第42講化學平衡常數(shù)的綜合計算【復習目標】1.了解壓強平衡常數(shù)、標準平衡常數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)常數(shù)的含義，并能進行相關計算。2.了解平衡常數(shù)與速率常數(shù)的關系。考點一壓強平衡常數(shù)及其相關計算1.氣體的分壓p(B)相同溫度下，當某組分氣體B單獨存在且具有與混合氣體總體積相同的體積時，該氣體B所具有的壓強，稱為氣體B的分壓強，簡稱氣體B的分壓，符號為p(B)，單位為Pa或kPa或MPa。氣體B的分壓p(B)＝氣體總壓p×B的體積分數(shù)＝氣體總壓p×B的物質(zhì)的量分數(shù)＝氣體總壓p×B的摩爾分數(shù)。2.壓強平衡常數(shù)對于有氣體參與的化學反應，寫平衡常數(shù)表達式時，用平衡時各氣體的分壓代替濃度，計算所得到的平衡常數(shù)稱為壓強平衡常數(shù)(Kp)。如：aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，Kp＝pc(C)·pd(D)pa(A)·p【微思考】一定溫度和催化劑條件下，將1molN2和3molH2充入壓強為p0的恒壓容器中，測得平衡時N2的轉(zhuǎn)化率為50％，計算該溫度下的壓強平衡常數(shù)(Kp)。提示：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)起始/mol 1 3 0轉(zhuǎn)化/mol 0.5 1.5 1平衡/mol 0.5 1.5 1平衡時p(N2)＝0.53p0、p(H2)＝1.53p0、p(NH3)＝13p0，Kp＝p2(學生用書?第234頁壓強平衡常數(shù)的計算1.某溫度下，等物質(zhì)的量的碘和環(huán)戊烯()在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應：(g)＋I2(g)?(g)＋2HI(g)ΔH＞0，起始總壓為105Pa，平衡時總壓增加了20％，環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為，該反應的平衡常數(shù)Kp＝Pa。答案：40％3.56×104解析：設容器中起始加入I2(g)和環(huán)戊烯的物質(zhì)的量均為amol，平衡時轉(zhuǎn)化的環(huán)戊烯的物質(zhì)的量為xmol，列出三段式：(g)＋I2(g)?(g)＋2HI(g)起始/mol a a 0 0轉(zhuǎn)化/mol x x x 2x平衡/mol a－x a－x x 2x根據(jù)平衡時總壓增加了20％，且恒溫恒容時，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，得a＋a(a－x)＋(a－x)＋x+2x＝11.2，解得x＝0.4a，則環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為0.4aa×100％＝40％，平衡時(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分壓分別為p總4、p總4、p總6、p總3，則Kp＝p總6×p總32p總4×p總42.(2024·湖北卷節(jié)選)用BaCO3和焦炭為原料，經(jīng)反應Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制備乙炔是我國科研人員提出的綠色環(huán)保新路線。反應Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s)?BaO(s)＋2CO(g)反應Ⅱ：BaO(s)＋3C(s)?BaC2(s)＋CO(g)已知Kp＝(pCO)n、K＝pCO105Pan(n是CO的化學計量數(shù))。反應Ⅰ、Ⅱ(1)反應BaCO3(s)＋4C(s)?BaC2(s)＋3CO(g)在1585K的Kp＝Pa3。(2)保持1320K不變，假定恒容容器中只發(fā)生反應Ⅰ，達到平衡時pCO＝Pa，若將容器體積壓縮到原來的12，重新建立平衡后pCO＝Pa答案：(1)1016(2)105105解析：(1)反應Ⅰ＋反應Ⅱ得BaCO3(s)＋4C(s)?BaC2(s)＋3CO(g)，所以其平衡常數(shù)K＝KⅠ×KⅡ＝pCO105Pa3，由題圖可知，1585K時KⅠ＝102.5，KⅡ＝10－1.5，即pCO105Pa3＝102.5×10－1.5＝10，所以pCO3＝10×(105Pa)3＝1016Pa3，則Kp＝pCO3＝1016Pa3；(2)由題圖可知，1320K時反應Ⅰ的KⅠ＝100＝1，即KⅠ＝pCO105Pa2＝1，所以pCO2＝(105Pa)2，即pCO＝壓強平衡常數(shù)(Kp)的計算流程標準(相對)平衡常數(shù)的計算3.甲烷的直接轉(zhuǎn)化具有較高的經(jīng)濟價值，方法之一如下：CH4(g)＋12O2(g)?CH3OH(g)ΔH＝－126.4kJ·mol－1，在200℃下，向恒容為5L的密閉反應器中加入催化劑，并充入6.0kPaCH4、4.8kPaO2和一定量He(1)計算該反應在200℃下的標準平衡常數(shù)Kpθ＝(可保留a已知：2A(g)?B(g)的標準平衡常數(shù)Kpθ＝p(B)pθ[p(A)pθ]2，其中pθ為標準壓強(100kPa)，(2)若將容器改為絕熱容器，初始溫度為200℃，其他條件不變，達到新平衡時，甲醇產(chǎn)率將(填“變大”“變小”或“不變”)。答案：(1)702(2)變小解析：(1)從題圖中看出，起始總壓強為12kPa，則He的壓強為12kPa－6.0kPa－4.8kPa＝1.2kPa，平衡時總壓強為9.2kPa，設參加反應的CH4的壓強為xkPa，則可建立如下三段式：CH4(g)＋12O2(g)?CH3OH(g起始/kPa 6 4.8 0轉(zhuǎn)化/kPa x 0.5x x平衡/kPa 6－x 4.8－0.5x x則6－x＋4.8－0.5x＋x＋1.2＝9.2，x＝5.6，該反應溫度下的標準平衡常數(shù)Kpθ＝5.61000.4100×2100＝702。(2物質(zhì)的量分數(shù)平衡常數(shù)的計算4.