平衡體系中的有關(guān)計算專題五主觀題突破3匯報人：20XX盤點核心知識單擊此處添加章節(jié)頁副標(biāo)題01

5.多平衡體系中有關(guān)平衡常數(shù)的計算技巧(1)有關(guān)多平衡體系平衡常數(shù)的計算，如何確定多個反應(yīng)相關(guān)聯(lián)物質(zhì)在平衡時量的多少是解題的關(guān)鍵點。若用常規(guī)的三段式計算，對反應(yīng)過程分析要求高，容易出錯。但無論多少個反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的程度如何，反應(yīng)前后的原子總數(shù)是不變的，因而解答這類問題可用原子守恒法，可規(guī)避對反應(yīng)過程的分析。(2)原子守恒法解題基本思路類型1連續(xù)型多反應(yīng)體系連續(xù)平衡是指兩個可逆反應(yīng)有關(guān)聯(lián)，第一個反應(yīng)的某一生成物是第二個反應(yīng)的反應(yīng)物。解題時要注意如果該物質(zhì)是第一個反應(yīng)的生成物，第二個反應(yīng)的反應(yīng)物，則在第一個反應(yīng)中，該物質(zhì)的初始量為0，它的平衡量則為第二個反應(yīng)中該物質(zhì)的初始量(計算第二個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率尤為重要)。例1

[2023·河北，17(1)③]氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性質(zhì)以及氮的循環(huán)利用對解決環(huán)境和能源問題都具有重要意義。恒溫下，將1mol空氣(N2和O2的體積分?jǐn)?shù)分別為0.78和0.21，其余為惰性組分)置于容積為VL的恒容密閉容器中，假設(shè)體系中只存在如下兩個反應(yīng)：ⅰ.N2(g)+O2(g)2NO(g)

K1

ΔH1ⅱ.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

K2

ΔH2=-114kJ·mol-1若上述平衡體系中c(NO2)=amol·L-1，c(NO)=bmol·L-1，則c(O2)=

mol·L-1，K1=

(寫出含a、b、V的計算式)。

類型2競爭反應(yīng)(平行反應(yīng))例2

CO2在Cu?ZnO催化下，同時發(fā)生如下反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ，是解決溫室效應(yīng)和能源短缺的重要手段。Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1<0Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

ΔH2>0保持溫度T時，在容積不變的密閉容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及達(dá)到平衡時，容器內(nèi)各氣體物質(zhì)的量及總壓強(qiáng)如下表：

CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)總壓強(qiáng)/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/mol

n

0.3p若反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡時，p0=1.4p，則表中n=

；反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=

kPa-2(用含p的式子表示)。

CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)總壓強(qiáng)/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/mol

n

0.3p0.2

思路引導(dǎo)利用C、H、O原子守恒計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再求各物質(zhì)的平衡分壓，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式計算。

精練高考真題單擊此處添加章節(jié)頁副標(biāo)題021.[2024·安徽，17(2)(3)]乙烯是一種用途廣泛的有機(jī)化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注?；卮鹣铝袉栴}：(2)C2H6直接脫氫反應(yīng)為C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g)

ΔH4，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，則ΔH4

0(填“>”“<”或“=”)。結(jié)合右圖，下列條件中，達(dá)到平衡時轉(zhuǎn)化率最接近40%的是

(填標(biāo)號)。

a.600℃，0.6MPab.700℃，0.7MPac.800℃，0.8MPa123>b由圖可知，若壓強(qiáng)相同，溫度升高，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率增大，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故ΔH4>0。123123(3)一定溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)ⅰC2H6(g)C2H4(g)+H2(g)

Kx1

反應(yīng)ⅱC2H6(g)+H2(g)2CH4(g)

Kx2(Kx2遠(yuǎn)大于Kx1)(Kx是以平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)代替平衡濃度計算的平衡常數(shù))①僅發(fā)生反應(yīng)ⅰ時，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率為25.0%，計算Kx1=

。

123123②同時發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ時。與僅發(fā)生反應(yīng)ⅰ相比，C2H4的平衡產(chǎn)率_____(填“增大”“減小”或“不變”)。

