I主觀題突破a平衡體系中的有關計算

1.(6分)對于反應CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)AH>0,反應速率片丫正-丫逆=%”(CC)2>p(H2)《逆

p(C0>p(H2。)，其中左不左逆分別為正、逆反應速率常數，P為氣體的分壓(分壓=總壓X物質的量分數)。

(1)降低溫度，耗/逆(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)在TK、101kPa下，按照"(CO?)：〃(H2)=1：1投料，CO2轉化率為50%時，—=p用氣體分壓表示的

“逆5

平衡常數&=(保留小數點后一位)。

2.(9分)某化學興趣小組模擬SO2催化氧化制備SO3,在2L剛性容器中進行下列三組實驗，數據如下:

第1組第2組第3組

溫度/℃TiT3

投料n(SO2)/mol124

投料M(O2)/mol222

SO2平衡

4050a

轉化率(a)/%

(l)Ti℃時平衡常數K=(保留兩位有效數字)。

(2)若7>T3,貝Ija(填或“=")40%,結合相關數據計算，寫出推理過程：

3.(15分)在5.0MPa下，將5moic。2和16moiH?在Cu/ZrCh催化劑作用下進行主反應：CO2(g)+3H2(g)

1

-CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-49.3kJ-mol.,該合成過程還存在一個副反應：CO2(g)+H2(g)-CO(g)+

H2O(g)AH2=+41kJ-molL平衡時CH30H和CO選擇性S[S(CH30H或CO)=筆黑零圖義100%]及CO2

已轉化CC)2的忌里

的轉化率a隨溫度的變化如圖所示。

1502()02503(H)350400

溫度代

(1)表示平衡時CO選擇性的曲線是(填“a”“b”或“c”)。

(2)解釋曲線c呈現先減小后增大變化趨勢的原因：o

(3)250°C時，測得平衡體系共有0.5molCH3OH,結合上圖計算CO2的平衡轉化率=

CG>2(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H2O(g)的Kp=MPa'(列出計算式)。

(4)p、q兩點的主反應的正反應速率大小：v正(p)(填“或力正⑷。

4.(14分)化石燃料燃燒、硫酸工業等都會釋放出大量的二氧化硫，針對二氧化硫排放量大的問題，我國已

經采取了一系列的治理措施，減少二氧化硫排放，保障環境的穩定和持續發展。

(1)硝化法是一種古老的生產硫酸的方法，同時實現了二氧化硫的處理，主要反應：NO2(g)+SO2(g)—

SO3(g)+NO(g)AH<0o時，向IL密閉容器中加入等物質的量的NO?和SO?,達到平衡時NO和NCh

的濃度之比為3：1,該溫度下該反應的化學平衡常數為,溫度升高，平衡常數(填“增

大”“減小”或“不變”)。保持溫度不變，向1L密閉容器中同時充入NCh、SO2、SO3、NO各1mol,

貝“正(填或"=")V逆，達到平衡時二氧化硫的轉化率為o

(2)模仿工業上用反應2so2(g)+O2(g)—2so3(g)得到硫酸，除去工業廢氣中的SO2?現在一容積固定為1L

的密閉容器中進行該反應，測得如下數據：

達平衡

起始量/mol平衡量/mol

實驗組溫度/℃所需時

SO2SO3間/min

1550210.510

265010.50.44

①分析第1組和第2組實驗數據，可以得出有關反應速率的結論是0

②已知,反應中丫正=%1才802>。(02),v逆=BC2(SO3),ki、心為速率常數。若實驗組2,1min時”(SO3)=0.2

5.(18分)合成氨原料氣高純氫可以由天然氣、水蒸氣催化重整制取，所涉及的主要反應如下:

相關反應AH物質的量分數平衡常數

反應iAHi=+206kJ-mol1KN

CH4(g)+H2O(g)^=CO(g)+3H2(g)