工業(yè)上常用甲烷水蒸氣重整制備氫氣，體系中發(fā)生反應：①CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g)，②CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)。恒溫恒壓條件下，1molCH4(g)和1molH2O(g)反應達平衡時，CH4(g)的轉(zhuǎn)化率為α，CO2(g)的物質(zhì)的量為bmol，則反應①的平衡常數(shù)Kx＝[寫出含有α、b的計算式；對于反應mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，Kx＝xp(C)·xq(D)xm(A)·xn(B)，x為物質(zhì)的量分數(shù)]。其他條件不變，H2O(g)起始量增加到5mol，達平衡時，α＝0.答案：(α－b解析：恒溫恒壓條件下，1molCH4(g)和1molH2O(g)反應達平衡時，CH4(g)的轉(zhuǎn)化率為α，CO2(g)的物質(zhì)的量為bmol，則轉(zhuǎn)化的CH4(g)為αmol，剩余的CH4(g)為(1－α)mol，根據(jù)C元素守恒可知，CO(g)的物質(zhì)的量為(α－b)mol，根據(jù)H和O元素守恒可知，H2O(g)的物質(zhì)的量為(1－α－b)mol，H2(g)的物質(zhì)的量為(3α＋b)mol，則反應混合物的總物質(zhì)的量為(2α＋2)mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物質(zhì)的量分數(shù)分別為1－α2+2α、1－α－b2+2α、α－b2+2α、3α＋b2+2α，因此，反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kx＝α－b2+2α×(3α＋b2+2α)31－α2+2α×1－α－b2+2α＝(α－b)(3α＋b)3(1－α)(1－α－b)(2+2α)2；其他條件不變，H2O(g)起始量增加到5mol，達平衡時，α＝0.90，b＝0.65，則平衡時，CH4(g)為0.1mol，根據(jù)C元素守恒可知，CO(g)的物質(zhì)的量為0.25mol，根據(jù)H和O元素守恒可知，H2O(g)的物質(zhì)的量為學生用書?第235頁考點二化學平衡常數(shù)與速率常數(shù)的關系集訓1.順-1，2-二甲基環(huán)丙烷和反-1，2-二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化：該反應的速率方程可表示為v正＝k正·c(順)和v逆＝k逆·c(反)，k正和k逆在溫度一定時為常數(shù)，分別稱作正、逆反應速率常數(shù)?；卮鹣铝袉栴}：(1)已知：T1溫度下，k正＝0.006s－1，k逆＝0.002s－1，該溫度下反應的平衡常數(shù)K1＝。(2)T2溫度下，圖中能表示順式異構體的質(zhì)量分數(shù)隨時間變化的曲線是(填字母)，平衡常數(shù)K2＝。答案：(1)3(2)B7解析：(1)根據(jù)v正＝k正·c(順)，v逆＝k逆·c(反)，反應達到化學平衡狀態(tài)時正、逆反應速率相等，則0.006c(順)＝0.002c(反)，該溫度下反應的平衡常數(shù)K1＝c(反)c(順)＝0.0060.002＝3。(2)隨著時間的推移，順式異構體的質(zhì)量分數(shù)不斷減小，單位時間內(nèi)w(順)的變化量減小，則符合條件的曲線是B。設順式異構體的起始濃度為x，可逆反應左右物質(zhì)的化學計量數(shù)相等，均為1，由題圖可知，則平衡時，順式異構體的濃度為0.3x，反式異構體的濃度為0.7x，2.利用NH3的還原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反應如下：4NH3(g)＋6NO(g)?5N2(g)＋6H2O(l) ΔH＜0已知該反應速率v正＝k正·c4(NH3)·c6(NO)，v逆＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)(k正、k逆分別是正、逆反應速率常數(shù))，該反應的平衡常數(shù)K＝k正k逆，則x＝，y答案：50解析：當反應達到平衡時有v正＝v逆，即k正·c4(NH3)·c6(NO)＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)，變換可得k正k逆＝cx(N2)·cy(H2O)c4(NH3.肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結合生成MbO2，其反應原理可表示為Mb(aq)＋O2(g)?MbO2(aq)，該反應的平衡常數(shù)可表示為K＝c(MbO2)c(Mb)·p(O2)。在37℃條件下達到平衡時，測得肌紅蛋白的結合度(α)與p(O2)的關系如圖所示[α＝生成的c(MbO2)初始的c(Mb)×100％]。研究表明正反應速率v正＝k正·c(Mb)·p(1)試寫出平衡常數(shù)K與速率常數(shù)k正、k逆之間的關系式為K＝(用含有k正、k逆的式子表示)。(2)試求出圖中c點時，上述反應的平衡常數(shù)K＝kPa－1。已知k逆＝60s－1，則速率常數(shù)k正＝s－1·kPa－1。答案：(1)k正k逆(2)解析：(1)可逆反應達到平衡狀態(tài)時，v正＝v逆，由于v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)·p(O2)＝k逆·c(MbO2)，k正k逆＝c(MbO2)c(Mb)·p(O2)，而反應Mb(aq)＋O2(g)?MbO2(aq)的平衡常數(shù)K＝c(MbO2)c(Mb)·p(O2)＝k正k逆。(2)將c點時，p(O2)＝4.5kPa，肌紅蛋白的結合度(α)是90％，代入平衡常數(shù)表達式中可得K＝c(MbO2)c(Mb)·p(O2)＝0.9(1－0.9)×4.5kPa－1＝2kPa－14.乙烯、環(huán)氧乙烷是重要的化工原料，用途廣泛。實驗測得2CH2CH2(g)＋O2(g)?2(g)ΔH＜0中，v逆＝k逆·c2()，v正＝k正·c2(CH2＝CH2)·c(O2)(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關)。