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第35講　化學平衡常數及其相關計算
【備考目標】　1.了解化學平衡常數(K)的含義，能利用化學平衡常數進行相關計算。2.掌握平衡常數和平衡轉化率計算的一般方法。3.了解速率常數與化學平衡常數的關系并能進行有關計算。
考點1　化學平衡常數
1．化學平衡常數
(1)表達式
對于一般的可逆反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在一定溫度下達到平衡時化學平衡常數可表示為K＝。
[注意]　固體和純液體的濃度視為常數，通常不計入平衡常數表達式中。
(2)意義及影響因素
①K越大，反應物的轉化率越大，正反應進行的程度越大(當K>105時，該反應進行基本完全)。
②K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。
③催化劑能加快化學反應速率，但對化學平衡常數無影響。
2．化學平衡常數的應用
(1)判斷可逆反應進行的程度
K越小，說明正反應進行的程度越小，反應物的轉化率越低。
K ＜10－5 10－5～105 ＞105
反應程度 很難進行 可逆 可接近完全
(2)判斷反應是否達到平衡或向哪個方向進行
對于化學反應aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的任意狀態，濃度商：Q＝。
Q＜K 反應向正反應方向進行，v正＞v逆
Q＝K 反應處于化學平衡狀態，v正＝v逆
Q＞K 反應向逆反應方向進行，v正＜v逆
(3)判斷反應的熱效應
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)平衡常數表達式中，可以是物質的任一濃度(× )
(2)催化劑既能改變速率常數，也能改變化學平衡常數(× )
(3)對于同一可逆反應，升高溫度，則化學平衡常數增大(× )
(4)增大反應物的濃度，平衡正向移動，化學平衡常數增大(× )
(5)Cl2＋H2O HCl＋HClO的平衡常數表達式K＝(× )
(6)某一化學反應的平衡常數與反應的溫度有關，還與反應本身有關(√ )
(7)溫度一定時，對于給定的化學反應，正、逆反應的平衡常數互為倒數(√ )
(8)當生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積比值小于K時，v正(9)化學平衡常數K發生變化，平衡一定移動(√ )
題組練習
一、化學平衡常數及其應用
1．一定溫度下，反應MgCl2(l) Mg(l)＋Cl2(g)達到平衡時，下列說法錯誤的是(　　 )
A．該反應的平衡常數K＝c(Cl2)
B．將容器體積壓縮為原來的一半，當體系再次達到平衡時，Cl2的濃度增大
C．減小氯氣濃度，平衡正向移動，平衡常數不變
D．溫度升高該反應的化學平衡常數K增大
解析：選B。固體或液體純物質一般不列入平衡常數，A正確；K＝c(Cl2)，溫度不變，平衡常數不變，因此將容器體積壓縮為原來的一半，當體系再次達到平衡時，Cl2的濃度不變，B錯誤；平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，C正確；鎂在氯氣中燃燒是放熱反應，則MgCl2(l) Mg(l)＋Cl2(g)為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數K增大，D正確。
2．已知反應：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　ΔH>0。
(1)此反應的平衡常數表達式為K＝________。
(2)溫度降低，則K________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(3)已知1 100 ℃時，K＝0.263。若1 100 ℃時測得c(CO2)＝0.025 mol·L－1，c(CO)＝0.01 mol·L－1，此時該反應________(填“處于”或“不處于”)化學平衡狀態，化學反應速率：正反應速率________(填“>”“<”或“＝”)逆反應速率。
答案：(1)　(2)減小　(3)不處于　<
3．(人教選擇性必修1 P54T9)在一個容積不變的密閉容器中發生反應：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其平衡常數(K)和溫度(t)的關系如下表所示。
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
請填寫下列空白。
(1)該反應的平衡常數表達式為K＝________________，該反應為______反應(填“吸熱”或“放熱”)。
(2)在830 ℃時，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，保持溫度不變，反應達到平衡后，其平衡常數________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)若1 200 ℃時，在某時刻反應混合物中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L，則此時上述反應的平衡移動方向為____________(填“正反應方向”“逆反應方向”或“不移動”)。
