2019届高考化学二轮复习微专题2微专题2全面突破化学反应速率、化学平衡常数及转化率的判断与计算学案 22页

微专题2　全面突破化学反应速率、化学平衡常数及转化率的判断与计算 ‎1.化学平衡常数 ‎(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。‎ ‎(2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。另可用压强平衡常数表示：‎ Kp＝[p(C)为平衡时气体C的分压]。‎ ‎(3)依据化学方程式计算平衡常数 ‎①同一可逆反应中，K正·K逆＝1。‎ ‎②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。‎ ‎③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。‎ ‎2.转化率、产率及分压的计算 反应物转化率＝×100%‎ 产物的产率＝×100%‎ 分压＝总压×物质的量分数 ‎3.常用的气体定律 同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)‎ 同温同压强：＝＝＝ ‎1.(2018·全国卷Ⅰ，28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：‎ ‎(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为________。‎ ‎(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：‎ ‎2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)‎ ‎　　　　　 ‎ ‎2N2O4(g)‎ 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t 的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：‎ t/min ‎0‎ ‎40‎ ‎80‎ ‎160‎ ‎260‎ ‎1 300‎ ‎1 700‎ ‎∞‎ p/kPa ‎35.8‎ ‎40.3‎ ‎42.5‎ ‎45.9‎ ‎49.2‎ ‎61.2‎ ‎62.3‎ ‎63.1‎ ‎①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) 　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1‎ ‎2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1‎ 则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。‎ ‎②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×kPa·min－1。t＝62 min时，测得体系中＝2.9 kPa，则此时＝________kPa，v＝________kPa·min－1。‎ ‎③若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大小”“等于”或“小于”)，原因是________________________。‎ ‎④25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。‎ ‎(3)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：‎ 第一步　N2O5NO2＋NO3　快速平衡 第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2　慢反应 第三步　NO＋NO3―→2NO2　快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。‎ A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)‎ B.反应的中间产物只有NO3‎ C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高 答案　(1)O2　(2)①＋53.1　②30.0　6.0×10－2‎ ‎③大于　温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高　④13.4　(3)AC 解析　(1)Cl2与AgNO3反应生成N2O5，还应该有AgCl，氧化产物是一种气体，则该气体为O2。‎ ‎(2)①令2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1　a ‎2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1　b 根据盖斯定律，a式×－b式可得：‎ N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋53.1 kJ·mol－1。‎ ‎②由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)可知，62 min时，＝2.9 kPa，则减小的N2O5为5.8 kPa，此时＝35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，则v(N2O5)＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。