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（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义

这是一份专题五 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（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义，共15页。试卷主要包含了乙苯脱氢反应为＋H2　ΔH＞0等内容，欢迎下载使用。
1．[2019·天津，7(5)]在1 L真空密闭容器中加入a ml 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 ml，n(I2)＝c ml，n(H2)＝d ml，则t ℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。
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：
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)；eq \f(ΔH1,ΔH2)的数值范围是________(填标号)。
A．1
(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 ml 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__________ml，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．[2020·全国卷Ⅰ，28(2)(3)(4)]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)eq \(,\s\up7(钒催化剂))SO3(g) ΔH＝－98 kJ·ml－1。回答下列问题：
(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______________________________________________________________。
(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)。
(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v＝k(eq \f(α,α′)－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。
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_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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)。
(2)若T1＝T3，则α________(填“＞”“＜”或“＝”)40%，结合相关数据计算，写出推理过程：________________________________________________________________________。
2．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 ml N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 ml，N2O3为3.4 ml。则t ℃时反应①的平衡常数为________。
3．CO2催化加氢可合成乙烯，反应为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔHKc>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
(2)表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是____(填“k”“l”“m”或“n”)。
(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。
(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________ ml·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)。
4．反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.0 kJ·ml－1。在进气比eq \f(nCO2,nH2)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)。
(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__________。
(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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，eq \f(v正,v逆)＝________________。
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·ml－1
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)。
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)。
(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“>”“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。(2)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。(3)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。(4)205 ℃，反应达b点所用时间为t min，
设CO2转化了2a ml，可得
2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
起始/ml 2 6 0 0
转化/ml 2a 6a a 4a
平衡/ml 2－2a 6－6a a 4a
此时二氧化碳和乙烯体积分数相同，则2－2a＝a，a＝eq \f(2,3)，则此过程中用CO2表示的反应速率是eq \f(\f(2,3)×2,t) ml·min－1＝eq \f(4,3t) ml·min－1；平衡时二氧化碳、氢气、乙烯、水分别为eq \f(2,3) ml、2 ml、eq \f(2,3) ml、eq \f(8,3) ml，总的物质的量为6 ml，若平衡时b点总压为p，则平衡常数Kp＝eq \f(\f(1,9)p×\f(4,9)p4,\f(1,9)p2×\f(1,3)p6)。
4．(1)反应温度相同，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) (2)TE＝TG KE＝KG＝1 (3)> 4
解析 (2)在E点时eq \f(nCO2,nH2)＝1，CO2的平衡转化率为50%，根据三段式得
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
始/ml·L－1 1 1 0 0
转/ml·L－1 0.5 0.5 0.5 0.5
平/ml·L－1 0.5 0.5 0.5 0.5
KE＝eq \f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝eq \f(0.5×0.5,0.5×0.5)＝1；
在G点时eq \f(nCO2,nH2)＝1.5，CO2的平衡转化率为40%，根据三段式得
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
始/ml·L－1 1.5 1 0 0
转/ml·L－1 0.6 0.6 0.6 0.6
平/ml·L－1 0.9 0.4 0.6 0.6
KG＝eq \f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝eq \f(0.6×0.6,0.9×0.4)＝1。
平衡常数只与温度有关，温度相等平衡常数相等，故TE＝TG。(3)反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.0 kJ·ml－1，该反应为吸热反应，当eq \f(nCO2,nH2)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eq \f(nCO2,nH2)＝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/ml·L－1 1 1 0 0
转/ml·L－1 0.75 0.75 0.75 0.75
平/ml·L－1 0.25 0.25 0.75 0.75
K＝eq \f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝eq \f(0.75×0.75,0.25×0.25)＝9，
则K＝eq \f(xCO·xH2O,xCO2·xH2)＝eq \f(k正,k逆)＝9。
当CO2的转化率刚好达到60%时，
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
始/ml·L－1 1 1 0 0
转/ml·L－1 0.6 0.6 0.6 0.6
平/ml·L－1 0.4 0.4 0.6 0.6
eq \f(v正,v逆)＝eq \f(k正xCO2·xH2,k逆xCO·xH2O)＝9×eq \f(0.4×0.4,0.6×0.6)＝4。
5．(1)a (2)< (3)eq \f(450,53)
解析 (1)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。(2)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)