第二章作業(yè)16平衡常數(shù)、速率常數(shù)的綜合應(yīng)用分值：100分[1~6題，每小題8分]1.在溫度為T(mén)時(shí)，將NH4HS(s)置于抽真空的容器中，當(dāng)反應(yīng)NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得總壓強(qiáng)為p，則該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp為A.14p B.12p2 C.14p22.常壓下羰基化法精煉鎳的原理為Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)ΔH<0。230℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2×10-5。已知：Ni(CO)4的沸點(diǎn)為42.2℃，固體雜質(zhì)不參與反應(yīng)。第一階段：將粗鎳與CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)Ni(CO)4；第二階段：將第一階段反應(yīng)后的氣體分離出來(lái)，加熱至230℃制得高純鎳。下列判斷錯(cuò)誤的是A.第一階段，選擇反應(yīng)溫度應(yīng)高于42.2℃B.第一階段增加c(CO)，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)的平衡常數(shù)不變C.第二階段，Ni(CO)4幾乎完全分解D.第二階段，及時(shí)分離出Ni，有利于平衡移動(dòng)3.高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)為2CH4C2H6+H2。反應(yīng)在初期階段的速率方程為v=k·c(CH4)，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.反應(yīng)初期，增加甲烷濃度，v增大B.增加H2濃度，v增大C.該溫度下，乙烷的生成速率逐漸減小D.升高反應(yīng)溫度，k增大4.溫度為T(mén)℃時(shí)，反應(yīng)2HI(g)H2(g)+I2(g)在體積為1L的密閉容器中進(jìn)行，起始充入1molHI，氣體混合物中HI的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)w(HI)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如表所示：t/min020406080100w(HI)/%1009184818080該反應(yīng)的正反應(yīng)速率v正=k正·c2(HI)，逆反應(yīng)速率v逆=k逆·c(H2)·c(I2)，k正、k逆為速率常數(shù)，則k正A.164 B.64 C.15.二氧化碳加氫制甲醇的過(guò)程中的主要反應(yīng)(忽略其他副反應(yīng))為：①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.2kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH2225℃、8×106Pa下，將一定比例CO2、H2混合氣勻速通過(guò)裝有催化劑的絕熱反應(yīng)管。裝置及L1、L2、L3…位點(diǎn)處(相鄰位點(diǎn)距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分?jǐn)?shù)如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A.L4處與L5處反應(yīng)①的平衡常數(shù)K相等B.反應(yīng)②的焓變?chǔ)2>0C.L6處的H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處D.混合氣從起始到通過(guò)L1處，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率6.在保持體系總壓為105Pa的條件下進(jìn)行反應(yīng)：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)，原料氣中SO2和O2的物質(zhì)的量之比m=n(SO2)n(O2)不同時(shí)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(T)的關(guān)系如圖所示。圖中A點(diǎn)原料氣的成分是n(SO2)=10mol，n(O2)=24.4mol，n(N2)=70mol，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(A.該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B.m1<m2<m3C.A點(diǎn)時(shí)SO2的分壓p(SO2)=4.0×103PaD.在500℃、m3的條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=5.2×10-2Pa7.(18分，每空3分)工業(yè)上利用一氧化碳和水蒸氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)制取氫氣：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41kJ·mol-1。某小組同學(xué)研究在同溫度下該反應(yīng)過(guò)程中的能量變化。他們分別在容積相等的兩個(gè)恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應(yīng)物，使其在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)，獲得數(shù)據(jù)如下：容器編號(hào)起始時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量/mol達(dá)平衡的時(shí)間/min達(dá)平衡時(shí)體系能量的變化COH2OCO2H2①1400t1放出熱量：32.8kJ②2.51000t2放出熱量：Q(1)該反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量(填“大于”“小于”或“等于”)生成物分子化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量。

(2)容器①中反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，生成H2的物質(zhì)的量為。

(3)容器①的容積變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則CO的轉(zhuǎn)化率(填“增大”“不變”或“減小”)。

(4)到達(dá)平衡時(shí)間的關(guān)系：t1(填“大于”“小于”或“等于”)t2。

(5)容器②中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=，Q=。

8.(12分，每空3分)某溫度下，N2O5氣體在一體積固定的容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)(慢反應(yīng))ΔH<0，2NO2(g)N2O4(g)(快反應(yīng))ΔH<0，體系的總壓強(qiáng)p總和p(O2)隨時(shí)間的變化如圖所示。(1)圖中表示O2壓強(qiáng)變化的曲線是(填“甲”或“乙”)。

