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- 2021-08-23 发布
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微考点58 化学平衡常数和转化率的计算
1.(2019·河北邢台模拟)将1molN2O5置于2L密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g);②N2O4(g)2NO2(g)。达到平衡时,c(O2)=0.2mol·L-1,c(NO2)=0.6mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为( )
A.3.2B.0.2C.D.
2.(2019·潍坊质检)某温度下,在一个2L的密闭容器中,加入4molX和2molY进行如下反应:3X(g)+2Y(g)4Z(s)+2W(g),反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6molZ,则下列说法正确的是( )
A.该反应的平衡常数表达式是K=
B.此时Y的平衡转化率是40%
C.增大该体系的压强,平衡常数增大
D.增加Y,Y的平衡转化率增大
3.某温度下,H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如表所示:
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/mol·L-1
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/mol·L-1
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012mol·L-1
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
4.(2020·重庆调研)已知:3CH4(g)+2N2(g)3C(s)+4NH3(g) ΔH>0,在700℃,CH4
6
与N2在不同物质的量之比时CH4的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是( )
A.越大,CH4的平衡转化率越高
B.不变时,若升温,NH3的体积分数会增大
C.b点对应的平衡常数比a点的大
D.a点对应的NH3的体积分数约为26%
5.(2019·南昌模拟)二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃是目前研究的热门课题。在一个1L密闭恒容容器中分别投入1.5molCO2、5.0molH2,发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH;在不同温度下,用传感技术测出平衡时H2的物质的量变化情况如图所示。
(1)该反应的ΔH______0(填“>”“<”或“不能确定”)。
(2)在TA温度下的平衡常数K=________________。
(3)为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
___________________________________________________________________(列举一项)。
(4)在TA温度下,其他条件不变,起始时若按1molCO2、2molH2、1molC2H4(g)、2molH2O(g)进行投料,此时v正____________v逆(填“>”“<”或“=”)。
6.工业上还可通过CO和Cl2化合制取光气(COCl2):Cl2(g)+CO(g)COCl2(g) ΔH。向密闭容器中充入1molCl2(g)和1molCO(g),反应速率随温度的变化如图所示。
6
(1)图中Q点的含义是___________________________________________________________,
ΔH________(填“>”或“<”)0。
(2)某温度下,该反应达到平衡时,c(COCl2)=0.80mol·L-1,c(Cl2)=0.20mol·L-1,则平衡体系中CO的体积分数为________________;在该温度下,反应的平衡常数K=________________。
7.(2019·武汉模拟)无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为:N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+24.4kJ·mol-1。
(1)平衡常数K可用反应体系中气体物质的分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数[例如:p(NO2)=p总×x(NO2)]。写出上述反应平衡常数Kp的表达式____________(用p总、各气体物质的量分数x表示);影响Kp的因素为____________。
(2)上述反应中,正反应速率v正=k正·p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度为298K、压强为100kPa),已知该条件下,k正=4.8×104s-1,当N2O4分解10%时,v正=________kPa·s-1。
(3)真空密闭容器中放入一定量N2O4,维持总压强p0恒定,在温度为T℃时,平衡时N2O4分解百分率为α。保持温度不变,向密闭容器中充入等量N2O4,维持总压强在2p0条件下分解,则N2O4的平衡分解率的表达式为______________________________________。
6
答案精析
1.B
2.B [平衡常数表达式中不能出现固体或纯液体物质,而物质Z是固体,A错误;根据化学方程式可知,平衡时减少的Y的物质的量是1.6mol×=0.8mol,所以Y的转化率为×100%=40%,B正确;平衡常数只与温度有关,增大压强时平衡常数不变,C错误;增加Y后平衡右移,X的转化率增大,而Y的转化率减小,D错误。]
3.C [设平衡时甲中CO2的转化浓度为xmol·L-1,
H2(g)+ CO2(g) H2O(g)+CO(g)
起始/mol·L-10.0100.01000
转化/mol·L-1xxxx
平衡/mol·L-10.010-x0.010-xxx
根据平衡常数表达式:K==,解得x=0.006,则甲中CO2的转化率为×100%=60%,由于乙相对甲增大了c(H2),因此CO2的转化率增大,A项正确;丙与甲为等效平衡,转化率相等,B项正确;平衡时甲中c(CO2)=0.010mol·L-1-0.006mol·L-1=0.004mol·L-1,丙中CO2的平衡浓度是甲中的两倍为0.008mol·L-1,C项错误;丙中反应物浓度最大,反应速率最快,甲中反应物浓度最小,反应速率最慢,D项正确。]
4.B [CH4和N2的物质的量之比越大,CH4的转化率越低,A错误;CH4和N2的物质的量之比不变时,升温,平衡正向移动,NH3的体积分数增大,B正确;平衡常数只与温度有关,与反应物的物质的量无关,所以各点的平衡常数相同,C错误;a点CH4的平衡转化率为22%,=0.75,则设甲烷为3mol,氮气为4mol,
3CH4(g)+2N2(g)3C(s)+4NH3(g)
起始量/mol 3 4 0
转化量/mol0.660.440.88
平衡量/mol2.343.560.88
6
则NH3的体积分数为×100%≈13%,D错误。]
5.(1)< (2)0.5
(3)增大压强(或增大H2浓度、移走产物等) (4)>
解析 (1)根据图像,升高温度,H2的物质的量增加,平衡逆向移动,正反应放热,ΔH<0。
(2) 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
起始/mol·L-11.5 5 0 0
转化/mol·L-11 3 0.5 2
平衡/mol·L-10.5 2 0.5 2
K==0.5。
(3)增大压强或增大H2(g)浓度,可以使平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大。(4)Q==0.25v逆。
6.(1)化学平衡状态(答案合理即可) <
(2)16.67% 20
解析 (1)根据图像可知在Q点之前为建立平衡的过程,而Q点之后为平衡移动的过程,且随着温度的升高平衡逆向移动,所以Q点为化学平衡状态,ΔH<0。(2)根据方程式Cl2(g)+CO(g)COCl2(g)和题中已知数据可知,平衡时c(COCl2)=0.80 mol·L-1,c(CO)=c(Cl2)=0.20 mol·L-1,CO的体积分数为×100%≈16.67%;在该温度下,反应的平衡常数K==20。
7.(1)(其他合理答案亦可) 温度
(2) 3.9×106
(3)
解析 (1)Kp==,与化学平衡常数K一样,影响Kp
6
的因素为温度。(2)Kp=,达到平衡时,v正=v逆,即k正·p(N2O4)=k逆·p2(NO2),=,故Kp=。设起始时N2O4为a mol,当N2O4分解10%时,N2O4为0.9a mol,NO2为0.2a mol,则x(N2O4)==。故v正=k正·p(N2O4)=4.8×104 s-1×100 kPa×≈3.9×106 kPa·s-1。(3)设充入的N2O4的量为n mol,维持总压强p0恒定,达到平衡时,N2O4的分解百分率为α,则N2O4为n(1-α)mol,NO2为2nα mol,Kp==p0×。维持总压强2p0恒定,达到平衡时,设N2O4的分解百分率为β,则N2O4为n(1-β)mol,NO2为2nβ mol,Kp==2p0×。根据Kp不变,知p0×=2p0×,解得β=。
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