(1)反應達到平衡后，僅降低溫度，下列說法正確的是(填字母)。A.k正、k逆均增大，且k正增大的倍數(shù)更多B.k正、k逆均減小，且k正減小的倍數(shù)更少C.k正增大、k逆減小，平衡正向移動D.k正、k逆均減小，且k逆減小的倍數(shù)更少(2)若在1L的密閉容器中充入1molCH2＝CH2(g)和1molO2(g)，在一定溫度下只發(fā)生上述反應，經(jīng)過10min反應達到平衡，體系的壓強變?yōu)樵瓉淼?.875倍，則0～10min內(nèi)v(O2)＝，k逆k正答案：(1)B(2)0.025mol·L－1·min－10.75解析：(1)該反應是放熱反應，反應達到平衡后，僅降低溫度，速率降低，k正、k逆均減小，平衡正向移動，正反應速率大于逆反應速率，因此k正減小的倍數(shù)更少。(2)設O2轉(zhuǎn)化了xmol，列三段式：2CH2＝CH2(g)＋O2(g)?2(g)開始/mol 1 1 0轉(zhuǎn)化/mol 2x x 2x平衡/mol 1－2x 1－x 2x1－2x+1－x+2x2＝0.875，x＝0.25，則0～10min內(nèi)v(O2)＝0.25mol1L×10min＝0.025mol·L－1·min－1，k逆·c2()＝k正·c2(CH2CH2)·c(O2對于基元反應aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常數(shù)K＝cc(C)·cd(D)ca(A)·c學生用書?第236頁1.(2024·湖南卷節(jié)選)催化劑TiO2再生時會釋放CO2，可用氨水吸收獲得NH4HCO3。現(xiàn)將一定量的NH4HCO3固體(含0.72g水)置于密閉真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分壓為100kPa，在27℃下進行干燥。為保證NH4HCO3不分解，NH3的分壓應不低于kPa[已知p(H2O)＝2.5×102kPa·mol－1×n(H2O)，NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp＝4×104(kPa)3]。答案：40解析：0.72g水的物質(zhì)的量為0.04mol，故p(H2O)＝2.5×102kPa·mol－1×0.04mol＝10kPa，NH4HCO3分解的方程式為NH4HCO3(s)?NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)，故NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp＝p(NH3)·p(CO2)·p(H2O)＝4×104(kPa)3，解得p(NH3)＝40kPa，故為保證NH4HCO3不分解，NH3的分壓應不低于40kPa。2.(2024·河北卷節(jié)選)硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑，工業(yè)上制備原理如下：SO2(g)＋Cl2(g)?SO2Cl2(g)ΔH＝－67.59kJ·mol－1。恒容密閉容器中按不同進料比充入SO2(g)和Cl2(g)，測定T1、T2、T3溫度下體系達平衡時的Δp(Δp＝p0－p，p0為體系初始壓強，p0＝240kPa，p為體系平衡壓強)，結果如圖。上圖中溫度由高到低的順序為，判斷依據(jù)為。M點Cl2的轉(zhuǎn)化率為，T1溫度下用分壓表示的平衡常數(shù)Kp＝kPa－1。答案：T3＞T2＞T1該反應正反應放熱，且氣體分子數(shù)減小，反應正向進行時，容器內(nèi)壓強減小，從T3到T1平衡時Δp增大，說明反應正向進行程度逐漸增大，對應溫度逐漸降低75％0.03解析：該反應的正反應為氣體體積減小的反應，因此反應正向進行程度越大，平衡時容器內(nèi)壓強越小，Δp越大。從T3到T1，Δp增大，說明反應正向進行程度逐漸增大，已知正反應為放熱反應，則溫度由T3到T1逐漸降低，即T3＞T2＞T1。由M點可知，進料比n(SO2)∶n(Cl2)＝2，平衡時Δp＝60kPa，已知恒溫恒容情況下，容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量之比等于壓強之比，則p(Cl2)＝80kPa，p(SO2)＝160kPa，可據(jù)此列出“三段式”：SO2(g)＋Cl2(g)?SO2Cl2(g)Δp起始壓強/kPa 160 80轉(zhuǎn)化壓強/kPa 60 60 60 60平衡壓強/kPa 100 20 60可計算得α(Cl2)＝60kPa80kPa×100％＝75％，T1溫度下用分壓表示的平衡常數(shù)Kp＝p(SO2Cl3.(2024·山東卷節(jié)選)水煤氣是H2的主要來源，研究CaO對C-H2O體系制H2的影響，涉及主要反應如下：C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)(Ⅰ)ΔH1＞0CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)(Ⅱ) ΔH2＜0CaO(s)＋CO2(g)?CaCO3(s)(Ⅲ)ΔH3＜0壓力p下、溫度為T0時，圖示三種氣體H2、CO、CO2的摩爾分數(shù)分別為0.50，0.15，0.05，則反應CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)Kp＝；此時氣體總物質(zhì)的量為4.0mol，則CaCO3(s)的物質(zhì)的量為mol；若向平衡體系中通入少量CO2(g)，重新達平衡后，分壓p(CO2)將(填“增大”“減小”或“不變”)，p(CO)將(填“增大”“減小”或“不變”)。