增大只發(fā)生反應(yīng)ⅰ時，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系內(nèi)氣體總物質(zhì)的量增大，壓強(qiáng)增大；反應(yīng)ⅱ為反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，由題干信息知，Kx2遠(yuǎn)大于Kx1，C2H6同時發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ時，反應(yīng)ⅱ進(jìn)行程度遠(yuǎn)大于反應(yīng)ⅰ，且反應(yīng)ⅱ會消耗反應(yīng)ⅰ生成的H2，使反應(yīng)ⅰ的化學(xué)平衡正向移動，C2H4的平衡產(chǎn)率增大。2.[2024·新課標(biāo)卷，29(3)(4)]Ni(CO)4(四羰合鎳，沸點43℃)可用于制備高純鎳，也是有機(jī)化合物羰基化反應(yīng)的催化劑?；卮鹣铝袉栴}：(3)在總壓分別為0.10、0.50、1.0、2.0MPa下，Ni(s)和CO(g)反應(yīng)達(dá)平衡時，Ni(CO)4體積分?jǐn)?shù)x與溫度的關(guān)系如圖所示。反應(yīng)Ni(s)+4CO(g)===Ni(CO)4(g)的ΔH

0(填“大于”或“小于”)。從熱力學(xué)角度考慮，

有利于Ni(CO)4的生成(寫出兩點)。p3、100℃時CO的平衡轉(zhuǎn)化率α=

，該溫度下平衡常數(shù)Kp=

(MPa)-3。

123小于低溫、高壓97.3%9000123由圖可知，隨著溫度升高，平衡時Ni(CO)4的體積分?jǐn)?shù)減小，說明溫度升高平衡逆向移動，因此該反應(yīng)的ΔH<0；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)，因此低溫和高壓均有利于Ni(CO)4的生成；由上述分析知，溫度相同時，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，對應(yīng)的平衡體系中Ni(CO)4的體積分?jǐn)?shù)增大，則壓強(qiáng)：p4>p3>p2>p1，即p3對應(yīng)的壓強(qiáng)是1.0MPa。由題圖可知，p3、100℃條件下達(dá)到平衡時，CO和Ni(CO)4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.1、0.9，123設(shè)初始投入的CO為4mol，反應(yīng)生成的Ni(CO)4為xmol，可得三段式：

Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)起始/mol

4

0轉(zhuǎn)化/mol

4x

x平衡/mol

4-4x

x反應(yīng)后總物質(zhì)的量為(4-3x)mol，根據(jù)阿伏加德羅定律，其他條件相同時，氣體的體積分?jǐn)?shù)即為其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，123

123

3.[2023·湖北，19(1)(2)(3)(4)(5)]納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下，C40H10可以由C40H20分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng)生成。C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的反應(yīng)機(jī)理和能量變化如圖：回答下列問題：(1)已知C40Hx中的碳?xì)滏I和碳碳鍵的鍵能分別為431.0kJ·mol-1和298.0kJ·mol-1，H—H鍵能為436.0kJ·mol-1。估算C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的ΔH=

kJ·mol-1。123+128123由C40H20和C40H18的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)歷程可以看出，C40H20中斷裂了2根碳?xì)滏I，C40H18形成了1根碳碳鍵，所以C40H20(g)

C40H18(g)+H2(g)的ΔH=(431×2-298-436)kJ·mol-1=+128kJ·mol-1。(2)圖示歷程包含

個基元反應(yīng)，其中速率最慢的是第

個。12333

123610由C40H20的結(jié)構(gòu)分析，可知其中含有1個五元環(huán)，10個六元環(huán)，每脫兩個氫形成一個五元環(huán)，則C40H10總共含有6個五元環(huán)，10個六元環(huán)。(3)C40H10納米碗中五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目分別為、。(4)1200K時，假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)發(fā)生，反應(yīng)過程中壓強(qiáng)恒定為p0(即C40H12的初始壓強(qiáng))，平衡轉(zhuǎn)化率為α，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為

(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

123

123

123在反應(yīng)過程中，斷裂和形成的化學(xué)鍵相同123

題型突破練單擊此處添加章節(jié)頁副標(biāo)題032345678(1)減小(2)0.8答案104答案12345678

2.答案12345673.