‎ ‎④时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的＝2＝2×35.8 kPa＝71.6 kPa，＝0.5×35.8 kPa＝17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则 ‎　　　　　 N2O4(g)2NO2(g)‎ 初始压强/kPa　　0　　　　71.6‎ 转化压强/kPa　　x　　　　2x 平衡压强/kPa　　x　　　　71.6－2x 则x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4,71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，Kp＝＝≈13.4 kPa。‎ ‎(3)第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。‎ ‎2.[2018·全国卷Ⅲ，28(3)]三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。‎ ‎①343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。‎ ‎②在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；‎ 要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。‎ ‎③比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2－k逆xx，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。‎ 答案　①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物浓度　③大于　1.3‎ 解析　温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，左边曲线达到平衡的时间短，则此曲线代表343 K时SiHCl3的转化率变化，右边曲线代表323 K时SiHCl3的转化率变化。‎ ‎①由题图可知，343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L－1，则有 ‎　　　　　 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)‎ 起始浓度/mol·L－1　1　　　　　　0　　　　　0‎ 转化浓度/mol·L－1　0.22　　　　0.11　　　 0.11‎ 平衡浓度/mol·L－1　0.78　　　　0.11　　　 0.11‎ 则343 K时该反应的平衡常数K343 K＝[c(SiH2Cl2)·c(SiCl4)]/c2(SiHCl3)＝0.112/0.782≈0.02。‎ ‎②在343 K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物浓度、改进催化剂等。‎ ‎③温度越高，反应速率越快，a点温度为343 K，b点温度为323 K，故反应速率：va>vb。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2－k逆xx，则有v正＝k正x2，v逆＝k逆xx，343 K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正x2＝k逆xx，此时SiHCl3的平衡转化率α＝22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，k正/k逆＝0.112/0.782≈0.02。a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有v正/v逆＝(k正x2)/(k逆xx)＝k正/k逆·x2/(xx)＝0.02×0.82/0.12≈1.3。‎ ‎3.[2017·全国卷Ⅰ，28(3)]H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。‎ ‎①H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。‎ ‎②在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。‎ A. H2S B. CO2 C.COS D.N2‎ 答案　①2.5　2.8×10－3　②>　>　③B 解析　①设平衡时H2S转化的物质的量为x mol。‎ ‎　　　 H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)‎ 初始/mol 0.40 0.10 0 0‎ 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x 由题意得：＝0.02‎ 解得：x＝0.01，‎ H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%‎ K＝＝＝≈2.8×10－3。‎ ‎②温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故α2>α1。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH>0。‎ ‎③A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小；B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大；C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小；D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。‎ ‎4.