答案：590.5解析：壓力p下、溫度為T0時，H2、CO、CO2的摩爾分數(shù)分別為0.50、0.15、0.05，則H2O(g)的摩爾分數(shù)為1－0.5－0.15－0.05＝0.3，則反應CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)Kp＝p(CO2)×p(H2)p(CO)×p(H2O)＝0.05p×0.5p0.15p×0.3p＝59；氣體總的物質(zhì)的量為4.0mol，根據(jù)平衡時H2、CO、CO2的摩爾分數(shù)分別為0.50、0.15、0.05，則有n(H2)＝2.0mol，n(CO2)＝0.2mol，n(CO)＝0.6mol，n(H2O)＝1.2mol，這4種氣體的H原子和O原子均來自原料中的H2O；此外，由反應(Ⅲ)可知，1molCaCO3中有2molO原子也來自原料中的H2O(直接來自CO2，間接來自H2O)；設平衡時CaCO3(s)的物質(zhì)的量為xmol，由于原料H2O中H、O原子個數(shù)比為2∶1，根據(jù)H、O原子守恒，平衡時應有21＝2×2+1.2×20.6+0.2×2+1.2+2x，解得x＝0.5，即CaCO3(s)的物質(zhì)的量為0.5mol。若向平衡體系中通入少量CO2(g)，重新達平衡后，反應CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)的Kp＝1p(CO2)，溫度不變，Kp不變，則分壓p(CO2)不變；體系中增加了CO2(g)，若反應Ⅱ逆向移動，4.(2024·新課標卷節(jié)選)(1)在總壓分別為0.10、0.50、1.0、2.0MPa下，Ni(s)和CO(g)反應達平衡時，Ni(CO)4體積分數(shù)x與溫度的關系如圖所示。反應Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的ΔH0(填“大于”或“小于”)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。(2)對于同位素交換反應Ni(C16O)4＋C18ONi(C16O)3C18O＋C16O，20℃時反應物濃度隨時間的變化關系為ct[Ni(C16O)4]＝c0[Ni(C16O)4]e－kt(k為反應速率常數(shù))，則Ni(C16O)4反應一半所需時間t12＝(用k答案：(1)小于降低溫度、增大壓強97.3％9000(2)ln2解析：(1)隨著溫度升高，平衡時Ni(CO)4的體積分數(shù)減小，說明溫度升高平衡逆向移動，因此該反應的ΔH＜0；該反應的正反應是氣體總分子數(shù)減小的放熱反應，因此降低溫度和增大壓強均有利于Ni(CO)4的生成；由上述分析知，溫度相同時，增大壓強平衡正向移動，對應的平衡體系中Ni(CO)4的體積分數(shù)增大，則壓強：p4＞p3＞p2＞p1，即p3對應的壓強是1.0MPa。由題圖可知，p3、100℃條件下達到平衡時，CO和Ni(CO)4的物質(zhì)的量分數(shù)分別為0.1、0.9，設初始投入的CO為4mol，反應生成的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，反應后總物質(zhì)的量為(4－3x)mol，其他條件相同時，氣體的體積分數(shù)即為其物質(zhì)的量分數(shù)，因此有x4－3x＝0.9，解得x＝3637，因此達到平衡時n轉(zhuǎn)化(CO)＝4×3637mol，CO的平衡轉(zhuǎn)化率α＝4×3637mol4mol×100％≈97.3％；氣體的分壓＝總壓強×該氣體的物質(zhì)的量分數(shù)，則該溫度下的壓強平衡常數(shù)Kp＝p[Ni(CO)4]p4(CO)＝0.9×p3(0.1×p3)4＝0.9×1.0MPa(0.1×1.0MPa)4＝9000(MPa)－3。(2)由題給關系式可得e－kt＝c課時測評42化學平衡常數(shù)的綜合計算對應學生(時間：45分鐘滿分：60分)(本欄目內(nèi)容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)選擇題1－8題，每小題2分，共16分。1.對于氣相反應，用某組分B的平衡壓強p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作Kp)。已知反應CH4(g)＋2H2O(g)?CO2(g)＋4H2(g)，在t℃時的平衡常數(shù)Kp＝a，則下列說法正確的是()A.Kp＝pB.升高溫度，若Kp增大，則該反應為放熱反應C.該反應達到平衡狀態(tài)后，增大壓強，平衡向左移動，Kp不變D.t℃時，反應12CH4(g)＋H2O(g)?12CO2(g)＋2H2(g)的平衡常數(shù)Kp答案：C解析：根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，Kp＝p(CO2)·p4(H2)p(CH4)·p2(H2O)，A錯誤；升高溫度，若Kp增大，說明平衡正向移動，則正反應為吸熱反應，B錯誤；平衡常數(shù)只與溫度有關，與其他因素無關2.已知反應X(g)＋Y(g)?R(g)＋Q(g)的平衡常數(shù)與溫度的關系如表所示。830℃時，向一個2L的密閉容器中充入0.2molX和0.8molY，反應初始4s內(nèi)v(X)＝0.005mol·L－1·s－1。下列說法正確的是()溫度/℃70080083010001200平衡常數(shù)1.71.11.00.60.4A.4s時容器內(nèi)c(Y)＝0.76mol·L－1B.830℃達平衡時，X的轉(zhuǎn)化率為80％C.反應達平衡后，升高溫度，平衡正向移動D.1200℃時反應R(g)＋Q(g)?X(g)＋Y(g)的平衡常數(shù)K＝0.4答案：B解析：反應初始4s內(nèi)v(X)＝0.005mol·L－1·s－1，根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比，可知v(Y)＝0.005mol·L－1·s－1，則4s內(nèi)Δc(Y)＝0.005mol·L－1·s－1×4s＝0.02mol·L－1，Y的起始濃度為0.8mol2L＝0.4mol·L－1，故4s時c(Y)＝0.4mol·L－1－0.02mol·L－1＝0.38mol·L－1，A項錯誤；設平衡時X的濃度轉(zhuǎn)化量為xmol·L－X(g)＋Y(g)?R(g)＋Q(g)起始/(mol·L－1) 0.1 0.4 0 0轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) x x x x平衡/(mol·L－1) 0.1－x 0.4－x x x故x2(0.1－x)(0.4－x)＝1.0，解得x＝0.08，所以平衡時X的轉(zhuǎn)化率為0.08mol·L－10.1mol·L－1×100％＝80％，B項正確；由題給表格數(shù)據(jù)可知，溫度升高，化學平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動，C項錯誤；1200℃時反應X(g)＋Y(g)?R(g)＋Q(g)的平衡常數(shù)為0.4，所以反應R(g)＋Q(g3.