解析：(1)由表可知：升高溫度，化學平衡常數增大，說明平衡正向移動，正反應為吸熱反應。
(2)溫度不變，化學平衡常數不變，830 ℃時，K＝1.0。
(3)1 200 ℃時，K＝2.6，在某時刻反應混合物中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，則Q＝＝4>2.6，說明此時反應向逆反應方向進行。
答案：(1)　吸熱　(2)等于　(3)逆反應方向
二、化學平衡常數與速率常數的關系
4．(2023·河南鄭州模擬)氨氣去除NO的反應原理為：4NH3(g)＋6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0，反應速率與濃度之間存在如下關系：v正＝k正·c4(NH3)·c6(NO)，v逆＝k逆·c5(N2)·c6(H2O)，k正、k逆為速率常數，只受溫度影響。350 ℃時，在2 L恒容密閉容器中，通入0.9 mol NH3(g)和1.2 mol NO(g)發生反應，保持溫度不變，5 min后反應達平衡，NO的轉化率為50%。下列說法正確的是(　　 )
A．用NH3表示的化學反應速率為0.06 mol·L－1·min－1
B．350 ℃時，該反應的平衡常數為0.5
C．其他條件不變，往反應后的容器中再通入0.9 mol NH3(g)和1.2 mol NO(g)，重新達平衡時NO的體積分數增大
D．當溫度改變為T ℃時，若k正＝k逆，則T>350
解析：選C。由題意可得如下三段式：
　　　　　4NH3(g)＋6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(g)
起(mol/L)　0.45　　0.6　　　　0　　　0
變(mol/L)　0.2　　0.3　　　0.25　　0.3
平(mol/L)　0.25　　0.3　　　0.25　　0.3
由三段式數據可知，用氨氣表示的化學反應速率為＝0.04 mol·L－1·min－1，A錯誤；由三段式數據可知，350 ℃時，反應的平衡常數為＝0.25，B錯誤；其他條件不變，往反應后的容器中再通入0.9 mol氨氣和1.2 mol一氧化氮，相當于增大壓強，該反應是氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，一氧化氮的體積分數增大，C正確；反應達到平衡時，正反應速率和逆反應速率相等，則反應速率k正·c4(NH3)·c6(NO)＝k逆·c5(N2)·c6(H2O)，＝＝K，當k正＝k逆時，平衡常數K＝1>0.25說明平衡向正反應方向移動，該反應為放熱反應，則反應溫度小于350 ℃，D錯誤。
5．(2023·山東青島模擬)T1溫度下，在三個容積均為1 L的恒容密閉容器中發生如下反應：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)　ΔH＞0。實驗測得：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆為速率常數，受溫度影響。下列說法正確的是(　　 )
容器編號 物質的起始濃度/(mol·L－1) 物質的平衡濃度/(mol·L－1)
c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2)
Ⅰ 0.6 0 0 0.2
Ⅱ 0.3 0.5 0.2
Ⅲ 0 0.5 0.35
A.設K為該反應的化學平衡常數，則有K＝
B．若改變溫度為T2，且T2>T1，則k正∶k逆<0.8
C．容器Ⅱ中起始時平衡正向移動，達平衡時，容器Ⅱ中NO2的轉化率比容器Ⅰ中的大
D．達平衡時，容器Ⅱ與容器Ⅲ中的總壓強之比大于20∶17
解析：選D。根據反應方程式和容器Ⅰ中O2的平衡濃度可知：平衡時，c(NO)＝0.4 mol·L－1，c(NO2)＝0.2 mol·L－1，則T1溫度下，該反應的平衡常數K＝＝＝0.8。平衡時，正、逆反應速率相等，則有k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，所以K＝＝，A錯誤；由于該反應正反應是吸熱反應，溫度T2＞T1，所以T2時平衡常數增大，則k正∶k逆>0.8，B錯誤；針對容器Ⅰ內反應可知：NO2的轉化率為＝，容器Ⅱ中起始時平衡正向移動，假設容器Ⅱ中NO2的轉化率也為，則：
　　　　　　2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)
開始(mol/L)　0.3 　 　0.5　　　0.2
轉化(mol/L)　0.2 　 　0.2　　　0.1
平衡(mol/L)　0.1 　 　0.7　　　0.3
濃度商Q＝＝14.7>0.8，所以容器Ⅱ中NO2的轉化率小于，即容器Ⅱ中起始平衡正向移動，達平衡時，容器Ⅱ中NO2的轉化率比容器Ⅰ中的小，C錯誤； T1溫度下，該反應的平衡常數K＝0.8，容器Ⅱ中濃度商Q＝＝0.56<0.8，反應正向進行，氣體的總量大于1 mol，而容器Ⅲ中反應向左進行，氣體的總量小于0.85 mol，所以達平衡時，容器Ⅱ與容器Ⅲ中的總壓強之比大于20∶17，D正確。
考點2　化學平衡常數與平衡轉化率的計算
1．常用的四個公式
(1)反應物的轉化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的產率＝×100%。
