2025浙江专版新教材化学高考第一轮
常考点8多平衡体系平衡常数的计算及平衡移动
1.(2024·浙江温州高三一模)已知HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOHCO+H2O K1
Ⅱ.HCOOHCO2+H2 K2
T温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。下列有关说法不正确的是( )
A.混合体系达平衡后:c(CO2)·c(H2)>c(CO)
B.活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动
D.c(HCOOH)可降为0
2.(2023·浙江师范大学附中段考节选)气体分压pi=p总×xi(物质的量分数)。恒温50 ℃、恒压101 kPa,将足量的CuSO4·5H2O、NaHCO3置于一个密闭容器中,再充入已除去CO2的干燥空气。假设只发生以下反应,达平衡时两者分解的物质的量比为2∶1。
CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g) =36(kPa)2
2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)
(1)平衡时= ,= 。
(2)平衡后,用总压为101 kPa的潮湿空气[其中p(H2O)=8 kPa、p(CO2)=0.4 kPa]替换容器中的气体,50 ℃下达到新平衡。容器内CuSO4·5H2O的质量将 (填“增加”“减少”或“不变”,下同),NaHCO3质量将 。
3.二甲醚是一种清洁能源,用水煤气制取二甲醚的原理如下:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
500 K时,在2 L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2,4 min达到平衡,平衡时CO的转化率为80%,且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3),则:
(1)0~4 min,反应Ⅰ的v(H2)= 。
(2)反应Ⅱ中CH3OH的转化率α= ,反应Ⅰ的平衡常数K= 。
4.(2023·浙江兰溪一中检测节选)当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点,因此,研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
(1)雨水中含有来自大气的CO2,溶于水中的CO2进一步与水反应,发生电离:
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)H+(aq)+HC(aq)
25 ℃时,反应②的平衡常数为K2。
溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数),比例系数为y mol·L-1·kPa-1,当大气压强为p kPa,大气中CO2(g)的物质的量分数为x时,溶液中H+浓度为 mol·L-1(写出表达式,忽略HC的电离)。
(2)105 ℃时,将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中,存在如下平衡:
2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)
上述反应达平衡时体系的总压为46 kPa。
保持温度不变,开始时在体系中先通入一定量的CO2(g),再加入足量MHCO3(s),欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5 kPa,CO2(g)的初始压强应大于 kPa。
5.(2023·浙江上虞中学月考节选)航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(g)2H2(g)+O2(g)
一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g) ΔH<0代替Sabatier反应,再电解水实现O2的循环利用。
350 ℃时,向容积为2 L的恒容密闭容器中通入8 mol H2和4 mol CO2发生以上反应,若反应起始和平衡时温度相同(均为350 ℃),测得反应过程中压强随时间的变化如表所示:
时间/min 0 10 20 30 40 50 60
压强 6.00p 5.60p 5.30p 5.15p 5.06p 5.00p 5.00p
(1)350 ℃时Bosch反应的Kp= (Kp为用气体的分压表示的平衡常数,分压=气体的体积分数×体系总压)
(2)Bosch反应的速率方程:v(正)=k正·c(CO2)·c2(H2),v(逆)=k逆·c2(H2O)(k是速率常数,只与温度有关)。30 min时, (填“>”“<”或“=”,下同);升高温度,k正增大的倍数 k逆增大的倍数。
6.(2023·浙江嵊州一中检测节选)一定条件下,乙酸水蒸气重整制氢包括的反应如下:
主反应:Ⅰ.CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+213.7 kJ·mol-1 K1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-40.1 kJ·mol-1 K2
副反应:Ⅲ.CH3COOH(g)CH4(g)+CO2(g) ΔH3=-33.5 kJ·mol-1 K3
乙酸重整时,水碳比[]对H2、CO、CO2平衡产率Y的影响如图1所示(不考虑副反应):
图1
图2
(1)图1中c代表的物质是 (填化学式)。当投料的水碳比[]增大时,H2O的平衡转化率将 (填“增大”或“减小”)。
(2)水碳比为5时,温度对平衡时反应产物中各气体含量的影响如图2所示。600 ℃后,随温度的升高,体系中H2的含量开始减小的原因是 。
(3)在T ℃的恒压容器中若只发生反应Ⅰ:CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g),总压为p Pa,CH3COOH的平衡转化率为a,则T ℃时该反应的平衡常数Kp= Pa3(列出含a、p的计算式,不必化简,Kp为以气体分压表示的平衡常数,气体分压=总压×物质的量分数)。
7.CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g) ===CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g) ===CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-122.5 kJ·mol-1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图所示。
其中:CH3OCH3的选择性=×100%
(1)温度高于300 ℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。
(2)220 ℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有 。
常考点8 多平衡体系平衡常数的计算及平衡移动
