高中化学人教版第二章　作业16　平衡常数、速率常数的综合应用

第二章作业16平衡常数、速率常数的综合应用分值：100分[1~6题，每小题8分]1.在温度为T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)达到平衡时，测得总压强为p，则该反应的压强平衡常数Kp为A.14p B.12p2 C.14p22.常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)ΔH<0。230℃时，该反应的平衡常数K=2×10-5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2℃，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230℃制得高纯镍。下列判断错误的是A.第一阶段，选择反应温度应高于42.2℃B.第一阶段增加c(CO)，平衡正向移动，反应的平衡常数不变C.第二阶段，Ni(CO)4几乎完全分解D.第二阶段，及时分离出Ni，有利于平衡移动3.高温下，甲烷生成乙烷的反应为2CH4C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为v=k·c(CH4)，其中k为反应速率常数。下列说法错误的是A.反应初期，增加甲烷浓度，v增大B.增加H2浓度，v增大C.该温度下，乙烷的生成速率逐渐减小D.升高反应温度，k增大4.温度为T℃时，反应2HI(g)H2(g)+I2(g)在体积为1L的密闭容器中进行，起始充入1molHI，气体混合物中HI的物质的量分数w(HI)与反应时间t的关系如表所示：t/min020406080100w(HI)/%1009184818080该反应的正反应速率v正=k正·c2(HI)，逆反应速率v逆=k逆·c(H2)·c(I2)，k正、k逆为速率常数，则k正A.164 B.64 C.15.二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(忽略其他副反应)为：①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.2kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH2225℃、8×106Pa下，将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等B.反应②的焓变ΔH2>0C.L6处的H2O的体积分数大于L5处D.混合气从起始到通过L1处，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率6.在保持体系总压为105Pa的条件下进行反应：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)，原料气中SO2和O2的物质的量之比m=n(SO2)n(O2)不同时，SO2的平衡转化率与温度(T)的关系如图所示。图中A点原料气的成分是n(SO2)=10mol，n(O2)=24.4mol，n(N2)=70mol，下列有关说法正确的是(A.该反应的正反应是吸热反应B.m1<m2<m3C.A点时SO2的分压p(SO2)=4.0×103PaD.在500℃、m3的条件下，该反应的平衡常数Kp=5.2×10-2Pa7.(18分，每空3分)工业上利用一氧化碳和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41kJ·mol-1。某小组同学研究在同温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在容积相等的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应，获得数据如下：容器编号起始时各物质的物质的量/mol达平衡的时间/min达平衡时体系能量的变化COH2OCO2H2①1400t1放出热量：32.8kJ②2.51000t2放出热量：Q(1)该反应过程中，反应物分子化学键断裂时所吸收的总能量(填“大于”“小于”或“等于”)生成物分子化学键形成时所释放的总能量。

(2)容器①中反应达平衡时，生成H2的物质的量为。

(3)容器①的容积变为原来的一半，则CO的转化率(填“增大”“不变”或“减小”)。

(4)到达平衡时间的关系：t1(填“大于”“小于”或“等于”)t2。

(5)容器②中反应的平衡常数K=，Q=。

8.(12分，每空3分)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=10h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)。

9.(8分)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：(a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1(b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2(c)CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH3(d)2CO(g)CO2(g)+C(s)ΔH4(e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)ΔH5设Kpr为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100kPa)。反应a、c、e的lnKpr随1T(温度的倒数(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有(填字母)。

(2)(3分)反应c的相对压力平衡常数表达式为Kpr=(3)(3分)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时，H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程。10.(14分)甲醇是实现碳中和循环的低碳燃料，是一个取之不尽的能源载体。H2可与CO2反应生成甲醇和水，其反应过程如下：反应Ⅰ：2CO2g+6H2gCH3OCH3g+3H2OgΔH1=-48.5kJ·mol-1；反应Ⅱ：CH3OCH3g+H2Og2CH3OHgΔH2=+23.5kJ·mol-1；反应Ⅲ：CO2g+3H2gCH3OHg+H2Og(1)一定条件下向恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2，在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示。①催化剂效果最佳的是反应(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

②若反应Ⅲ在a点时已达平衡状态，a点CO2的转化率高于c点的原因是

。

(2)在压强为p，CO2、H2的起始物质的量之比为1∶3的条件下，发生以下竞争反应。反应一：CO2g+3H2gCH3OHg+H2O(g)ΔH=-48.5kJ·mol-1反应二：2CO2g+5H2gC2H2g+4H2OgΔH=+37.1kJ·mol-1实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。已知：CH3OH的选择性=CH3①有利于提高CH3OH的选择性的措施有(填字母)。

