2022年高考化学一轮复习讲义第7章第35讲 专项提能特训13　多平衡体系的综合分析 (含解析)

专项提能特训13　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的数值不同

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的数值相同，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．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)

起始量/mol　　0.12　　　　0　　　　0

变化量/mol    x                   x

平衡量/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，t1>t2。(2)将气体的平衡浓度换为平衡分压，可知t3℃时，该反应的压强平衡常数Kp＝＝ Pa2＝104.7 Pa2。

3．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)根据反应分析，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)分析，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。

由题可得：　　　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。

4．[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。

5．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)　ΔH<0　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)

变化物质的量浓度/(mol·L－1)  0.2　　　0.25　　　0.2　　　0.3

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＝。

6．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　(1)该反应为放热反应，故0～3 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响，导致反应速率增大。(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。