專項27-Kp(新高考專用)(原卷版)

第四篇化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡專項27KP近年來，有關(guān)壓強平衡常數(shù)考查頻頻出現(xiàn)于化學(xué)反應(yīng)原理綜合題，已成為考查“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)重要題型。一定條件下，若平衡體系中有氣體物質(zhì)，也可用其分壓代替濃度，所求得的平衡常數(shù)為壓強平衡常數(shù)，以Kp表示。(1)對于反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，其壓強平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp=pcC·pdDpaA·pbB。濃度平衡常數(shù)與壓強平衡常數(shù)的關(guān)系：Kc=cc(C)·cd(D)ca(A)·c(2)氣體分壓=氣體總壓×該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)。混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和。1．(2022?全國甲卷)金屬鈦(Ti)在航空航天、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有著重要用途，目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將金紅石(TiO2)轉(zhuǎn)化為TiCl4，再進(jìn)一步還原得到鈦?；卮鹣铝袉栴}：(1)TiO2轉(zhuǎn)化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在時反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)ΔH1＝172kJ·mol?1Kp1=1.0(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)＋2CO(g)ΔH2＝-51kJ·mol?1Kp2=1.2Pa①反應(yīng)2C(s)+O2(g)=2CO(g)的ΔH為_______kJ·mol?1，Kp=_______Pa。②碳氯化的反應(yīng)趨勢遠(yuǎn)大于直接氯化，其原因是_______。③對于碳氯化反應(yīng)：增大壓強，平衡_______移動(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率_______(填“變大”“變小”或“不變”)。(2)在1.0Pa，將TiO2、C、Cl2以物質(zhì)的量比1∶2.2∶2進(jìn)行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成比例(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度變化的理論計算結(jié)果如圖所示。①反應(yīng)C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常數(shù)_______。②圖中顯示，在平衡時TiO2幾乎完全轉(zhuǎn)化為TiCl4，但實際生產(chǎn)中反應(yīng)溫度卻遠(yuǎn)高于此溫度，其原因是_______。(3)TiO2碳氯化是一個“氣—固—固”反應(yīng)，有利于TiO2-C“固—固”接觸的措施是_______?！敬鸢浮?1)①-223

1.2×1014

②碳氯化反應(yīng)氣體分子數(shù)增加，?H小于0，是熵增、放熱過程，熵判據(jù)與焓判據(jù)均是自發(fā)過程，而直接氯化的體系氣體分子數(shù)不變、且是吸熱過程

③向左

變小(2)

①7.2×105

②為了提高反應(yīng)速率，在相同時間內(nèi)得到更多的TiCl4產(chǎn)品，提高效益(3)將兩固體粉碎后混合，同時鼓入Cl2，使固體粉末“沸騰”【解析】(1)①根據(jù)蓋斯定律，將“反應(yīng)ⅱ-反應(yīng)ⅰ”得到反應(yīng)2C(s)+O2(g)=2CO(g)，則?H=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol；則Kp===1.2×1014Pa；②碳氯化的反應(yīng)趨勢遠(yuǎn)大于直接氯化，因為碳氯化反應(yīng)氣體分子數(shù)增加，?H小于0，是熵增、放熱過程，熵判據(jù)與焓判據(jù)均是自發(fā)過程，而直接氯化的體系氣體分子數(shù)不變、且是吸熱過程；③對應(yīng)碳氯化反應(yīng)，氣體分子數(shù)增大，依據(jù)勒夏特列原理，增大壓強，平衡往氣體分子數(shù)減少的方向移動，即平衡向左移動；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡往吸熱方向移動，即向左移動，則平衡轉(zhuǎn)化率變小。(2)①從圖中可知，1400℃，體系中氣體平衡組成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反應(yīng)C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常數(shù)Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa；②實際生產(chǎn)中需要綜合考慮反應(yīng)的速率、產(chǎn)率等，以達(dá)到最佳效益，實際反應(yīng)溫度遠(yuǎn)高于200℃，就是為了提高反應(yīng)速率，在相同時間內(nèi)得到更多的TiCl4產(chǎn)品。(3)固體顆粒越小，比表面積越大，反應(yīng)接觸面積越大。有利于TiO2–C“固-固”接觸，可將兩者粉碎后混合，同時鼓入Cl2，使固體粉末“沸騰”，增大接觸面積。2．(2022?湖南選擇性考試節(jié)選)在一定溫度下，向體積固定的密閉容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始壓強為時，發(fā)生下列反應(yīng)生成水煤氣：Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH1＝+131.4kJ·mol?1Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2＝-41.1kJ·mol?1①下列說法正確的是_______；A．平衡時向容器中充入惰性氣體，反應(yīng)Ⅰ的平衡逆向移動B．混合氣體的密度保持不變時，說明反應(yīng)體系已達(dá)到平衡C．平衡時H2的體積分?jǐn)?shù)可能大于2/3D．將炭塊粉碎，可加快反應(yīng)速率②反應(yīng)平衡時，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為，CO的物質(zhì)的量為0.1mol。此時，整個體系_______(填“吸收”或“放出”)熱量_______kJ，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=_______(以分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))?！敬鸢浮緽D

