2022年高考化学一轮复习每日一练 第7章微题型58化学平衡常数和转化率的计算

这是一份2022年高考化学一轮复习每日一练 第7章微题型58化学平衡常数和转化率的计算，共11页。试卷主要包含了乙苯催化脱氢制苯乙烯反应等内容，欢迎下载使用。

1．(2020·江西高三月考)一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应：PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)。下列说法错误的是( )
A.反应达到平衡时，容器Ⅰ中eq \f(cCl2,cPCl3)比容器Ⅱ中的小
B．反应达到平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为34
C．反应达到平衡时，容器Ⅲ中Cl2的体积分数小于eq \f(1,3)
D．反应达到平衡时，容器Ⅲ中0.4 ml·L－12．(2020·开鲁县第一中学高三月考)已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)，在不同的温度下该反应的平衡常数值分别为
下列有关叙述不正确的是( )
A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．如果在一定体积的密闭容器中加入CO2和H2各1 ml，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为0.4 ml时，该反应为平衡状态
D．某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：eq \f(cCO2,3cCO)＝eq \f(cH2O,5cH2)，判断此时的温度是1 000 ℃
3．(2020·济南大学城实验高级中学高三月考)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：(g)eq \(,\s\up7(催化剂)) (g)＋H2(g)。
(1)维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数Kc＝____或Kp＝________(用α等符号表示，Kc为用浓度表示的平衡常数，Kp为用压强表示的平衡常数)。
(2)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺——乙苯­二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2＋H2===CO＋H2O，CO2＋C===2CO。新工艺的特点有________(填序号)。
①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气，可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利于CO2资源利用
(3)综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。
①Li4SiO4可用于富集得到高浓度CO2。原理是：在500 ℃，低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐；平衡后加热至700 ℃，反应逆向进行，放出高浓度CO2，Li4SiO4再生。700 ℃时反应的化学方程式为___________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
②工业电解生成的合成气CO和H2在催化剂作用下发生如下反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入1.2 ml CO和1.0 ml H2，达到平衡时容器体积为2 L，且含有0.4 ml CH3OH(g)。此时向容器中再通入0.35 ml CO气体，则此平衡将________(选填“正向”“不”或“逆向”)移动。
命题角度2 转化率的相关计算
4．(2020·四川省绵阳第一中学高三开学考试)在4 L密闭容器中充入6 ml A气体和5 ml B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋xD(g)，达到平衡时，生成了2 ml C，经测定，D的浓度为0.5 ml·L－1，下列判断正确的是( )
A．x＝1
B．B的转化率为20%
C．平衡时A的浓度为1.50 ml·L－1
D．达到平衡时，在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的85%
5．(2020·天津耀华中学高三月考)在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：
下列说法正确的是( )
A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 ml，则0～5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2 ml·L－1·min－1
B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0
C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
D．实验④中，达到平衡时，b＞0.060
6．(2020·安徽高三开学考试)在一定温度下，反应eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)X2(g)HX(g)的平衡常数为10，若将1.0 ml的HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于( )
A．5% B．17% C．25% D．33%
命题角度3 化学平衡题中基于图表数据的相关计算
7．(2020·黑龙江双鸭山一中高三月考)向密闭容器中充入物质的量浓度均为0.1 ml·L－1的CH4和CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图，下列说法不正确的是( )
A．平衡时CO与H2的物质的量之比为1∶1
B．p1、p2、p3、p4由小到大的顺序为p1C．1 100 ℃，p4条件下，该反应10 min时达到平衡点X，则v(CO2)＝0.008 ml·L－1·min－1
D．随着温度升高，CH4的转化率减小
8．(2020·江苏如皋高三月考)消除含氮化合物的污染是环境保护的重要研究课题。