將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應：①NH4I(s)?NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)?H2(g)＋I2(g)。達到平衡時，c(H2)＝0.5mol·L－1，c(HI)＝4mol·L－1，下列說法錯誤的是()A.①的平衡常數(shù)為20B.②的平衡常數(shù)為1C.同溫時H2(g)＋I2(g)?2HI(g)和②的平衡常數(shù)互為倒數(shù)D.溫度升高，①的平衡常數(shù)增大，則①為放熱反應答案：D解析：平衡時c(HI)＝4mol·L－1，HI分解生成的H2的濃度為0.5mol·L－1，則分解的HI濃度為1mol·L－1；NH4I分解生成的HI的濃度為4mol·L－1＋1mol·L－1＝5mol·L－1，所以NH4I分解生成的NH3的濃度為5mol·L－1，所以反應①的平衡常數(shù)K＝c(NH3)·c(HI)＝20，故A正確；反應②的平衡常數(shù)K＝c(H2)·c(I2)c2(HI)＝0.5×0.542＝164，故4.T1溫度下，在三個容積均為1L的恒容密閉容器中發(fā)生如下反應：2NO2(g)?2NO(g)＋O2(g)ΔH＞0。實驗測得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響。下列說法正確的是()容器編號物質(zhì)的起始濃度/(mol·L－1)物質(zhì)的平衡濃度/(mol·L－1)c(NO2)c(NO)c(O2)c(O2)Ⅰ0.6000.2Ⅱ0.30.50.2Ⅲ00.50.35A.設K為該反應的化學平衡常數(shù)，則有K＝kB.若改變溫度為T2，且T2＞T1，則k正∶k逆＜0.8C.容器Ⅱ中起始時平衡正向移動，達平衡時，容器Ⅱ中NO2的轉(zhuǎn)化率比容器Ⅰ中的大D.達平衡時，容器Ⅱ與容器Ⅲ中的總壓強之比大于20∶17答案：D解析：根據(jù)反應方程式和容器Ⅰ中O2的平衡濃度可知：平衡時，c(NO)＝0.4mol·L－1，c(NO2)＝0.2mol·L－1，則T1溫度下，該反應的平衡常數(shù)K＝c2(NO)·c(O2)c2(NO2)＝0.42×0.20.22＝0.8。平衡時，正、逆反應速率相等，則有k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，所以K＝c2(NO)·c(O2)c2(NO2)＝k正k逆，A錯誤；由于該反應正反應是吸熱反應，溫度T2＞T1，所以T2時平衡常數(shù)增大，則k正∶k逆＞0.82NO2(g)?2NO(g)＋O2(g)起始/(mol·L－1) 0.3 0.5 0.2轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 0.2 0.2 0.1平衡/(mol·L－1) 0.1 0.7 0.3平衡常數(shù)為0.3×0.720.12＝14.7＞0.8，所以容器Ⅱ中NO2的轉(zhuǎn)化率小于23，C錯誤；T1溫度下，容器Ⅱ中反應正向進行，氣體的總量大于1mol，而容器Ⅲ中反應逆向進行，氣體的總量小于0.85mol，所以達平衡時，容器Ⅱ與容器Ⅲ中的總壓強之比大于5.T℃時，向容積為2L的剛性容器中充入1molCO2和一定量的H2發(fā)生反應：CO2(g)＋2H2(g)?HCHO(g)＋H2O(g)，達到平衡時，HCHO的分壓(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))與起始n(H2)n(CO2)的關系如圖所示。已知：初始加入A.5min時反應到達c點，v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1B.隨n(H2C.b點時反應的平衡常數(shù)Kp＝1.25pkPa－D.c點時，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分壓均增大0.2pkPa，平衡不移動答案：B解析：列出c點的三段式：CO2(g)＋2H2(g)?HCHO(g)＋H2O(g)起始/mol 1 2 0 0轉(zhuǎn)化/mol x 2x x x平衡/mol 1－x 2－2x x x則平衡時容器內(nèi)氣體的壓強為p(平衡)＝3－x3×1.2pkPa，故有p(HCHO)＝x3－x×p(平衡)＝x3－x×3－x3×1.2pkPa＝0.2pkPa，解得x＝0.5，故p(平衡)＝pkPa。起始時容器內(nèi)氣體總壓強為1.2pkPa，若5min時反應到達c點，由分析可知，則v(H2)＝2×0.5mol2L×5min＝0.1mol·L－1·min－1，A正確；隨n(H2)n(CO2)增大，平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，若H2的物質(zhì)的量無限增大，則HCHO的平衡壓強肯定減小，即HCHO的平衡壓強不是不斷增大，B錯誤；溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，故b點時反應的化學平衡常數(shù)與c點對應的平衡常數(shù)相等，由分析可知，c點平衡下，p(CO2)＝0.53－0.5×pkPa＝0.2pkPa，同理：p(H2)＝0.4pkPa，p(HCHO)＝p(H2O)＝0.2pkPa，故Kp＝p(H2O)×p(HCHO)p(CO2)×p2(H2)＝0.2p×0.2p0.2p×(0.4p)26.利用CO生產(chǎn)甲醇的反應為2H2(g)＋CO(g)?CH3OH(g)，在密閉容器中按物質(zhì)的量之比為2∶1充入H2和CO，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化情況如圖所示。