一般來講，轉化率越大，原料利用率越高，產率越大。
(3)平衡時混合物中某組分的百分含量＝×100%。
(4)某組分的體積分數＝×100%。
2．平衡常數的計算步驟
(1)寫出有關可逆反應的化學方程式，寫出平衡常數表達式。
(2)利用“三段式”，確定各物質的起始濃度、轉化濃度、平衡濃度。
(3)將平衡濃度代入平衡常數表達式。
(4)注意單位的統一。
3．壓強平衡常數
(1)理解Kp的含義
在化學平衡體系中，用各氣體物質的分壓代替濃度，計算的平衡常數叫壓強平衡常數。
(2)計算技巧
題組練習
一、化學平衡常數與平衡轉化率的計算
1．羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達到下列平衡：CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)　K＝0.1。反應前CO的物質的量為10 mol，平衡后CO的物質的量為8 mol。下列說法正確的是(　　 )
A．升高溫度，H2S濃度增大，表明該反應是吸熱反應 B．通入CO后，正反應速率逐漸增大
C．反應前H2S的物質的量為7 mol D．CO的平衡轉化率為80%
解析：選C。A項，升高溫度，H2S濃度增大，說明平衡向逆反應方向移動，逆反應吸熱，正反應放熱，錯誤；B項，通入CO氣體的瞬間正反應速率增大，達到最大值，向正反應方向建立新的平衡，正反應速率逐漸減小，錯誤；C項，設反應前H2S的物質的量為n mol，容器的容積為V L，則
　　　　　CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)
n(始)/mol　10　　n　　　　0　　　0
n(轉)/mol　2　　2　　　　 2　　　2
n(平)/mol　8　　n－2　　　2　　　2
K＝＝0.1，解得n＝7，正確；D項，根據上述計算可知CO的平衡轉化率為20%，錯誤。
2．內酯在化工、醫藥、農林等領域有廣泛的應用。內酯可以通過有機羧酸異構化制得。某羧酸A在0.2 mol·L－1鹽酸中轉化為內酯B的反應可表示為A(aq) B(aq)，忽略反應前后溶液體積變化。一定溫度下，當A的起始濃度為a mol·L－1時，A的轉化率隨時間的變化如下表所示：
t/min 0 21 36 50 65 80 100 ∞
A的轉化率/% 0 13.3 20.0 27.8 33.3 40.0 45.0 75.0
(1)反應進行到100 min時，B的濃度為____mol·L－1。
(2)v正(t＝50 min)________(填“>”“<”或“＝”)v逆(t＝∞ min)。
(3)增加A的起始濃度，A在t＝∞ min時轉化率將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)該溫度下，平衡常數K＝________；在相同條件下，若反應開始時只加入B，B的起始濃度也為a mol·L－1，平衡時B的轉化率為________。
(5)研究發現，其他條件不變時，減小鹽酸的濃度，反應速率減慢，但平衡時B的含量不變，原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)100 min時，A的轉化率為45%，所以c(B)＝0.45a mol·L－1。(2)一定溫度下，化學反應速率受反應物濃度的影響，在反應建立平衡的過程中，反應物濃度不斷減小，所以v正(t＝50 min)＞v逆(t＝∞ min)＝v正(t＝∞ min)。
(3)　　　　　　　A(aq) B(aq)
起始/(mol·L－1)　　c　 　 　0
轉化/(mol·L－1) 　 cα　　 　cα
平衡/(mol·L－1)　 c－cα　 　cα
K＝＝，溫度一定時，K是常數，則增加A的起始濃度，A在t＝∞ min時轉化率將不變。(4)由表知，該溫度下，A在t＝∞ min時轉化率為75%，則平衡常數K＝＝＝＝3；在相同條件下，若反應開始時只加入B，B的起始濃度也為a mol·L－1，則
　　　　　　 A(aq) B(aq)
起始/(mol·L－1)　0　　　a
轉化/(mol·L－1)　x　　　x
平衡/(mol·L－1)　x　　　a－x
則K＝＝3，得x＝0.25a，平衡時B的轉化率為×100%＝25%。
答案：(1)0.45a　(2)＞　(3)不變　(4)3　25%　(5)鹽酸是催化劑，催化劑濃度減小，反應速率減慢，催化劑不影響化學反應的限度
二、壓強平衡常數
3．N2O5在一定條件下可發生分解：2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0。向恒容密閉容器加入N2O5。某溫度下測得恒容密閉容器中N2O5的濃度隨時間的變化如下表：
t/min 0 1 2 3 4 5
c(N2O5)/(mol·L－1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.35 0.35
反應開始時體系壓強為p0，第3 min時體系壓強為p1，則p1∶p0＝________。該溫度下反應的平衡常數Kp＝____________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量的分數，請列出用p0表示平衡常數表達式，不用計算)。