[2016·全国卷Ⅰ，27(2)②]元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：‎ CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。‎ 由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率______(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。‎ 答案　增大　1.0×1014‎ 解析　由图中A点数据，可知：c(Cr2O)＝0.25 mol·L－1、c(H＋)＝1.0×10－7 mol·L－1，则进一步可知平衡时c(CrO)＝1.0 mol·L－1－2×0.25 mol·L－1＝0.5 mol·L－1，根据平衡常数的定义可计算出该转化反应的平衡常数为1.0×1014。‎ ‎5.[2017·全国卷Ⅲ，28(4)④]298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。‎ 若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。‎ 答案　 解析　反应前，三种溶液混合后，c(Na3AsO3)＝3x mol·L－1×＝x mol·L－1，同理，c(I2)＝x mol·L－1，反应情况如下：‎ ‎　　　　　 AsO(aq)～I2(aq)～AsO(aq)～2I－(aq)‎ 起始浓度/mol·L－1 x x 0 0‎ 平衡浓度/mol·L－1 x－y x－y y 2y K＝＝。‎ ‎6.[2014·新课标全国卷Ⅰ，28(3)改编]乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。热化学方程式为：‎ C2H4(g)＋H2O(g)CH3CH2OH(g) 　ΔH＝－45.5 kJ·mol－1‎ 下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中∶＝1∶1)。‎ ‎①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝_______________________‎ ‎(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。‎ ‎②图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为___________________________________________，‎ 理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　①＝＝≈0.07(MPa)－1‎ ‎②p4>p3>p2>p1　反应分子数减少，相同温度下，压强增大，乙烯转化率提高 解析　②C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，C2H4的转化率提高，所以p4>p3>p2>p1。‎ 题组一　分类突破化学平衡常数的计算 ‎1.加热N2O5依次发生的分解反应为：①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为(　　)‎ A.10.7 B.8.5‎ C.9.6 D.10.2‎ 答案　B 解析　设N2O5的转化浓度为x，N2O3的转化浓度为y。‎ ‎　　　　　　　N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)‎ 开始(mol·L－1) 4 0 0‎ 转化(mol·L－1) x x x 平衡(mol·L－1) 4－x x x ‎　　　　　　　N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)‎ 开始(mol·L－1) x 0 0‎ 转化(mol·L－1) y y y 平衡(mol·L－1) x－y y y 根据题意得 所以x＝3.1 mol·L－1‎ y＝1.4 mol·L－1‎ 所以反应①的平衡常数为：‎ K＝＝＝8.5。‎ ‎2.CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：‎ 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)‎ 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)‎ 为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：‎ 该催化剂在较低温度时主要选择______(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝________(只列算式不计算)。‎ 答案　反应Ⅰ　 解析　温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。‎ ‎　　　　　 CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)‎ 转化(mol·L－1) 0.2 0.8 0.2 0.4‎ ‎　　　　　 2CO2＋6H2C2H4(g)＋4H2O(g)‎ ‎ 0.4 1.2 0.2 0.8‎ c(CO2)＝(2－0.2－0.4)mol·L－1＝1.4 mol·L－1‎ c(H2)＝(4－0.8－1.2)mol·L－1＝2 mol·L－1‎ c(H2O)＝(0.4＋0.8)mol·L－1＝1.2 mol·L－1‎ 所以K＝。‎ 题组二　分压平衡常数的计算 ‎3.