高考化学一轮复习讲练 第7章 专项提能特训15　多平衡体系的综合分析 (含解析)

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专项提能特训15　多平衡体系的综合分析
1．CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg 与温度(t)的关系曲线如图。下列说法正确的是(　　)

A．通过增高反应炉的高度，延长矿石和CO接触的时间，能减少尾气中CO的含量
B．CO不适宜用于工业冶炼金属Cr
C．CO还原PbO2的反应ΔH＞0
D．工业冶炼金属Cu时，高温有利于提高CO的转化率
答案　B
解析　A项，增高反应炉的高度，增大CO与铁矿石的接触时间，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，错误；B项，由图像可知用CO冶炼金属铬时，lg 一直很大，说明CO转化率很低，不适宜，正确；C项，由图像可知CO还原PbO2的温度越高lg 越大，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故ΔH＜0，错误；D项，由图像可知用CO冶炼金属铜时，温度越高lg 越大，故CO转化率越低，错误。
2．将1 mol N2O5置于2 L密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①2N2O5(g)2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)2NO2(g)。达到平衡时，c(O2)＝0.2 mol·L－1，c(NO2)＝0.6 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　)
A．3.2 B．0.2 C. D.
答案　B
解析　N2O5分解得到N2O4部分转化为NO2(g)，平衡时c(O2)＝0.2 mol·L－1，c(NO2)＝0.6 mol·
L－1，则平衡时c(N2O4)＝2c(O2)－c(NO2)＝0.2 mol·L－1×2－×0.6 mol·L－1＝0.1 mol·L－1，平衡时c(N2O5)＝－2c(O2)＝0.5 mol·L－1－0.2 mol·L－1×2＝0.1 mol·L－1，故反应①的平衡常数K＝＝＝0.2。
3．(2019·原创)甲烷制取氢气的反应方程式为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，在三个容积均为1 L的恒温恒容密闭容器中，按表中起始数据投料(忽略副反应)。甲烷的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。
容器
起始物质的量/mol
CH4的平衡转化率
CH4
H2O
CO
H2
Ⅰ
0.1
0.1
0
0
50%
Ⅱ
0.1
0.1
0.1
0.3
/
Ⅲ
0
0.1
0.2
0.6
/


下列说法正确的是(　　)
A．起始时，容器Ⅱ中甲烷的正反应速率大于甲烷的逆反应速率
B．该反应为吸热反应，压强：p2＞p1
C．达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ中CO的物质的量满足：n(CO)Ⅱ＜n(CO)Ⅰ
D．达到平衡时，容器Ⅱ、Ⅲ中总压强：pⅡ＞pⅢ
答案　B
解析　A项，根据容器Ⅰ中反应数据计算平衡常数K＝＝0.067 5，依据容器Ⅱ中起始物质的量可以计算出浓度商Q＝＝0.27>K，所以起始时，容器Ⅱ中甲烷的正反应速率小于甲烷的逆反应速率；B项，随着温度升高甲烷的平衡转化率增大，说明升温使平衡右移，正反应为吸热反应；由于正反应是气体体积增大的反应，加压使平衡左移，所以p2>p1；C项，根据勒夏特列原理和等效平衡模型分析，Ⅱ中起始物质的量相当于两份Ⅰ中起始物质的量合并压缩，虽然平衡逆向移动，但最终平衡时一氧化碳的物质的量仍比Ⅰ多；D项，Ⅲ中相当于在Ⅱ中达到平衡后，又加入了0.1 mol H2O(g)，平衡正向移动，气体的总物质的量增大，所以平衡后总压强一定会比Ⅱ中大。
4．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：
反应Ⅰ：2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0
v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；
反应Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0　v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。
(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝__________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应Ⅰ的活化能EⅠ____________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数__________(填“大于”“小于”或“等于”)k2逆增大的倍数。
答案　(1)　<　(2)小于
解析　(1)由反应达平衡状态，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正·v2正＝v1逆·v2逆，即k1正·c2(NO)·k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)·k2逆·c2(NO2)，则有：K＝＝；因为决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)速率的是反应Ⅱ，所以反应Ⅰ的活化能EⅠ远小于反应Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)为放热反应，温度升高，反应Ⅰ、Ⅱ的平衡均逆向移动，由于反应Ⅰ的速率大，导致c(N2O2)减小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，即k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数小于k2逆增大的倍数。
5．[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。
6．氨催化氧化时会发生如下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。
4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　Ⅰ
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0　Ⅱ
为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的物质的量与温度的关系如图所示。

(1)该催化剂在低温时选择反应________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)520 ℃时，4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝________(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)。
(3)C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是___________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)Ⅱ　(2)　(3)该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应方向)移动
解析　(1)由图示可知低温时，容器中主要产物为N2，则该催化剂在低温时选择反应Ⅱ。
(2)两个反应同时进行
反应Ⅰ　　　 4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)
变化物质的量 0.2　　　0.25　　　0.2　　 0.3
浓度(mol·L－1)
反应Ⅱ　　　 4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
变化物质的量浓度(mol·L－1) 0.4　 0.3　　 0.2　 0.6
平衡物质的量浓度(mol·L－1) 0.4　　 1.45　　 0.2　 0.9
故520 ℃时4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝。
(3)已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH<0，正反应是放热反应，当反应达到平衡后，温度升高，平衡向左(逆反应方向)移动，导致NO的物质的量逐渐减小，即C点比B点所产生的NO的物质的量少。