2023年新高考化學大一輪復習講義-專項特訓3　多平衡體系的綜合分析

專項特訓3多平衡體系的綜合分析一、選擇題：每小題有一個或兩個選項符合題目要求。1．相同溫度下，分別在起始體積均為1L的兩個密閉容器中發(fā)生反應：X2(g)＋3Y2(g)2XY3(g)ΔH＝－akJ·mol－1，實驗測得反應的有關數(shù)據(jù)如下表。容器反應條件起始物質(zhì)的量/mol達到平衡所用時間/min達到平衡過程中的能量變化X2Y2XY3①恒容13010放熱0.1akJ②恒壓130t放熱bkJ下列敘述正確的是()A．對于上述反應，①②中反應的平衡常數(shù)K不同B．①中：從開始至10min內(nèi)的平均反應速率v(X2)＝0.1mol·L－1·min－1C．②中：X2的平衡轉(zhuǎn)化率小于10%D．b>0.1a答案D解析①②中反應溫度相同，平衡常數(shù)K相同，A項錯誤；①中反應放熱0.1akJ，說明10min內(nèi)X2反應了0.1mol，物質(zhì)的量濃度改變量為0.1mol·L－1，所以其平均速率為v(X2)＝0.01mol·L－1·min－1，B項錯誤；據(jù)容器①中數(shù)據(jù)，可算出X2的平衡轉(zhuǎn)化率為10%，容器②是恒溫恒壓，容器①是恒溫恒容，容器②相當于在容器①的基礎上加壓，平衡右移，所以X2的轉(zhuǎn)化率大于10%，容器②放出的熱量比容器①多，C項錯誤、D項正確。2．(2021·邢臺模擬)T℃時，在3L的密閉容器中充入4mol光氣(COCl2)，發(fā)生反應：COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)，同時還發(fā)生反應：2CO(g)2C(s)＋O2(g)，當反應達到平衡時，測得CO(g)和C(s)的物質(zhì)的量分別為2mol和1mol，則該溫度下CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)的平衡常數(shù)K為()A.eq\f(1,9)B．2C.eq\f(1,3)D.eq\f(1,2)答案D解析設消耗COCl2(g)的物質(zhì)的量為x，COCl2(g)Cl2(g)＋CO(g)起始/mol400變化/molxxx平衡/mol4－xxx2CO(g)2C(s)＋O2(g)，起始/molx00變化/mol110.5平衡/mol210.5則x＝3mol，則平衡濃度：COCl2(g)為eq\f(1,3)mol·L－1，Cl2(g)為1mol·L－1，CO(g)為eq\f(2,3)mol·L－1，則該溫度下，Cl2(g)＋CO(g)COCl2(g)的平衡常數(shù)K＝eq\f(\f(1,3),1×\f(2,3))＝eq\f(1,2)。3．CO2催化重整CH4的反應：(Ⅰ)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH1，主要副反應：(Ⅱ)H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2>0，(Ⅲ)4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3<0。在恒容反應器中按體積分數(shù)V(CH4)∶V(CO2)＝50%∶50%充入氣體，加入催化劑，測得反應器中平衡時各物質(zhì)的體積分數(shù)與溫度的關系如圖所示。下列說法正確的是()A．ΔH1＝2ΔH2－ΔH3>0B．其他條件不變，適當增大起始時V(CH4)∶V(CO2)，可抑制副反應(Ⅱ)、(Ⅲ)的進行C．300～580℃時，H2O的體積分數(shù)不斷增大，是由于反應(Ⅲ)生成H2O的量大于反應(Ⅱ)消耗的量D．T℃時，在2.0L容器中加入2molCH4、2molCO2以及催化劑進行重整反應，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為75%，則反應(Ⅰ)的平衡常數(shù)等于81答案AB解析反應(Ⅰ)可由(Ⅱ)×2減去反應(Ⅲ)得到，故ΔH1＝2ΔH2－ΔH3＞0，A正確；其他條件不變，適當增大起始時V(CH4)∶V(CO2)，根據(jù)平衡移動原理，減小反應物濃度或增加生成物濃度，平衡都逆向移動，B正確；300～580℃時，H2O的體積分數(shù)不斷增大，反應(Ⅲ)是放熱反應，升溫時，平衡逆移，消耗H2O，反應(Ⅱ)是吸熱反應，升溫時平衡正移，生成H2O，而反應(Ⅲ)消耗H2O的量小于反應(Ⅱ)生成水的量，C錯誤；T℃時，CO2轉(zhuǎn)化的濃度為eq\f(2mol,2L)×75%＝0.75mol·L－1，根據(jù)三段式：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)起始/mol·L－11100轉(zhuǎn)化/mol·L－10.750.751.51.5平衡/mol·L－10.250.251.51.5若不考慮副反應，反應(Ⅰ)的平衡常數(shù)為eq\f(1.52×1.52,0.25×0.25)＝81，但由于副反應(Ⅲ)中，消耗的氫氣的量比二氧化碳的多，故計算式中，分子減小的多，故平衡常數(shù)的值小于81，D錯誤。