专题五 热化学 化学反应速率与平衡 主观题突破 3.平衡体系中的有关计算（共64张PPT）-2024年高考化学二轮复习

(共64张PPT)
主观题突破
3.平衡体系中的有关计算
真题演练
01
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3
1.[2019·天津，7(5)]在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应：
PH4I(s) PH3(g)＋HI(g)　①
4PH3(g) P4(g)＋6H2(g)　②
2HI(g) H2(g)＋I2(g)　③
达平衡时，体系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，则t ℃时
反应①的平衡常数K值为_____________(用字母表示)。
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2.[2021·山东，20(1)(2)]2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
1
2
3
回答下列问题：
(1)反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B中相对稳定的是_______________(用系统命名法命名)； 的数值范围是____(填标号)。
A.<－1 B.－1～0
C.0～1 D.>1
2-甲基-2-丁烯
D
1
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3
由平衡常数Kx与温度T变化关系曲线可知，
反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数的自然对数随
温度升高(要注意横坐标为温度的倒数)而
减小，说明3个反应均为放热反应，即ΔH1
＜0、ΔH2＜0、ΔH3＜0，因此，B的总能
量低于A的总能量，能量越低越稳定，A和
B中相对稳定的是B，其用系统命名法命名为2-甲基-2-丁烯；
1
2
3
由盖斯定律可知，Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，则ΔH1－ΔH2＝ΔH3＜0，因此ΔH1＜ΔH2，由于放热反应的ΔH越小，其绝对值越大，则 的
数值范围是大于1。
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(2)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，则平衡体系中B的物质的量为
______ mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝_______。
0.9α
同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将__________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)＝_______。
逆向移动
1∶10
向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为α，则平衡时n(TAME)＝(1－α) mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝α mol。
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3
同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将向着分子数增大的方向移动，即逆向移动。
平衡时，TAME的转化率变大，但是平衡常数不变，A与CH3OH物质的量浓度之比不变，c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。
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(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图1所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝_______，判断的依据是___________________________________________________________
_____________________。影响α的因素有___________________________
_________________。
0.975
该反应气体分子数减少，增大压强，α提高，5.0 MPa＞2.5 MPa＝
p2，所以p1＝5.0 MPa
反应物(N2和O2)的起始浓度(组
成)、温度、压强
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反应SO2(g)＋ O2(g) SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0 MPa，p3＝0.5 MPa。
由图可知，反应在5.0 MPa、550 ℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。
温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率α，温度一定时，压强越大，α越大；压强一定时，温度越高，α越小。
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(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，
则SO3压强为__________，平衡常数Kp＝___________________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×物质的量分数)。
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假设原气体的物质的量为100 mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol，2m＋m＋q＝100，利用三段式法计算：
SO2(g) ＋ O2(g)　 　SO3(g)
起始量/mol 2m m 0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m(1－α) m(1－α) 2mα
1
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平衡时混合气体的总物质的量为2m×(1－α)mol＋m×(1－α)mol＋2mα mol＋q mol＝(3m－mα＋q) mol，
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2
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(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v＝k( －1)0.8(1－nα′)。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图2所示。
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2
3
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是____________________________
___________________________________________________________________________________________________。
升高温度，k增大使v逐渐提高，
但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低
考向预测
02
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1.某化学兴趣小组模拟SO2催化氧化制备SO3，在2 L刚性容器中进行下列三组实验，数据如下：
(1)T1 ℃时平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。
第1组 第2组 第3组
温度/℃ T1 T2 T3
投料n(SO2)/mol 1 2 4
投料n(O2)/mol 2 2 2
SO2平衡转化率(α)/% 40 50 α
0.49
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T1 ℃时SO2的平衡转化率为40%，则转化的c(SO2)＝0.2 mol·L－1。
　　　　　 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
起始浓度/( mol·L－1) 0.5 1 0
