2021屆二輪復習分壓平衡常數(shù)習題

分壓平衡常數(shù)1.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。最近我國科學家實現(xiàn)了使用銅催化劑將N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,簡稱DMF)轉化為三甲胺的合成路線(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)。160℃時,將DMF(g)和H2(g)以物質的量之比為1∶2充入盛有催化劑的剛性容器中,容器內起始壓強為p0,達到平衡時DMF的轉化率為25%,則該反應的平衡常數(shù)Kp=________(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù));能夠增大DMF平衡轉化率同時加快反應速率的操作是__

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2.甲醇水蒸氣重整制氫反應:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ·mol-1。某溫度下,將[n(H2O)∶n(CH3OH)]=1∶1的原料氣充入恒容密閉容器中,初始壓強為p1,反應達到平衡時總壓強為p2,則平衡時甲醇的轉化率為________。

3.煤化工通常研究不同條件下CO轉化率以解決實際問題。已知在催化劑存在條件下反應:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡轉化率隨p(H2O)/p(CO)及溫度變化關系如圖所示:(1)上述反應的正反應方向是______(填“吸熱”或“放熱”)反應;

(2)對于氣相反應,用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp),則在恒溫密閉容器中,該反應的Kp與Kc的關系是____________,如果提高p(H2O)/p(CO),則Kp__________(填“變大”“變小”或“不變”);使用鐵鎂催化劑的實際工業(yè)流程中,一般采用400℃左右,p(H2O)/p(CO)=3～5,采取此條件的原因可能是__________。

4.在密閉容器中通入物質的量均為0.1mol的CH4和CO2,在一定條件下發(fā)生反應CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡轉化率與溫度及壓強(單位Pa)的關系如圖所示。y點:v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。已知氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×氣體的物質的量分數(shù)。用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp,求x點對應溫度下反應的平衡常數(shù)Kp=________。

5.CO2在Cu-ZnO催化下,同時發(fā)生如下反應Ⅰ、Ⅱ,是解決溫室效應和能源短缺的重要手段。Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0保持溫度T時,在容積不變的密閉容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及達平衡時,容器內各氣體物質的量及總壓強如下表:CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)總壓強/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/moln0.3p若反應Ⅰ、Ⅱ均達平衡時,p0=1.4p,則表中n=________;反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=________(kPa)-2。(用含p的式子表示)

6.下圖為丙烷直接脫氫法中丙烷和丙烯的平衡體積分數(shù)與溫度、壓強的關系(圖中的壓強分別為104Pa和105Pa)。(已知:丙烷脫氫制丙烯為強吸熱過程)(1)104Pa時,圖中表示丙烯的曲線是________(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。

(2)104Pa、500℃時,主反應用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp=________(已知:氣體分壓=氣體總壓×體積分數(shù))。

7.經查閱資料,反應2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在平衡狀態(tài)下Kp的計算式為lnKp=-2.205+2708.6137T(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù),T為熱力學溫度)。且催化劑吸附H2O(g)的量會受壓強影響,(1)在一定溫度范圍內,隨溫度升高,CH3OH(g)脫水轉化為二甲醚的傾向________(填“增大”“不變”或“減小”)。

(2)某溫度下(此時Kp=100),在密閉容器中加入CH3OH,反應到某時刻測得各組分的分壓如下:物質CH3OHCH3OCH3H2O分壓/MPa0.500.500.50此時正、逆反應速率的大小:v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。

(3)200℃時,在密閉容器中加入一定量甲醇CH3OH,反應到達平衡狀態(tài)時,體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數(shù)為________(填標號)。

A.<13 B.13 C.13～12 D.12(4)300℃時,使CH3OH(g)以一定流速通過催化劑,V/F(按原料流率的催化劑量)、壓強對甲醇轉化率影響如圖1所示。請解釋甲醇轉化率隨壓強(壓力)變化的規(guī)律和產生這種變化的原因,規(guī)律____________,原因____________________。

8.氫氣是一種清潔高效的新型能源,如何經濟實用的制取氫氣成為重要課題。(1)硫碘循環(huán)分解水是一種高效、環(huán)保的制氫方法,其流程圖一:已知:反應Ⅰ:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)ΔH1=-213kJ·mol-1反應Ⅱ:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+1/2O2(g)ΔH2=+327kJ·mol-1反應Ⅲ:2HI(aq)H2(g)+I2(g) ΔH3=+172kJ·mol-1則反應2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH=__________。

