2021届（鲁科版）高考化学一轮复习化学平衡常数学案 10页

化学平衡常数 ‎ ‎ ‎　　改革开放以来,我国的经济发展取得了辉煌成绩,人民生活水平不断提高,从七十年出行基本靠走到如今私家车进入千家万户,家庭出行交通工具发生了质的飞跃。汽车走进寻常百姓家,给人们的生活带来便利,车水马龙的车流让马路变得热闹。但是汽车保有量的增多也给我们的环境带来了严重的问题,尾气中的主要污染物有CxHy、NOx、CO、SO2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应,可以为更好地治理汽车尾气提供技术支持。‎ 问题1:利用反应6NO2(g)+8NH3(g)7N2(g)+12H2O(g)可处理NO2。已知该反应平衡常数(K)与温度(T)的关系如图所示。写出此反应的平衡常数表达式,并判断此反应ΔH的符号。(素养角度——证据推理与模型认知)‎ 提示:根据反应的化学方程式可写出化学平衡常数K=;由图示知升高温度平衡常数减小,因此此反应为放热反应,ΔH<0。‎ 问题2:汽车排气装置中的三元催化装置,可以利用反应2CO(g)+2NO(g)N2(g) +2CO2(g)实现气体的无害化排放。T℃时,在恒容的密闭容器中通入一定量的CO和NO,能自发进行上述反应,测得不同时间的CO和NO的浓度如表:‎ 时间/s ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ c(NO)/‎ ‎1.00‎ ‎0.45‎ ‎0.25‎ ‎0.15‎ ‎0.10‎ ‎0.10‎ ‎10-3 mol·L-1‎ c(CO)/‎ ‎10-3 mol·L-1‎ ‎3.60‎ ‎3.05‎ ‎2.85‎ ‎2.75‎ ‎2.70‎ ‎2.70‎ 计算该温度下的反应的平衡常数K。(素养角度——证据推理与模型认知)‎ 提示:据表中数据,平衡时,c(NO)=0.1×10-3 mol·L-1,c(CO)=2.70×10-3 mol·L-1,根据反应方程式:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g),则平衡时,c(N2)=‎ ‎0.45×10-3 mol·L-1,c(CO2)=0.9×10-3 mol·L-1,则平衡常数为K===5 000。‎ 问题3:尾气中的NO2通常会发生反应2NO2(g)N2O4(g),在100 kPa时NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图所示。‎ 计算100 kPa、‎25 ℃‎时,反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数Kp。(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)(素养角度——证据推理与模型认知)‎ 提示:100 kPa、‎25 ℃‎时,2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中,由图可知,NO2的平衡转化率为80%,设NO2的起始量为1 mol,则其变化量为0.8 mol,N2O4的变化量为 ‎0.4 mol,NO2和N2O4的平衡量分别为0.2 mol和0.4 mol,则平衡体系中,NO2和N2O4的体积分数分别为和,因此,平衡常数Kp==0.06。‎ ‎1.氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣。从20世纪70年代以来,世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)　ΔH=a kJ·mol-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)-T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是 (　　)‎ A.a>0‎ B.压强p1>p2‎ C.升高温度,该反应的平衡常数增大 D.将体系中O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率 ‎【解析】选B。根据图象分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率升高,该反应为吸热反应,ΔH>0,即a>0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率降低,故p10‎ B.压强大小关系:p1p2>p3,B项错误; 由图可知,M点对应的甲醇产量为0.25 mol,则 ‎ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)‎ 起始量(mol) 1 2.75 0 0‎ 转化量(mol) 0.25 0.75 0.25 0.25‎ 平衡量(mol) 0.75 2 0.25 0.25‎ 又体积为‎1.0 L,所以K=≈1.04×10-2,C项正确;由图可知,在p2及512 K时,N点甲醇的物质的量还小于平衡时的量,所以应该正向移动,则v(正)>v(逆),D项错误。