转化浓度/( mol·L－1) 0.2 0.1 0.2
平衡浓度/( mol·L－1) 0.3 0.9 0.2
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第1组 第2组 第3组
温度/℃ T1 T2 T3
投料n(SO2)/mol 1 2 4
投料n(O2)/mol 2 2 2
SO2平衡转化率(α)/% 40 50 α
(2)若T1＝T3，则α________(填“＞”“＜”或“＝”)40%，结合相关数据计算，写出推理过程：_______________________________________。
＜
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答案　T3＝T1时，假设反应达到平衡时，SO2的转化率也为40%，则转化的c(SO2)＝0.8 mol·L－1。
　　　　　　 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
起始浓度/( mol·L－1) 2 1 0
转化浓度/( mol·L－1) 0.8 0.4 0.8
α＝40%时浓度/( mol·L－1) 1.2 0.6 0.8
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2.加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)，②
N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为________。
8.5
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设N2O5的转化浓度为x mol·L－1，N2O3的转化浓度为y mol·L－1。
　　　　　 N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)
开始/(mol·L－1) 4 0 0
转化/(mol·L－1) x x x
平衡/(mol·L－1) 4－x x x
　　　　　 N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)
开始/(mol·L－1) x 0 x
转化/(mol·L－1) y y y
平衡/(mol·L－1) x－y y x＋y
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3.CO2催化加氢可合成乙烯，反应为2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH<0，在恒压密闭容器中，起始充入2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)发生反应，不同温度下达到平衡时各组分的体积分数随温度的变化如图所示。
(1)下列说法正确的是________(填字母)。
A.b点时：2v正(H2)＝3v逆(H2O)
B.a、b、c三点的平衡常数：Ka>Kc>Kb
C.将H2O(g)液化分离可提高C2H4的产率
D.活性更高的催化剂可提高CO2的平衡转化率
AC
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由化学方程式体现的关系可知，b点时
达到平衡状态，正、逆反应速率相等，
则有2v正(H2)＝3v逆(H2O)，A正确；
反应为放热反应，随着温度升高，平衡
逆向移动，平衡常数减小，故a、b、c
三点的平衡常数：Kb>Ka>Kc，B错误；
将H2O(g)液化分离，平衡正向移动，可提高C2H4的产率，C正确；
活性更高的催化剂可提高反应速率，但是不改变CO2的平衡转化率，D错误。
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(2)表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是____(填“k”“l”“m”或“n”)。
n
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随着温度升高，平衡逆向移动，乙烯、水的体积分数减小，结合化学方程式中化学计量数可知，乙烯减小的程度小于水，故表示水体积分数随温度变化的曲线是m，表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是n。
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(3)若d点表示240 ℃某时刻H2的体积分数，保持温度不变，则反应向________(填“正”或“逆”)反应方向进行。
逆
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随着温度升高，平衡逆向移动，二氧
化碳、氢气的体积分数增大，结合化
学方程式中化学计量数可知，二氧化
碳增大的程度小于氢气，则l为二氧化
碳体积分数变化曲线，k为氢气体积分
数变化曲线；若d点表示240 ℃某时刻H2的体积分数，此时氢气的体积分数小于平衡时氢气的体积分数，保持温度不变，反应向逆反应方向进行。
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(4)205 ℃，反应达b点所用时间为t min，则此过程中用CO2表示的反应速
率是____ mol·min－1。若平衡时b点总压为p，则平衡常数Kp＝___________
(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
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205 ℃，反应达b点所用时间为t min，
设CO2转化了2a mol，可得
　 2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
起始/mol 2 6 0 0
转化/mol 2a 6a a 4a
平衡/mol 2－2a 6－6a a 4a
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4.反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.0 kJ·mol－1。在进气比 不同时，测得相应的CO2平衡转化率如图(各点对应的反应温度
可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同)。
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(1)反应中CO2的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是_________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
相同，进气比越大，CO2的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO2的平衡转化率越大(或进气比越大，反应温度越低，CO2的平衡转化率越小)
反应温度
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(2)图中E和G两点对应的反应温度TE、TG的关系是__________，其原因是____________。
TE＝TG
KE＝KG＝1
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　　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1 1 0 0
转/(mol·L－1) 0.5 0.5 0.5 0.5
平/(mol·L－1) 0.5 0.5 0.5 0.5
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　 　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1.5 1 0 0
转/(mol·L－1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平/(mol·L－1) 0.9 0.4 0.6 0.6
8
平衡常数只与温度有关，温度相等平衡常数相等，故TE＝TG。
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(3)A、B两点对应的反应速率vA______(填“＜”“＝”或“＞”)vB。已知反应速率v正＝k正x(CO2)·x(H2)，v逆＝k逆x(CO)·x(H2O)，k为反应速率常数，x为物质的量分数，在达到平衡状态为C点的反应过程(此过程为恒温)中，当CO2的转化率刚好达到60%时， ＝______。
>
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反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.0 kJ·mol－1，该反应为吸热反应，当 相同时，温度高CO2转化率大，A点的转化率大于B点，说明A点的温度高，故反应速率：vA>vB；
