第一部分 专题十三 化学平衡

[限时规范训练]单独成册1．(2019·山东青岛模拟节选)某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应)ΔH<0,2NO2(g)N2O4(g)(快反和p O2随时间的变化如下图所示：应)ΔH<0，体系的总压强p总①上图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。

②已知N2O5分解的反应速率v＝0.12p N2O5(kPa·h－1)，t＝10 h时，p N2O5＝________kPa，v＝________kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。

③该温度下2NO2N2O4反应的平衡常数K p＝________kPa－1(K p为以分压表示的平衡常数)。

解析：①根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强曲线；②t＝10 h时，p O2＝12.8 kPa,2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa，起始压强为53.8 kPa，所以10 h时p N2O5＝53.8－25.6＝28.2 kPa，N2O5分解的反应速率v＝0.12 p N2O5(kPa·h－1)＝0.12×28.2＝3.38 kPa·h －1；③2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)53．8107.626.92NO2N2O4起始分压107.6O改变分压2x x平衡分压107.6－2x x有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7，解得x＝39.8 kPa，平衡常数＝39.8282＝0.05 kPa－1。

答案：①乙②28.2 3.38③0.052．(2019·河南郑州模拟节选)(1)汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。

在密闭容器中充入10 mol CO和8 mol NO发生反应，测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如下图：①已知T2>T1，则反应2NO(g)＋2CO(g)催化剂N2(g)＋2CO2(g)，ΔH________0(填“>”“＝”或“<”)。

②该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和NO的转化率，可采取的措施有________(填字母序号)a．改用高效催化剂B．缩小容器的体积c．增加CO的浓度D．升高温度③压强为10 MPa、温度为T1下，若反应进行到20 min达到平衡状态，此时容器的体积为4 L，则用N2的浓度变化表示的平均反应速率v(N2)＝________，该温度下用分压表示的平衡常数K p＝________MPa－1(分压＝总压×物质的量分数)。

④在D点，对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中________点。

(2)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NO x反应生成N2，将一定比例的O2、NH3和NO x的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应，反应相同时间，NO x的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。

①在50 ℃～150 ℃范围内随温度升高，NO x的去除率迅速上升的原因是_____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。

②当反应温度高于380 ℃时，NO x的去除率迅速下降的原因可能是_____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。

解析：(1)①已知T2>T1，由图示可知反应2NO(g)＋2CO(g)催化剂N2(g)＋2CO2(g)，升高温度后，平衡后NO的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向为吸热反应，则ΔH<0；②2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0；a．改用高效催化剂加快反应速率，平衡不变，转化率不变，故a错误；b．缩小容器的体积，体系内压强增大，反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故b正确：c．增加CO的浓度反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故c正确；d．升高温度反应速率增大，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，NO的转化率减小，故d错误；故选bc；③在密闭容器中充入10 mol CO和8 mol NO，发生反应，压强为10 MPa、温度为T1，若反应进行到20 min达到平衡状态，NO体积分数为25%，结合三行计算列式计算，设反应生成氮气物质的量为x，2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)起始量(mol)10800变化量(mol)2x2x x2x平衡量(mol)10－2x8－2x x2x(8－2x)/(10－2x＋8－2x＋x＋2x)×100%＝25%，x＝2 mol，v(N2)＝Δc/Δt＝2 mol/(4 L×20 min)＝0.025 mol·L－1·min－1；平衡气体总物质的量＝16 mol，该温度下平衡常数K p＝(10 MPa×416)2(10 MPa×216)(10 MPa×616)2(10 MPa×416)2＝0.089(MPa)－1；④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小，则平衡会正向移动，NO的体积分数增大，重新达到的平衡状态可能是图中A点；(2)在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低，根据图知，①催化剂活性随温度升高而增大，使NO x去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快。

②在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性下降；(或在温度、催化剂条件下，氨气能被催化氧化生成NO)，即：当反应温度高于380 ℃时，NO x的去除率迅速下降的原因可能是催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO)。

答案：(1)①<②bc③0.025 mol·L－1·min－14/45(或0.089)④A(2)①催化剂活性随温度升高而增大，使NO x去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快②催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO)3．(2019·河北石家庄模拟)甲烷是一种重要的化工原料和清洁能源，研究其再生及合理利用有重要意义。

