要反应：NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH<0。T ℃时，向1 L密闭容器中加入等物质的量的NO2和SO2，达到平衡时NO和NO2的浓度之比为3∶1，该温度下该反应的化学平衡常数为　　　　，温度升高，平衡常数　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。保持温度不变，向1 L密闭容器中同时充入NO2、SO2、SO3、NO各1 mol，则v正　　　　(填“>”“<”或“=”)v逆，达到平衡时二氧化硫的转化率为　　　　。 (2)模仿工业上用反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)得到硫酸，除去工业废气中的SO2。现在一容积固定为1 L的密闭容器中进行该反应，测得如下数据： 实验组 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达平衡 所需时 间/min SO2 O2 SO3 1 550 2 1 0.5 10 2 650 1 0.5 0.4 4 ①分析第1组和第2组实验数据，可以得出有关反应速率的结论是　　　　。  ②已知，反应中v正=k1c2(SO2)·c(O2)，v逆=k2c2(SO3)，k1、k2为速率常数。若实验组2，1 min时n(SO3)=0.2 mol，则=　　　　，=　　　　。 5.(18分)合成氨原料气高纯氢可以由天然气、水蒸气催化重整制取，所涉及的主要反应如下： 相关反应 ΔH 物质的量分数平衡常数 反应ⅰ CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206 kJ·mol-1 Kx1 反应ⅱ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41 kJ·mol-1 Kx2 反应ⅲ CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH3=+165 kJ·mol-1 Kx3 已知：反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的物质的量分数平衡常数Kx=，其中x(A)、x(B)、x(C)、x(D)为各组分的物质的量分数。 (1)相同条件下，随着反应温度的升高，化学平衡常数Kx1、Kx3的比值()　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)，其原因为　　　　 　　　　。  (2)T ℃时，向2 L恒容密闭容器中充入1 mol CH4和2 mol H2O(g)，发生上述反应ⅰ和ⅲ。测得反应达到平衡时，容器中n(CH4)=0.4 mol，n(H2)=2 mol。 ①T ℃时，反应中H2O的平衡转化率为　　　　。  ②T ℃时，反应ⅰ的平衡常数Kx1=　　　　　　　　　　(列出表达式，无需化简)。  ③若将容器的体积压缩为1 L，甲烷的平衡转化率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，反应ⅲ的逆反应速率　　　　。  6.(15分)CO2催化加氢可合成乙烯，反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH<0，在恒压密闭容器中，起始充入2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)发生反应，不同温度下达到平衡时各组分的体积分数随温度的变化如图所示。 (1)下列说法正确的是　　　　(填字母)。  A.b点时：2v正(H2)=3v逆(H2O) B.a、b、c三点的平衡常数：Ka>Kc>Kb C.将H2O(g)液化分离可提高C2H4的产率 D.活性更高的催化剂可提高CO2的平衡转化率 (2)表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是　　　　(填“k”“l”“m”或“n”)。  (3)若d点表示240 ℃某时刻H2的体积分数，保持温度不变，则反应向　　　　(填“正”或“逆”)反应方向进行。  (4)205 ℃，反应达b点所用时间为t min，则此过程中用CO2表示的反应速率是　　　　 mol·min-1。若平衡时b点总压为p，则平衡常数Kp=　　　　(列出计算式，以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。  7.(6分)我国科学家成功开发Pd⁃Fe/Fe2O3催化剂在低温条件下高选择性合成高纯度的乙烯，化学原理为 主反应：C2H2(g)+H2(g)C2H4(g)　ΔH1 副反应：C2H2(g)+2H2(g)C2H6(g)　ΔH2 在密闭容器中充入1 mol C2H2和2 mol H2，发生上述两个反应，测得C2H2平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。在T0 K、20 kPa下C2H4的选择性等于[C2H4选择性=]。p0　　　　(填“>”“<”或“=”)20 kPa。T0 K下，主反应的平衡常数Kp=　　　　 kPa-1(Kp为用气体分压计算的平衡常数，气体分压等于气体总压×物质的量分数)。 8.(15分)反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.0 kJ·mol-1。在进气比不同时，测得相应的CO2平衡转化率如图(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同)。 (1)反应中CO2的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是　　　　。 (2)图中E和G两点对应的反应温度TE、TG的关系是　　　　　，其原因是　　　　 　　　　。  (3)A、B两点对应的反应速率vA　　　　　(填“<”“=”或“>”)vB。已知反应速率v正=k正x(CO2)·x(H2)，v逆=k逆x(CO)·x(H2O)，k为反应速率常数，x为物质的量分数，在达到平衡状态为C点的反应过程(此过程为恒温)中，当CO2的转化率刚好达到60%时，=　　　　　　　　。 答案精析 1.(1)减小　(2)0.8 解析　(1)降低温度，反应逆向进行，所以k正-k逆减小。 (2)设初始n(CO2)=2 mol， CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 起始/mol　　　2　　　　2　　　　0　　　0 转化/mol　　　1　　　　1　　　　1　　　1 平衡/mol　　　1　　　　1　　　　1　　　1 =×=，其中p(CO2)=p(H2)=p(CO)=p(H2O)=p总，即==，平衡时v正=v逆，有k正p(CO2)·p(H2)=k逆p(CO)·p(H2O)，则Kp====0.8。 2.(1)0.49 (2)<　T3=T1时，假设反应达到平衡时，SO2的转化率也为40%，则转化的c(SO2)=0.8 mol·L-1。 　　　　　　　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 起始浓度/(mol·L-1)　　　　2　　　　1　　　　0 转化浓度/(mol·L-1)　　　　0.8　　　0.4　　　0.8 α=40%时浓度/(mol·L-1)　　1.2　　　0.6　　　0.8 Q===>K，平衡逆向移动，所以SO2的平衡转化率小于40% 解析　(1)T1 ℃时SO2的平衡转化率为40%，则转化的c(SO2)=0.2 mol·L-1。 　　　　　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 起始浓度/(mol·L-1)　　0.5　　　1　　　　0 转化浓度/(mol·L-1)　　0.2　　　0.1　　　0.2 平衡浓度/(mol·L-1)　　0.3　　　0.9　　　0.2 K==≈0.49。 3.(1)b　(2)250 ℃以前，体系以主反应为主，温度升高，主反应平衡逆向移动，CO2的转化率降低；250 ℃以后，体系以副反应为主，温度升高，副反应平衡正向移动，CO2的转化率升高　(3)20%　　(4)< 解析　(1)主反应为放热反应，副反应为吸热反应，升温主反应平衡逆向移动，副反应平衡正向移动，故表示平衡时CO选择性的曲线是b。(3)250 ℃时，测得平衡体系共有0.5 mol CH3OH，结合题图可知，S(CH3OH)=50%，S(CH3OH)=×100%=50%，所以Δn(CO2)=1 mol，CO2的平衡转化率=×100%=20%，对于主反应： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 变化/mol　　0.5　　1.5　　　 0.5　　　 0.5 对于副反应，变化的CO2为0.5 mol ，则 　　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 变化/mol　　0.5　　　0.5　　 0.5　　0.5 平衡时n(CO2)=(5-1) mol=4 mol，n(H2)=(16-1.5-0.5) mol=14 mol，n(CH3OH)=0.5 mol，n(H2O)=(0.5+0.5) mol=1 mol，n(CO)=0.5 mol，总物质的量为(4+14+0.5+1+0.5) mol=20 mol，对于主反应，Kp= MPa-2。(4)根据图像，p位于曲线a之上，q位于曲线a之下，p、q两点的主反应的正反应速率大小：v正(p)<v正(q)。 4.(1)9　减小　>　50%　(2)①温度升高，反应速率增大　②1.48　9.472 5.(1)增大　根据盖斯定律可知反应ⅰ-反应ⅲ可得：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，该反应ΔH=+41 kJ·mol-1，温度升高，平衡正向移动，该反应的物质的量分数平衡常数Kx=增大　(2)①40% ②　③减小　增大 解析　(2)①根据H原子守恒，平衡时H2O的物质的量为 mol=1.2 mol，H2O的平衡转化率为×100%=40%。②设平衡时反应ⅰ消耗x mol甲烷，反应ⅲ消耗y mol甲烷，则： 　　　　　CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) 变化/mol　　x　　　x　　　　x　　　3x 　　　　　CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) 变化/mol　　y　　　2y　　　　y　　　　4y 由题意得：x+y=1-0.4=0.6，3x+4y=2，解得：x=0.4，y=0.2；则平衡时n(CH4)=0.4 mol，n(H2)=2 mol，n(CO)=0.4 mol，n(CO2)=0.2 mol，n(H2O)=1.2 mol，n(总)=4.2 mol，反应ⅰ的平衡常数Kx1=。③反应ⅰ和ⅲ正向气体分子数均增大，压缩体积，平衡均逆向移动，甲烷的平衡转化率减小；压缩体积各物质的浓度均增大，则正、逆反应速率均增大。 6.