(2)已知N2O5分解的反應(yīng)速率v=0.12p(N2O5)(kPa·h-1)，t=10h時(shí)，p(N2O5)=kPa，v=kPa·h-1(結(jié)果保留兩位小數(shù)，下同)。

(3)該溫度下2NO2(g)N2O4(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=kPa-1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

9.(8分)我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng)：(a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1(b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2(c)CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH3(d)2CO(g)CO2(g)+C(s)ΔH4(e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)ΔH5設(shè)Kpr為相對(duì)壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫(xiě)法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對(duì)分壓代替濃度。氣體的相對(duì)分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100kPa)。反應(yīng)a、c、e的lnKpr隨1T(溫度的倒數(shù)(1)反應(yīng)a、c、e中，屬于吸熱反應(yīng)的有(填字母)。

(2)(3分)反應(yīng)c的相對(duì)壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為Kpr=(3)(3分)在圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始總壓為100kPa的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，體系達(dá)到平衡時(shí)，H2的分壓為40kPa。計(jì)算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。10.(14分)甲醇是實(shí)現(xiàn)碳中和循環(huán)的低碳燃料，是一個(gè)取之不盡的能源載體。H2可與CO2反應(yīng)生成甲醇和水，其反應(yīng)過(guò)程如下：反應(yīng)Ⅰ：2CO2g+6H2gCH3OCH3g+3H2OgΔH1=-48.5kJ·mol-1；反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3g+H2Og2CH3OHgΔH2=+23.5kJ·mol-1；反應(yīng)Ⅲ：CO2g+3H2gCH3OHg+H2Og(1)一定條件下向恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2，在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示。①催化劑效果最佳的是反應(yīng)(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②若反應(yīng)Ⅲ在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率高于c點(diǎn)的原因是

。

(2)在壓強(qiáng)為p，CO2、H2的起始物質(zhì)的量之比為1∶3的條件下，發(fā)生以下競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。反應(yīng)一：CO2g+3H2gCH3OHg+H2O(g)ΔH=-48.5kJ·mol-1反應(yīng)二：2CO2g+5H2gC2H2g+4H2OgΔH=+37.1kJ·mol-1實(shí)驗(yàn)測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OH的選擇性隨溫度的變化如圖所示。已知：CH3OH的選擇性=CH3①有利于提高CH3OH的選擇性的措施有(填字母)。

A.適當(dāng)降溫 B.適當(dāng)升溫C.選擇合適的催化劑②溫度高于350℃時(shí)，體系中發(fā)生的反應(yīng)以(填“反應(yīng)一”或“反應(yīng)二”)為主。

③其中表示平衡時(shí)CH3OH的選擇性的曲線是

(填“a”或“b”)。④(4分)400℃時(shí)，平衡時(shí)壓強(qiáng)為1×105Pa，反應(yīng)一用氣體分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=kPa-2(只代入數(shù)據(jù)即可，用容器中各氣體成分的分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

