1、2022年高考化学二轮（化学反应原理）专题板块二 化学反应速率与化学平衡第五讲 化学平衡解题策略1.(1)按投料比21把SO2和O2加入一密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),测得平衡时SO2的转化率与温度T、压强p的关系如图甲所示:A、B两点对应的平衡常数大小关系为KA_(填“”“”“”或“=”)B。【解析】(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应放热,压强一定时,温度越低,SO2的转化率越大,所以T1KB;温度为T1时D点SO2的转化率大于平衡转化率,所以反应需要逆向移动达到平衡,即vD正B。答案:(1)2.全球碳计划组织(GCP,The Global Ca
2、rbon Project)报告称,2018年全球碳排放量约371亿吨,达到历史新高。(1)中科院设计了一种新型的多功能复合催化剂,实现了CO2直接加氢制取高辛烷值汽油,其过程如图1所示。已知:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H=+41 kJmol -12CO2(g)+6H2(g)4H2O(g)+CH2CH2(g)H=-128 kJmol -1则上述过程中CO和H2转化为CH2CH2的热化学方程式是_。下列有关CO2转化为汽油的说法,正确的是_(填标号)。A.该过程中,CO2转化为汽油的转化率高达78%B.中间产物Fe3C2的生成是实现CO2转化为汽油的关键C.在Na-Fe3O4
3、上发生的反应为CO2+H2CO+H2OD.催化剂HZSM-5可以提高汽油中芳香烃的平衡产率若在一容器中充入一定量的CO2和H2,加入催化剂恰好完全反应,且产物只生成C5以上的烷烃类物质和水。则起始时CO2和H2的物质的量之比不低于_。(2)研究表明,CO2和H2在一定条件下可以合成甲醇。反应方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H”“”或“=”)。若容器容积保持不变,则不能说明该反应达到化学平衡状态的是_。a.c(CO2)与c(H2)的比值保持不变b.v(CO2)正=v(H2O)逆c.体系的压强不再发生变化d.混合气体的密度不变e.有1 mol CO2生成的同时有断开
4、3 mol 的HH键f.气体的平均相对分子质量不变已知容器内的起始压强为100 kPa,若图2中c点已达到平衡状态,则该温度下反应的平衡常数Kp=_(只列出计算式,不要求化简,Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压物质的量分数)。【解析】(1)已知:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H=+41 kJmol -1,2CO2(g)+6H2(g)4H2O(g)+CH2CH2(g)H=-128 kJmol -1,根据盖斯定律-2得:2CO(g)+4H2(g)CH2CH2(g)+2H2O(g)H=-128 kJmol -1-(+41 kJmol -1)2=-210 kJ mol -1,故热
5、化学方程式为2CO(g)+4H2(g)CH2CH2(g)+2H2O(g)H=-210 kJ mol -1。由图示分析78%并不是表示CO2转化为汽油的转化率,故A错误;中间产物Fe3C2是无机物转化为有机物的中间产物,是转化的关键,故B正确;根据图1所示,在Na-Fe3O4上发生的反应应为CO2生成CO的反应,氢气未参加反应,故C错误;催化剂HZSM-5的作用是加快反应速率,对平衡产率没有影响,故D错误。烷烃的通式为CnH2n+2,假设只生成C6H14和水,则根据原子守恒知:6 mol CO2恰好完全反应生成1 mol C6H14和12 mol H2O需要的H2的物质的量为1mol14+12m
6、ol22=19 mol ,所以CO2和H2的物质的量之比不低于6 mol19 mol=619。(2)该反应为放热反应,H0,根据方程式知:S0,根据G=H-TS,若Gv逆。c(CO2)与c(H2)初始时比值为13,所以按照化学计量数13反应后,比值始终保持不变,不能说明该反应达到平衡,故a选;根据化学计量数之比知:v(CO2)正=v(H2O)正=v(H2O)逆,正逆反应速率相等,则说明已经达到平衡,故b不选;该反应为气体减小的反应,所以当体系的压强不再发生变化,说明反应物和生成物浓度保持不变,能说明达到平衡状态,故c不选;根据质量守恒原理知,反应前后总质量始终不变,且容器体积不变,则混合气体的
7、密度始终不变,所以气体密度不变不能说明达到平衡,故d选;断开3 mol 的HH键时说明有3 mol 氢气消耗,则应该消耗1 mol CO2,则CO2的浓度保持不变,能说明达到平衡状态,故e不选;f.反应前后气体的物质的量减小,质量保持不变,则气体的平均相对分子质量应增大,若不变,说明达到平衡状态,故f不选。c点时CO2的转率为80%,则反应掉1 mol 80%=0.8 mol ,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始(mol) 1 3 0 0变化(mol)0.82.4 0.8 0.8平衡(mol)0.20.6 0.8 0.8起始状态容器中气体总物质的量1 mol+3 mo