解析：　　　　　 2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)
開始/(mol·L－1) 　 1.00　　　0.00　 　0.00
轉化/(mol·L－1) 　 0.65　　　1.30　 　0.325
平衡/(mol·L－1) 　 0.35　　　1.30　 　0.325
根據表中數據可知3 min時達到平衡狀態，設容器的體積為V L，＝＝1.975，平衡時總壓為1.975p0，
該溫度下平衡常數Kp＝＝。
答案：1.975　
4．在恒容密閉容器中，加入足量的MoS2和O2，僅發生反應：2MoS2(s)＋7O2(g) 2MoO3(s)＋4SO2(g)　ΔH。
測得氧氣的平衡轉化率與起始壓強、溫度的關系如圖所示：
(1)p1、p2、p3的大小：________。
(2)若初始時通入7.0 mol O2，p2為7.0 kPa，則A點平衡常數Kp＝________(用氣體平衡分壓代替氣體平衡濃度計算，分壓＝總壓×氣體的物質的量分數，寫出計算式即可)。
解析：(1)該反應是一個反應前后氣體體積減小的可逆反應，增大壓強平衡正向移動，氧氣轉化率增大，所以壓強：p1＞p2＞p3。(2)若初始時通入7.0 mol O2，p2為7.0 kPa，A點氧氣轉化率為50%，則A點n(O2)＝7.0 mol×(1－50%)＝3.5 mol，生成n(SO2)＝×4 ＝2 mol，恒溫恒容條件下氣體壓強之比等于物質的量之比，所以A點壓強為×7.0 kPa＝5.5 kPa，p(O2)＝×5.5 kPa＝3.5 kPa，p(SO2)＝(5.5－3.5) kPa＝2 kPa，則A點平衡常數Kp＝＝＝。
答案：(1)p1＞p2＞p3　(2)
三、連續反應、競爭反應平衡常數的計算
多平衡體系中平衡常數計算的基本思路
5．CO2經催化加氫可以生成低碳烴，主要有以下兩個競爭反應：
反應Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
反應Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
為分析催化劑對反應的選擇性，在1 L密閉容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，測得有關物質的物質的量隨溫度的變化如圖所示：
該催化劑在較低溫度時主要選擇________(填“反應Ⅰ”或“反應Ⅱ”)。520 ℃時，反應Ⅰ的平衡常數K＝____________(只列算式不計算)。
解析：溫度較低時，CH4的物質的量多，所以該催化劑在較低溫度時主要選擇反應Ⅰ。
　　　 　　 　　CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
轉化/(mol·L－1)　 0.2　 　 0.8 　0.2　　　0.4
　 　　 　2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
轉化/(mol·L－1) 0.4　 　 1.2　　0.2　　　0.8
c(CO2)＝(2－0.2－0.4) mol·L－1＝1.4 mol·L－1
c(H2)＝(4－0.8－1.2) mol·L－1＝2 mol·L－1
c(H2O)＝(0.4＋0.8) mol·L－1＝1.2 mol·L－1
所以K＝。
答案：反應Ⅰ　
6．(2023·遼寧東北育才學校期末)利用介孔限域催化溫室氣體CO2加氫制甲醇，再通過甲醇制備燃料和化工原料等，是解決能源問題與實現雙碳目標的主要技術之一。反應如下：
i．CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
ii.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
iii.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3＝－90.6 kJ·mol－1
將H2、CO2以體積比3∶1充入恒容密閉容器中，在某介孔限域催化劑存在下發生反應i和ii。CO2的平衡轉化率及CH3OH的選擇性(生成目標產物所消耗的反應物的物質的量與參與反應的反應物的總的物質的量之比)隨溫度變化的曲線如圖所示：
(1)CO2加氫制甲醇，________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應速率，________溫有利于提高平衡時CH3OH的產率。結合上圖闡述實際生產選用300～320 ℃反應溫度的原因：__________________________________。
(2)312 ℃時反應i的Kx＝________________________。(Kx是以組分體積分數代替物質的量濃度表示的平衡常數，列計算式)
解析：(1)CO2加氫制甲醇，升溫反應速率加快，故高溫有利于提高反應速率，由ii＋iii得反應i，反應i為放熱反應，降溫平衡正向移動，故低溫有利于提高平衡時CH3OH的產率。(2)由圖可知312 ℃ 時CO2的轉化率為12.5%，甲醇的選擇性為80%，假設氫氣為3 mol，CO2為1 mol，則反應i消耗CO2的物質的量為1 mol×12.5%×80%＝0.1 mol，反應ii消耗CO2的物質的量為1 mol×12.5%－0.1 mol＝0.025 mol，則可列出三段式，