(1)(2017·潍坊市高三下学期第一次模拟)活性炭还原NO2的反应为2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒温条件下，1 mol NO2和足量活性炭发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：‎ ‎①A、B、C三点中NO2的转化率最高的是________(填“A”“B”或“C”)点。‎ ‎②计算C点时该反应的压强平衡常数Kp＝__________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。‎ ‎(2)(2017·日照市高三下学期第一次模拟)以CO作还原剂与磷石膏反应，不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO，反应体系起始总压强为0.1a MPa，不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为______________________________________________________________；‎ ‎1 150 ℃下，反应CaSO4＋COCaO＋CO2＋SO2达到平衡时，c平衡(SO2)＝8.0×10－5 mol·L－1，CO的转化率为80%，则c初始(CO)＝________mol·L－1，该反应的压强平衡常数Kp＝________(用含a的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；忽略副反应)。‎ 答案　(1)①A　②4　(2)CaSO4＋4COCaS＋4CO2　1.0×10－4　0.32a 解析　(1)①增大压强，平衡左移，NO2的转化率减小，所以A点NO2的转化率最高。‎ ‎②设C点时NO2的浓度为c mol·L－1，则CO2的浓度也为c mol·L－1‎ ‎2NO2(g)＋2C(s)N2(g)　　　　＋2CO2(g)‎ c mol·L－1 c mol·L－1 c mol·L－1‎ p(NO2)＝20 MPa×＝8 MPa p(N2)＝20 MPa×＝4 MPa p(CO2)＝20 MPa×＝8 MPa Kp＝＝＝4。‎ ‎(2)在低于800 ℃时，固体产物为CaS，所以此时反应方程式为CaSO4＋4COCaS＋4CO2‎ c初始(CO)＝＝1.0×10－4 mol·L－1‎ ‎　　　　 CaSO4＋COCaO＋CO2　＋　 SO2‎ 平衡(mol·L－1) 2.0×10－5 8.0×10－5 8.0×10－5‎ 平衡时总压强：0.1a MPa×＝0.18a MPa p(CO2)＝p(SO2)＝0.18a MPa× ‎＝0.08a MPa p(CO)＝0.18a MPa×＝0.02a MPa ‎ Kp＝＝＝0.32a。‎ 题组三　新题预测 ‎4.氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：‎ Ⅰ.4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)‎ ΔH＝－906 kJ·mol－1‎ Ⅱ.4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)‎ ΔH＝－126 kJ·mol－1‎ 将固定比例NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图1所示。‎ ‎(1)催化氧化步骤中，最适宜的温度为________(填“T1”或“T2”)。‎ ‎(2)低于T1℃时，NO的产率较低的原因为______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)高于T2℃时，NO的产率降低的可能原因为________(填字母)。‎ A.催化剂活性降低 B.平衡常数减小 C.反应活化能增大 D.氨气溶于水 ‎(4)T2℃(T1>T2)时，向20 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和2.75 mol O2，发生反应Ⅰ。反应过程中各物质的物质的量随时间(t)变化的关系如图2所示。T2℃时，该反应的平衡常数K＝________；5 min时，改变了某一外界条件，所改变的条件可能为________________。‎ 答案　(1)T2　(2)温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2　(3)AB　(4)0.075　升高温度或缩小容器容积 解析　(1)制硝酸用NH3和氧气反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成硝酸。T2时NO的产率最高，因此最适宜的温度是T2。‎ ‎(2)低于T1℃时，反应速率慢，同时部分反应物转化为N2造成NO的产率较低。‎ ‎(3)A项，催化剂活性受温度影响，在一定温度时催化剂催化效率最高，超过此温度催化剂的活性降低，正确； B项，根据反应方程式生成NO是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，正确；C项，活化能的大小不影响平衡移动，错误； D 项，这里的水为气态，所以氨气溶于水是错的。‎ ‎(4)根据图2,4 min时达到平衡，c(NH3)＝c(NO)＝1/20 mol·L－1，c(O2)＝c(H2O)＝1.5/20 mol·L－1，根据化学平衡表达式K＝代入数据，计算得K＝0.075。‎ 由图知氨气和氧气的物质的量增大，NO和H2O(g)的物质的量减小，说明改变这一条件平衡向逆反应方向移动，即升高温度或缩小容器容积。‎ ‎5.现将定量的H2O 与足量碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应：‎ C(s)＋H2O (g)CO(g)＋H2(g)　ΔH，测得压强、温度对CO的平衡组成的影响如图所示：‎ ‎(1)①下列措施能够提高H2产率的是______________________________________(填字母)。