1.D 根据图像可知混合体系达平衡后,c(CO2)·c(H2)>c(CO),故A正确;根据图像可知,CO浓度达到最大值时表明反应Ⅰ达平衡,此时CO2浓度未达最大值,即反应Ⅱ尚未达平衡状态,说明反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ,即活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,故B正确;根据图像中CO2和CO浓度变化以及反应Ⅰ、Ⅱ可知,c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动,故C正确;过程Ⅰ和Ⅱ均为可逆过程,则c(HCOOH)不可能降为0,故D错误。
2.答案 (1)9 4(kPa)2 (2)增加 减少
解析 (1)设发生分解的CuSO4·5H2O的物质的量为2 mol,根据反应CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g),则生成水蒸气的物质的量为4 mol,设发生分解的NaHCO3的物质的量为1 mol,根据反应2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g),则生成的水蒸气和二氧化碳分别为0.5 mol,利用相同条件下物质的量之比等于压强之比,=9;=9,则=4(kPa)2。
(2)平衡后,用总压为101 kPa的潮湿空气[其中p(H2O)=8 kPa、p(CO2)=0.4 kPa]替换容器中的气体,50 ℃下达到新平衡。对于反应CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g),=(8 kPa)2=64(kPa)2>,平衡逆向进行,容器内CuSO4·5H2O的质量将增加;对于反应2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g),=p(H2O)·p(CO2)=3.2(kPa)2<,平衡正向进行,容器内NaHCO3质量将减少。
3.答案 (1)0.8 mol·L-1·min-1
(2)80% 1.25
解析 利用C、H、O原子守恒计算平衡时各物质的物质的量,再求各物质的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算。
(1)设平衡时CO为x mol,H2为y mol,CH3OH为z mol,则CH3OCH3为2z mol,H2O为2z mol,根据:
C元素守恒:x+z+2×2z=4
H元素守恒:2y+4z+6×2z+2×2z=2×8
O元素守恒:x+z+2z+2z=4
CO的转化率为=80%,解得x=0.8,y=1.6,z=0.64,v(H2)==0.8 mol·L-1·min-1。
(2)反应Ⅰ中CO的转化率为80%,则生成的CH3OH的物质的量为4 mol×80%=3.2 mol,反应Ⅱ生成的CH3OCH3的物质的量为2z mol即2×0.64 mol=1.28 mol,则反应Ⅱ转化的CH3OH的物质的量为2×1.28 mol=2.56 mol,则反应Ⅱ中CH3OH的转化率α=×100%=80%。根据之前所解方程,可得平衡时:CH3OH、H2、CO的浓度分别为0.32 mol·L-1、0.8 mol·L-1、0.4 mol·L-1,反应Ⅰ的平衡常数K==1.25。
4.答案 (1) (2)100.8
解析 (1)由于溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比,比例系数为y mol·L-1·kPa-1,因此当大气压强为p kPa,大气中CO2(g)的物质的量分数为x时,溶液中CO2(aq)浓度为ypx mol·L-1。设溶液中H+浓度为a mol·L-1,由反应②CO2(aq)+H2O(l)H+(aq)+HC(aq),可得c(HC)=c(H+)=a mol·L-1,c[CO2(aq)]=ypx mol·L-1,则K2=,解得a=。(2)平衡体系总压为46 kPa,则由2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)可得p(H2O)=p(CO2)=23 kPa,Kp=23×23 kPa2。若保持温度不变,设开始先通入CO2的压强为x kPa,平衡时水蒸气分压为5 kPa时,可列“三段式”:
2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)
起始/kPa 0 x
转化/kPa 5 5
平衡/kPa 5 5+x
Kp=23×23 kPa2=5×(5+x) kPa2,解得x=100.8,故为使平衡时水蒸气分压小于5 kPa,CO2(g)的初始压强应大于100.8 kPa。
5.答案 (1) (2)> <
解析 (1)向容积为2 L的恒容密闭容器中通入8 mol H2和4 mol CO2发生题述反应,结合三段式计算平衡状态气体物质的量,设达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量为x mol,
CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)
起始/mol 4 8 0
变化/mol x 2x 2x
平衡/mol 4-x 8-2x 2x
气体压强之比等于物质的量之比,,得出x=2,则平衡时n(CO2)=2 mol,n(H2)=4 mol,体系总压为5.00p,Kp=;
(2)30 min时,由表格数据分析可知反应正向进行,v(正)>v(逆),则得到v(正)=k正·c(CO2)·c2(H2)>v(逆)=k逆·c2(H2O),,反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,v(正)
(2)反应Ⅰ为吸热反应,升温平衡正向移动,使H2含量增大;反应Ⅱ为放热反应,升温平衡逆向移动,使H2含量减小;600 ℃后以反应Ⅱ为主
(3)
解析 (1)随着水碳比[]增加,水的量增大,反应Ⅱ向右移动,反应Ⅰ向左移动,CO的产率减少,因此c代表CO;水碳比增加水的转化率减小,乙酸的转化率变大。
(3) CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)
起始量/mol 1 0 0
转化量/mol a 2a 2a
平衡量/mol 1-a 2a 2a
Kp= Pa3。
7.答案 (1)反应Ⅰ的ΔH>0,反应Ⅱ的ΔH<0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升,使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度
(2)增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
解析 (2)反应Ⅰ是气体分子数不变的反应,反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,所以可以通过加压使反应Ⅱ平衡正向移动,或者加入有利于反应Ⅱ进行的催化剂。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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