　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
轉化(mol) 0.1　 　0.3　　 　0.1　 　　0.1
　　　　 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
轉化(mol)　0.025　0.025　0.025　 0.025
則平衡時刻，n(CO2)＝(1－0.125) mol＝0.875 mol，n(H2)＝(3－0.3－0.025) mol＝2.675 mol，n(CH3OH)＝0.1 mol，n(H2O)＝0.1 mol＋0.025 mol＝0.125 mol，氣體總物質的量為(0.875＋2.675＋0.1＋0.125＋0.025)＝3.8 mol，故反應i的Kx＝。
答案：(1)高　低　溫度低，反應速率太慢，且CO2轉化率低，溫度高，甲醇選擇性低　(2)
高考真題
1．(2023·湖南高考)向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，發生反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比x[x＝]隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．x1B．反應速率：vb正C．點a、b、c對應的平衡常數：KaD．反應溫度為T1，當容器內壓強不變時，反應達到平衡狀態
解析：選B。圖像分析如下：
結合圖像分析可知，A項正確，B項錯誤；該反應為吸熱反應，溫度升高，平衡常數增大，結合圖像可知平衡常數Ka2．(2022·重慶高考)兩種酸式碳酸鹽的分解反應如下。某溫度平衡時總壓強分別為p1和p2。
反應1：NH4HCO3(s) NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　p1＝3.6×104 Pa
反應2：2NaHCO3(s) Na2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)　p2＝4×103 Pa
該溫度下，剛性密閉容器中放入NH4HCO3和Na2CO3固體，平衡后以上3種固體均大量存在。下列說法錯誤的是(　　)
A．反應2的平衡常數為4×106 Pa2 B．通入NH3，再次平衡后，總壓強增大
C．平衡后總壓強為4.36×105 Pa D．縮小體積，再次平衡后總壓強不變
解析：選B。反應2的平衡常數為Kp2＝p(CO2)p(H2O)＝p2××p2×＝4×106 Pa2，A正確；剛性密閉容器，溫度不變平衡常數不變，再次達平衡后，容器內各氣體分壓不變，總壓強不變，B錯誤；Kp2＝p(CO2)p(H2O)＝p2××p2×＝4×106 Pa2，p(CO2)＝p(H2O)＝2×103 Pa，Kp1＝c(NH3)c(CO2)p(H2O)＝(1.2×104)3 Pa3，p(NH3)＝＝4.32×105 Pa，所以總壓強為：p(NH3)＋p(CO2)＋p(H2O)＝4.36×105 Pa，C正確；達平衡后，縮小體積，平衡逆向移動，溫度不變，平衡常數不變，再次平衡后總壓強不變，D正確。
3．(2022·浙江6月選考節選)主要成分為H2S的工業廢氣的回收利用有重要意義。
回收單質硫。將三分之一的H2S燃燒，產生的SO2與其余H2S混合后反應：2H2S(g)＋SO2(g) S8(s)＋2H2O(g)。在某溫度下達到平衡，測得密閉系統中各組分濃度分別為c(H2S)＝2.0×10－5mol·L－1、c(SO2)＝5.0×10－5 mol·L－1、c(H2O)＝4.0×10－3 mol·L－1，計算該溫度下的平衡常數K＝________。
解析：根據方程式可知該溫度下平衡常數K＝＝ ＝8.0×108。
答案：8.0×108
4．(2022·全國卷甲節選)(1)TiO2轉化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃時反應的熱化學方程式及其平衡常數如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012 Pa
①反應2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH為________kJ·mol－1，Kp＝________Pa。
②碳氯化的反應趨勢遠大于直接氯化，其原因是_______________________________。
③對于碳氯化反應：增大壓強，平衡________移動(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉化率________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)在1.0×105 Pa，將TiO2、C、Cl2以物質的量比1∶2.2∶2進行反應。體系中氣體平衡組成比例(物質的量分數)隨溫度變化的理論計算結果如圖所示。
反應C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常數Kp(1 400 ℃)＝________Pa。
