2026版化学步步高大二轮专题复习-专题五　第20练　复杂平衡体系中平衡常数(Kc、Kp、Kx等)与转化率、选择性的有关计算

第20练复杂平衡体系中平衡常数(Kc、Kp、Kx等)与转化率、选择性的有关计算[分值：50分][真题专练]1.(3分)[2023·辽宁，18(3)节选]硫酸工业在国民经济中占有重要地位。接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)ΔH=-98.9kJ·mol-1设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算)。

答案α解析利用分压代替浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp=p(SO3)p(SO2)·p12(O2)=n(SO3)n总p总n(SO2)n总·p总·p2.(3分)[2024·湖南，18(3)]催化剂TiO2再生时会释放CO2，可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72g水)置于密闭真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分压为100kPa，在27℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于kPa[已知p(H2O)=2.5×102kPa·mol-1×n(H2O)，NH4HCO3分解的平衡常数Kp=4×104(kPa)3]。

答案40解析0.72g水的物质的量为0.04mol，故p(H2O)=2.5×102kPa·mol-1×n(H2O)=10kPa，NH4HCO3分解的化学方程式为NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O↑，故NH4HCO3分解的平衡常数Kp=p(NH3)·p(CO2)·p(H2O)=4×104(kPa)3，解得p(NH3)=40kPa，故为保证NH4HCO3不分解，NH3的分压应不低于40kPa。3.(8分)[2024·甘肃，17(2)]在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3：3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)。773K，2L密闭容器中，经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4molH2和0.1molSiCl4气体反应，SiCl4转化率随时间的变化如下图所示：①0~50min，经方式处理后的反应速率最快；在此期间，经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)=mol·L-1·min-1。

②当反应达平衡时，H2的浓度为mol·L-1，平衡常数K的计算式为。

③增大容器体积，反应平衡向移动。

答案①甲5.6×10-5②0.19510.009740.解析①由图像可知，0~50min，经方式甲处理后的反应速率最快；经方式丙处理后，50min时SiCl4的转化率为4.2%，生成SiHCl3的物质的量为0.1mol×4.2%×43=0.0056mol，v(SiHCl3)=0.0056mol2L×50min=5.6×10-5mol·L-1·min-1。②反应达到平衡时，SiCl3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)起始/(mol·L-1)0.050.20转化/(mol·L-1)0.00730.00490.0097平衡/(mol·L-1)0.04270.19510.0097当反应达平衡时，H2的浓度为0.1951mol·L-1，平衡常数K的计算式为0.009740.4.(12分)[2024·河北，17(1)②(2)]氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1，4⁃二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下：SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)ΔH=-67.59kJ·mol-1。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g)，测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p，p0为体系初始压强，p0=240kPa，p为体系平衡压强)，结果如图。上图中温度由高到低的顺序为，判断依据为。

M点Cl2的转化率为，T1温度下用分压表示的平衡常数Kp=kPa-1。

(2)1，4⁃二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体，可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时的反应过程为以上各反应的速率方程均可表示为v=kc(A)c(B)，其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度，k为速率常数(k1~k5分别对应反应①~⑤)。某温度下，反应器中加入一定量的X，保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计)，测定不同时刻相关物质的浓度。已知该温度下，k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。①30min时，c(X)=6.80mol·L-1，且30~60min内v(X)=0.042mol·L-1·min-1，反应进行到60min时，c(X)=mol·L-1。

②60min时，c(D)=0.099mol·L-1，若0~60min产物T的含量可忽略不计，则此时c(G)=

mol·L-1；60min后，随T的含量增加，c(D)c(G)(填“增大”“减小”或“不变答案(1)T3>T2>T1该反应是放热的气体分子数减小的反应，恒容条件下，反应正向进行时，容器内压强减小，从T3到T1平衡时Δp逐渐增大，说明反应正向进行的程度逐渐增大，对应温度逐渐降低75%0.03(2)①5.54②0.033增大解析(1)由图中M点可知，进料比为n(SO2)∶n(Cl2)=2，平衡时Δp=60kPa，已知恒温恒容情况下，容器内气体物质的量之比等于压强之比，可据此列出三段式：SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)Δp起始/kPa16080转化/kPa60606060平衡/kPa1002060可计算得α(Cl2)=60kPa80kPa×100%=75%，Kp=p(SO2Cl2)p(SO2)·p(Cl2)=60kPa100kPa×20kPa=0.03kPa-1。(2)①根据v(X)=Δc(X)Δt，60min时，c(X)=6.80mol·L-1-v(X)·Δt=6.80mol·L-1-0.042mol·L-1·min-1×30min=5.54mol·L-1。②由题给反应速率方程推知v生成(D)v生成(G)=k2·c(M)k3·c(M)=k2k3=3，又D、G的初始浓度均为0，则v(D)v(G)=Δc(D)Δc(G)，则Δc(G)[模拟演练]5.(9分)(2025·辽宁抚顺六校协作体模拟)利用甲烷作为原料制备氢气所涉及的反应如下：Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH1>0Ⅱ.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)ΔH2>0Ⅲ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH3>0向1L刚性容器中充入1.0molCH4(g)和1.9molH2O(g)，平衡时甲烷的转化率及CO(g)和CO2(g)的选择性随温度的变化如图所示，已知CO2的选择性=n(CO2)n(C(1)表示CH4(g)平衡转化率随温度变化的曲线为(填“L1”“L2”或“L3”)。