已知：①v正＝k正·x(CO)·x2(H2)，v逆＝k逆·x(CH3OH)，其中v正、v逆為正、逆反應速率，k正、k逆為速率常數(shù)，x為各組分的體積分數(shù)。②Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，氣體分壓＝氣體總壓×體積分數(shù)。下列相關說法錯誤的是()A.該反應的ΔH＜0B.B點與C點的平衡常數(shù)關系為KB＝KCC.增大體系壓強，k正－k逆的值將增大D.C點對應的平衡常數(shù)Kp＝27答案：C解析：從圖像上可以看出溫度越高，甲醇的體積分數(shù)越小，說明升高溫度，平衡逆向移動，該反應的ΔH＜0，A項正確；B點與C點溫度相同，平衡常數(shù)相等，B項正確；速率常數(shù)與溫度有關，與壓強無關，則增大體系壓強，k正－k逆值不變，C錯誤；C點時，甲醇的體積分數(shù)是50％，假設起始n(CO)＝1mol，n(H2)＝2mol，消耗的CO的物質(zhì)的量為xmol，則列三段式：2H2(g)＋CO(g)?CH3OH(g)初始/mol 2 1 0轉(zhuǎn)化/mol 2x x x平衡/mol 2－2x 1－x x甲醇的體積分數(shù)為x2－2x+1－x＋x＝50％，x＝0.75，平衡常數(shù)7.將E和F加入密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應：E(g)＋F(s)?2G(g)。忽略固體體積，平衡時G的體積分數(shù)(％)隨溫度和壓強的變化如下表所示，已知Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算得到的分壓平衡常數(shù)，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù)。下列說法正確的是()溫度/℃壓強/MPa1.02.03.081054.0ab915c75.0d1000ef83.0A.b＞fB.平衡常數(shù)K(1000℃)＜K(810℃)C.915℃、2.0MPa時該反應的平衡常數(shù)為Kp＝4.5MPaD.1000℃、3.0MPa時E的轉(zhuǎn)化率為83％答案：C解析：正反應是氣體體積增大的反應，溫度相同時，增大壓強平衡逆向移動，G的體積分數(shù)減小，所以在810℃時，a、b都要小于54.0％，故54.0％＞a＞b；從壓強為2.0MPa時可以看出溫度升高G的體積分數(shù)增大，正反應是吸熱反應，則f＞a，故b＜f，A錯誤；根據(jù)以上分析可知正反應是吸熱反應，則升高溫度平衡常數(shù)增大，所以K(1000℃)＞K(810℃)，B錯誤；915℃、2.0MPa時G的體積分數(shù)為75.0％，設E起始的物質(zhì)的量為mmol，反應了xmol，則有：E(g)＋F(s)?2G(g)n起始/mol m 0n變化/mol x 2xn平衡/mol m－x 2x則2xm－x+2x×100％＝75.0％，解得x＝0.6m，所以平衡常數(shù)Kp＝(2xm＋x×2.0MPa)2m－xm＋x×2.0MPa＝4.5MPa，C正確E(g)＋F(s)?2G(g)n起始/mol n 0n變化/mol x 2xn平衡/mol n－x 2x2xn－x+2x×100％＝83.0％，x≈0.709n，所以E的轉(zhuǎn)化率約為8.在恒溫條件下，向盛有食鹽的2L恒容密閉容器中加入0.2molNO2、0.2molNO和0.1molCl2，發(fā)生兩個反應：①2NO2(g)＋NaCl(s)?NaNO3(s)＋NOCl(g) ΔH1＜0平衡常數(shù)K1②2NO(g)＋Cl2(g)?2NOCl(g) ΔH2＜0平衡常數(shù)K210min時反應達到平衡測得容器內(nèi)體系的壓強減少20％，10min內(nèi)用NOCl(g)表示的平均反應速率v(NOCl)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1。下列說法不正確的是()A.反應4NO2(g)＋2NaCl(s)?2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常數(shù)為KB.平衡后c(Cl2)＝2.5×10－2mol·L－1C.其他條件保持不變，反應在恒壓條件下進行，則平衡常數(shù)K2增大D.平衡時NO2的轉(zhuǎn)化率為50％答案：C解析：4NO2(g)＋2NaCl(s)?2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)可由反應①×2－②得到，根據(jù)平衡常數(shù)計算規(guī)律可得此反應平衡常數(shù)為K12K2，A項正確；10min時反應達到平衡，測得容器內(nèi)體系的壓強減少20％，則平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為(0.2＋0.2＋0.1)mol×(1－20％)＝0.4mol，10min內(nèi)用NOCl(g)表示的平均反應速率v(NOCl)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1，則平衡時n(NOCl)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1×10min×2L＝0.15mol，設達到平衡時反應①中消耗的NO2為xmol，反應②中消耗的Cl2為ymol，根據(jù)方程式①和②可得，反應①中生成的NOCl(g)為0.5xmol，反應②中消耗的NO(g)為2ymol，消耗的Cl2(g)為ymol，生成的NOCl(g)為2y解得x＝0.1mol，y＝0.05mol，故平衡后c(Cl2)＝0.1mol－0.05mol2L＝2.5×10－2mol·L－1，B項正確；平衡常數(shù)只受溫度影響，其他條件保持不變，反應在恒壓條件下進行，平衡常數(shù)K2不變，C項錯誤；平衡時NO2轉(zhuǎn)化0.1mol，9.(4分)在容積恒為2L的密閉容器中充入2molCH3OH(g)和2molCO(g)，在一定溫度下發(fā)生反應：CH3OH(g)＋CO(g)?HCOOCH3(g)，測得容器內(nèi)的壓強隨時間的變化如下表所示。