A.适当降温 B.适当升温C.选择合适的催化剂②温度高于350℃时，体系中发生的反应以(填“反应一”或“反应二”)为主。

③其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是

(填“a”或“b”)。④(4分)400℃时，平衡时压强为1×105Pa，反应一用气体分压表示的化学平衡常数Kp=kPa-2(只代入数据即可，用容器中各气体成分的分压表示，分压=总压×物质的量分数)。

答案精析1.C2.D3.B4.A[温度为T℃时，体积为1L的密闭容器中，2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡时，v正=v逆，即k正·c2(HI)=k逆·c(H2)·c(I2)，故k正k逆=c(H2)·c(I2)c2(HI)=K。由表格数据可知，平衡时w(HI)=80%，即c(HI)=0.8mol·L-1，则平衡时c(H2)=c(I2)=0.15.C[L4处与L5处的温度不同，故反应①的平衡常数K不相等，A错误；由图像可知，L1~L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B错误；从L5到L6，甲醇的体积分数逐渐增加，说明反应②在向右进行，反应②消耗CO，而CO体积分数没有明显变化，说明反应①也在向右进行，反应①为气体分子数不变的反应，其向右进行时，n(H2O)增大，反应②为气体分子数减小的反应，且没有H2O的消耗与生成，故n总减小而n(H2O)增加，即H2O的体积分数会增大，故L6处的H2O的体积分数大于L5处，C正确；L1处CO的体积分数大于CH3OH，说明生成的CO的物质的量大于CH3OH，两者反应时间相同，说明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率，D错误。]6.D[由图可知，m相同时，温度越高，SO2的平衡转化率越小，则升高温度平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应，A项错误；相同条件下，增大氧气的量可增大二氧化硫的平衡转化率，则m越小，SO2的平衡转化率越大，则m1>m2>m3，B项错误；A点原料气的成分是n(SO2)=10mol，n(O2)=24.4mol，n(N2)=70mol，二氧化硫的平衡转化率为88%，则：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)起始/mol 10 24.4 0转化/mol 8.8 4.4 8.8平衡/mol 1.2 20 8.8平衡时SO2、O2、SO3的分压分别为1.2100×105Pa、20100×105Pa、8.8100×105Pa，即p(SO2)=1200Pa，C项错误；平衡常数与m无关，则500℃、m3的条件下，该反应的平衡常数Kp=8.8100×1057.(1)小于(2)0.8mol(3)不变(4)大于(5)182kJ解析(1)正反应放热，反应物分子化学键断裂所吸收的总能量小于生成物分子化学键形成时所释放的总能量。(2)根据CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41kJ·mol-1，生成1molH2放出41kJ能量，容器①中反应达到平衡时，放出32.8kJ热量；生成H2的物质的量为1mol×32.8kJ41kJ=0.8mol。(3)该反应反应前后气体物质的量相等，容器①的容积变为原来的一半，压强增大，平衡不移动，则CO的转化率不变。(4)容器②的投料是①的2.5倍，容器②压强大，反应速率快，到达平衡用的时间少，所以t1大于t2。(5)容器①、②的温度相同，平衡常数相同，可以根据容器CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)初始/mol 1 4 0 0转化/mol 0.8 0.8 0.8 0.8平衡/mol 0.2 3.2 0.8 0.8反应的平衡常数K=0.8×0.80.2×3.2=1；反应前后气体系数和相等，容器②的投料是①的2.5倍，所以容器②放出的热量为容器①的2.5倍，Q=32.8kJ8.(1)乙(2)28.23.38(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=10h时，p(O2)=12.8kPa，由2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6kPa，起始压强为53.8kPa，所以10h时p(N2O5)=(53.8-25.6)kPa=28.2kPa，N2O5分解的反应速率v=0.12p(N2O5)(kPa·h-1)=0.12×28.2kPa·h-1≈3.38kPa·h-1。(3)N2O5完全分解时p(NO2)=107.6kPa，p(O2)=26.9kPa，设反应生成的N2O4的分压为xkPa，则可列三段式如下：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由107.6-2x+x+26.9=94.7，解x=39.8，Kp=39.8282kPa-1≈0.05kPa9.(1)ac(2)p(3)A点对应温度下反应c的lnKpr=0，则平衡体系中Kpr=p2(H2)p(CH4)·p0=1，即402kPa2100kPa×10.(1)①Ⅰ②该反应为放热反应，c点温度高，平衡逆向移动，CO2转化率低于a点(2)①AC②反应二③b④0.1解析(1)①根据图像分析，相同温度下，CO2转化率最高的为反应Ⅰ，故其催化剂效果最好。②反应Ⅲ在a点为二氧化碳转化率最高点，该点和之后均已达平衡状态，该点之前未达平衡状态，a点CO2的转化率高于c点的原因：由盖斯定律可知，该反应为放热反应，c点温度高，平衡逆向移动，CO2转化率低于a点。(2)①生成CH3OH的反应为放热反应，