8、l=4 mol,平衡时容器中气体总物质的量为0.2 mol+0.6 mol+0.8 mol+0.8 mol=2.4 mol,容器体积不变,起始压强为100 kPa,则平衡时总压强为100 kPa2.4mol4mol=60 kPa,根据分压=总压物质的量分数,计算得:Kp=p(H2O)p(CH3OH)p(CO2)p3(H2)=6013601360112(6014)3。答案:(1)2CO(g)+4H2(g)CH2CH2(g)+2H2O(g)H=-210 kJmol -1B619(2)低温Aad6013601360112(6014)33.(1)一定条件下,密闭容器中发生反应COS(g)+H2O(g)
9、H2S(g)+CO2(g),其中COS(g)的平衡转化率()与温度(T)的关系如图1所示。则A、B、C三点对应的状态中,v(COS)=v(H2S)的是_。(填标号)(2)反应COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)的正、逆反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图2所示,其中表示逆反应的平衡常数(K逆)的是_(填“A”或“B”)。T1 时,向容积为10 L的恒容密闭容器中充入2 mol COS(g)和1 mol H2(g),发生反应,COS的平衡转化率为_。已知反应中相关的化学键键能数据如表:化学键HHCO(COS)CSHSCOE/kJmol -14367455803391 076【解
10、析】(1)根据化学反应平均速率公式判断,COS和H2S的化学计量数相等,二者化学反应速率相等,在整个反应中,始终有v(COS)=v(H2S),因此A、B、C三点对应的状态中,v(COS)=v(H2S)的是ABC。(2)反应的焓变H2=E(CO)+E(CS)+E(HH)-2E(HS)-E(CO)=7 kJmol-1,正反应吸热,随着温度升高,有利于正反应进行,化学平衡常数增大,则A是正反应化学平衡常数,B为逆反应化学平衡常数,根据图象,T1 时,正逆反应的化学平衡常数相等,向容积为10 L的恒容密闭容器中充入2 mol COS(g)和1 mol H2(g),发生反应,由于正逆反应的化学平衡常数相
11、等,则K正=K逆=1,设反应转化了x molL-1的COS,则有:COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)起始/molL-10.2 0.1 0 0转化/molL-1x x x x平衡/molL-1 0.2-x0.1-x x x则K=c(H2S)c(CO)c(H2)c(COS)=x2(0.2-x)(0.1-x)=1,可得x=115,则COS的平衡转化率为=115molL-10.2molL-1100 %33.3%。答案:(1)ABC(2)B33.3%4.在四个恒容密闭容器中充入相应量的气体(图甲),发生反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)H,容器、中N2O的平衡转化率如图乙所示:(1
12、)该反应的H_(填“”或“”“0。(2)根据题给图象可知,同一温度下,从、变化中,一氧化二氮的转化率减小,因此中一氧化二氮转化率也是减小;容器的体积为1 L,容器中的物质也在470 下进行反应,则缩小体积,压强增大,平衡向逆方向移动,即起始反应速率:v正(N2O)(2)”“”“”或“=”);C点的平衡常数K=。答案: (1)-90.2(2)ABDCD不变48解析:(1)已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H=-49.0 kJmol-1;2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566 kJmol-1;2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H=-483.6 kJmol
13、-1;2+-得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),故H=-49.02+(-566)-(-483.6) kJmol-1=-90.2 kJmol-1。(2)由于恒容时,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是一个气体分子数减小的反应,所以甲醇的体积分数保持不变,可以说明反应达到平衡状态,A项正确;由于恒容时,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是一个气体分子数减小的反应,所以容器内的总压强保持不变,可以说明反应达到平衡状态,B项正确;由于混合气体质量不变,容器容积不变,所以混合气体密度保持不变,不能说明反应达到平衡状态,C项错误;由于反应前后气体分子数不相等,质量相等,所以混合