1

反應iiCO(g)+H2O(g)=fCO2(g)+H2(g)AH2=-41kJ-mol及2

反應出AH3=+165kJ-mol1&3

CH4(g)+2H2O(g)"="CO2(g)+4H2(g)

已知：反應aA(g)+6B(g)-cC(g)+6/D(g)的物質的量分數平衡常數其中x(A)、尤(B)、x(C)、

x(D)為各組分的物質的量分數。

⑴相同條件下，隨著反應溫度的升高，化學平衡常數跖、%的比值(歲)_______(填“增大”“減小”或

KX3

“不變”)，其原因為O

(2)7℃時，向2L恒容密閉容器中充入1molCH4和2molH2O(g),發生上述反應i和出。測得反應達到平

衡時，容器中〃(CH4)=0.4moL〃32)=2mol。

①7℃時，反應中H2O的平衡轉化率為o

②T℃時，反應i的平衡常數七尸(列出表達式，無需化簡)。

③若將容器的體積壓縮為1L,甲烷的平衡轉化率(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，反應

造的逆反應速率0

6.(15分)CO2催化加氫可合成乙烯，反應為2cG>2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)A7f<0,在恒壓密閉容器

中，起始充入2molCO?(g)和6molH?(g)發生反應，不同溫度下達到平衡時各組分的體積分數隨溫度的變

化如圖所示。

6o

5o

4o

3o

2o

1O

O

(1)下列說法正確的是(填字母)。

A.b點時：2vE(H2)=3V逆(印。)

B.a、b、c三點的平衡常數：Ka>K0>Kb

C.將H2O(g)液化分離可提高C2H4的產率

D.活性更高的催化劑可提高CO2的平衡轉化率

(2)表示C2H4體積分數隨溫度變化的曲線是(填“k”“1”“m”或“n”)。

(3)若d點表示240℃某時刻H2的體積分數，保持溫度不變，則反應向(填“正”或“逆”)反應方

向進行。

(4)205℃,反應達b點所用時間為tmin,則此過程中用CCh表示的反應速率是mol-min'o若平

衡時b點總壓為p,則平衡常數&=(列出計算式，以分壓表示，分壓=總壓x物質的量分數)。

7.(6分)我國科學家成功開發Pd-Fe/Fe2O3催化劑在低溫條件下高選擇性合成高純度的乙烯，化學原理為

C2H2平衡轉化率/%

主反應：C2H2(g)+H2(g)-C2H4(g)A7/i

副反應：C2H2(g)+2H2(g)-C2H6(g)Aft

在密閉容器中充入1molC2H2和2moiH2，發生上述兩個反應，測得C2H2平衡轉化率與溫度、壓強的關系

如圖所示。在ToK、20kPa下C2H4的選擇性等于1C2H4選擇性=二h(填

9"(C2H4)+n(C2H6)

或“=")20kPa。TbK下，主反應的平衡常數Kp=kPa*Kp為用氣體分壓計算的平衡常數，氣體分

壓等于氣體總壓x物質的量分數)。

8.(15分)反應CC)2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH=+41.0kJ-mol1o在進氣比華界不同時，測得相應的

nlH2j

CO2平衡轉化率如圖(各點對應的反應溫度可能相同，也可能不同；各點對應的其他反應條件都相同)。

9C

M80C(l,75)

WA(0.5,66.7)*

7C*D(l,60)

都6C

邂B(O.5,5O)應1,50)F(1.5,5O)

*??