(2)H2S可用于高效制取氫氣,發(fā)生的反應為2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。Ⅰ.若起始時容器中只有H2S,平衡時三種物質的物質的量與裂解溫度的關系如圖二中圖1所示。①圖中曲線l表示的物質是__________(填化學式)。

②A點時H2S的轉化率為__________。

③C點時,設容器內的總壓為pPa,則平衡常數(shù)Kp=____________(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù))。

Ⅱ.若在兩個等體積的恒容容器中分別加入2.0molH2S、1.0molH2S,測得不同溫度下H2S的平衡轉化率如圖二中圖2所示。①M點和O點的逆反應速率v(M)

____________________________________v(O)(填“>”“<”或“=”,下同);②M、N兩點容器內的壓強2p(M)__________p(N),平衡常數(shù)K(M)______K(N)。

9.以CO作還原劑與磷石膏反應,不同反應溫度下可得到不同的產物。向盛有CaSO4的真空恒容密閉容器中充入CO,反應體系起始總壓強為0.1aMPa,不同溫度下反應后所得固體成分的物質的量如圖所示。在低于800℃時主要反應的化學方程式為______________________________________;

1150℃下,反應CaSO4+COCaO+CO2+SO2達到平衡時,c平衡(SO2)=8.0×10-5mol·L-1,CO的轉化率為80%,則c初始(CO)=

_________________________mol·L-1,該反應的壓強平衡常數(shù)Kp=

___________________________(用含a的代數(shù)式表示;用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù);忽略副反應)。答案分析1.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。最近我國科學家實現(xiàn)了使用銅催化劑將N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,簡稱DMF)轉化為三甲胺的合成路線(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)。160℃時,將DMF(g)和H2(g)以物質的量之比為1∶2充入盛有催化劑的剛性容器中,容器內起始壓強為p0,達到平衡時DMF的轉化率為25%,則該反應的平衡常數(shù)Kp=________(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù));能夠增大DMF平衡轉化率同時加快反應速率的操作是__

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分析：160℃時,將DMF(g)和H2(g)以物質的量之比為1∶2充入盛有催化劑的剛性容器中,容器內起始壓強為p0,達到平衡時DMF的轉化率為25%,設DMF(g)和H2(g)的初始投入物質的量為1mol和2mol,列“三段式”:(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)始(mol) 1 2 0 0變(mol) 0.25 0.5 0.25 0.25平(mol) 0.75 1.5 0.25 0.25根據(jù)p初p平=n初n平,則p平=pKp=p(H2O)·p[N答案:192.甲醇水蒸氣重整制氫反應:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ·mol-1。某溫度下,將[n(H2O)∶n(CH3OH)]=1∶1的原料氣充入恒容密閉容器中,初始壓強為p1,反應達到平衡時總壓強為p2,則平衡時甲醇的轉化率為________。

分析：設起始n(H2O)=n(CH3OH)=1mol,恒溫恒容下,氣體的壓強之比等于其物質的量之比,平衡時氣體的總物質的量2pCH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)物質的量增大1mol 1mol 1mol3mol 2molxmol (2p1x=22p2p1因此轉化率為α=p2p1-答案:(p23.煤化工通常研究不同條件下CO轉化率以解決實際問題。已知在催化劑存在條件下反應:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡轉化率隨p(H2O)/p(CO)及溫度變化關系如圖所示:(1)上述反應的正反應方向是______(填“吸熱”或“放熱”)反應;

(2)對于氣相反應,用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp),則在恒溫密閉容器中,該反應的Kp與Kc的關系是____________,如果提高p(H2O)/p(CO),則Kp__________(填“變大”“變小”或“不變”);使用鐵鎂催化劑的實際工業(yè)流程中,一般采用400℃左右,p(H2O)/p(CO)=3～5,采取此條件的原因可能是__________。