(1)一定条件下，某反应过程中的物质和能量变化如图所示(a、b均大于0)。
①该反应的热化学方程式为______________________________________________________。
②2 000 ℃时，向容积为2 L的密闭容器中充入10 ml N2与5 ml O2，达到平衡后NO的物质的量为2 ml。该温度下，若开始时向上述容器中充入的N2与O2均为1 ml，则达到平衡后N2的转化率为________。
(2)NO2与CO在催化剂条件下的反应为4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)，下列能说明该反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A．CO2(g)和N2(g)的比例保持不变
B．恒温恒容，混合气体的颜色不再变化
C．恒温恒压，气体的体积不再变化
D．v正(NO2)＝2v正(N2)
9．(2020·天津耀华中学高三月考)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，工业合成氨的简式流程图如下：
(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，写出足量的H2S与氨水反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下：
①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ· ml－1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH＝－41.2 kJ· ml－1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，又能加快反应速率的措施是________________________________________________________________________。
a．升高温度 b．增大水蒸气浓度
c．加入催化剂 d．降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 ml CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 ml CO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为________。
(3)下图表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算H2的平衡体积分数________。
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在下图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图：
(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是________(填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法___________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案精析
1．B [由容器Ⅰ中数据可求得该温度下反应的化学平衡常数为0.2。设容器Ⅱ中平衡时三氯化磷为x ml·L－1，由题给数据可建立如下三段式：
PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)
起/(ml·L－1) 0.6 0 0.2
变/(ml·L－1) x x x
平/(ml·L－1) 0.6－x x 0.2＋x
温度不变，化学平衡常数不变，由化学平衡常数公式可得关系式eq \f(x0.2＋x,0.6－x)＝0.2，解得x＝0.2，则容器Ⅱ中eq \f(cCl2,cPCl3)＝eq \f(0.4 ml·L－1,0.2 ml·L－1)＝2，则反应达到平衡时，容器Ⅰ中eq \f(cCl2,cPCl3)比容器Ⅱ中的小，故A正确；由容器中压强之比等于物质的量之比可知，反应达到平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为(0.6 ml·L－1×1 L)∶(1.0 ml·L－1×1 L)＝3∶5，故B错误；该反应是气体体积增大的反应，由题给数据可知，容器Ⅲ相当于容器Ⅰ增大压强，平衡向逆反应方向移动，氯气的体积分数减小，则反应达到平衡时，容器Ⅲ中氯气的体积分数小于eq \f(1,3)，故C正确；由题给数据可知，该反应向正反应方向进行，反应达到平衡时，五氯化磷的浓度小于0.8 ml·L－1，该反应是气体体积增大的反应，容器Ⅲ相当于容器Ⅰ压强增大1倍，平衡向逆反应方向移动，反应达到平衡时，五氯化磷的浓度比容器Ⅰ中的2倍要大，大于0.4 ml·L－1，则反应达到平衡时，容器Ⅲ中0.4 ml·L－12．C [化学反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)，平衡常数是生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值，故反应物是一氧化碳和水，生成物是二氧化碳和氢气，反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，故A正确；由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以该反应的正反应是放热反应，故B正确；
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始量(ml) 0 0 1 1
变化量(ml) 0.4 0.4 0.4 0.4
5 min后(ml) 0.4 0.4 0.6 0.6
反应前后气体的体积不变，可以用物质的量代替物质的量浓度计算，故Q＝eq \f(0.6×0.6,0.4×0.4)＝2.25＞1,830 ℃时Q不等于K，说明反应未达到平衡，故C错误；某温度下，如果平衡浓度符合关系式eq \f(cCO2,3cCO)＝eq \f(cH2O,5cH2)，则K＝eq \f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝0.6，对照平衡常数可知温度是1 000 ℃，故D正确。]
