2025浙江专版新教材化学高考第一轮
作业27化学平衡的计算
A组 基础达标
1.(2023·浙江嘉兴高三统测)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生反应:2NH3(g)N2(g)+3H2(g),测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示,下列说法不正确的是( )
编号 表面 积/cm2 c(NH3)/(10-3 mol·L-1)
0 min 20 min 40 min 60 min 80 min
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
A.由实验①、③可知催化剂表面积越大,反应速率越快,NH3的平衡转化率不变
B.由实验数据可知相同条件下,增加氨的浓度,该反应速率不一定增大
C.实验①、②达到平衡后,NH3的体积分数①<②
D.实验③达到平衡后,N2的体积分数约为22.7%
2.(2023·浙江绍兴阳明中学段考)T ℃时,向两个等容积的恒容密闭容器中,均以n(NO)∶n(H2)=1∶2充入NO与H2,发生如下反应:
反应1:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)
反应2:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
甲为绝热过程、乙为恒温过程,反应体系的压强随时间变化曲线如图所示,Z点时NO的转化率为80%。
下列说法错误的是( )
A.曲线Y代表乙容器
B.气体的总物质的量:nb>nc
C.若乙为恒温恒压过程,则平衡时NO的转化率小于80%
D.曲线Y从开始到Z点,用分压表示的H2消耗速率为0.14 kPa·min-1
3.(教材选择性必修1第二章第二节例题改编)已知反应2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH>0,在716 K时向密闭容器中充入一定量的HI气体,平衡时气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)为78%。测得v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系如图所示。
下列结论不正确的是( )
A.该反应的压强平衡常数Kp约为0.02
B.增大体系压强,平衡不发生移动,平衡常数Kp不变
C.温度降低,v(正)、v(逆)均减小,平衡向逆反应方向移动
D.温度升高,反应重新达到平衡时,图中表示平衡的点可能是A和D
4.(2023·浙江宁海知恩中学段考节选)利用“合成气”合成甲醇后,甲醇脱水制得二甲醚的反应为
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH,其速率方程式为v(正)=k正·c2(CH3OH),v(逆)=k逆·c(CH3OCH3)·c(H2O),k正、k逆为速率常数且只与温度有关。经查阅资料,上述反应平衡状态下存在计算式:ln Kc=-2.205+(Kc为化学平衡常数;T为热力学温度,单位为K)。
反应达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数 (填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数。
5.(2023·温州十校联合体联考节选)500 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2,模拟合成氨的反应,容器内的压强随时间的变化如下表所示:
时间/min 0 10 20 30 40 +∞
压强/MPa 20 17 15 13.2 11 11
(1)达到平衡时N2的转化率为 。
(2)用压强表示该反应的平衡常数Kp= MPa-2(Kp为用气体的分压表示的平衡常数,某气体的分压等于总压×该气体的物质的量分数)。
B组 综合提升
6.(2023·浙江磐安中学检测)在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1 CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图,下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应的平衡常数约为1.64
D.压强为p4时,在y点:v(正)>v(逆)
7.(2023·浙江衢州一中段考)H2S分解的热化学方程式为2H2S(g)2H2(g)+S2(g) ΔH=a kJ·mol-1。向容积为1 L的恒容密闭容器中加入n(H2S)+n(Ar)=0.1 mol的混合气体(Ar不参与反应),测得不同温度(T1>T2)时H2S的平衡转化率随比值的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的a<0
B.平衡常数K(X)>K(Z)
C.平衡常数K(X)=0.012 5
D.维持Y点时n(H2S)不变,向容器中充入Ar气,H2S的平衡转化率减小
8.(教材选择性必修1第二章第二节练习与应用改编)在某催化剂作用下CO2和H2合成甲醇涉及以下反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.3 kJ·mol-1
