高三化学一轮复习平衡常数及平衡计算(专题训练)

1 2020届高三化学一轮复习 平衡常数及平衡计算

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 molB加入体积为2L的密闭容器中，反应至10min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0～5min内，正反应速率逐渐增大

B．反应从起始至5min时，B的转化率为50%

C．5min时的平衡常数与10min时的平衡常数不相等

D．第15min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2molSO2、1molO2，向乙中充入4molSO2、2molO2。甲、乙的体积都为1L(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0.8L。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1.4L

D．平衡后向甲中再充入2molSO2、1molO2和3molSO3，平衡向正反应方向移动

3．将4molCO(g)和amolH2(g)混合于容积为4L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)＝0.1mol·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)＝0.4mol·L－1

4．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：

2

(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℃、1.013MPa时，1molCO2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0.1013MPa，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＝＋49kJ·mol－1

反应Ⅱ(副)：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41kJ·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

3 ________(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，1.00molCH3OH和1.32molH2O充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ)，平衡时测得H2为2.70mol，CO为0.030mol，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)。

7、(2020届北京海淀高三期中)化工原料异丁烯（C4H8）可由异丁烷（C4H10）直接催化脱氢制备：

C4H10(g) C4H8(g) + H2(g)ΔH＝+139 kJ/mol

（1）该反应的化学平衡常数的表达式为 。

（2）一定条件下，以异丁烷为原料生产异丁烯。温度、压强改变对异丁烷平衡转化率的

影响如下图所示。

①判断p1、p2的大小关系：p1 （填“>”或“<”）p2，理由是 。

②若异丁烷的平衡转化率为40%，则平衡混合气中异丁烯的物质的量分数最多为

%（保留小数点后1位）。

（3）目前，异丁烷催化脱氢制备异丁烯的研究热点是催化活性组分以及载体的选择。下

表是以V-Fe-K-O为催化活性物质，反应时间相同时，测得的不同温度、不同载体条

件下的数据。

4 温度/℃ 570 580 590 600

610

以γ-Al2O3为载体 异丁烷转化率/% 36.41 36.49 38.42 39.23 42.48

异丁烯收率/% 26.17 27.11 27.51 26.56 26.22

以TiO2为载体 异丁烷转化率/% 30.23 30.87 32.23 33.63 33.92

异丁烯收率/% 25.88 27.39 28.23 28.81 29.30

说明：收率=（生产目标产物的原料量/原料的进料量）×100%

①由上表数据，可以得到的结论是

（填字母序号）。

a.载体会影响催化剂的活性

b. 载体会影响催化剂的选择性

c.载体会影响化学平衡常数

②分析以γ-Al2O3为载体时异丁烯收率随温度变化的可能原因：

。

7、25℃时，在体积为2L的密闭容器中，气态物质A、B、C的物质的量n随时间t的变化如图1所示，已知达平衡后，降低温度，A的转化率将增大。

t2～t3 t4～t5 t5～t6 t7～t8

K1 K2 K3 K4

(1)根据图1数据，写出该反应的化学方程式：_____________________________________。

此反应的平衡常数表达式K＝____________。从反应开始到达第一次平衡时的平均速率v(A)为__________。

(2)在5～7min内，若K值不变，则此处曲线变化的原因是______________________________。

(3)如图2表示此反应的反应速率v和时间t的关系图，各阶段的平衡常数如表所示。K1、K2、K3、K4之间的关系为________(用“>”“<”或“＝”连接)。A的转化率最大的一段时间是__________。

5 8、在一定温度下，将3molCO2和2molH2混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：

CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。

(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝__________。

(2)已知在700℃时，该反应的平衡常数K1＝0.5，则该温度下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝________，反应12CO2(g)＋12H2(g)12CO(g)＋12H2O(g)的平衡常数K3＝__________。

(3)已知在1000℃时，该反应的平衡常数K4＝1.0，则该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。

(4)在1000℃下，某时刻CO2的物质的量为2mol，则此时v正________(填“>”“＝”或“<”)v逆。

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/mol4a0

转化物质的量/molx2xx

平衡物质的量/mol4－xa－2xx

2xmol＝0.1mol·L－1·min－1×10min×4L＝4mol，x＝2，a－2x＝0.5×4，a＝6。平衡时，c(CO)＝0.5mol·L－1，c(H2)＝0.5mol·L－1，c(CH3OH)＝0.5mol·L－1。平衡常数K＝cCH3OHcCO·c2H2＝0.50.5×0.52＝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)＝0.5mol·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% 163V

(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。

6 (2)900℃、1.013MPa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2x1－x＋2x＝0.8

解得x＝23

则CO2的转化率为23 mol1mol×100%≈66.7%。

反应的平衡常数K＝43V213V＝163V。

(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)＋90kJ·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。