二、非選擇題4．甲烷分解體系中幾種氣體的平衡分壓(p，單位為Pa)與溫度(t，單位為℃)的關系如圖所示。(1)t1℃時，向VL恒容密閉容器中充入0.12molCH4，只發(fā)生反應：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，達到平衡時，測得p(C2H4)＝p(CH4)。CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為________。在上述平衡狀態(tài)某一時刻，改變溫度至t2℃，CH4以0.01mol·L－1·s－1的平均速率增多，則t1________(填“>”“＝”或“<”)t2。(2)在圖中，t3℃時，化學反應2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的壓強平衡常數(shù)Kp＝________Pa2。答案(1)66.7%>(2)104.7解析(1)設平衡時甲烷轉(zhuǎn)化xmol，根據(jù)三段式法有：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)起始/mol0.1200變化/molxeq\f(x,2)x平衡/mol0.12－xeq\f(x,2)x結(jié)合題意知0.12－x＝eq\f(x,2)，解得x＝0.08，故CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.08,0.12)×100%≈66.7%。根據(jù)題圖知，2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)為吸熱反應，改變溫度，甲烷的濃度增大，即平衡左移，則溫度降低，即t1>t2。(2)t3℃時，該反應的壓強平衡常數(shù)Kp＝eq\f(pC2H2·p3H2,p2CH4)＝eq\f(10－1.3×1043,1032)Pa2＝104.7Pa2。5．有效除去大氣中的SO2和氮氧化物，是打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重中之重。某溫度下，N2O5氣體在一體積固定的密閉容器中發(fā)生如下反應：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)(慢反應)ΔH＜0,2NO2(g)N2O4(g)(快反應)ΔH＜0，體系的總壓強p總和p(O2)隨時間的變化如圖所示：(1)圖中表示O2壓強變化的曲線是___________________(填“甲”或“乙”)。(2)已知N2O5分解的反應速率v＝0.12p(N2O5)kPa·h－1，t＝10h時，p(N2O5)＝________________________________________________________________________kPa，v＝________kPa·h－1(結(jié)果保留兩位小數(shù)，下同)。(3)該溫度下2NO2(g)N2O4(g)反應的平衡常數(shù)Kp＝____________kPa－1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。答案(1)乙(2)28.203.38(3)0.05解析(1)根據(jù)題圖信息分析，隨著反應的進行，氧氣的壓強從0開始逐漸增大，所以乙為氧氣的壓強變化曲線。(2)t＝10h時，p(O2)＝12.8kPa，由2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)知，反應的五氧化二氮的分壓為25.6kPa，起始壓強為53.8kPa，所以10h時p(N2O5)＝(53.8－25.6)kPa＝28.20kPa，N2O5分解的反應速率v＝0.12p(N2O5)kPa·h－1＝0.12×28.20kPa·h－1≈3.38kPa·h－1。(3)N2O5完全分解時，p(NO2)＝53.8kPa×2＝107.6kPa，p(O2)＝eq\f(53.8kPa,2)＝26.9kPa。2NO2(g)N2O4(g)起始分壓/kPa107.60改變分壓/kPa2xx平衡分壓/kPa107.6－2xx有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7kPa，解得x＝39.8kPa，平衡常數(shù)Kp＝eq\f(39.8,282)kPa－1≈0.05kPa－1。6．[2019·天津，7(5)]在1L真空密閉容器中加入amolPH4I固體，t℃時發(fā)生如下反應：PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)①4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)②2HI(g)H2(g)＋I2(g)③達平衡時，體系中n(HI)＝bmol，n(I2)＝cmol，n(H2)＝dmol，則t℃時反應①的平衡常數(shù)K值為________(用字母表示)。