吸收

13.14

0.02MPa【解析】①A項，在恒溫恒容條件下，平衡時向容器中充入情性氣體不能改變反應(yīng)混合物的濃度，因此反應(yīng)Ⅰ的平衡不移動，A說法不正確；B項，在反應(yīng)中有固體C轉(zhuǎn)化為氣體，氣體的質(zhì)量增加，而容器的體積不變，因此氣體的密度在反應(yīng)過程中不斷增大，當(dāng)混合氣體的密度保持不變時，說明反應(yīng)體系已達(dá)到平衡，B說法正確；C項，若C(s)和H2O(g)完全反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為CO2(g)和H2(g)，由C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)可知，H2的體積分?jǐn)?shù)的極值為，由于可逆反應(yīng)只有一定的限度，反應(yīng)物不可能全部轉(zhuǎn)化為生成物，因此，平衡時H2的體積分?jǐn)?shù)不可能大于，C說法不正確；D項，將炭塊粉碎可以增大其與H2O(g)的接觸面積，因此可加快反應(yīng)速率，D說法正確；故選BD。②反應(yīng)平衡時，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，則水的變化量為0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物質(zhì)的量為0.1mol，則根據(jù)O原子守恒可知CO2的物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可知，生成0.1molCO要吸收熱量13.14kJ，生成0.2molCO2要放出熱量8.22kJ此時，因此整個體系吸收熱量13.14kJ-8.22kJ=4.92kJ；由H原子守恒可知，平衡時H2的物質(zhì)的量為0.5mol，CO的物質(zhì)的量為0.1mol，CO2的物質(zhì)的量為0.2mol，水的物質(zhì)的量為0.5mol，則平衡時氣體的總物質(zhì)的量為0.5mol+0.1mol+0.2mol+0.5mol=1.3mol，在同溫同體積條件下，氣體的總壓之比等于氣體的總物質(zhì)的量之比，則平衡體系的總壓為0.2MPa1.3=0.26MPa，反應(yīng)I(C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g))的平衡常數(shù)Kp=。3．(2021·全國乙卷節(jié)選)一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑。McMorris測定和計算了在136~180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。2NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+I2(g)Kp12NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)Kp2得到lgKp1~1T和lgKp2~1(1)由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH0(填“大于”或“小于”)。

(2)反應(yīng)2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)的K=(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH0(填“大于”或“小于”)，寫出推理過程