t/min02468101214p/kPap0－0.8p0－－0.7p00.7p00.7p0在此條件下，0～4min的v(CH3OH)＝kPa·min－1，該反應的平衡常數(shù)Kp＝kPa－1(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。答案：0.05p07.5解析：在此條件下，0～4min的v(CH3OH)＝(p0－0.8p0)kPa4min＝0.05p0kPa·min－1；設平衡時CHCH3OH(g)＋CO(g)?HCOOCH3(g)起始/mol 2 2 0轉(zhuǎn)化/mol x x x平衡/mol 2－x 2－x x反應后總物質(zhì)的量為(4－x)mol，T、V一定時，n和p成正比，所以44－x＝p00.7p0，解得x＝1.2，則反應后總物質(zhì)的量為2.8mol，CH3OH的物質(zhì)的量分數(shù)為27，CO的物質(zhì)的量分數(shù)為27，HCOOCH3的物質(zhì)的量分數(shù)為37，則Kp＝p(HCOOCH10.(4分)乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氫具有重要意義：熱裂解反應：CH3COOH(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋213.7kJ·mol－脫羧基反應：CH3COOH(g)CH4(g)＋CO2(g) ΔH＝－33.5kJ·mol－若利用合適的催化劑控制其他的副反應，溫度為TK時達到平衡，總壓強為pkPa，熱裂解反應消耗乙酸20％，脫羧基反應消耗乙酸60％，乙酸體積分數(shù)為(計算結果保留1位小數(shù))；脫羧基反應的平衡常數(shù)Kp為kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結果保留1位小數(shù))。答案：9.1％0.8p解析：設起始時n(CH3COOH)＝1mol，CH3COOH(g)2CO(g)＋2H2(g轉(zhuǎn)化 0.2mol 0.4mol 0.4molCH3COOH(g)CH4(g)＋CO2(g轉(zhuǎn)化 0.6mol 0.6mol 0.6mol乙酸體積分數(shù)為(1－0.2－0.6)mol(0.4+0.4+0.6+0.6+0.2)mol×100％≈9.1％，脫羧基反應的Kp＝11.(6分)(1)向某容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓(p)下發(fā)生反應：C2H6(g)?C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＝＋137kJ·mol－1，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α。反應的平衡常數(shù)Kp＝(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。(2)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品。接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關鍵工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋12O2(g)?SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1。將組成(物質(zhì)的量分數(shù))為2m％SO2(g)、m％O2(g)和q％N2(g)的氣體通入反應器，在溫度為T、壓強為p條件下進行反應。平衡時，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，則SO3壓強為，平衡常數(shù)Kp＝(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))答案：(1)α(1+α(2)2mα100－解析：(1)設起始時C2H6和H2的物質(zhì)的量均為1mol，列出三段式：C2H6(g)?C2H4(g)＋H2(g)起始/mol 1 0 1轉(zhuǎn)化/mol α α α平衡/mol 1－α α 1＋α平衡時C2H6、C2H4和H2對應的分壓分別為1－α2+αp、α2+αp和1+α2+αp，則該反應的平衡常數(shù)Kp＝α2+αp×1+α2+αp1－α2+αSO2(g)＋12O2(g)?SO3(g起始/mol 2m m 0轉(zhuǎn)化/mol 2mα mα 2mα平衡/mol 2m－2mα m－mα 2mα平衡時氣體的總物質(zhì)的量為(3m＋q－mα)mol，則p(SO2)＝p×2m－2mα3m＋q－mα，p(O2)＝p×m－mα3m＋q－mα，p(SO3)＝p×2mα312.(4分)已知：N2O4(g)?2NO2(g)ΔH＞0。298K時，將一定量N2O4氣體充入恒容的密閉容器中發(fā)生反應。t1時刻反應達到平衡，混合氣體平衡總壓強為p，N2O4氣體的平衡轉(zhuǎn)化率為25％，則NO2的分壓為(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))，反應N2O4(g)?2NO2(g)的平衡常數(shù)Kx＝[對于氣相反應，用某組分B的物質(zhì)的量分數(shù)x(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)，記作Kx]。答案：0.4p4解析：N2O4(g)?2NO2(g)，N2O4氣體的平衡轉(zhuǎn)化率為25％，設起始N2O4的物質(zhì)的量為x，則平衡時剩余的N2O4的物質(zhì)的量為0.75x，生成的NO2的物質(zhì)的量為0.5x，混合氣體平衡總壓強為p，則NO2的分壓為p×0.5x0.5x+0.75x＝0.4p；N2O4分壓為p×0.75x0.5x+0.75x＝0.6p；反應N2O4(g)?2NO13.