2020届一轮复习全国非新高考地区版第七章微考点55化学平衡常数、平衡转化率的计算及应用作业 5页

题型一　“三段式”计算平衡常数及平衡转化率 ‎1．(2019·烟台调研)一定温度下有可逆反应：A(g)＋2B(g)2C(g)＋D(g)。现将5 mol A和10 mol B加入体积为2 L的密闭容器中，反应至10 min时改变某一条件，C的物质的量浓度随时间变化关系如图所示。下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．在0～5 min内，正反应速率逐渐增大 B．反应从起始至5 min时，B的转化率为50%‎ C．5 min时的平衡常数与10 min时的平衡常数不相等 D．第15 min时，B的体积分数为25%‎ ‎2．(2018·福建高三三模)如图，甲容器有一个移动活塞，能使容器保持恒压。起始时向甲中充入 2 mol SO2、1 mol O2，向乙中充入4 mol SO2、2 mol O2。甲、乙的体积都为1 L(连通管体积忽略不计)。保持相同温度和催化剂存在的条件下，关闭活塞K，使两容器中各自发生下述反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。达平衡时，甲的体积为0.8 L。下列说法正确的是(　　)‎ A．乙容器中SO2的转化率小于60%‎ B．平衡时SO3的体积分数：甲＞乙 C．打开K后一段时间，再次达到平衡，甲的体积为1.4 L D．平衡后向甲中再充入2 mol SO2、1 mol O2和3 mol SO3，平衡向正反应方向移动 ‎3．将4 mol CO(g)和a mol H2(g)混合于容积为4 L的恒容密闭容器中，发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g),10 min后反应达到平衡状态，测得H2为0.5 mol·L－1。经测定v(H2)＝0.1 mol·L－1·min－1。下列说法正确的是(　　)‎ A．平衡常数K＝2‎ B．H2起始投入量为a＝6‎ C．CO的平衡转化率为66.7%‎ D．平衡时c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1‎ 题型二　化学平衡常数及平衡转化率的综合应用 ‎4．(2018·太原诊断)合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO2与CO之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH，测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)p1、p2、p3的大小关系是____________，欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为_______________________。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是__________________________________。‎ ‎(2)900 ℃、1.013 MPa时，1 mol CO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为V，CO2的转化率为__________，该反应的平衡常数K＝________________。‎ ‎(3)将(2)中平衡体系温度降至640 ℃，压强降至0.101 3 MPa，重新达到平衡后CO2的体积分数为50%。条件改变时，正反应和逆反应速率如何变化？___________________________，‎ 二者之间有何关系？__________________。‎ ‎5．(2018·广东佛山质检)甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统简单，产物中H2含量高、CO含量低(CO会损坏燃料电池的交换膜)，是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。反应如下：‎ 反应Ⅰ(主)：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) 　ΔH1＝＋49 kJ·mol－1‎ 反应Ⅱ(副)：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1‎ 温度高于300 ℃则会同时发生反应Ⅲ：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH3‎ ‎(1)计算反应Ⅲ的ΔH3＝________。‎ ‎(2)反应Ⅰ能够自发进行的原因是_______________________________________________，‎ 升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是_____________________。‎ ‎(3)如图为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。