。

【答案】(1)大于(2)Kp1·Kp2大于設(shè)T'>T，即1T'<1T，由圖可知，lgKp2(T')-lgKp2(T)>|lgKp1(T')-lgKp1(T)|=lgKp1(T)-lgKp1(T')，則lg[Kp2(T')·Kp1(T')]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T')>K(T)，因此該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即Δ【解析】(1)結(jié)合圖可知，溫度越高，1T越小，lgKp2越大，即Kp2越大，說明升高溫度平衡2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)正向移動，則NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH大于0。(2)現(xiàn)將已知的兩個熱化學(xué)方程式命名為Ⅰ、Ⅱ，根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ+Ⅱ得2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)，則2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)的K=Kp1·Kp2。第一步根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度第二步計算各氣體組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)第三步根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))第四步根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，壓強平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp=。1．氨基甲酸銨發(fā)生分解的化學(xué)方程式為NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。利用如下裝置測定不同溫度下該反應(yīng)以分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp。步驟Ⅰ：關(guān)閉K3，打開K1和K2，開啟真空泵抽氣至測壓儀數(shù)值穩(wěn)定后關(guān)閉K1；步驟Ⅱ：關(guān)閉K2，緩慢開啟K3至U形管兩邊液面相平并保持不變，讀取壓強數(shù)值。記錄25℃、30℃下壓強分別為12.0kPa、17.1kPa。下列說法錯誤的是()。A．氨基甲酸銨分解反應(yīng)的ΔH>0B．該反應(yīng)25℃時的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=2.56×1011Pa3C．步驟Ⅰ中測壓儀數(shù)值未穩(wěn)定即關(guān)閉K1，Kp測量值偏小D．步驟Ⅱ中讀數(shù)時U形管左側(cè)液面偏高，Kp測量值偏大2．T℃時，向容積為2L的剛性容器中充入1molCO2和一定量的H2發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)，達(dá)到平衡時，HCHO的分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))與起始的關(guān)系如圖所示。已知：初始加入2molH2時，容器內(nèi)氣體的總壓強為1.2pkPa。下列說法錯誤的是A．5min時反應(yīng)到達(dá)c點，(H2)=0.1mol·L-1·min-1B．隨增大，HCHO的平衡壓強不斷增大C．b點時反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=D．c點時，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分壓均增大0.2pkPa，平衡不向移動3．在容積固定的密閉容器中，起始時充入0.2molSO2，0.1molO2，反應(yīng)體系起始總壓強0.1MPa，反應(yīng)在一定溫度下達(dá)到平衡時，SO2的轉(zhuǎn)化率為90%，該反應(yīng)的壓強平衡常數(shù)Kp＝_________(用平衡分壓代替平衡濃度計算；分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。4．二氧化硫的催化氧化是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的主要反應(yīng)O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)。已知：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ=，其中pθ為標(biāo)準(zhǔn)壓強(1×105Pa)，p(SO3)、p(O2)和p(SO2)為各組分的平衡分壓，如p(SO3)=x(SO3)p，p為平衡總壓，x(SO3)為平衡系統(tǒng)中SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。SO2和O2起始物質(zhì)的量之比為2：1，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強下進(jìn)行，SO3的平衡產(chǎn)率為ω，則Kθ=(用含ω的最簡式表示)。5．氣體分壓pi=p總×xi(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。恒溫50℃、恒壓101kPa，將足量的CuSO4·5H2O、NaHCO3置于一個密閉容器中，再充入已除去CO2的干燥空氣。假設(shè)只發(fā)生以下反應(yīng)，達(dá)平衡時兩者分解的物質(zhì)的量比為2：1。CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g)Kp1=36(kPa)22NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)Kp2①平衡時=____________，Kp2=_______________。②平衡后，用總壓為101kPa的潮濕空氣[其中p(H2O)=8kPa、p(CO2)=0.4kPa]替換容器中的氣體，50℃下達(dá)到新平衡。容器內(nèi)CuSO4·5H2O的質(zhì)量將______(填“增加”“減少”或“不變”，下同)，NaHCO3質(zhì)量將_________。