(新高考)高考化学一轮复习讲义第7章专项特训3多平衡体系的综合分析(含解析)

专项特训3　多平衡体系的综合分析

1．相同温度下，分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应：X2(g)＋3Y2(g) 2XY3(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，实验测得反应的有关数据如下表。

下列叙述正确的是(　　)

A．对于上述反应，①②中反应的平衡常数K不同

B．①中：从开始至10 min内的平均反应速率v(X2)＝0.1 mol·L－1·min－1

C．②中：X2的平衡转化率小于10%

D．b>0.1a

答案　D

解析　①②中反应温度相同，平衡常数K相同，A项错误；①中反应放热0.1a kJ，说明10 min内X2反应了0.1 mol，物质的量浓度改变量为0.1 mol·L－1，所以其平均速率为v(X2)＝

0.01 mol·L－1·min－1，B项错误；据容器①中数据，可算出X2的平衡转化率为10%，容器②是恒温恒压，容器①是恒温恒容，容器②相当于在容器①的基础上加压，平衡右移，所以X2的转化率大于10%，容器②放出的热量比容器①多，C项错误、D项正确。

2．(2021·邢台模拟)T ℃时，在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2)，发生反应：COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)，同时还发生反应：2CO(g)2C(s)＋O2(g)，当反应达到平衡时，测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol，则该温度下CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)的平衡常数K为(　　)

A.  B．2  C.  D.

答案　D

解析　设消耗COCl2(g)的物质的量为x，

　　　　　　COCl2(g)Cl2(g)＋CO(g)

起始/mol     4         0      0

变化/mol     x         x      x

平衡/mol     4－x      x      x

　　　　　　2CO(g)2C(s)＋O2(g)，

起始/mol    x         0     0

变化/mol    1         1     0.5

平衡/mol    2         1     0.5

则x＝3 mol，

则平衡浓度：COCl2(g)为 mol·L－1，Cl2(g)为1 mol·L－1，CO(g)为 mol·L－1，则该温度下，Cl2(g)＋CO(g)COCl2(g)的平衡常数K＝＝。

3．CO2催化重整CH4的反应：(Ⅰ)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1，主要副反应：(Ⅱ)H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0，(Ⅲ)4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH3<0。

在恒容反应器中按体积分数V(CH4)∶V(CO2)＝50%∶50%充入气体，加入催化剂，测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．ΔH1＝2ΔH2－ΔH3<0

B．其他条件不变，适当增大起始时V(CH4)∶V(CO2)，可抑制副反应(Ⅱ)、(Ⅲ)的进行

C．300～580 ℃时，H2O的体积分数不断增大，是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量

D．T ℃时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则反应(Ⅰ)的平衡常数等于81

答案　B

解析　反应(Ⅰ)可由(Ⅱ)×2减去反应(Ⅲ)得到，故ΔH1＝2ΔH2－ΔH3＞0，A不正确；其他条件不变，适当增大起始时V(CH4)∶V(CO2)，根据平衡移动原理，减小反应物浓度或增加生成物浓度，平衡都逆向移动，B正确；300～580 ℃时，H2O的体积分数不断增大，反应(Ⅲ)是放热反应，升温时，平衡逆移，消耗H2O，反应(Ⅱ)是吸热反应，升温时平衡正移，生成H2O，而反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成水的量，C错误；T ℃时，CO2转化的浓度为×75%＝0.75 mol·L－1，根据三段式：

　　 　       CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)

起始/mol·L－1  1      1        0       0

转化/mol·L－1  0.75   0.75      1.5     1.5

平衡/mol·L－1  0.25   0.25      1.5     1.5

若不考虑副反应，反应(Ⅰ)的平衡常数为＝81，但由于副反应(Ⅲ)中，消耗的氢气的量比二氧化碳的多，故计算式中，分子减小的多，故平衡常数的值小于81，D错误。

4．甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p，单位为Pa)与温度(t，单位为℃)的关系如图所示。

(1)t1 ℃时，向V L恒容密闭容器中充入0.12 mol CH4，只发生反应：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，达到平衡时，测得p(C2H4)＝p(CH4)。CH4的平衡转化率为________。在上述平衡状态某一时刻，改变温度至t2 ℃，CH4以0.01 mol·L－1·s－1的平均速率增多，则t1________(填“>”“＝”或“<”)t2。

(2)在图中，t3 ℃时，化学反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的压强平衡常数Kp＝________Pa2。

答案　(1)66.7%　>　(2)104.7

解析　(1)设平衡时甲烷转化x mol，根据三段式法有：

　　　　　 2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)