分析：(1)當p(H2O)(2)既然我們用某組分的平衡壓強來代替物質的量濃度,Kp=p(CO2)p(H2)p(CO)p(H2O),而平衡壓強與濃度成正比,因此可以說明Kp=Kc;對于給定的反應,平衡常數(shù)大小只與溫度有關,因此改變p(H2答案:(1)放熱(2)相等不變投料比太低,CO的轉化率不高,而投料比3～5時轉化率已經在97%左右,再增加投料比收益不明顯,經濟上不劃算,而反應溫度是根據(jù)催化劑的活性溫度來制定的4.在密閉容器中通入物質的量均為0.1mol的CH4和CO2,在一定條件下發(fā)生反應CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡轉化率與溫度及壓強(單位Pa)的關系如圖所示。y點:v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。已知氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×氣體的物質的量分數(shù)。用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp,求x點對應溫度下反應的平衡常數(shù)Kp=________。

分析：壓強為p2時,在y點反應未達到平衡,此時的轉化率小于該壓強下的平衡轉化率,則反應正向移動,所以v正>v逆。由圖知道該溫度下x所處條件下平衡時甲烷的轉化率為50%,列三段式:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)n始(mol) 0.1 0.1 0 0n轉(mol) 0.05 0.05 0.1 0.1n平(mol) 0.05 0.05 0.1 0.1總物質的量=0.3mol,平衡時總壓為p2,其平衡常數(shù)Kp=(p2×答案:大于45.CO2在Cu-ZnO催化下,同時發(fā)生如下反應Ⅰ、Ⅱ,是解決溫室效應和能源短缺的重要手段。Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0保持溫度T時,在容積不變的密閉容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及達平衡時,容器內各氣體物質的量及總壓強如下表:CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)總壓強/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/moln0.3p若反應Ⅰ、Ⅱ均達平衡時,p0=1.4p,則表中n=________;反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=________(kPa)-2。(用含p的式子表示)

分析：根據(jù)表格列出各物質物質的量變化:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0Δn n 3n n nⅡ. CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0Δn 0.3-n 0.3-n0.3-n0.3-n根據(jù)T、V一定時,壓強比等于物質的量之比計算n0.5+0.90.2+00.2+0.6-2×0.2+0.2+0.3+0.3-0.2=1.0(mol);平衡后各物質分壓為CO2(g):(0.2/1)p=0.2p,H2(g):(0.2/1)p=0.2p,CH3OH(g):(0.2/1)p=0.2p,H2O(g):(0.3/1)p=0.3p,Kp=0.2p答案:0.2756.下圖為丙烷直接脫氫法中丙烷和丙烯的平衡體積分數(shù)與溫度、壓強的關系(圖中的壓強分別為104Pa和105Pa)。(已知:丙烷脫氫制丙烯為強吸熱過程)(1)104Pa時,圖中表示丙烯的曲線是________(填“ⅰ”“ⅱ”“?！被颉阿ぁ?。

(2)104Pa、500℃時,主反應用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp=________(已知:氣體分壓=氣體總壓×體積分數(shù))。

分析：(1)丙烷脫氫制丙烯為氣體體積增大的反應,增大壓強,平衡向逆反應方向移動,丙烯的平衡體積分數(shù)減小;該反應為吸熱反應,溫度升高,平衡向正反應方向移動,故曲線ⅰ代表104Pa時丙烯的平衡體積分數(shù)。(2)104Pa、500℃時,丙烯的平衡體積分數(shù)為33%,設起始丙烷為1mol,轉化率為x,由題意建立如下三段式:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)起(mol) 1 0 0變(mol) x x x平(mol) 1-x x x則由丙烯的平衡體積分數(shù)為33%可得,x1+x=0.33,解得x≈0.5,丙烷、丙烯和氫氣的分壓均為104Pa×13,則用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp=(104×答案:(1)ⅰ(2)3.3×1037.經查閱資料,反應2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在平衡狀態(tài)下Kp的計算式為lnKp=-2.205+2708.6137T(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù),T為熱力學溫度)。且催化劑吸附H2O(g)的量會受壓強影響,(1)在一定溫度范圍內,隨溫度升高,CH3OH(g)脫水轉化為二甲醚的傾向________(填“增大”“不變”或“減小”)。

(2)某溫度下(此時Kp=100),在密閉容器中加入CH3OH,反應到某時刻測得各組分的分壓如下:物質CH3OHCH3OCH3H2O分壓/MPa0.500.500.50此時正、逆反應速率的大小:v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。