(2)T1K下，平衡时H2(g)的体积分数为；反应Ⅲ的物质的量分数平衡常数Kx=(Kx是以各物质的物质的量分数代入平衡常数表达式所得到的平衡常数，列计算式即可)。

答案(1)L1(2)2845解析(1)CH4的平衡转化率随温度升高而增大，且CO和CO2的选择性之和为100%，故L1代表CH4平衡转化率随温度变化的曲线。(2)T1K下，反应达到平衡时，CH4的转化率为80%，CO和CO2的选择性均为50%，故容器中CO和CO2的物质的量均为0.4mol，CH4的物质的量为0.2mol，设平衡时容器中的H2和H2O的物质的量分别为amol、bmol，根据氢原子和氧原子守恒，分别列等式可得4+3.8=2a+2b+0.8、1.9=0.4+0.8+b，联立求解得a=2.8，b=0.7，故容器中气体的总物质的量为(0.2+0.4+0.4+0.7+2.8)mol=4.5mol，H2(g)的体积分数为2845。将各物质的物质的量分数代入反应Ⅲ的平衡常数表达式，可得Kx=2.86.(9分)氮的氧化物是大气污染物之一，研究氮氧化物的反应机理对缓解环境污染有重要意义。T℃时，存在如下平衡：2NO2(g)N2O4(g)。该反应正逆反应速率与NO2、N2O4的浓度关系为v正=k正c2(NO2)，v逆=k逆c(N2O4)(k正、k逆是速率常数)，且lgv正~lgc(NO2)与lgv逆~lgc(N2O4)的关系如图所示。(1)T℃时，该反应的平衡常数K=。

(2)T℃时，向刚性容器中充入一定量NO2，平衡后测得c(N2O4)为1.0mol·L-1，则平衡时NO2的物质的量分数为(以分数表示)。平衡后v正=(用含a的表达式表示)。

答案(1)100(2)11110解析(1)由化学方程式可知，v正的曲线斜率应更大一些，从而得出lgv正=a+2，lgv逆=a，则lgv正=lgk正+2lgc(NO2)=a+2，k正=10a+2，lgv逆=lgk逆+lgc(N2O4)=a，k逆=10a，则T℃时，该反应达到平衡时，v正=v逆，即k正c2(NO2)=k逆c(N2O4)，则平衡常数K=c(N2O4)c2(NO2)=k正k逆=10a+210a=100。(2)T℃时，往刚性容器中充入x2NO2(g)N2O4(g)起始/(mol·L-1)x0转化/(mol·L-1)21平衡/(mol·L-1)x-21则K=1(x-2)2=100，解得：x=2.1，则平衡时NO2的物质的量浓度为0.1mol·L-1，物质的量分数为0.10.1+1=111，平衡后v正=10a7.(6分)(2025·河南五市联考)CO2甲烷化是目前研究的热点方向之一，其主要反应如下：反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2向恒温恒压的密闭容器中充入5molCO2和20molH2，若只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，达到平衡时其中两种含碳物质的物质的量n(X)与温度T的关系如图所示，已知反应Ⅰ为放热反应、反应Ⅱ为吸热反应。(1)图中曲线X表示(填含碳物质的分子式)物质的量与温度的关系变化曲线。

(2)已知800K时体系压强为pMPa，则该温度时反应Ⅰ的平衡常数Kp的计算式为MPa-2(代入平衡分压写出计算式，无需化简。已知：分压=总压×物质的量分数)。

答案(1)CH4(2)3.8解析(1)平衡时X的物质的量较大，随着温度升高X的物质的量逐渐减小，Y的物质的量逐渐增大，由于反应Ⅰ是放热反应，随着温度升高，甲烷的物质的量应该逐渐减小，二氧化碳的物质的量增大，又由于反应Ⅱ是吸热反应，一氧化碳的物质的量随温度升高而逐渐增大，二氧化碳的物质的量逐渐减小，因此图中X为甲烷，Y为CO，而缺少CO2的物质的量与温度的关系变化