‎ ‎3.二氧化碳是一种无色无味的气体,一般不燃烧也不支持燃烧,常被用作灭火剂。固态二氧化碳俗称干冰,升华时可吸收大量热,因而用作制冷剂,如人工降雨,也常在舞台中用于制造烟雾。二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。‎ ‎(1)用钇的配合物作催化剂,一定条件可直接光催化分解CO2,发生反应: 2CO2(g)2CO(g)+O2(g),该反应的ΔH________0,ΔS________0(填“>”“<”或“=”),在低温下,该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 ‎ ‎(2)CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2,然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品。你认为该方法需要解决的技术问题有________(双选,填选项字母)。 ‎ a.开发高效光催化剂 b.将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离,并与CO2发生催化转化 c.二氧化碳及水资源的供应 ‎【解析】该反应是分解反应,且CO燃烧时放热,所以该反应为吸热反应,即ΔH>0,因气体的物质的量增多,所以ΔS>0。ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应可自发进行,所以在低温下,该反应不能自发进行。‎ 答案:(1)>　>　不能　(2)ab ‎4.醇烃化新技术是用甲醇化、烃化(或甲烷化)反应的方法来净化精制合成氨原料气,使合成氨原料气中的CO、CO2总量小于10 ppm,并联产甲醇。它与传统工艺相比,具有流程短、精制度高,操作稳定可靠,节约能耗、物耗,经济效益显著等优点。其中除去CO的原理如下:‎ 甲醇化:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1<-116 kJ·mol-1‎ 甲烷化:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH2<-203 kJ·mol-1‎ ‎(1)下列措施有利于提高醇烃化过程CO转化率的是________。 ‎ A.及时分离出CH3OHB.适当升高反应温度 C.使用高效的催化剂D.适当增大压强 ‎(2)甲醇化平衡常数Kα=表示,α为平衡组分中各物质的物质的量分数。若CO与H2混合原料气中CO的体积分数为1%,经甲醇化后CO的平衡转化率为w,则Kα=________(用含w的表达式来表示)。 ‎ ‎(3)测试a、b两种催化剂在不同压强与温度条件下,甲醇化过程中催化效率如图:‎ 从上图可知选择哪种催化剂较好________(填a或b),理由是____________________________。 ‎ ‎(4)下列关于醇烃化过程说法正确的是________。 ‎ A.甲醇化与甲烷化过程在任何条件下均为自发反应 B.选择不同的催化剂可以控制醇烃化过程中生成甲醇与甲烷的百分含量 C.当温度与反应容器体积一定时,在原料气中加入少量的惰性气体,有利于提高平衡转化率与甲醇的产率 D.适当增大混合气体中H2的百分含量,有利于提高醇烃化过程CO平衡转化率 ‎【解析】(1)及时分离出CH3OH,平衡正方向移动,CO转化率增大,故A正确;反应为放热反应,升高反应温度,有利于反应逆向进行,CO转化率减小,故B错误;使用高效的催化剂,催化剂不影响化学平衡,故C 错误;反应为气体体积减小的反应,适当增大压强,有利于反应正向进行,CO转化率增大,故D正确。‎ ‎(2)CO与H2混合原料气中CO的体积分数为1%,设参与反应的CO为1 mol,则H2为99 mol,经甲醇化后CO的平衡转化率为w,列三段式:‎ ‎　 　 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)‎ 起始n: 　 1 　 99 　 0‎ 转化n: 　 w 　 2w 　 w 平衡n: 1-w 99-2w 　 w 根据α=,Kα===。‎ ‎(3)由图可知,b催化剂达到较高催化效率时的压强小,达到较高催化效率温度低且受温度影响小,故选择b催化剂。‎ ‎(4)甲醇化与甲烷化过程的ΔH<0,ΔS<0,温度较低时,ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,故A错误;‎ 选择不同的催化剂可以控制醇烃化过程中生成甲醇与甲烷的百分含量,故B正确;当温度与反应容器体积一定时,在原料气中加入少量的惰性气体,化学反应速率不变,平衡不移动,平衡转化率与甲醇的产率不变,故C错误;适当增大混合气体中H2的百分含量,平衡正方向移动,有利于提高醇烃化过程CO平衡转化率,故D正确。‎ 答案:(1)AD　(2)　(3)b　达到较高催化效率时的压强小,达到较高催化效率温度低且受温度影响小　(4)BD 关闭Word文档返回原板块