升5C

G(1.5,40)

64c

。3C

1????(CO2)

00.51L52

(1)反應中CO2的平衡轉化率與進氣比、反應溫度之間的關系是o

(2)圖中E和G兩點對應的反應溫度無、7b的關系是，其原因是o

(3)A、B兩點對應的反應速率VA(填或)加已知反應速率以正“正X(CO2”(H2),

U逆斗逆X(CO)MH2。)，左為反應速率常數，x為物質的量分數，在達到平衡狀態為C點的反應過程(此過程為

恒溫)中，當CO2的轉化率剛好達到60%時，—=o

"逆

答案精析

1.(1)減小(2)0.8

解析(1)降低溫度，反應逆向進行，所以左正/逆減小。

(2)設初始n(CO2)=2mol,

CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)

起始/mol2200

轉化/mol1111

平衡/mol1111

vkvk

瑞舞H'其中。(CO2)=0(H2)=0(CO)=p(H2O)=7總,即平衡時i,=v逆，有人正

逆逆逆逆

k

p(CO?p(H2)=左逆。(CO>P(H2O),貝IJ勺嘿嚅o：=2W=0&

逆

2.(1)0.49

(2)<時，假設反應達到平衡時，SO2的轉化率也為40%,則轉化的c(SO2)=0.8mol-LL

2so2(g)+O2(g尸±2SO3(g)

起始濃度/(mol.L")210

轉化濃度/(mol,L")0.80.40.8

?=40%時濃度/(molL1)1.20.60.8

Q=西部篇=/=黑乂平衡逆向移動,所以SO2的平衡轉化率小于4。％

解析(l)Ti℃時SO2的平衡轉化率為40%,則轉化的C(SO2)=0.2mol-L^o

2sCh(g)+02(g尸，2SO3(g)

起始濃度/(molL」)0.510

轉化濃度/(molL")0.20.10.2

平衡濃度/(molL」)0.30.90.2

22

R_C(SO3)_0.2

2?

C(SO2)-C(O2)0.32X0.9

3.(l)b(2)250℃以前，體系以主反應為主，溫度升高，主反應平衡逆向移動，CO2的轉化率降低；250℃

以后，體系以副反應為主，溫度升高，副反應平衡正向移動，CO2的轉化率升高(3)20%歲？勺

(元X5)x(而XL5)

(4)<

解析(1)主反應為放熱反應，副反應為吸熱反應，升溫主反應平衡逆向移動，副反應平衡正向移動，故表

示平衡時CO選擇性的曲線是b。(3)250℃時，測得平衡體系共有0.5molCH30H，結合題圖可知，

S(CH3OH)=50%,S(CH30H尸生瞿xl00%=50%,所以A/7(CO2)=1mol,CO2的平衡轉化率=；xl00%=20%

對于主反應：

CO2(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H20(g)

變化/mol0.51.50.50.5

對于副反應，變化的CO2為0.5mol,則

CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)

變化/mol0.50.50.50.5

平衡時n(CO2)=(5-l)mol=4mol,n(H2)=(16-1.5-0.5)mol-14mol,n(CH3OH)=0.5mol,n(H20)=(0.5+0.5)

mol=lmol,M(CO)=0.5mol,總物質的量為(4+14+0.5+1+0.5)mol=20mol,對于主反應，&方乂：)：勺乂口

\20XS/Xl20X5/

MPa"。(4)根據圖像，p位于曲線a之上，q位于曲線a之下，p、q兩點的主反應的正反應速率大小：v正

(p)<v正(q)。

4.(1)9減小>50%(2)①溫度升高，反應速率增大②1.489.472

5.(1)增大根據蓋斯定律可知反應i-反應適可得：CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g),該反應AH=+41

kJ-mol1,溫度升高，平衡正向移動，該反應的物質的量分數平衡常數K*=警增大(2)①40%

②叫產③減小增大

--X—

4.24.2

解析(2)①根據H原子守恒，平衡時H2O的物質的量為4+2X2-0；X4-2X2mol=12mol,H2O的平衡轉化率

為9X100%=40%。②設平衡時反應i消耗xmol甲烷，反應出消耗ymol甲烷，則：

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

變化/molxxx3x

CH4(g)+2H2O(g)-CO2(g)+4H2(g)