解析：(1)①根據蓋斯定律，“反應ⅱ－反應ⅰ”得到反應2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，則ΔH＝－51 kJ/mol－172 kJ/mol＝－223 kJ/mol；則Kp＝＝＝1.2×1014 Pa。
②碳氯化的反應趨勢遠大于直接氯化，因為碳氯化反應氣體分子數增加，ΔS>0，而ΔH小于0，故ΔG<0，反應是自發過程，而直接氯化的體系氣體分子數不變且是吸熱過程。
③對于碳氯化反應，反應前后氣體分子數增大，依據勒夏特列原理，增大壓強，平衡往氣體分子數減少的方向移動，即平衡向左移動；該反應是放熱反應，溫度升高，平衡往吸熱方向移動，即向左移動，則平衡轉化率變小。
(2)從圖中可知，1 400 ℃，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C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常數Kp(1 400 ℃)＝＝ Pa＝7.2×105 Pa。
答案：(1)①－223　1.2×1014　②碳氯化反應氣體分子數增加，ΔS>0，而ΔH小于0，故ΔG<0，反應是自發過程，而直接氯化的體系氣體分子數不變且是吸熱過程　③向左　變小　(2)7.2×105
5．(2022·湖南高考節選)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1 mol H2O(g)，起始壓強為0.2 MPa時，發生下列反應生成水煤氣：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1
反應平衡時，H2O(g)的轉化率為50%，CO的物質的量為0.1 mol。此時，整個體系______(填“吸收”或“放出”)熱量________________________________________________________________________
kJ，反應Ⅰ的平衡常數Kp＝________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質的量分數)。
解析：設反應Ⅰ中水轉化的物質的量為a mol，反應Ⅱ中水轉化的物質的量為b mol，可列出以下式子：
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
始/mol　　　1　　 0　　　0
變/mol　　　a　 a　　　a
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
始/mol　　a　 　 1－a　　0　 　 a
變/mol　　b　 　 b　　　b b
平/mol　　a－b　1－a－b　b a＋b
根據H2O(g)的轉化率為50%，可得×100%＝50%，CO的物質的量為0.1 mol，即a－b＝0.1，解得a＝0.3，b＝0.2，則反應Ⅰ吸收能量0.3 mol×131.4 kJ·mol－1＝39.42 kJ，反應Ⅱ放出熱量為0.2 mol×41.1 kJ·mol－1＝8.22 kJ，故整個過程是吸熱過程，吸收熱量為39.42 kJ－8.22 kJ＝31.2 kJ。由以上計算可知：n(H2O)＝0.5 mol，n(H2)＝0.5 mol，n(CO)＝0.1 mol，n(CO2)＝0.2 mol，n(總)＝(0.5＋0.5＋0.1＋0.2) mol＝1.3 mol，由物質的量之比等于壓強之比可得＝，p＝0.26 MPa，Kp＝＝0.02 MPa。
答案：吸收　31.2　0.02 MPa
6．(2023·全國卷乙節選)硫酸亞鐵在工農業生產中有許多用途，如可用作農藥防治小麥黑穗病，制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題：
(3)將FeSO4置入抽空的剛性容器中，升高溫度發生分解反應：
2FeSO4(s) Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)
平衡時pSO3 T的關系如下圖所示。660 K時，該反應的平衡總壓p總＝________kPa、平衡常數Kp(Ⅰ)＝________(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)提高溫度，上述容器中進一步發生反應2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡時pO2＝________(用pSO3、pSO2表示)。在929 K 時，p總＝84.6 kPa，pSO3＝35.7 kPa，則pSO2＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出計算式)。
解析：(3)由題給反應(Ⅰ)可知平衡體系中pSO2＝pSO3＝1.5 kPa，則由題圖可知，660 K時，該反應的平衡總壓p總＝1.5×2 kPa＝3.0 kPa。Kp(Ⅰ)＝pSO2·pSO3＝(1.5 kPa)2＝2.25(kPa)2。由題圖可知，隨反應溫度升高，pSO3增大，則升高溫度，平衡正向移動，Kp(Ⅰ)增大。(4)設初始時，pSO3＝pSO2＝x，SO3在第二個反應中轉化了a，則：
2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)
初始　　　x　　　　x　　 　0
轉化　　　a　　　　a　　　 0.5a