答案(b＋eq\f(8c－2d,3))b解析反應①生成的n(HI)＝體系中n(HI)＋2×體系中n(I2)＝(b＋2c)mol，反應②中生成的n(H2)＝體系中n(H2)－反應③中生成的n(H2)＝(d－c)mol，體系中n(PH3)＝反應①生成的n(PH3)－反應②中轉(zhuǎn)化的n(PH3)＝[b＋2c－eq\f(2,3)(d－c)]mol＝(b＋eq\f(8c－2d,3))mol，反應①的平衡常數(shù)K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋eq\f(8c－2d,3))b。7．容積均為1L的甲、乙兩個容器，其中甲為絕熱容器，乙為恒溫容器。相同溫度下，分別充入0.2mol的NO2，發(fā)生反應：2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0，甲中NO2的相關量隨時間變化如下圖所示。(1)0～3s內(nèi)，甲容器中NO2的反應速率增大的原因是__________________________________。(2)甲達平衡時，溫度若為T℃，此溫度下的平衡常數(shù)K＝________。(3)平衡時，K甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)K乙，p甲________p乙。答案(1)0～3s內(nèi)溫度升高對速率的影響大于濃度降低的影響(2)225(3)<>解析(2)到達平衡時，c(NO2)＝0.02mol·L－1，c(N2O4)＝0.09mol·L－1，K＝eq\f(0.09,0.022)＝225。(3)甲為絕熱容器，乙為恒溫容器，該反應為放熱反應，則到達平衡時甲的溫度高于乙，故K甲<K乙，甲中反應正向進行的程度小于乙，氣體總體積大于乙，故p甲>p乙。8．[2021·山東，20(2)(3)]2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過甲醇與烯烴的液相反應制得，體系中同時存在如圖反應：反應Ⅰ：反應Ⅱ：反應Ⅲ：回答下列問題：(2)為研究上述反應體系的平衡關系，向某反應容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0(Kx表示以物質(zhì)的量分數(shù)表示的平衡常數(shù))，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為________mol，反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝________。同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應Ⅰ的化學平衡將__________(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)。平衡時，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)＝________________。(3)為研究反應體系的動力學行為，向盛有四氫呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制溫度為353K，A、B物質(zhì)的量濃度c隨反應時間t的變化如圖所示。代表B的變化曲線為______(填“X”或“Y”)；t＝100s時，反應Ⅲ的正反應速率v正______逆反應速率v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。答案(2)0.9αeq\f(1－α2,0.1α2)逆向移動1∶10(3)X＜解析(2)向某反應容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時n(TAME)＝(1－α)mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝αmol。已知反應Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則eq\f(nB,nA)＝9.0，將該式代入上式可以求出平衡體系中B的物質(zhì)的量為0.9αmol，n(A)＝0.1αmol，反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝eq\f(\f(1－α,1＋α),\f(0.1α,1＋α)×\f(α,1＋α))＝eq\f(1－α2,0.1α2)。同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應Ⅰ的化學平衡將向著分子數(shù)增大的方向移動，即逆向移動。根據(jù)反應Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