6．500℃時，向容積為2L的密閉容器中通入1molN2和3molH2，模擬合成氨的反應(yīng)，容器內(nèi)的壓強隨時間的變化如下表所示：時間/min010203040＋∞壓強/MPa20171513.21111①達(dá)到平衡時N2的轉(zhuǎn)化率為________。②用壓強表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________(Kp等于平衡時生成物分壓冪的乘積與反應(yīng)物分壓冪的乘積的比值，某物質(zhì)的分壓等于總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。7．乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氫具有重要意義：熱裂解反應(yīng)：CH3COOH(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝213.7kJ·mol－1脫酸基反應(yīng)CH3COOH(g)=CH4(g)＋CO2(g)ΔH＝－33.5kJ·mol－1若利用合適的催化劑控制其他的副反應(yīng)，溫度為TK時達(dá)到平衡，總壓強為pkPa，熱裂解反應(yīng)消耗乙酸20%，脫酸基反應(yīng)消耗乙酸60%，乙酸體積分?jǐn)?shù)為_______(計算結(jié)果保留1位小數(shù))；脫酸基反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為____________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留1位小數(shù))。8．反應(yīng)2As2S3(s)4AsS(g)＋S2(g)達(dá)平衡時氣體總壓的對數(shù)值lg(p/kPa)與溫度的關(guān)系如圖所示：(1)對應(yīng)溫度下，B點的反應(yīng)速率v(正)________(填“>”“<”或“＝”)v(逆)。(2)A點處，AsS(g)的分壓為______kPa，該反應(yīng)的Kp＝________(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。9．利用廢棄的H2S的熱分解可生產(chǎn)H2：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)?，F(xiàn)將0.20molH2S(g)通入某恒壓(壓強p＝aMPa)密閉容器中，在不同溫度下測得H2S的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示：已知：對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可表示平衡常數(shù)。溫度為T4℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________(用含a的代數(shù)式表示)。10．已知反應(yīng)NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(g)△H<0，某研究小組研究不同溫度T1℃、T2℃下的平衡態(tài)中l(wèi)gp(NO2)和lgp(SO3)兩個壓強對數(shù)的關(guān)系如圖所示，實驗初始時體系中的p(NO2)和p(SO2)相等、p(NO)和p(SO3)相等。(1)a、b兩點體系壓強pa與pb的比值=_______；同一溫度下圖象呈線性變化的理由是_______。(2)溫度為T1時化學(xué)平衡常數(shù)KP=_______，T1_______T2(填“>”“<”或者“=”)。11．環(huán)戊烯是生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品的重要中間體，其制備涉及的反應(yīng)如下：氫化反應(yīng)：(l)+H2(g)(環(huán)戊烯)(l)?H=-100.5kJ/mol副反應(yīng)：(l)+H2(g)(環(huán)戊烷)(l)?H=-109.4kJ/mol解聚反應(yīng)：2(g)?H>0實際生產(chǎn)中常通入水蒸氣以降低雙環(huán)戊二烯的溫度(水蒸氣不參與反應(yīng))。某溫度下，通入總壓為300kPa的雙環(huán)戊二烯和水蒸氣，達(dá)到平衡后總壓為500kPa，雙環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)化率為80%，則p(H2O)=________kPa，平衡常數(shù)Kp=__________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。12．已知氣相直接水合法可以制取乙醇，其反應(yīng)方程式可以表示為：H2O(g)＋C2H4(g)CH3CH2OH(g)。在n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1的條件下投料，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(T)及壓強(p)的關(guān)系如圖1所示。圖1①下列有關(guān)說法中正確的是_________。A．p1＞p2B．280℃時，vB＞vCC．A、B、C三點的平衡常數(shù)KA＞KB＞KCD．低溫有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行②在p2，280℃條件下，C點的v正____v逆(填“＞”、“＜”或“＝”)，理由是________。計算圖1中A點的平衡常數(shù)Kp＝_________。(結(jié)果用p2的代數(shù)式表示，平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))13．(2022·河北省名校聯(lián)盟高三質(zhì)量檢測)氮的氧化物是大氣污染物之一、研究它們的反應(yīng)機(jī)理，對于消除環(huán)境污染，促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展有重要意義。回答下列問題：(1)已知：①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H1=-907.0kJ/mol

②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H2=-1269.0kJ/mol若4NH3(g)+6