在恒容密闭容器中,CO2(g)和H2(g)分别投0.8 mol·L-1、1.56 mol·L-1发生反应,平衡时CO2的转化率及CH3OH和CO的选择性[×100%]随温度变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性应选择在高温条件下反应
B.600 ℃后,升高温度对反应Ⅰ的影响程度大于反应Ⅱ
C.开发低温时的高效催化剂,可以提高CO2的平衡转化率
D.720 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=0.08
9.(2023·宁波五校联考节选)对于基元反应,如aA+bBcC+dD,反应速率v(正)=k正·ca(A)·cb(B),v(逆)=k逆·cc(C)·cd(D),其中k正、k逆是取决于温度的速率常数。
对于基元反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),在653 K时,速率常数k正=2.6×103 L2·mol-2·s-1,k逆=4.1×103 L·mol-1·s-1。
(1)计算653 K时的平衡常数K= L·mol-1。
(2)653 K时,若NO的浓度为0.006 mol·L-1,O2的浓度为0.290 mol·L-1,则正反应速率为 mol·L-1·s-1。
10.(2024·浙江衢州、丽水、湖州高三一模节选)合成氨是人工固氮最重要的途径。合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。
请回答:
压强为20 MPa下,以x(H2)=0.75、x(N2)=0.25(x代表物质的量分数)进料,反应达平衡时氮气的转化率与温度的结果如下图中曲线b所示。
(1)若保持压强不变,以x(H2)=0.675、x(N2)=0.225、x(Ar)=0.1进料,则平衡时氮气的转化率与温度的结果是曲线 (填“a”或“c”)。判断的依据是 。
(2)若保持压强不变,当平衡时x(NH3)=0.20,则该温度下,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡常数Kp= MPa-2(化为最简式)。[对于气相反应,用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数,记作Kp,如p(B)=p·x(B),p为平衡总压强,x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]
作业27 化学平衡的计算
1.C 对比实验①和实验③,氨气起始浓度相同,实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍,实验③先达到平衡状态,实验③的反应速率大,说明相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大,A正确;实验①、②中0~20 min、20 min~40 min氨气浓度变化量都是4.00×10-4 mol·L-1,实验①和实验②催化剂表面积相同,实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍,说明相同条件下,增加氨气浓度,反应速率并没有增大,B正确;反应为气体分子数增加的反应,恒温恒容的密闭容器中,①的氨气起始物质浓度更大,相当于②达到平衡后又逆向移动,导致NH3的体积分数①>②,C错误;由实验③中数据可知,达平衡时氨气反应了2 mol·L-1,则生成氮气1 mol·L-1,生成氢气3 mol·L-1,平衡时体积分数等于物质的量浓度分数,故氮气的体积分数为≈22.7%,D正确。
2.C 两个反应气体物质的量均减小,恒温恒容条件下,随反应进行,压强减小,故曲线X代表甲容器,曲线Y代表乙容器。根据曲线X可知,反应开始时压强增大,反应为放热反应。由以上分析可知,A正确;图中b和c点压强相等,甲容器为绝热过程,乙容器为恒温过程,若两点气体物质的量相等,则甲容器的压强大于乙容器压强,现压强相等则说明甲容器中气体的总物质的量比乙容器的小,则气体的总物质的量:nb>nc,B正确;恒温恒容过程中,Z点NO的转化率为80%,若乙为恒温恒压过程,相当于在恒温恒容的平衡基础上增大压强,平衡正向移动,则平衡时NO的转化率大于80%,C错误;起始投料为n(NO)∶n(H2)=1∶2,起始总压强为9 kPa,则NO为3 kPa,H2为6 kPa,根据信息列三段式,
2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)
初始/kPa 3 6 0 0
转化/kPa 2.4 2.4 1.2 2.4
Z点/kPa 0.6 3.6-3x 1.2-x 2.4
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
转化/kPa x 3x 2x
Z点/kPa 1.2-x 3.6-3x 2x
Z点容器内为6.6 kPa,则0.6+3.6-3x+1.2-x+2.4+2x=6.6,解得x=0.6,3.6-3x=1.8,则从开始到Z点,用分压表示的H2消耗速率为=0.14 kPa·min-1,D正确。