(3)200℃時,在密閉容器中加入一定量甲醇CH3OH,反應到達平衡狀態(tài)時,體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數(shù)為________(填標號)。

A.<13 B.13 C.13～12 D.12(4)300℃時,使CH3OH(g)以一定流速通過催化劑,V/F(按原料流率的催化劑量)、壓強對甲醇轉化率影響如圖1所示。請解釋甲醇轉化率隨壓強(壓力)變化的規(guī)律和產生這種變化的原因,規(guī)律____________,原因____________________。

分析：(1)lnKp=-2.205+2708.6137T,則Kp=e2708.6137T越小,e-(2.205-2708.6137T)越小,即Kp越小,CH3OCH3(g)+H2O(g)可知Qp=p[CH3OCH3(g)]p[H2O(g)]p2[CH2708.6137273.15+200≈3.52,則Kp>1。若反應初始投入CH3OH(g)1mol,完全反應全部轉化為CH3OCH3(g)和H2O(g),根據(jù)反應比例關系,CH3OCH3(g)和H2O(g)各占一半,即CH3OCH3(g)的物質的量分數(shù)為12,由于反應為可逆反應,不可能完全轉化,反應平衡時,CH3OCH3(g)的物質的量分數(shù)小于12;如果平衡時三種物質的含量相同,即均為1/3,由于反應前后體積不變,則此時Kp=1,因此要使Kp>1,則CH3OCH3(g)的物質的量分數(shù)一定大于13。答案選C。(4)300℃時,根據(jù)圖1中曲線隨壓強的變化規(guī)律:當壓強越大,甲醇轉化率減小;根據(jù)反應2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),反應前后氣體體積不變,平衡不隨壓強的變化發(fā)生移動,答案:(1)減小(2)>(3)C(4)壓強增大,甲醇轉化率減小壓強增大,催化劑吸附水分子的量增多,催化效率降低8.氫氣是一種清潔高效的新型能源,如何經濟實用的制取氫氣成為重要課題。(1)硫碘循環(huán)分解水是一種高效、環(huán)保的制氫方法,其流程圖一:已知:反應Ⅰ:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)ΔH1=-213kJ·mol-1反應Ⅱ:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+1/2O2(g)ΔH2=+327kJ·mol-1反應Ⅲ:2HI(aq)H2(g)+I2(g) ΔH3=+172kJ·mol-1則反應2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH=__________。

(2)H2S可用于高效制取氫氣,發(fā)生的反應為2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。Ⅰ.若起始時容器中只有H2S,平衡時三種物質的物質的量與裂解溫度的關系如圖二中圖1所示。①圖中曲線l表示的物質是__________(填化學式)。

②A點時H2S的轉化率為__________。

③C點時,設容器內的總壓為pPa,則平衡常數(shù)Kp=____________(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù))。

Ⅱ.若在兩個等體積的恒容容器中分別加入2.0molH2S、1.0molH2S,測得不同溫度下H2S的平衡轉化率如圖二中圖2所示。①M點和O點的逆反應速率v(M)

____________________________________v(O)(填“>”“<”或“=”,下同);②M、N兩點容器內的壓強2p(M)__________p(N),平衡常數(shù)K(M)______K(N)。

分析：(1)根據(jù)蓋斯定律:反應Ⅲ×2+反應Ⅰ×2+反應Ⅱ×2即可得2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH=+572kJ·mol-1。(2)Ⅰ.①起始時容器中只有H2S,隨著反應進行,H2與S2的物質的量逐漸增多,且H2的物質的量為S2的兩倍,故圖中曲線l表示的物質是S2,曲線n表示的物質是H2,曲線m表示的物質是H2S。②若起始時H2S的物質的量為3mol,列三段式:2H2S(g)S2(g)+2H2(g)(單位:mol)起始量: 3 0 0轉化量: 2x x 2x平衡量: 3-2x x 2x根據(jù)①可知A點時n(H2S)=n(H2),則3-2x=2x,解得x=0.75,轉化率α(H2S)=變化量起始量×100%=1.③C點時n(H2S)=n(S2),3-2x=x,解得x=1,平衡常數(shù)Kp=p(S2)×p2(H2)p2(H2SⅡ.在兩個等體積的恒容容器中分別加入2.0molH2S、1.0molH2S,結