(1)AC　(2)n　(3)逆　(4)　 解析　(1)由化学方程式体现的关系可知，b点时达到平衡状态，正、逆反应速率相等，则有2v正(H2)=3v逆(H2O)，A正确；反应为放热反应，随着温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小，故a、b、c三点的平衡常数：Kb>Ka>Kc，B错误；将H2O(g)液化分离，平衡正向移动，可提高C2H4的产率，C正确；活性更高的催化剂可提高反应速率，但是不改变CO2的平衡转化率，D错误。(2)随着温度升高，平衡逆向移动，乙烯、水的体积分数减小，结合化学方程式中化学计量数可知，乙烯减小的程度小于水，故表示水体积分数随温度变化的曲线是m，表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是n。(3)随着温度升高，平衡逆向移动，二氧化碳、氢气的体积分数增大，结合化学方程式中化学计量数可知，二氧化碳增大的程度小于氢气，则l为二氧化碳体积分数随温度变化曲线，k为氢气体积分数随温度变化曲线；若d点表示240 ℃某时刻H2的体积分数，此时氢气的体积分数小于平衡时氢气的体积分数，保持温度不变，反应向逆反应方向进行。(4)205 ℃，反应达b点所用时间为t min，设CO2转化了2a mol，可得 　　　　　　2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) 起始/mol　　2　　　　6　　　　0　　　0 转化/mol　　2a　　　　6a　　　a　　　4a 平衡/mol　　2-2a　　　6-6a　　　a　　　4a 此时二氧化碳和乙烯体积分数相同，则2-2a=a，a=，则此过程中用CO2表示的反应速率是 mol·min-1= mol·min-1；平衡时二氧化碳、氢气、乙烯、水分别为 mol、2 mol、 mol、 mol，总的物质的量为6 mol，若平衡时b点总压为p，则平衡常数Kp=。 7.<　0.8 解析　主反应和副反应均为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，C2H2的转化率升高，结合图像可知，p0<20 kPa；T0 K时，设平衡时C2H4(g)、C2H6(g)的物质的量分别为x mol、y mol； 　　　　　　C2H2(g)+　H2(g)　C2H4(g) 起始/mol　　1　　　　　2　　　　　0 转化/mol　　x　　　　　x　　　　　x 平衡/mol　　1-x-y　　　2-x-2y　　　　x 　　　　　　C2H2(g)+　2H2(g)　C2H6(g) 起始/mol　　1-x　　　　2-x　　　　　0 转化/mol　　y　　　　　2y　　　　　y 平衡/mol　　1-x-y　　　2-x-2y　　　　y 由图可知，在T0 K、20 kPa下C2H2的平衡转化率为90%，则×100%=90%；C2H4的选择性等于，则=；解得x=0.8，y=0.1；平衡时C2H2(g)、C2H6(g)、C2H4(g)、H2(g)的物质的量分别为0.1 mol、0.1 mol、0.8 mol、1.0 mol，总物质的量为2.0 mol，则T0 K下，主反应的平衡常数Kp= kPa-1=0.8 kPa-1。 8.(1)反应温度相同，进气比越大，CO2的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO2的平衡转化率越大(或进气比越大，反应温度越低，CO2的平衡转化率越小)　(2)TE=TG　KE=KG=1　(3)>　4 解析　(2)在E点时=1，CO2的平衡转化率为50%，根据三段式得 　　　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 始/(mol·L-1)　　1　　　1　　　　0　　　0 转/(mol·L-1)　　0.5　　0.5　　　　0.5　　0.5 平/(mol·L-1)　　0.5　　0.5　　　　0.5　　0.5 KE===1； 在G点时=1.5，CO2的平衡转化率为40%，根据三段式得 　　　　　 　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 始/(mol·L-1)　　　1.5　　1　　　　0　　　0 转/(mol·L-1)　　　0.6　　0.6　　　0.6　　0.6 平/(mol·L-1)　　　0.9　　0.4　　　0.6　　0.6 KG===1。 平衡常数只与温度有关，平衡常数相等，温度相等，故TE=TG。(3)反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.0 kJ·mol-1，该反应为吸热反应，当相同时，温度高CO2转化率大，A点的转化率大于B点，说明A点的温度高，故反应速率：vA>vB；在C点时=1，CO2的平衡转化率为75%，根据三段式得 　　　　　　 　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 始/(mol·L-1)　　　1　　　1　　　　0　　　0 转/(mol·L-1)　　　0.75　　0.75　　0.75　　0.75 平/(mol·L-1)　　　0.25　　0.25　　0.75　　0.75 K===9， 平衡状态时v正=v逆，得==K=9。当CO2的转化率刚好达到60%时， 　　　 　　　　　　　　　　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 始/(mol·L-1) 1　　　1　　　　0　　0 转/(mol·L-1) 0.6　　0.6　　　0.6　　0.6 CO2转化率为60%时/(mol·L-1) 0.4　　0.4　　　0.6　　0.6 ==9×=4。 学科网（北京）股份有限公司 $$