8答案12345674.(1)9減小>

50%(2)①溫度升高，反應(yīng)速率增大②1.48

9.4728答案12345675.

8答案123456786.

答案123456787.<

0.88.(1)反應(yīng)溫度相同，進(jìn)氣比越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越??；進(jìn)氣比相同，反應(yīng)溫度越高，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大(或進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小)(2)TE=TG

KE=KG=1

(3)>

41.對于反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH>0，反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正p(CO2)·p(H2)-k逆p(CO)·p(H2O)，其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，p為氣體的分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(1)降低溫度，k正-k逆

(填“增大”“減小”或“不變”)。

12345678答案減小降低溫度，反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以k正-k逆減小。

12345678答案0.812345678答案

12345678答案

第1組第2組第3組溫度/℃T1T2T3投料n(SO2)/mol124投料n(O2)/mol222SO2平衡轉(zhuǎn)化率(α)/%4050α(1)T1

℃時平衡常數(shù)K=

(保留兩位有效數(shù)字)。

0.492.某化學(xué)興趣小組模擬SO2催化氧化制備SO3，在2L剛性容器中進(jìn)行下列三組實驗，數(shù)據(jù)如下：12345678答案

12345678答案

第1組第2組第3組溫度/℃T1T2T3投料n(SO2)/mol124投料n(O2)/mol222SO2平衡轉(zhuǎn)化率(α)/%4050α(2)若T1=T3，則α

(填“>”“<”或“=”)40%，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)計算，寫出推理過程：

。<12345678答案

12345678答案

b123456主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫主反應(yīng)平衡逆向移動，副反應(yīng)平衡正向移動，故表示平衡時CO選擇性的曲線是b。8答案712345678答案(2)解釋曲線c呈現(xiàn)先減小后增大變化趨勢的原因：

。

(3)250℃時，測得平衡體系共有0.5molCH3OH，結(jié)合上圖計算CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=

，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的Kp=

MPa-2(列出計算式)。

250℃以前，體系以主反應(yīng)為主，溫度升高，主反應(yīng)平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低；250℃以后，體系以副反應(yīng)為主，溫度升高，副反應(yīng)平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率升高20%

1234567

8答案1234567

答案81234567答案(4)p、q兩點的主反應(yīng)的正反應(yīng)速率大?。簐正(p)

(填“>”“=”或“<”)v正(q)。<根據(jù)圖像，p位于曲線a之上，q位于曲線a之下，p、q兩點的主反應(yīng)的正反應(yīng)速率大小：v正(p)<v正(q)。84.化石燃料燃燒、硫酸工業(yè)等都會釋放出大量的二氧化硫，針對二氧化硫排放量大的問題，我國已經(jīng)采取了一系列的治理措施，減少二氧化硫排放，保障環(huán)境的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。(1)硝化法是一種古老的生產(chǎn)硫酸的方法，同時實現(xiàn)了二氧化硫的處理，主要反應(yīng)：NO2(g)+SO2(g)

SO3(g)+NO(g)

ΔH<0。T

℃時，向1L密閉容器中加入等物質(zhì)的量的NO2和SO2，達(dá)到平衡時NO和NO2的濃度之比為3∶1，該溫度下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為

，溫度升高，平衡常數(shù)

(填“增大”“減小”或“不變”)。保持溫度不變，向1L密閉容器中同時充入NO2、SO2、SO3、NO各1mol，則v正

(填“>”“<”或“=”)v逆，達(dá)到平衡時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為

。12345678答案9減小>50%12345678答案

12345678答案

(2)模仿工業(yè)上用反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)得到硫酸，除去工業(yè)廢氣中的SO2?，F(xiàn)在一容積固定為1L的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，測得如下數(shù)據(jù)：12345678答案實驗組溫度/℃起始量/mol平衡量/mol達(dá)平衡所需時間/minSO2O2SO31550210.510265010.50.44①分析第1組和第2組實驗數(shù)據(jù)，可以得出有關(guān)反應(yīng)速率的結(jié)論是_________________________。

