高考化学一轮复习 讲义大单元四　第十一章　难点突破3　多平衡体系中平衡常数的计算（广东版）

多平衡体系中平衡常数的计算1.连续反应连续反应是指有关的两个可逆反应有着关联，第一个反应的某一生成物，是第二个反应的反应物。解题时要注意如果该物质是第一个反应的生成物，第二个反应的反应物，则在第一个反应中，该物质的初始量为0，它的平衡量则为第二个反应中该物质的初始量(在计算第二个反应的转化率尤为重要)。2.竞争反应(平行反应)平行反应是指反应物能同时平行地进行两个或两个以上的不同反应，生成不同的产物。其中反应较快或产物在混合物中所占比例较高的称为主反应，其余称为副反应。解题时要注意如果一个物质是两个竞争反应的反应物，则题目中所给初始量是该物质在这两个反应中的初始量之和。3.解题思路解题关键是理清守恒关系：反应体系中，任何状态均遵循原子守恒，利用原子守恒和“三段式”理清起始量、转化量、平衡量之间的关系。原子守恒法解题基本思路：1.[2025·广东，19(3)(4)]钛单质及其化合物在航空、航天、催化等领域应用广泛。(3)以TiCl4为原料可制备TiCl3。将5.0molTiCl4与10.0molTi放入容积为V0L的恒容密闭容器中，反应体系存在下列过程。编号过程ΔH(a)Ti(s)+TiCl4(g)⥬2TiCl2(s)ΔH1(b)TiCl2(s)+TiCl4(g)⥬2TiCl3(g)+200.1kJ·mol-1(c)Ti(s)+3TiCl4(g)⥬4TiCl3(g)+132.4kJ·mol-1(d)TiCl3(g)⥬TiCl3(s)ΔH2①ΔH1=kJ·mol-1。②不同温度下，平衡时反应体系的组成如图。曲线Ⅰ对应的物质为。③温度T0K下，n[TiCl4(g)]=mol，反应(c)的平衡常数K=(列出算式，无须化简)。(4)钛基催化剂可以催化储氢物质肼(N2H4)的分解反应：(e)N2H4=N2+2H2(f)3N2H4=N2+4NH3为研究某钛基催化剂对上述反应的影响，以肼的水溶液为原料(含N2H4的物质的量为n0)，进行实验，得到n1/n0、n2/n0随时间t变化的曲线如图。其中，n1为H2与N2的物质的量之和；n2为剩余N2H4的物质的量。设ne为0~t时间段内反应(e)消耗N2H4的物质的量，该时间段内，本体系中催化剂的选择性用nen0①0~t0min内，N2H4的转化率为(用含y2的代数式表示)。②计算0~t0min内，催化剂的选择性(用含y1与y2的代数式表示，写出推导过程)。答案(3)①-267.8②TiCl2(s)③0.5(6.0V0)4(0.5V0)3②设t0min时，反应(e)转化的N2H4的物质的量为e，反应(f)转化的N2H4的物质的量为3f，存在如下转化关系：N2H4=转化量：ee2e3N2H4转化量：3ff4f则n1=3e+f、n2=n0-(e+3f)3e+fn0=y1①；联立①②可得e=3y1+y2-18n0则0~t0min时，催化剂的选择性为3y1+y2解析(3)①根据反应(a)、(b)、(c)的物质转化关系，由盖斯定律可知，(c)-2(b)=(a)，故ΔH1=+132.4kJ·mol-1-2×200.1kJ·mol-1=-267.8kJ·mol-1。②反应(a)为放热反应，反应(b)为吸热反应，故随着温度升高，TiCl2(s)的物质的量减少，故曲线Ⅰ代表的物质是TiCl2(s)。③平衡体系中的物质有TiCl4(g)、TiCl3(g)、Ti(s)、TiCl2(s)、TiCl3(s)，结合上述分析及题图可知，曲线Ⅱ应代表TiCl3(g)，且T0K下TiCl2(s)、TiCl3(s)的物质的量均为0，根据投料情况知，Ti元素共15mol，Cl元素共20mol，则根据元素守恒及题中数据可得，T0K下n[TiCl4(g)]=0.5mol。