‎ ‎①随着温度的升高，CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是______________(填字母)。‎ A．反应Ⅱ逆向移动 B．部分CO转化为CH3OH C．催化剂对反应Ⅱ的选择性低 D．催化剂对反应Ⅲ的选择性低 ‎②随着温度的升高，CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是____________‎ ‎________________________________________________________________________________‎ ‎③写出一条能提高CH3OH实际反应转化率而降低CO生成率的措施_____________________‎ ‎_______________________________________________________________________________。‎ ‎(4)250 ℃，一定压强和催化剂条件下，1.00 mol CH3OH和1.32 mol H2O充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ)，平衡时测得H2为2.70 mol，CO为0.030 mol，试求反应Ⅰ中CH3OH的转化率为________，反应Ⅱ的平衡常数为________(结果保留两位有效数字)。‎ 答案精析 ‎1．B　2.C ‎3．B　[用三段式法计算：‎ ‎　　　　　　　　　　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)‎ 起始物质的量/mol  4 a 0‎ 转化物质的量/mol  x 2x x 平衡物质的量/mol  4－x a－2x x ‎2x mol＝0.1 mol·L－1·min－1×10 min×4 L＝4 mol，x＝2，a－2x＝0.5×4，a＝6。平衡时，c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.5 mol·L－1。平衡常数K＝＝＝4，A项错误；经上述计算，B项正确；CO的平衡转化率为50%，C项错误；平衡时c(CH3OH)＝0.5 mol·L－1，D项错误。]‎ ‎4．(1)p1＜p2＜p3　升高温度、减小压强　Ka＝Kb＜Kc ‎(2)66.7%　 ‎(3)正反应和逆反应速率均减小　v正＜v逆 解析　(1)该反应是正反应体积增大的可逆反应，增大压强CO的含量降低，根据图像可知在温度相等时p1对应的CO含量最高，则p1、p2、p3的大小关系是p1＜p2＜p3。升高温度CO含量升高，说明正反应是吸热反应，所以欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为升高温度、减小压强。平衡常数只与温度有关，升高温度平衡右移，平衡常数增大，则图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是Ka＝Kb＜Kc。‎ ‎(2)900 ℃、1.013 MPa时CO的含量是80%，则 ‎　　　　　　　C(s)＋CO2(g)2CO(g)‎ 起始量/mol　　　　　　　1　　0‎ 转化量/mol　　　　　　　x　　2x 平衡量/mol　　　　　　　1－x  2x 因此＝0.8‎ 解得x＝ 则CO2的转化率为×100%≈66.7%。‎ 反应的平衡常数K＝＝。‎ ‎(3)降低温度，正、逆反应速率均减小，CO2体积分数增大，平衡向逆反应方向移动，则v正＜v逆。‎ ‎5．(1)＋90 kJ·mol－1　(2)反应Ⅰ为熵增加的反应　CO含量升高，破坏燃料电池的交换膜　(3)①C　②升温，反应速率加快　③加入水蒸气(或加入更合适的催化剂)　(4)91%　5.6×10－3‎ 解析　(1)反应Ⅰ加上反应Ⅱ得到：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋90 kJ·mol－1。(2)反应自发进行的要求是ΔG＝ΔH－TΔS＜0，此反应的ΔH＞0，所以反应自发进行的原因是ΔS＞0，即反应为熵增反应；升温会促进反应Ⅲ的发生，提高CO的含量，而CO会破坏该电池的交换膜。(3)①随着反应温度的升高，速率加快，但是CO的生成率并没有接近反应的平衡态，说明该反应使用的催化剂对于反应Ⅱ选择性低，C项正确、D项错误；三个反应都吸热，所以升温都正向移动，不会促进CO转化为甲醇，A、B项错误。②由①的叙述可以得到答案：升温，反应速率加快。③加入水蒸气，可以提高甲醇的转化率，同时使反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，从而降低了CO的生成率；加入更合适的催化剂，最好只催化反应Ⅰ，不催化反应Ⅱ，也能达到目的。(4)达平衡时CO为0.03 0 mol，根据反应Ⅱ得到参与反应的氢气为0.03 0 mol，所以反应Ⅰ生成的氢气为2.73 mol(平衡剩余氢气2.70 mol)，根据反应Ⅰ，消耗的甲醇为0.91 mol，所以甲醇的转化率为91%。根据反应Ⅰ的数据，消耗的水为0.91 mol，生成的CO2为0.91 mol，则剩余0.41 mol水，在反应Ⅱ中消耗0.03 mol CO2，生成0.03 mol CO和0.03 mol水，所以达平衡时，水为0.44 mol，CO2为0.88 mol。可求得反应Ⅱ的平衡常数。‎