溫度升高，反應(yīng)速率增大12345678答案

1.489.472實驗組溫度/℃起始量/mol平衡量/mol達(dá)平衡所需時間/minSO2O2SO31550210.510265010.50.4412345678答案

12345678答案

12345678答案

相關(guān)反應(yīng)ΔH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)反應(yīng)ⅰCH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH1=+206kJ·mol-1Kx1反應(yīng)ⅱCO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41kJ·mol-1Kx2反應(yīng)ⅲCH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)ΔH3=+165kJ·mol-1Kx35.合成氨原料氣高純氫可以由天然氣、水蒸氣催化重整制取，所涉及的主要反應(yīng)如下：

12345678答案增大根據(jù)蓋斯定律可知

(2)T

℃時，向2L恒容密閉容器中充入1molCH4和2molH2O(g)，發(fā)生上述反應(yīng)ⅰ和ⅲ。測得反應(yīng)達(dá)到平衡時，容器中n(CH4)=0.4mol，n(H2)=2mol。①T

℃時，反應(yīng)中H2O的平衡轉(zhuǎn)化率為

。12345678答案40%

②T

℃時，反應(yīng)ⅰ的平衡常數(shù)Kx1=

(列出表達(dá)式，無需化簡)。12345678答案

12345678答案

③若將容器的體積壓縮為1L，甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率

(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，反應(yīng)ⅲ的逆反應(yīng)速率

。1234567答案減小增大反應(yīng)ⅰ和ⅲ正向氣體分子數(shù)均增大，壓縮體積，平衡均逆向移動，甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小；壓縮體積各物質(zhì)的濃度均增大，則正、逆反應(yīng)速率均增大。86.CO2催化加氫可合成乙烯，反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

ΔH<0，在恒壓密閉容器中，起始充入2molCO2(g)和6molH2(g)發(fā)生反應(yīng)，不同溫度下達(dá)到平衡時各組分的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示。(1)下列說法正確的是

(填字母)。

A.b點時：2v正(H2)=3v逆(H2O)B.a、b、c三點的平衡常數(shù)：Ka>Kc>KbC.將H2O(g)液化分離可提高C2H4的產(chǎn)率D.活性更高的催化劑可提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率12345678答案AC12345678答案由化學(xué)方程式體現(xiàn)的關(guān)系可知，b點時達(dá)到平衡狀態(tài)，正、逆反應(yīng)速率相等，則有2v正(H2)=3v逆(H2O)，A正確；反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故a、b、c三點的平衡常數(shù)：Kb>Ka>Kc，B錯誤；將H2O(g)液化分離，平衡正向移動，可提高C2H4的產(chǎn)率，C正確；活性更高的催化劑可提高反應(yīng)速率，但是不改變CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，D錯誤。(2)表示C2H4體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是

(填“k”“l(fā)”“m”或“n”)。

1234567答案n隨著溫度升高，平衡逆向移動，乙烯、水的體積分?jǐn)?shù)減小，結(jié)合化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)可知，乙烯減小的程度小于水，故表示水體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是m，表示C2H4體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是n。8(3)若d點表示240℃某時刻H2的體積分?jǐn)?shù)，保持溫度不變，則反應(yīng)向____(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向進(jìn)行。

12345678答案逆12345678答案隨著溫度升高，平衡逆向移動，二氧化碳、氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大，結(jié)合化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)可知，二氧化碳增大的程度小于氫氣，則l為二氧化碳體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化曲線，k為氫氣體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化曲線；若d點表示240℃某時刻H2的體積分?jǐn)?shù)，此時氫氣的體積分?jǐn)?shù)小于平衡時氫氣的體積分?jǐn)?shù)，保持溫度不變，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。(4)205℃，反應(yīng)達(dá)b點所用時間為tmin，則此過程中用CO2表示的反應(yīng)速率是

mol·min-1。若平衡時b點總壓為p，則平衡常數(shù)Kp=___________(列出計算式，以分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

12345678答案

12345678答案

1234567答案

8

12345678答案<0.81234567主反應(yīng)和副反應(yīng)均為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，C2H2的轉(zhuǎn)化率升高，結(jié)合圖像可知，p0<20kPa；T0K