3.D 平衡时气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)为78%,则x(H2)=x(I2)=11%,故HI的平衡分压为0.78p总,H2、I2的平衡分压为0.11p总,该反应的压强平衡常数Kp=≈0.02,A正确;由反应方程式2HI(g)H2(g)+I2(g)可知,反应前后气体的体积不变,故增大体系压强,平衡不发生移动,平衡常数仅是温度的函数,温度不变,平衡常数Kp不变,B正确;由题干可知,该反应正反应是一个吸热反应,故温度降低,v(正)、v(逆)均减小,平衡向逆反应方向移动,C正确;该反应是吸热反应,升高温度,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,x(HI)减小,x(H2)增大,反应重新达到平衡时,图中表示平衡的点可能分别为A、E,D错误。
4.答案 <
解析 温度升高,ln KC减小,KC减小,说明升高温度,平衡逆向移动,故升高温度,k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。
5.答案 (1)90% (2)48
解析 假设到平衡时氮气转化浓度为x mol·L-1,则有
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.5 1.5 0
改变浓度/(mol·L-1) x 3x 2x
平衡浓度/(mol·L-1) 0.5-x 1.5-3x 2x
根据压强比等于物质的量比分析,有关系式:,解得x=0.45;
(1)达到平衡时N2的转化率为×100%=90%;
(2)用压强表示该反应的平衡常数Kp==48 MPa-2。
6.A p1、p2、p3、p4是四条等压线,由图像可知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越高,甲烷的平衡转化率越小,故压强:p4>p3>p2>p1,B项正确;压强为p4、温度为1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02 mol·L-1,c(CO2)=0.02 mol·L-1,c(CO)=0.16 mol·L-1,c(H2)=0.16 mol·L-1,即平衡常数K=≈1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡,此时v(正)>v(逆),D项正确。
7.C 已知T1>T2,一定时,T1温度下,H2S的平衡转化率更高,说明温度升高,平衡正向移动,则ΔH>0,即a>0,故A错误;X、Z均在T1温度下,温度不变,平衡常数不变,故B错误;根据X点数据列三段式:
2H2S(g)2H2(g)+S2(g)
0.05 0 0
0.025 0.025 0.012 5
0.025 0.025 0.012 5
K(X)==0.012 5,故C正确;恒温恒容,通入稀有气体,各组分浓度不变,平衡不移动,则H2S的平衡转化率不变,故D错误。
8.D 根据反应Ⅰ和Ⅱ可知,反应Ⅱ的产物是CO,且ΔH2>0,温度升高该平衡正向移动,从而使CH3OH的产量变少,CO含量增加,故曲线c代表CO的选择性,曲线a表示CH3OH的选择性,同时说明ΔH1<0,曲线b表示平衡时二氧化碳的转化率。提高甲醇的选择性应该在低温条件下且CO2平衡转化率随温度升高先降低再升高,A错误;600 ℃后,升高温度对反应Ⅰ的影响程度小于反应Ⅱ,B错误;催化剂不影响平衡的移动,不可以提高CO2的平衡转化率,C错误;720 ℃时,反应Ⅰ的甲醇选择性是20%,反应Ⅱ一氧化碳的选择性是80%,二氧化碳的平衡转化率为50%;
反应Ⅰ的K===0.08,D正确。
9.答案 (1) (2)2.7×10-2
解析 (1)653 K反应达到平衡时,v正=k正·c2(NO)·c(O2)=v逆=k逆·c2(NO2),该温度下的平衡常数K= L·mol-1。(2)正反应速率v正=k正·c2(NO)·c(O2),将数据代入,计算得到v正=2.6×103×0.0062×0.290 mol·L-1·s-1≈2.7×10-2 mol·L-1·s-1。
10.答案 (1)a 相同温度下,恒压充入稀有气体反应物分压减小,平衡逆向移动
(2)
解析 (1)若保持压强不变,以x(H2)=0.675、x(N2)=0.225、x(Ar)=0.1进料,充入惰性气体,相当于减压,合成氨的平衡逆向移动,反应达平衡时氮气的转化率降低,故a曲线表示平衡时氮气的转化率与温度的结果。
(2)设充入反应物总量为1 mol,达到平衡时转化的N2的物质的量为x mol,根据三段式得
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 0.25 0.75 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 0.25-x 0.75-3x 2x
=0.2
x=
平衡时总物质的量为 mol
N2、H2、NH3的物质的量分数分别为,故平衡常数Kp= MPa-2。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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