(10分)二氧化碳催化加氫制取二甲醚(DME)有利于減少溫室氣體二氧化碳，制取過程發(fā)生如下反應：反應Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ/mol反應Ⅱ.2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2＝－23.4kJ·mol－1反應Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)ΔH3＝＋41.2kJ·mol－1回答下列問題：(1)在壓強一定的條件下，將CO2和H2按一定比例、流速通過裝有催化劑的反應管，測得平衡時“CO2的轉(zhuǎn)化率”及“CH3OCH3(g)選擇性”和“CO、CH3OH選擇性的和”分別與溫度的關系如圖所示，回答下列問題：①曲線C表示：。②T1～T5溫度之間，升高溫度，比值n(CO)n(H2O)將(填“增大(2)已知反應Ⅲ的速率方程可表示為v正＝k正·p(CO2)·p(H2)，v逆＝k逆·p(CO)·p(H2O)，lgk與溫度的關系如圖所示，T2℃下，圖中A、B點的縱坐標分別為a－0.7、a－1。T2℃、200MPa時，向恒壓容器中充入CO2(g)和H2(g)混合氣體制取二甲醚(DME)，發(fā)生上述三個反應，平衡后，測得CH3OH(g)、CH3OCH3(g)和CO(g)體積分數(shù)分別為5％、10％、5％，則H2O(g)體積分數(shù)為，CH3OCH3(g)產(chǎn)率為，生成CH3OCH3(g)的選擇性為，反應Ⅰ的Kp＝(CH3OCH3選擇性＝生成二甲醚消耗的CO2物質(zhì)的量消耗CO2總物質(zhì)的量×100％；答案：(1)①CO、CH3OH選擇性的和②增大(2)40％(或0.4)40％(或0.4)66.7％(或23)解析：(1)①反應Ⅱ為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CH3OCH3(g)選擇性減小，則曲線A為CH3OCH3(g)選擇性；“CH3OCH3(g)選擇性”與“CO、CH3OH選擇性之和”相加等于1，因此曲線C表示CO、CH3OH選擇性的和；②T1～T5溫度之間，升高溫度，反應Ⅰ、Ⅱ為放熱反應，逆向移動，n(H2O)減少，反應Ⅲ為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，但n(H2O)、n(CO)增加的量相等，故比值n(CO)n(H2O)將增大。(2)根據(jù)三個反應方程式中物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關系可知：反應Ⅲ產(chǎn)生CO與H2O的量相等，則根據(jù)CO含量是5％可知反應Ⅲ產(chǎn)生H2O占5％；根據(jù)反應Ⅱ中物質(zhì)反應轉(zhuǎn)化關系可知反應產(chǎn)生10％CH3OCH3(g)，會同時產(chǎn)生H2O占10％，消耗20％的CH3OH(g)，此時容器中CH3OH(g)占5％，則反應Ⅰ產(chǎn)生CH3OH(g)為20％＋5％＝25％，同時產(chǎn)生H2O占25％，故該容器中水的含量為5％＋10％＋25％＝40％(或?qū)憺?.4)；CO2氣體參加三個化學反應，其中部分轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)，部分轉(zhuǎn)化為CH3OH(g)和CO(g)，反應達到平衡時CH3OH(g)、CH3OCH3(g)和CO(g)體積分數(shù)分別為5％、10％、5％，根據(jù)轉(zhuǎn)化關系可知：理論上反應的CO2的體積分數(shù)為5％＋2×10％＋5％，反應Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)ΔH3＝＋41.2kJ·mol－1為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，根據(jù)圖像可知，當A、B兩直線相交時，v正＝v逆，當溫度降低時，1T增大，則v正＜v逆，則A為lgk逆隨1T的變化曲線，B為lgk正隨1T的變化曲線，T2℃時，lgk正－lgk逆＝lgk正k逆＝a－1－(a－0.7)＝－0.3，K＝k正k逆＝10－0.3＝0.50，反應達到平衡時CH3OCH3(g)占10％，H2O占40％，CH3OH(g)和CO(g)體積分數(shù)均為5％，則CO2和H2的體積分數(shù)之和為1－10％－40％－5％－5％＝40％，設CO2占x，則H2占40％－x，平衡時CO2(g)、H2(g)、CO(g)、H2O(g)(單位：kPa)分壓分別為x×200kPa、(40％－x)×200kPa、5％×200kPa、40％×200kPa，Kp＝40％×200×5％×200x×200×(40％－x)×200＝0.50，解得x＝20％，根據(jù)C守恒，理論上CO2轉(zhuǎn)化成CH3OCH3(g)的體積分數(shù)為20％×0.5＋(5％＋5％)×0.5＋10％＝25％，實際轉(zhuǎn)化10％，則CH3OCH3(g)產(chǎn)率為10％25％14.(8分)在工業(yè)上常用CO與H2合成甲醇，熱化學方程式為CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)ΔH＝－574.4kJ·mol－1。(1)在T1時，向體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的CO和H2，發(fā)生反應CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)，反應達到平衡時CH3OH(g)的體積分數(shù)[φ(CH3OH)]與n(H2①當起始n(H2)n(CO)＝2時，經(jīng)過5min反應達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則0～5min內(nèi)平均反應速率v(H2)＝。若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol，達到新平衡時H2的轉(zhuǎn)化率將(填“增大”“②當n(H2)n(CO)＝3.5時，反應達到平衡后，CH3OH的體積分數(shù)可能是圖1中的(填“D”“(2)在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20molH2。CO的平衡轉(zhuǎn)化率[α(CO)]與溫度(T)、壓強(p)