3．(1)eq \f(nα2,1－α2V) eq \f(α2p,1－α2) (2)①②③④ (3)①Li2CO3＋Li2SiO3eq \(=====,\s\up7(700 ℃))CO2↑＋Li4SiO4 ②逆向
解析 (1)根据阿伏加德罗定律的推论，总压强p相同时，V1∶V2＝n1∶n2，乙苯的转化率为α，由此可得：V∶V反应后＝n∶(n＋nα)，解得V反应后＝(1＋α)V，则平衡时，乙苯的浓度为eq \f(n1－α,1＋αV)、苯乙烯和氢气的浓度为eq \f(nα,1＋αV)，平衡常数Kc＝eq \f(\f(nα,1＋αV)×\f(nα,1＋αV),\f(n1－α,1＋αV))＝eq \f(nα2,1－α2V)，容器中氢气和苯乙烯的物质的量为αn，乙苯的物质的量为(1－α)n，气体的总物质的量为(1＋α)n，则氢气和苯乙烯的分压为eq \f(αp,1＋α)，乙苯的分压为eq \f(1－αp,1＋α)，因此Kp＝eq \f(\f(αp,1＋α)×\f(αp,1＋α),\f(1－αp,1＋α))＝eq \f(α2p,1－α2)。(2)①二氧化碳与氢气反应，使生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，故正确；②由题意可知，制备时不需要提供高温水蒸气，可降低能量消耗，故正确；③二氧化碳可以与有机物分解产生的碳反应生成一氧化碳，减少积炭，故正确；④制备过程中需要消耗二氧化碳，此有利于二氧化碳资源的利用，故正确。(3)①由题意可知，在500 ℃，低浓度CO2与Li4SiO4接触后，CO2与Li4SiO4反应生成碳酸锂和硅酸锂，加热至700 ℃，Li2CO3与Li2SiO3反应生成CO2和Li4SiO4,700 ℃时反应的化学方程式为Li2CO3＋Li2SiO3eq \(=====,\s\up7(700 ℃))CO2↑＋Li4SiO4。
②由平衡时生成0.4 ml CH3OH(g)可建立如下三段式：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起(ml) 1.2 1 0
变(ml) 0.4 0.8 0.4
平(ml) 0.8 0.2 0.4
由三段式数据可知，平衡时三种物质的浓度分别为0.4 ml·L－1、0.1 ml·L－1、0.2 ml·L－1，该反应的化学平衡常数K＝eq \f(0.2,0.4×0.12)＝50，若此时向容器中再通入0.35 ml CO气体，由V1∶V2＝n1∶n2可得此时容器的体积为eq \f(2 L×1.4＋0.35 ml,1.4 ml)＝2.5 L，此时三种物质的浓度分别变为0.46 ml·L－1、0.08 ml·L－1、0.16 ml·L－1，浓度商Q＝eq \f(0.16,0.46×0.082)≈54＞K，则平衡向逆反应方向移动。
4．B [由题给信息可知x＝2，A错误；B的转化率为eq \f(1 ml,5 ml)×100%＝20%，B正确；平衡时A的浓度为eq \f(3 ml,4 L)＝0.75 ml·L－1，C错误；该反应前后气体的总物质的量不变，则压强不变，D错误。]
5．C [实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 ml，浓度是0.005 ml·L－1，根据反应的化学方程式可知，同时生成的N的物质的量浓度也是0.005 ml·L－1，因此0～5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝eq \f(0.005 ml·L－1,5 min)＝1.0×10－3 ml·L－1·min－1，A项错误；实验②中，平衡时M的浓度是0.008 ml·L－1，同时生成的N的浓度是0.008 ml·L－1，消耗X与Y的浓度均是0.008 ml·L－1，因此平衡时X和Y的浓度分别为0.01 ml·L－1－0.008 ml·L－1＝0.002 ml·L－1,0.04 ml·L－1－0.008 ml·L－1＝0.032 ml·L－1，因此反应的平衡常数K＝eq \f(0.008×0.008,0.002×0.032)＝1，B项错误；根据反应的化学方程式可知，如果X的转化率为60%，则
X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)
起始浓度/(ml·L－1) 0.020 0.030 0 0
转化浓度/(ml·L－1) 0.012 0.012 0.012 0.012
平衡浓度/(ml·L－1) 0.008 0.018 0.012 0.012
温度不变，平衡常数不变，则K＝eq \f(0.012×0.012,0.008×0.018)＝1，即反应达到平衡状态，因此最终平衡时X的转化率为60%，C项正确；700 ℃时，
X(g) ＋ Y(g)M(g) ＋ N(g)
起始浓度/( ml·L－1) 0.040 0.010 0 0
转化浓度/( ml·L－1) 0.009 0.009 0.009 0.009
平衡浓度/( ml·L－1) 0.031 0 0.001 0.009 0.009
则该温度下平衡常K＝eq \f(0.009×0.009,0.031×0.001)＝2.6＞1，这说明升高温度平衡常数减小，即平衡向逆反应方向移动，因此正方应是放热反应。若容器④中温度也是800 ℃，由于反应前后体积不变，则与③相比④平衡是等效的，因此最终平衡时M的物质的量b＝0.5a＝0.06。当温度升高到900 ℃时平衡向逆反应方向移动，因此b＜0.060，D项错误。]
6．B [由一定温度下，反应eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)X2(g)HX(g)的平衡常数为10，则相同条件下HX分解的化学反应的平衡常数为eq \f(1,10)，设HX分解的物质的量为x，则
HX(g)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)X2(g)
开始/(ml·L－1) 1.0 0 0
转化/(ml·L－1) x eq \f(x,2) eq \f(x,2)
平衡/(ml·L－1) (1－x) eq \f(x,2) eq \f(x,2)
故eq \f(\f(x,2)\f(1,2)×\f(x,2)\f(1,2),1－x)＝eq \f(1,10)，解得x＝0.17 ml，
该温度时HX(g)的最大分解率为eq \f(0.17 ml,1.0 ml)×100%＝17%。]