‎ a.加压 b.分离出CO c.加热 d.增大碳固体的量 ‎②a、b、c三点所对应的水的转化率最小的是________。‎ ‎(2)700 ℃、p3时，将1 mol H2O 与足量碳充入初始体积为1 L的密闭容器中，恒温、恒压条件下，当反应进行到10 min时，测得容器中H2的物质的量为0.12 mol。‎ ‎①10 min内CO的平均反应速率为________ mol·L－1·min－1(保留两位有效数字)。‎ ‎②此温度下该反应的平衡常数K＝________。‎ ‎③向容器中投料后，在下图中画出从0时刻到t1时刻达到平衡时容器中混合气体的平均摩尔质量的变化曲线。‎ ‎④从t1时刻开始，保持温度不变，对容器加压，混合气体平均摩尔质量从t2时刻后变化如上图，出现该变化的原因是___________________________________________________。‎ 答案　(1)①bc　②b ‎(2)①0.011　②0.8　③(起点必须＝18开始)‎ ‎④压强增大，水蒸气液化 解析　(1)①由图中信息可知，升高温度，CO的体积分数增大，则正反应为吸热反应，反应C(s)＋H2O (g)CO(g)＋H2(g)为气体体积增大的吸热反应。a项，加压，平衡逆向移动，降低氢气的产率，错误；b项，分离出CO，平衡正向移动，提高氢气的产率，正确；c项，加热，平衡正向移动，提高氢气的产率，正确；d项，增大碳固体的量，反应物浓度不变，平衡不移动，错误。②温度相同，a点CO的体积分数大于b点，则水的转化率a点较大，正反应为吸热反应，c点温度高于a点，升高温度平衡正向移动水的转化率增大，故三点对应的水的转化率最小的是b。(2)700 ℃、p3时，‎ ‎　　　　　　 C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)‎ 开始时的量(mol) 1 0 0‎ 改变的量(mol) 0.12 0.12 0.12‎ 平衡时的量(mol) 0.88 0.12 0.12‎ 反应后容器的体积为＝1.12 L，①10 min内CO的平均反应速率为≈0.011 mol·L－1·min－1；③开始时为水的摩尔质量18 g·mol－1，随着反应的进行气体的体积增大，平均摩尔质量减小，故图如下：。④从t1时刻开始，保持温度不变，对容器加压，混合气体平均摩尔质量从t2时刻后变化如上图，出现该变化的原因是压强增大，水蒸气液化。‎ 专题强化练 ‎1.(2018·武威市第一中学高三上学期期末)在密闭容器中发生下列反应：aA(g)cC(g)＋dD(g)，反应达到平衡后，将气体体积压缩到原来的一半，当再次达到平衡时，D的浓度为原平衡的1.8倍，下列叙述正确的是(　　)‎ A.A的转化率变大 B.平衡向正反应方向移动 C.D的体积分数变大 D.aKc>Ka D.b、c点均为化学平衡点，a点未达平衡且反应正向进行 答案　B 解析　A项，根据图像可知SO2的起始量越大，混合气体中SO2的体积分数不一定越大，错误；B项，二氧化硫越少，氧气越多，则二氧化硫的转化率越大，a点转化率最大，正确；C项，平衡常数只与温度有关系，a、b、c三点的平衡常数均相等，错误。‎ ‎10.(2018·宜昌市高三4月调研)煤炭属于不可再生资源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：‎ ‎(1)煤的液化。原理是C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)‎ ΔH＝a kJ·mol－1；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l)　ΔH＝b kJ·mol－1。则反应C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝________kJ·mol－1。‎ ‎(2)煤的气化。原理是C(s) ＋2H2(g)CH4(g)　ΔH。在1 L密闭容器中投入1 mol碳，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示：‎ ‎①有关图1、图2 的说法正确的有________(填字母)。‎ A.氢气的反应速率v(Z)>v(X) >v(Y)‎ B.T1<1 000K C.平衡常数K(X)＝K(Y)>K(Z)‎ D.工业生产中，当温度为T2 时，压强越高，经济效益越好 ‎②图2 中A点对应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。‎ ‎(3)煤生产水煤气和半水煤气。‎ ‎①工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，要求气体中(CO＋H2)与N2的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H2O(g)CO(g) ＋H2(g)，C(s)＋1/2O2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②如图3是反应CO(g) ＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是________________(写出1种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2 倍，在图中t4～t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质(假设各物质状态均保持不变)。