答案精析1.C2.D3.B4.A[溫度為T(mén)℃時(shí)，體積為1L的密閉容器中，2HI(g)H2(g)+I2(g)達(dá)到平衡時(shí)，v正=v逆，即k正·c2(HI)=k逆·c(H2)·c(I2)，故k正k逆=c(H2)·c(I2)c2(HI)=K。由表格數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)w(HI)=80%，即c(HI)=0.8mol·L-1，則平衡時(shí)c(H2)=c(I2)=0.15.C[L4處與L5處的溫度不同，故反應(yīng)①的平衡常數(shù)K不相等，A錯(cuò)誤；由圖像可知，L1~L3溫度在升高，該裝置為絕熱裝置，反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，ΔH2<0，B錯(cuò)誤；從L5到L6，甲醇的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，說(shuō)明反應(yīng)②在向右進(jìn)行，反應(yīng)②消耗CO，而CO體積分?jǐn)?shù)沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明反應(yīng)①也在向右進(jìn)行，反應(yīng)①為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，其向右進(jìn)行時(shí)，n(H2O)增大，反應(yīng)②為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，且沒(méi)有H2O的消耗與生成，故n總減小而n(H2O)增加，即H2O的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大，故L6處的H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處，C正確；L1處CO的體積分?jǐn)?shù)大于CH3OH，說(shuō)明生成的CO的物質(zhì)的量大于CH3OH，兩者反應(yīng)時(shí)間相同，說(shuō)明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D錯(cuò)誤。]6.D[由圖可知，m相同時(shí)，溫度越高，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小，則升高溫度平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；相同條件下，增大氧氣的量可增大二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率，則m越小，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大，則m1>m2>m3，B項(xiàng)錯(cuò)誤；A點(diǎn)原料氣的成分是n(SO2)=10mol，n(O2)=24.4mol，n(N2)=70mol，二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率為88%，則：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)起始/mol 10 24.4 0轉(zhuǎn)化/mol 8.8 4.4 8.8平衡/mol 1.2 20 8.8平衡時(shí)SO2、O2、SO3的分壓分別為1.2100×105Pa、20100×105Pa、8.8100×105Pa，即p(SO2)=1200Pa，C項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡常數(shù)與m無(wú)關(guān)，則500℃、m3的條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=8.8100×1057.(1)小于(2)0.8mol(3)不變(4)大于(5)182kJ解析(1)正反應(yīng)放熱，反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量小于生成物分子化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量。(2)根據(jù)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41kJ·mol-1，生成1molH2放出41kJ能量，容器①中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，放出32.8kJ熱量；生成H2的物質(zhì)的量為1mol×32.8kJ41kJ=0.8mol。(3)該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相等，容器①的容積變?yōu)樵瓉?lái)的一半，壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率不變。(4)容器②的投料是①的2.5倍，容器②壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率快，到達(dá)平衡用的時(shí)間少，所以t1大于t2。(5)容器①、②的溫度相同，平衡常數(shù)相同，可以根據(jù)容器CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)初始/mol 1 4 0 0轉(zhuǎn)化/mol 0.8 0.8 0.8 0.8平衡/mol 0.2 3.2 0.8 0.8反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.8×0.80.2×3.2=1；反應(yīng)前后氣體系數(shù)和相等，容器②的投料是①的2.5倍，所以容器②放出的熱量為容器①的2.5倍，Q=32.8kJ8.(1)乙(2)28.23.38(3)0.05解析(1)根據(jù)反應(yīng)分析，隨著反應(yīng)的進(jìn)行氧氣的壓強(qiáng)從0開(kāi)始逐漸增大，所以乙為氧氣的壓強(qiáng)變化曲線。(2)t=10h時(shí)，p(O2)=12.8kPa，由2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)分析，反應(yīng)的五氧化二氮的分壓為25.6kPa，起始?jí)簭?qiáng)為53.8kPa，所以10h時(shí)p(N2O5)=(53.8-25.6)kPa=28.2kPa，N2O5分解的反應(yīng)速率v=0.12p(N2O5)(kPa·h-1)=0.12×28.2kPa·h-1≈3.38kPa·h-1。(3)N2O5完全分解時(shí)p(NO2)=107.6kPa，p(O2)=26.9kPa，設(shè)反應(yīng)生成的N2O4的分壓為xkPa，則可列三段式如下：2NO2(g)N2O4(g)起始分壓/kPa 107.6 0改變分壓/kPa 2x x平衡分壓/kPa 107.6-2x x由107.6-2x+x+26.9=94.7，解x=39.8，Kp=39.8282kPa-1≈0.05kPa9.(1)ac(2)p(3)A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下反應(yīng)c的lnKpr=0，則平衡體系中Kpr=p2(H2)p(CH4)·p0=1，即402kPa2100kPa×10.(1)①Ⅰ②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，c點(diǎn)溫度高，平衡逆向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率低于a點(diǎn)(2)①AC②反應(yīng)二③b④0.1解析(1)①根據(jù)圖像分析，相同溫度下，CO2轉(zhuǎn)化率最高的為反應(yīng)Ⅰ，故其催化劑效果最好。②反應(yīng)Ⅲ在a點(diǎn)為二氧化碳轉(zhuǎn)化率最高點(diǎn)，該點(diǎn)和之后均已達(dá)平衡狀態(tài)，該點(diǎn)之前未達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率高于c點(diǎn)的原因：由蓋斯定律可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，c點(diǎn)溫度高，平衡逆向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率低于a點(diǎn)。(2)①生成CH3OH的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，