7．D [因为生成物CO与H2的物质的量按1∶1生成，所以平衡时CO与H2的物质的量之比为1∶1，A正确；由图可知，温度一定时，甲烷的转化率α(p1)＞α(p2)＞α(p3)＞α(p4)，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应进行，甲烷的转化率降低，故压强p4＞p3＞p2＞p1，B正确；由图可知，压强为p4、1 100 ℃的条件下，达到平衡X点时甲烷的转化率为80%，甲烷的浓度变化量为0.1 ml·L－1×80%＝0.08 ml·L－1，则：
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
起始浓度/ml·L－1) 0.1 0.1 0 0
转化浓度/ml·L－1 0.08 0.08 0.16 0.16
平衡浓度/ml·L－1 0.02 0.02 0.16 0.16
故v(CO2)＝eq \f(Δc,Δt)＝eq \f(0.08 ml·L－1,10 min)＝0.008 ml·L－1·min－1，C正确；由图可知，压强相同时，温度越高，CH4的平衡转化率越大，D错误。]
8．(1)①N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝(a－b) kJ· ml－1 ②14.3%(eq \f(1,7)) (2)BC
解析 (1)①由图可知，该反应的反应物总能量小于生成物的总能量，属于吸热反应，且ΔH＝(a－b)kJ· ml－1，所以热化学方程式：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝(a－b) kJ· ml－1。
②由N2(g)＋O2(g)===2NO(g)可知，2 000 ℃时，向容器中加入N2的浓度为5 ml·L－1，加入氧气的浓度为2.5 ml·L－1，达到平衡后NO的浓度为1 ml·L－1，N2的浓度为4.5 ml·L－1，氧气的浓度为2 ml·L－1，所以该温度下的平衡常数K＝eq \f(12,2×4.5)＝eq \f(1,9)，若开始时向上述容器中充入的N2与O2的浓度均为0.5 ml·L－1，设达到平衡时NO的浓度为2x ml·L－1，则N2的浓度为(0.5－x) ml·L－1，氧气的浓度为(0.5－x) ml·L－1，所以eq \f(2x2,0.5－x×0.5－x)＝eq \f(1,9)，解得x＝eq \f(0.5,7)，所以达到平衡后N2的转化率＝eq \f(\f(0.5,7),0.5)＝eq \f(1,7)。(2)由4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)可知CO2(g)和N2(g)的比例始终保持不变，不能作为判断达到化学平衡状态的依据，故A不符合题意；由4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)反应可知，恒温恒容，混合气体的颜色不再变化说明NO2(g)浓度不在变化，能作为判断达到化学平衡状态的依据，故B符合题意；由4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)反应可知，恒温恒压，气体的体积不再变化，说明各物质的浓度不再变化，能作为判断达到化学平衡状态的依据，故C符合题意；由4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)反应可知，v正(NO2)＝2v正(N2)都表示正反应速率，不能作为判断达到化学平衡状态的依据，故D不符合题意。
9．(1)NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O (2)a 90%
(3)36% (4) (5)Ⅳ 对原料气加压：分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用
解析 (1)硫化氢和氨水反应生成硫氢化铵，化学方程式为NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O。(2)升高温度，反应速率增大，平衡正向移动，平衡体系中氢气的百分含量增大，故a正确；增大水蒸气浓度，平衡正向移动，反应速率增大，但平衡体系中氢气的百分含量不一定增大，故b错误；加入催化剂，反应速率增大，但平衡不移动，氢气的百分含量不变，故c错误；降低压强，反应速率减慢，平衡逆向移动，氢气的百分含量减小，故d错误。
CO(g) ＋ H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始量/ml 0.2 y 0 0.8
改变量/ml x x x x
平衡量/ml 0.2－x y－x x 0.8＋x
有0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，x＝0.18，一氧化碳的转化率为eq \f(0.18,0.2)×100%＝90%。
(3)N2＋3H22NH3 ΔV
1 3 2 2
平衡体积 V V
即反应前后气体体积减小为生成氨气的体积，相同条件下，气体体积比等于气体物质的量之比，由图像分析，平衡状态时氨的体积含量为52%，设平衡混合气体体积为100，则氨的体积为52，则反应前气体体积为100＋52＝152，氮气和氢气按照1∶3混合，氢气的气体为152×eq \f(3,4)＝114，根据化学方程式计算反应的氢气的体积为78，平衡时氢气的体积为114－78＝36，则氢气的体积分数为36%。(4)一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，开始体系中没有氨，随着反应进行氨的物质的量增加，但随温度不断升高，反应达到平衡后会逆向移动，所以氨的物质的量又逐渐较小，即NH3物质的量变化如图。
(5)分析流程，合成氨放热通过Ⅳ热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度，提高合成氨原料总转化率，依据平衡移动原理分析，分离出氨促进平衡正向进行，把平衡混合气体中氮气和氢气重新循环使用，提高原料利用率。
容器编号
物质的起始浓度/(ml·L－1)
物质的平衡浓度/(ml·L－1)
c(PCl5)
c(PCl3)
c(Cl2)
c(Cl2)
Ⅰ
0.4
0
0
0.2
Ⅱ
0.6
0
0.2
Ⅲ
0.8
0
0
T/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/ml
平衡时物质的量/ml
n(X)
n(Y)
n(M)
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.10
0.40
0.080
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b