變化/moly2yy

由題意得：x+y=l-0.4=0.6,3x+4y=2,解得：x=0.4,y=0.2;則平衡時n(CH4)=0.4mol,n(H2)=2mol,

f—Vx—

n(CO)=0.4mol,n(CO)=0.2mol,n(HO)=1.2mol,〃(總)=4.2mol,反應i的平衡常數砥產。③反應

22—X—

4.24.2

i和出正向氣體分子數均增大，壓縮體積，平衡均逆向移動，甲烷的平衡轉化率減小；壓縮體積各物質的

濃度均增大，則正、逆反應速率均增大。

6.(1)AC(2)n⑶逆(4)±器翳

解析(1)由化學方程式體現的關系可知，b點時達到平衡狀態，正、逆反應速率相等，則有2V正(H2)=3v逆

(H2O),A正確；反應為放熱反應，隨著溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數減小，故a、b、c三點的平衡

常數：Kb>Ka>Kc,B錯誤；將H2O(g)液化分離，平衡正向移動，可提高C2H4的產率，C正確；活性更高的

催化劑可提高反應速率，但是不改變CO2的平衡轉化率，D錯誤。(2)隨著溫度升高，平衡逆向移動，乙烯、

水的體積分數減小，結合化學方程式中化學計量數可知，乙烯減小的程度小于水，故表示水體積分數隨溫

度變化的曲線是m,表示C2H4體積分數隨溫度變化的曲線是n。(3)隨著溫度升高，平衡逆向移動，二氧化

碳、氫氣的體積分數增大，結合化學方程式中化學計量數可知，二氧化碳增大的程度小于氫氣，貝Ui為二

氧化碳體積分數隨溫度變化曲線，k為氫氣體積分數隨溫度變化曲線；若d點表示240℃某時刻H2的體積

分數，此時氫氣的體積分數小于平衡時氫氣的體積分數，保持溫度不變，反應向逆反應方向進行。

(4)205℃,反應達b點所用時間為Zmin,設COz轉化了2amol,可得

2CO2(g)+6H2(g)-C2H4(g)+4H2O(g)

起始/mol2600

轉化/mol2a6aa4a

平衡/mol2-2a6-6aa4a

此時二氧化碳和乙烯體積分數相同，則2-2a=a,a=^,則此過程中用CC)2表示的反應速率是1ymoLmiiT

igmoLmin/；平衡時二氧化碳、氫氣、乙烯、水分別為|mol、2mok|mok|mol,總的物質的量為6

mol,若平衡時b點總壓為p,則平衡常數仆=衿(耽。

(gP)2X(-p)6

7.<0.8

解析主反應和副反應均為氣體分子數減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，C2H2的轉化率升高，結合

圖像可知，po<2OkPa；/K時，設平衡時C2H4（g）、C2H6（g）的物質的量分別為xmol、ymol;

=i

C2H2(g)+H2(g)"c2H4(g)

起始/mol120

轉化/molXXX

平衡/mol1-x-y2-x-2yX

c2H2(g)+2H2(g)=,c2H6(g)

起始/mol1-x2-x0

轉化/moly2yy

平衡/mol1-x-y2-x-2yy

由圖可知，在ToK、20kPa下C2H2的平衡轉化率為90%,則平義100%=90%；C2H4的選擇性等于《，貝U

—4；解得x=0-8,y=0.1；平衡時C2H2（g）、C2H6（g）、CH（g）,^（g）的物質的量分別為0.1mol、0.1mol、

x~l~y924

___20X”

0.8mol、1.0mol,總物質的量為2.0mol,則/K下，主反應的平衡常數K?=—20kPa^O.8kPa,

（2OX0-1）X（2OX1-0）

8.（1）反應溫度相同，進氣比越大，CO2的平衡轉化率越小；進氣比相同，反應溫度越高，CO2的平衡轉化

率越大（或進氣比越大，反應溫度越低，CO2的平衡轉化率越小）（2）TE=TGKE=KG=1（3）>4

解析（2）在E點時嚕3=1,CO2的平衡轉化率為50%,根據三段式得

CO2(g)+H2(g)，一CO(g)+H2O(g)

始/(molL")110