反应(c)的平衡常数K=c4(TiCl3，g)c3(TiCl4，g)=[n(TiCl3，g)V0]4[n(TiCl4，g)V0]3=(6.0V0)4(0.52.(2025·广东高三开学考试)700℃，稀土改性CaO载体负载Ni催化乙醇水蒸气重整制氢时主要发生如下反应：Ⅰ.CH3CH2OH(g)+3H2O(g)⥬6H2(g)+2CO2(g)Ⅱ.CH3CH2OH(g)⥬CO(g)+H2(g)+CH4(g)Ⅲ.CH3CH2OH(g)+H2O(g)⥬4H2(g)+2CO(g)在TK、pMPa下，1molCH3CH2OH(g)和一定量的H2O(g)在VL的恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，不同水醇比n((1)a表示的物质为(填化学式)。(2)水醇比为5，反应到达平衡状态时，容器中n(CH3CH2OH)=mol。(3)计算该温度下，反应Ⅲ的平衡常数K=(结果用含V的计算式表示)。答案(1)H2(2)0.02(3)0.98解析(1)水醇比n(H2O)nCH3CH2OH越大，即H2O(g)越多，反应Ⅰ、Ⅲ正向进行，即H2、CO、CO2、CH4的物质的量逐渐增多，参考各生成物的系数，H2的物质的量增加的最大，故a表示的物质为H2，b表示CH4。(2)水醇比为5时，1molCH3CH2OH(g)和5molH2O(g)反应到达平衡状态时，n(CO)=n(CO2)=0.98mol，此时甲烷几乎没有，根据碳元素守恒，则容器中nCH3CH2OH=2-0.98-0.982mol=0.02mol。(3)该温度下，假设投入的nCH3CH2OH=1mol，n(H2O)=5mol；反应到达平衡状态时，n(CO)=n(CO2)=0.98mol，此时甲烷几乎没有，故认为反应Ⅱ不发生，反应Ⅰ转化的n(CO2)=0.98mol，故该反应消耗的nCH3CH2OH=0.49mol、n(H2O)=1.47mol，生成的n(H2)=2.94mol、n(CO2)=0.98mol；反应Ⅲ转化的n(CO)=0.98mol，故该反应消耗的nCH3CH2OH=n(H2O)=0.49mol，生成的n(H2)=1.96mol、n(CO)=0.98mol；平衡时nCH3CH2OH3.(2025·广东高三阶段练习)HCOOH水溶液在密封石英管中发生如下反应：Ⅰ.HCOOH(aq)⥬CO2(aq)+H2(aq)ΔH1Ⅱ.HCOOH(aq)⥬CO(aq)+H2OlΔH2Ⅲ.HCOOH(aq)⥬H+(aq)+HCOO-(aq)ΔH3研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H+仅对反应Ⅱ有催化加速作用，反应Ⅱ速率远大于反应Ⅰ，近似认为反应Ⅱ建立平衡后始终处于平衡状态。T℃下，在密封石英管内完全充满1.0mol·L-1的HCOOH水溶液，分解产物均完全溶于水中。CO2、CO浓度与反应时间的变化关系如图所示。(1)水煤气变换反应：CO(aq)+H2O(l)⥬CO2(aq)+H2(aq)ΔH=。(2)根据图像分析，t1时刻之后，CO浓度下降的主要原因是。(3)t2时刻，反应Ⅲ达到平衡，此时溶液中c(HCOO-)=0.01mol·L-1，此时c(H+)=0.014mol·L-1，该条件下反应Ⅲ的平衡常数为。答案(1)ΔH1-ΔH2(2)反应Ⅰ正向转化消耗甲酸，使得反应Ⅱ平衡逆向移动(3)0.002解析(1)根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得反应：CO(aq)+H2O(l)⥬CO2(aq)+H2(aq)，ΔH=ΔH1-ΔH2。(2)由于反应Ⅱ建立平衡后始终处于平衡状态，t1时刻之后，CO浓度下降，说