‎ 答案　(1) (a＋b)　(2)①ABC　②1/6‎ ‎(3)①前者是吸热反应，通入空气后发生的是放热反应，可维持体系的热平衡　②降低温度(或增大水蒸气的量，减少氢气的量) 　 ‎ 解析　(1)①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1；②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l)　ΔH＝b kJ·mol－1，根据盖斯定律，将①＋②得：C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)　ΔH＝(a＋b) kJ·mol－1。‎ ‎(2)①根据C(s) ＋2H2(g)CH4(g) ，增大压强，平衡正向移动，因此压强越大，碳的转化率越高，因此p1＜6 MPa，根据图1，升高温度，碳的转化率减小，说明平衡逆向移动，因此ΔH＜0。A项，温度越高，压强越大，反应速率越快，氢气的反应速率v(Z)>v(X)>v(Y)，正确；B项，根据图2，T1时碳的转化率大于1 000 K时碳的转化率，根据ΔH＜0，温度越高，碳的转化率越低，因此T1＜1 000 K，正确；C项，温度不变，平衡常数不变，平衡常数K(X)＝K(Y)，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，因此平衡常数K(X)＝K(Y)>K(Z)，正确；D项，压强越高，对设备的要求越高，会大大的增加成本，经济效益反而减小，错误。‎ ‎②图2中A点对应的碳的转化率为50%，压强为4.5 MPa。‎ ‎　　　　　C(s)＋2H2(g)CH4(g) ‎ 起始(mol) 1 2 0‎ 反应(mol) 0.5 1 0.5‎ 平衡(mol) 1 0.5‎ 物质的量分数 平衡常数Kp＝＝。‎ ‎(3)①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)是吸热反应，通入空气后发生C(s)＋1/2O2(g)CO(g)，该反应为放热反应，可维持体系的热平衡，因此工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气。‎ ‎②在t2时刻CO的浓度减小、CO2浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO2‎ 浓度变化有接触点，所以可以通过降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现；t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，则体积变为原来的一半，故浓度分别增大为原来的2倍，又反应前后气体系数相等，平衡不移动，所以图像仅仅是浓度分别变为原来的2倍并且保持不变，如图为。‎ ‎11.(2018·聊城市高三二模)氢在生活、生产、科研中发挥着重要的作用。‎ Ⅰ.工业上利用吸热反应C(s) ＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)来制备氢气。一定条件下，将C(s)和H2O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器发生反应，相关数据如下表：‎ 容器 容积/L 温度/℃‎ 起始量/mol 平衡量/mol C(s)‎ H2O(g)‎ H2(g)‎ 甲 ‎2‎ T1‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎3.2‎ 乙 ‎1‎ T2‎ ‎1.5‎ ‎2‎ ‎1.2‎ ‎(1)T1________T2 (填“>”“ ＝”或“<”)。‎ ‎(2)T1时达到平衡后再加入1 mol H2O(g)，达到新平衡后H2(g)的物质的量分数________(填“增大”“不变”或“减小”)；T2时，若起始时乙容器中加入1.5 mol C(s)、1.2 mol H2O(g)、0.5 mol CO2(g)、1.4 mol H2(g)，此时v正________v逆(填“大于”“ 等于” 或“小于”)。‎ Ⅱ.CO(g)和H2(g)在一定条件下可合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH ‎(3)该反应能量变化曲线如图所示，下列叙述正确的是________(填字母)。‎ A.该反应的ΔH>0‎ B.该反应的活化能为419 kJ C.使用催化剂后反应速率加快，ΔH 不变 D.若改变条件使平衡向正反应方向移动，则CO 的转化率可能增大，可能不变，也可能减小 ‎(4)反应分別在230 ℃、250 ℃、270 ℃进行时，CO的平衡转化率与的关系如图所示。‎ ‎①230 ℃对应的曲线是________，依据是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②向容积为1 L的密闭容器中投入1 mol CO、3 mol H2，在上述某温度下进行反应，平衡后测得＝，则反应温度为________，平衡常数K＝________。‎ 答案　(1)>　(2)减小　大于　(3)CD　(4)①X　对于放热反应，其他条件不变时，温度越低反应物的转化率越高　②250 ℃　6.25‎ 解析　(1)根据表中数据甲的体积和起始投料均为乙的二倍，若温度相同则为等效平衡，平衡时氢气的量也应为乙的二倍，则乙中氢气应为1.6 mol，实际只有1.2 mol，反应为吸热反应，温度降低平衡逆向移动，氢气的含量减小，故T1＞T2。‎ ‎(2)T1时达到平衡后再加入1 mol H2O(g)，平衡转移消耗的水比加入的少得多，故达到新平衡后H2(g)的物质的量分数减小；T2时，K＝＝1.35，若起始时乙容器中加入1.5 mol C(s)、1.2 mol H2O(g)、0.5 mol CO2(g)、1.4 mol H2(g)，此时Q＝≈0.681<1.35＝K，反应正向移动，v正大于v逆。‎ ‎(3)A项，由图中信息可知，该反应反应物的总能量大于生成物的总能量，故ΔH＜0，错误；B项，该反应没有催化剂条件下正反应的活化能为419 kJ·mol－1，错误；C项，使用催化剂后反应速率加快，但催化剂只能改变反应的活化能，不能改变焓变，故ΔH不变，正确；D项，若改变条件使平衡向正反应方向移动，则CO的转化率可能增大，可能不变，也可能减小，正确。