请回答：(1)已知一定条件下发生如下反应：CO2(g)＋2H2O(g)CH4(g)＋2O2(g)ΔH＝＋802 kJ·mol－1。

将一定量的CO2(g)和H2O(g)充入10 L密闭容器中，分别在催化剂M、N的作用下发生上述反应，CH 4(g)的产量(n )与光照时间(t )和温度(T )变化的关系如图1所示。

①若甲烷的燃烧热(ΔH )为－890 kJ·mol －1，则水的汽化热ΔH ＝________。

(汽化热指1 mol 液体转化为气体时吸收的热量)②T 1 ℃、催化剂M 作用下，0～20 h 内该反应速率v (H 2O)＝________。

③根据图1判断，T 1________T 2(填“>”“<”或“＝”)，理由为_____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。

催化剂的催化效果：M________N(填“强于”或“弱于”)。

(2)甲烷可用于制备合成气：CH 4(g)＋H 2O(g)CO(g)＋3H 2(g) ΔH 。

将CH 4(g)和H 2O(g)以物质的量之比为1∶3充入盛有催化剂的刚性容器中发生该反应。

相同时间段内测得CO 的体积分数(φ)与温度(T )的关系如图2所示。

①T 0 ℃时，CO 的体积分数最大的原因为_______________________。

②若T 0 ℃时，容器内起始压强为p 0，CO 的平衡体积分数为10%，则反应的平衡常数K p ＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

解析：(1)①已知：CO 2(g)＋2H 2O(g)CH 4(g)＋2O 2(g) ΔH ＝＋802 kJ·mol －1 a ，甲烷的燃烧热为ΔH ＝－890 kJ·mol －1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH 4(g)＋2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l) ΔH ＝－890 kJ·mol －1 b ，根据盖斯定律，－12(a ＋b)可得：H 2O(l)===H 2O(g) ΔH ＝－12[＋802 kJ·mol －1＋(－890 kJ·mol －1)]＝＋44 kJ·mol －1；②根据图像可知，T 1 ℃、催化剂M 作用下，0～20 h 内水的物质的量变化为0.6 mol ，则v (CH 4)＝0.003 mol·L －1·h －1，所以v (H 2O)＝2v (CH 4)＝0.006 mol·L －1·h －1； ③该反应为吸热反应，温度升高，CH 4的产量增大，根据图像可知，温度为T 1条件下，平衡时甲烷的物质的量较大，则T 1>T 2；已知温度T 1>T 2，若不使用催化剂，应该在温度T 1条件下优先达到平衡状态，根据图像可知，使用催化剂N 的曲线优先达到平衡状态，说明催化剂的催化效果：M 弱于N ；(2)①在温度低于T 0 ℃时，相同时间段内温度越高反应速率越快，则CO 的体积分数越大；在温度为T 0 ℃时，反应达到平衡，由于该反应为放热反应，温度越高CO 的体积分数越小，所以T 0 ℃时CO 的体积分数最大；②CH 4(g)和H 2O(g)的物质的量之比为1∶3，设CH 4为x mol ，H 2O 为3x mol ，平衡时生成的CO 为y mol ，CO 的平衡体积分数为10%。

CH 4(g)＋H 2O(g)CO(g)＋3H 2(g)初始(mol) x 3x 0 0转化(mol) y y y 3y平衡(mol) x －y 3x －y y 3y则：y x －y ＋3x －y ＋y ＋3y×100%＝10%，解得：y ＝0.5x ，平衡时混合气体的总物质的量为：x －0.5x ＋3x －0.5x ＋0.5x ＋0.5x ×3＝5x ，反应前总物质的量为4x mol ，容器容积相同时，气体的压强与物质的量成正比，T 0 ℃时，容器内起始压强为p 0，则平衡时压强为：p 0×5x 4x ＝1.25p 0，平衡时p (CH 4)＝0.5x 5x ×1.25p 0＝18p 0，p (H 2O)＝2.5x 5x ×1.25p 0＝58p 0，p (CO)＝0.5x 5x ×1.25p 0＝18p 0，p (CH 4)＝1.5x 5x ×1.25p 0＝38p 0，反应的平衡常数K p ＝(38p 0)3×(18p 0)(18p 0)×(58p 0)＝27p 20320。