平衡　　x－a 　　 x＋a　　 0.5a
pSO2－pSO3＝(x＋a)－(x－a)＝2a＝4×0.5a＝4pO2，故pO2＝(pSO2－pSO3)；
p總＝pSO3＋pSO2＋pO2＝35.7 kPa＋pSO2＋＝84.6 kPa，則pSO2＝46.26 kPa，pO2＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝＝ kPa。
答案：(3)3.0　2.25　增大　(4)　46.26　
7．(2023·湖南高考節選)聚苯乙烯是一類重要的高分子材料，可通過苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制備
(1)已知下列反應的熱化學方程式：
①C6H5C2H5(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH1＝－4 386.9 kJ·mol－1
②
③
計算反應④的 ；
(2)在某溫度、100 kPa下，向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生反應④，其平衡轉化率為50%，欲將平衡轉化率提高至75%，需要向反應器中充入________mol水蒸氣作為稀釋氣(計算時忽略副反應)。
(3)在913 K、100 kPa下，以水蒸氣作稀釋氣、Fe2O3作催化劑，乙苯除脫氫生成苯乙烯外，還會發生如下兩個副反應：
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2
⑥
以上反應體系中，芳香烴產物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性S()隨乙苯轉化率的變化曲線如圖所示，其中曲線b代表的產物是 ，理由是 ；
,
解析：(1)根據蓋斯定律，由①－②－③，可得④C6H5C2H5(g) C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)　ΔH4＝－4 386.9 kJ· mol－1－(－4 263.1 kJ·mol－1)－(－241.8 kJ·mol－1)＝＋118 kJ·mol－1。
(2)當乙苯的平衡轉化率為50%時，由題中信息可得：
　　 　 　C6H5C2H5(g) C6H5CH==CH2(g)＋H2(g)
　 1 　　　　　0 　　　　　　0
0.75 0.75 0.75
0.25 0.75 0.75
溫度不變，平衡常數不變，則壓強平衡常數Kp＝＝ kPa，設充入x mol水蒸氣時乙苯的平衡轉化率提高到75%，則：
溫度不變，平衡常數不變，則壓強平衡常數不變，Kp＝
kPa＝ kPa，解得x＝5。(3)反應④為主反應，反應⑤⑥為副反應，則曲線a代表苯乙烯的選擇性；反應④⑤的正反應為氣體分子數增大的反應，反應⑥的正反應為氣體分子數不變的反應，在恒溫恒壓下以水蒸氣作稀釋氣，乙苯的轉化率增大，即減小壓強，反應④⑤向正反應方向移動，反應⑥平衡不移動，故曲線b代表的是苯。
答案：(1)＋118　(2)5　(3)苯　反應④為主反應，反應⑤⑥為副反應，苯乙烯的選擇性最大；在恒溫恒壓下，隨乙苯轉化率的增大，反應⑤正向移動，反應⑥不移動，則曲線b代表產物苯
鞏固練習
一、選擇題(每題5分，共10題，共50分)
1．在一定溫度下，反應N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的反應熱和化學平衡常數分別為ΔH和K，則相同溫度時反應4NH3(g) 2N2(g)＋6H2(g)的反應熱和化學平衡常數為(　　 )
A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2 C．－2ΔH和K－2 D．2ΔH和－2K
解析：選C。根據熱化學方程式的意義，4NH3(g) 2N2(g)＋6H2(g)的反應熱為－2ΔH，再根據平衡常數的表達式，得出其平衡常數為K－2，C項正確。
2．(2023·安徽皖江名校聯考)在PdCl2 CuCl2做催化劑和適宜的溫度條件下，用O2將HCl氧化為Cl2：4HCl(g)＋O2(g) 2H2O(g)＋2Cl2(g)　ΔH<0。下列有關說法不正確的是(　　 )
A．降低溫度，可提高Cl2產率
B．提高，該反應的平衡常數增大
C．若斷開1 mol H—Cl鍵的同時有1 mol H—O鍵斷開，則表明該反應達到平衡狀態
D．該反應的平衡常數表達式K＝
解析：選B。此反應正向為放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，可提高氯氣產率，A正確；溫度不變，平衡常數不變，B不正確；若斷開1 mol H—Cl鍵的同時有1 mol H—O鍵斷開，說明正、逆反應速率相等，則表明該反應達到平衡狀態，C正確；各組分均為氣體，平衡常數表達式正確，D正確。
3．(2023·江蘇淮安期中)海洋中蘊藏著各種油氣及礦物資源，海洋的開發利用潛力巨大。甲烷(可燃冰的主要成分)可以用來制氫氣，其原理如下： CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋216 kJ·mol－1。下列有關說法正確的是(　　 )
A．升高溫度不利于CH4轉化率的上升
B．使用適當的催化劑可以提高反應速率
C．反應的平衡常數可表示為K＝