‎ ‎(4)①反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)为放热反应，升高温度反应逆向移动，CO的转化率降低，故230 ℃对应的曲线是X，依据是对于放热反应，其他条件不变时，温度越低反应物的转化率越高。‎ ‎②平衡后测得＝，设n(CH3OH)＝3x，n(H2)＝4x，故 ‎　　　　　　　　 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)‎ 开始时的浓度(mol·L－1) 1 3 0‎ 改变的浓度(mol·L－1) 3x 3－4x 3x 平衡时的浓度,(mol·L－1) 0.1 4x＝1.2 3x＝0.9‎ 根据反应有3－4x＝2×3x，x＝0.3，代入以上数据，则＝3时，CO的转化率为×100%＝90%，对应的温度应该为250 ℃，平衡常数K＝＝6.25。‎ ‎12.(2018·保定市高三一模)请根据化学动力学和化学热力学回答下列问题：‎ 过氧化氢是一种重要的物质，在科学研究和生产生活中应用广泛。‎ 利用H2O2和KBrO3反应研究瞬时反应速率(r)，原理为在酸催化下，KBrO3＋3H2O2===KBr＋3O2↑＋3H2O。资料显示：r＝k·cx(KBrO3)·cy(H2O2)，其中k为速率常数。在290 K测得实验数据如下：‎ 实验编号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ c(H2O2)/mol·L－1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎4‎ c(KBrO3)/mol·L－1‎ ‎0.003‎ ‎0.006‎ ‎0.001‎ ‎0.001‎ r/mol·L－1·s－1‎ ‎3×10－4‎ ‎6×10－4‎ ‎8×10－4‎ ‎6.4×10－3‎ ‎(1)根据表格数据信息，写出瞬时反应速率表达式r＝____________________(k保留两位有效数字); 如果减缓反应速率，可采用的方法有______________________(任写两点)。‎ ‎(2)25 ℃、101 kPa时乙烯酮CH2CO(g)和甲烷CH4的燃烧热分别为：ΔH＝－1 025.1 kJ·mol－1，ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，则反应2CH4(g)＋2O2(g)CH2CO(g) ＋3H2O(l)的热化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在恒容容器中，通入2 mol CH4和2 mol O2，不能判断反应2CH4(g)＋2O2(g)CH2CO(g) ＋3H2O(l)处于平衡状态的是________(填字母)。‎ A.体系内压强保持不变 B.体系内气体密度保持不变 C.单位时间每消耗2 mol CH4，同时生成1 mol O2‎ D.通入等物质的量的反应物，一段时间后反应物浓度之比不变 ‎(4)对于反应2CH4(g)＋2O2(g)CH2CO(g)＋3H2O(g)，在恒容条件下，向容器内加入0.1 mol CH4和0.1 mol O2，反应达到平衡时CH2CO的物质的量百分含量为15%，则平衡时n(CH4)＝________mol。‎ 答案　(1)0.1·c3(H2O2)·c(KBrO3)　骤冷、冲稀反应物、除去催化剂、加阻化剂等(任选两点即可)‎ ‎(2)2CH4(g)＋2O2(g)===CH2CO(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－755.5 kJ·mol－1‎ ‎(3)CD　(4) 0.04‎ 解析　(1)根据表格中数据可知，当c(H2O2)＝1 mol·L－1时，根据r＝k·cx(KBrO3)·cy(H2O2)‎ 可知：3×10－4/6×10－4＝(0.003/0.006)x，x＝1；当c(KBrO3)＝0.001 mol·L－1时，根据r＝k·cx(KBrO3)·cy(H2O2)可知：8×10－4/6.4×10－3＝(2/4)y，y＝3；根据r＝k·c(KBrO3)·c3(H2O2)可知，3×10－4＝k×0.003×12，k＝0.1；所以瞬时反应速率表达式r＝0.1·c3(H2O2)·c(KBrO3)；如果减缓反应速率，可采用的方法有骤冷、冲稀反应物、除去催化剂、加阻化剂等。‎ ‎(2)①CH2CO(g)＋2O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 025.1 kJ·mol－1；②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1；根据盖斯定律：②×2－①，得2CH4(g)＋2O2(g)CH2CO(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－755.5 kJ·mol－1。‎ ‎(3)A项，该反应正反应为气体体积减小的可逆反应，在恒容容器中，压强不再发生变化，能判定反应达平衡状态；B项，反应后气体的总质量减小，容器的总体积不变，气体的密度不再发生变化，能判定反应达平衡状态；D项，按反应物的系数比加入反应物，无论反应进行到什么程度，反应物浓度之比均不变，不能判断反应是否达平衡状态。‎ ‎(4)设甲烷的变化量为x mol，根据方程式进行计算：‎ ‎　　　　2CH4(g)＋2O2(g)CH2CO(g)＋3H2O(g)，‎ 起始量 0.1 0.1 0 0‎ 变化量 x x 0.5x 1.5x 平衡量 0.1－x 0.1－x 0.5x 1.5x 根据反应达到平衡时CH2CO的物质的量百分含量为15%，列方程为：0.5x/(0.1－x＋0.1－x＋0.5x＋1.5x)＝15%，x＝0.06 mol，所以平衡时n(CH4)＝0.04 mol。‎