起始/mol　  0.12　　　　0　　　 0

变化/mol     x                 x

平衡/mol    0.12－x             x

结合题意知0.12－x＝，解得x＝0.08，故CH4的平衡转化率为×100%≈66.7%。根据题图知，2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)为吸热反应，改变温度，甲烷的浓度增大，即平衡左移，则温度降低，即t1>t2。(2)t3℃时，该反应的压强平衡常数Kp＝＝ Pa2＝104.7 Pa2。

5．有效除去大气中的SO2和氮氧化物，是打赢蓝天保卫战的重中之重。

某温度下，N2O5 气体在一体积固定的密闭容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应)　ΔH＜0,2NO2(g)N2O4(g)(快反应)　ΔH＜0，体系的总压强p总和p(O2)随时间的变化如图所示：

(1)图中表示O2压强变化的曲线是___________________(填“甲”或“乙”)。

(2)已知N2O5 分解的反应速率v＝0.12p(N2O5) kPa·h－1，t＝10 h时，p(N2O5)＝________________________________________________________________________ kPa，

v＝________kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。

(3)该温度下2NO2(g)N2O4 (g)反应的平衡常数Kp＝____________kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。

答案　(1)乙　(2)28.20　3.38　(3)0.05

解析　(1)根据题图信息分析，随着反应的进行，氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强变化曲线。

(2)t＝10 h时，p(O2)＝12.8 kPa ，由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa ，起始压强为53.8 kPa，所以10 h时p(N2O5)＝(53.8－25.6)kPa ＝28.20 kPa ，N2O5 分解的反应速率v＝0.12p(N2O5) kPa·h－1＝0.12×28.20 kPa·h－1≈3.38 kPa·h－1。

(3)N2O5完全分解时，p(NO2)＝53.8 kPa×2＝107.6 kPa，p(O2)＝＝26.9 kPa。

　　　　　　　2NO2(g)　　N2O4 (g)

起始分压/kPa  107.6          0

改变分压/kPa  2x            x

平衡分压/kPa  107.6－2x      x

有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7 kPa，解得x＝39.8 kPa，平衡常数Kp＝ kPa－1≈0.05 kPa－1。

6．[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)。

答案　(b＋)b

解析　反应①生成的n(HI)＝体系中n(HI)＋2×体系中n(I2)＝(b＋2c) mol，反应②中生成的n(H2)＝体系中n(H2)－反应③中生成的n(H2)＝(d－c) mol，体系中n(PH3)＝反应①生成的n(PH3)－反应②中转化的n(PH3)＝[b＋2c－(d－c)] mol＝(b＋) mol，反应①的平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋)b。

7．容积均为1 L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入0.2 mol的NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，甲中NO2的相关量随时间变化如下图所示。

(1)0～3 s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是__________________________________。

(2)甲达平衡时，温度若为T ℃，此温度下的平衡常数K＝________。

(3)平衡时，K甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)K乙，p甲________p乙。

答案　(1)0～3 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响　(2)225　(3)<　>

解析　(2)到达平衡时，c(NO2)＝0.02 mol·L－1，c(N2O4)＝0.09 mol·L－1，K＝＝225。

(3)甲为绝热容器，乙为恒温容器，该反应为放热反应，则到达平衡时甲的温度高于乙，故

K甲<K乙，甲中反应正向进行的程度小于乙，气体总体积大于乙，故p甲>p乙。

8．[2021·山东，20(2)(3)]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：

回答下列问题：

(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(Kx表示以物质的量分数表示的平衡常数)，则平衡体系中B的物质的量为________mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝________。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)＝________________。

(3)为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为______(填“X”或“Y”)；t＝100 s时，反应Ⅲ的正反应速率v正______逆反应速率v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。

答案　(2)0.9α　　逆向移动　1∶10

(3)X　＜

解析　(2)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。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，则＝9.0，将该式代入上式可以求出平衡体系中B的物质的量为0.9α mol，n(A)＝0.1α mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝＝。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。根据反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0可知，平衡时n(A)∶n(B)＝1∶9，反应Ⅰ、Ⅱ生成的n(CH3OH)＝n(A)＋n(B)，所以c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。

(3)温度为353 K，反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，＝9.0。由A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化曲线可知，X代表的平衡浓度高于Y，则代表B的变化曲线为X；由曲线的变化趋势可知，100 s以后各组分的浓度仍在变化， t＝100 s时＝≈10.2>9，因此，反应Ⅲ正在向逆反应方向移动，故其正反应速率v正小于逆反应速率v逆。