在C点时 ＝1，CO2的平衡转化率为75%，根据三段式得
　　 　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1 1 0 0
转/(mol·L－1) 0.75 0.75 0.75 0.75
平/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.75 0.75
8
当CO2的转化率刚好达到60%时，
　 　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
始/(mol·L－1) 1 1 0 0
转/(mol·L－1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平/(mol·L－1) 0.4 0.4 0.6 0.6
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5.苯乙烯是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体，常用乙苯为原料合成。其反应原理如下：
(g) (g)＋H2(g)　ΔH＝＋123 kJ·mol－1
8
已知：上述反应的速度方程为v正＝k正·p乙苯，v逆＝k逆·p苯乙烯·p氢气，其中k正、k逆分别为正、逆反应速度常数，p为各组分分压(分压＝总压×物质的量分数)。
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100 kPa下，反应气组成n(乙苯)∶n(H2O)分别按照1∶1、1∶4、1∶9投料，乙苯平衡转化率随反应温度变化关系如图。
(1)图中n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9的曲线是______(填曲线标号)。
a
n(乙苯)∶n(H2O)分别按照1∶1、1∶4、1∶9投料，水蒸气比例越大，平衡正向移动程度越大，乙苯转化率越大，故图中n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9的曲线是a。
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(2)图中M点的正反应速率和N点的逆反应速率大小关系为v正(M)____(填“>”“<”或“＝”)v逆(N)。
<
M点、N点均达到平衡状态，M点乙苯的转化率较N点大，则M点乙苯的分压小于N点，根据反应速率方程可知v正(M)1
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(3)550 ℃、100 kPa，按n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9投料时， ＝_____ kPa(用最简分数表示)。
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550 ℃、100 kPa，按n(乙苯)∶n(H2O)＝1∶9投料时，乙苯的平衡转化率为60%，设乙苯的起始物质的量为a mol，则水蒸气物质的量为9a mol，则
　　　　 乙苯(g) 苯乙烯(g)＋H2(g)
开始/mol a 0 0
变化/mol 0.6a 0.6a 0.6a
平衡/mol 0.4a 0.6a 0.6a
平衡时气体总物质的量为(0.4a＋0.6a＋0.6a＋9a) mol＝10.6a mol，v正＝k正·p乙苯＝v逆＝k逆·p苯乙烯·p氢气，
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6.乙苯脱氢反应为 (g) (g)＋H2(g)　ΔH＞0。其速率方程式为v正＝k正·p乙苯，v逆＝k逆·p苯乙烯·p氢气(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)，图中③代表lg k逆随 的变化关系，则能代表lg k正随 的变化关系的是________(填序号)。
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④
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7.T ℃时，2NO2(g) N2O4(g)，该反应正、逆反应速率与浓度的关系为v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)(k正、k逆为速率常数)。
(1)图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是______(填“m”或“n”)。
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n
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v正＝k正c2(NO2)，则lg v正＝lg k正＋2lg c(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)，则lg v逆＝lg k逆＋
lg c(N2O4)，lg v逆～lg c(N2O4)的线斜率较小，则图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是n。
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(2)T ℃时，向刚性容器中充入一定量NO2气体，平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·
L－1，则平衡时，v正＝______(用含a的表达式表示)。
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10a
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7
图中表示lg v逆～lg c(N2O4)的线是n，则lg k逆＝a，k逆＝10a，lg k正＝a＋2，k正＝10a＋2，反应达平衡时，v逆＝v正，
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设T ℃时，向刚性容器中充入x mol·L－1 NO2，平衡后测得c(N2O4)为1.0 mol·L－1，列出三段式：
　　　　　　　 2NO2(g) N2O4(g)
起始/(mol·L－1) x 0
转化/(mol·L－1) 2 1.0
平衡/(mol·L－1) x－2 1.0
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(3)T ℃时，向2 L的容器中充入5 mol N2O4气体和1 mol NO2气体，此时v正____(填“＞”“＜”或“＝”)v逆。
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＞
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7
8.我国科学家成功开发Pd-Fe/Fe2O3催化剂在低温条件下高选择性合成高纯度的乙烯，化学原理为
主反应：C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g)　ΔH1
副反应：C2H2(g)＋2H2(g) C2H6(g)　ΔH2
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＜
0.8
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主反应：C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g)和副反应：C2H2(g)＋2H2(g)
C2H6(g)均为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，C2H2的转化率升高，结合图像可知，p0＜20 kPa；T0 K时，设平衡时C2H4(g)、C2H6(g)的物质的量分别为x mol、y mol；
　　　　 C2H2(g)＋　H2(g) 　C2H4(g)
起始/mol 1 2 0
转化/mol x x x
平衡/mol 1－x－y 2－x－2y x
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　　　　 C2H2(g)＋　2H2(g) 　C2H6(g)
起始/mol 1－x 2－x 0
转化/mol y 2y y
平衡/mol 1－x－y 2－x－2y y
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解得x＝0.8，y＝0.1；平衡时C2H2(g)、C2H6(g)、C2H4(g)、H2(g)的物质的量分别为0.1 mol、0.1 mol、0.8 mol、1.0 mol，总物质的量为2.0 mol，
7
8
本课结束