14、气体的平均摩尔质量保持不变,可以说明反应达到平衡,D项正确。达平衡时,保持温度不变,容器体积扩大一倍,各组分浓度均减小,分压也减小,平衡向逆反应方向移动,A项错误;达平衡时,所有组分浓度均减小,B项错误;平衡常数只与温度有关,C项正确;平衡向左移动,CO物质的量增大,D项正确。恒容时充入惰性气体,各组分分压并未改变,因此CO、CH3OH的浓度之比将不变;从BD,甲醇的体积分数减小,说明要达到D点平衡向左移动,所以p3p1;从ED,甲醇体积分数减小,说明要达到D点平衡,逆反应速率比正反应速率大,故v(正)v(逆);C点平衡常数计算,设达到平衡时CO反应了x mol,列“三段式”计算:CO(g)+
15、2H2(g)CH3OH(g)初始/mol120反应/molx2xx平衡/mol1-x2-2xx平衡时甲醇的体积分数为50%,则100%=50%,x=0.75,K=48。7.丙烯是合成材料的重要原料,丙烷脱氢制取丙烯是目前常用方法之一。丙烷脱氢制丙烯的主要反应如下:直接裂解:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)H=+124 kJmol-1氧气氧化脱氢:2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g) H=-235 kJmol-1回答下列问题:(1)目前直接裂解是丙烷脱氢制取丙烯的常用方法。直接裂解时,下列条件有利于提高C3H8平衡转化率的是(填标号)。 A.高温低压B.低温高压C
16、.高温高压D.低温低压(2)“氧气氧化脱氢”相比于“直接裂解”的优点是(列举1点)。(3)一定压强下,向一恒容密闭容器中充入1 mol C3H8和1 mol CO2,平衡时各物质的物质的量与温度的关系如图所示;在500800 K之间,主要发生的反应为;823 K以上主要发生的反应为。一定压强下,向一密闭容器中充入一定量的C3H8和CO2发生反应:CO2(g)+C3H8(g)C3H6(g)+CO(g)+H2O(g)H。C3H8的平衡转化率在不同投料比m=下与温度的关系如图所示:H(填“”)0;投料比从小到大的顺序为。(4)丙烷分别在0.1 MPa和p2 MPa直接裂解,反应达到平衡时,丙烷和丙烯
17、的物质的量分数随温度的变化关系如图所示:压强p2(填“”)0.1;D为(填化学式);a点温度下裂解反应的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。答案: (1)A(2)氧气氧化脱氢为放热反应,耗能少(3)3CO2+C3H86CO+4H2C3H8C3H6+H2m3m2m1(4)0;相同温度下,当C3H8的量不变时,增大CO2的量平衡正向移动,C3H8的平衡转化率增大,所以m越大,C3H8的平衡转化率越大,则m3m2m1。(4)丙烷直接裂解反应为气体分子数增多的反应,增大压强平衡逆向移动,C3H8增多,所以p2p2p1反应、是气体分子数目增大的反应,减小压强平衡正向移动
18、,n(H2)增加的程度大于n(CO)升高温度平衡、均正向移动,TTm后,对反应的促进作用更大,n(CO)增加的更多AC解析:(1)根据盖斯定律,反应=-,则H4=H2-H3=+247.3 kJmol-1-206.1 kJmol-1=+41.2 kJmol-1。(2)通入2 mol CH4(g)、1 mol CO2(g)、1 mol H2O(g)和适量O2(g),达到平衡时,容器中CH4(g)为a mol,CO2(g)为b mol,H2O(g)为c mol,设H2(g)的物质的量为x mol,CO(g)的物质的量为y mol,由C、H原子守恒可得:,解得x=5-2a-c,y=3-a-b,即n(H
19、2)=(5-2a-c) mol,n(CO)=(3-a-b) mol,此时c(CO)= molL-1;对于反应平衡时:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)平衡时/molb 5-2a-c3-a-bc则该反应的平衡常数K=。(3)由反应可知,反应、是气体分子数目增大的反应,减小压强平衡正向移动,n(H2)增加的程度大于n(CO),则压强p1、p2、p3由大到小的顺序为p3p2p1。由图1可知,压强为p2时,随着温度升高,n(H2)n(CO)先增大后减小,原因是反应、均为吸热反应,升高温度平衡、均正向移动,TTm后,升高温度对反应的促进作用更大,n(CO)增加的更多。根据图2,提高n(O2)n(CH4)比例,可提高CO的选择性,故A符合题意;根据图2,降低n(CO2)n(CH4)比例,不能提高CO的选择性,故B不符合题意;根据图1,升高温度、增大压强时n(H2)n(CO)减小,即CO的选择性提高,故C符合题意;根据C项分析,低温、低压时CO的选择性降低,故D不符合题意。