D．增大壓強能提高反應中CH4的平衡轉化率
解析：選B。該反應正反應為吸熱反應，溫度升高，平衡向吸熱反應的方向移動，因此甲烷的轉化率上升，A錯誤；催化劑可以提高化學反應速率，B正確；反應的平衡常數K＝，C錯誤；增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，故向逆反應方向移動，甲烷的轉化率減小，D錯誤。
4．在一個容積為2 L的密閉容器中，加入0.8 mol A2氣體和0.6 mol B2氣體，一定條件下發生反應A2(g)＋B2(g) 2AB(g)　ΔH＜0，反應中各物質的濃度隨時間的變化情況如圖所示，下列說法不正確的是(　　 )
A．圖中a的值為0.15 B．該反應的平衡常數K＝0.03
C．溫度升高，平衡常數K值減小 D．平衡時A2的轉化率為62.5%
解析：選B。根據圖像和已知信息可得：
　　　　 　 　　　　A2(g)＋B2(g) 2AB(g)
起始濃度/(mol·L－1)　 0.4　　0.3　　 0
轉化濃度/(mol·L－1)　 0.25　 0.25　 0.5
平衡濃度/(mol·L－1)　　a　 0.05　 0.5
則有a＝0.4－0.25＝0.15，A正確；該反應的平衡常數K＝≈33.33，B錯誤；該反應正向是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，K值減小，C正確；平衡時A2的轉化率為×100%＝62.5%，D正確。
5．利用I2O5可消除CO污染，其反應為I2O5(s)＋5CO(g) 5CO2(g)＋I2(s)；不同溫度下，向裝有足量I2O5固體的2 L恒容密閉容器中通入2 mol CO，測得CO2氣體體積分數φ(CO2)隨時間t變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　 )
A．b點時，CO的轉化率為20% B．容器內的壓強保持恒定，表明反應達到平衡狀態
C．b點和d點的化學平衡常數：Kb＞Kd D．0到0.5 min反應速率v(CO)＝0.3 mol·L－1·min－1
解析：選C。
　　　　　5CO(g) ＋I2O5(s) 5CO2(g)＋I2(s)
起始量/mol　2　　　　　 　 　0
轉化量/mol　y　　　　　　　 y
b點量/mol　2－y　　　　　　 y
根據b點時CO2的體積分數φ(CO2)＝＝0.80，得y＝1.6 mol，轉化率＝×100%＝×100%＝80%，A錯誤；化學方程式兩邊化學計量數相等，所以壓強始終不變，不能做平衡狀態的標志，B錯誤；生成物CO2體積分數b點比d點大，說明b點時反應進行的程度大，則化學平衡常數：Kb＞Kd，C正確； 0～0.5 min時：
　　　　　5CO(g) ＋I2O5(s) 5CO2(g)＋I2(s)
起始量/mol　 2　　　　 　　 0
轉化量/mol　 x　　　　 　　　x
a點量/mol　 2－x　　　　 　 x
據a點時CO2的體積分數φ(CO2)＝＝0.30，得x＝0.6 mol，則從反應開始至a點時的反應速率為v(CO)＝＝0.6 mol·L－1·min－1，D錯誤。
6．(2023·河北部分學校聯考)高爐煉鐵中的一個反應為FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　ΔH＞0，在1 100 ℃下，若CO起始濃度為1.2 mol/L，10 min后達到平衡時CO2的體積分數為，下列說法錯誤的是(　　 )
A．1 100 ℃下，此反應的平衡常數K＝0.2
B．達到平衡過程中，反應的平均速率為v(CO)＝0.02 mol·L－1·min－1
C．達到平衡后，若增大c(CO2)，則達到新平衡時，增大
D．測得某時刻c(CO)＝0.8 mol/L，則此時v正解析：選C。列三段式：
　　　　　　FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)
起始(mol/L)　　　　　1.2　　　　　　0
變化(mol/L)　　　　　x　　　　　　　x
平衡(mol/L)　　　　　1.2－x　　　 　x
平衡時CO2的體積分數×100%＝，解得x＝0.2 mol/L，c(CO)＝1 mol/L，c(CO2)＝0.2 mol/L。1 100 ℃下此反應的平衡常數K＝＝＝0.2，A正確；反應的平均速率為v(CO)＝＝0.02 mol/(L·min)，B正確；該反應屬于反應前后氣體分子數不變的反應，加壓平衡不移動，該反應生成物中只有CO2是氣體，達到平衡后，若增大c(CO2)，等效于加壓，平衡不移動，則達到新平衡時，不變，C錯誤；達到平衡時，c(CO)＝1 mol/L，測得某時刻c(CO)＝0.8 mol·L－1，說明反應還未達到平衡，反應逆向進行，則此時v正7．氨基甲酸銨發生分解的化學方程式為NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)。利用如下裝置測定不同溫度下該反應以分壓表示的化學平衡常數Kp。
步驟Ⅰ：關閉K3，打開K1和K2，開啟真空泵抽氣至測壓儀數值穩定后關閉K1；
步驟Ⅱ：關閉K2，緩慢開啟K3至U形管兩邊液面相平并保持不變，讀取壓強數值。
記錄25 ℃、30 ℃下壓強分別為12.0 kPa、17.1 kPa。下列說法錯誤的是(　　)
A．氨基甲酸銨分解反應的ΔH>0
B．該反應25 ℃時的化學平衡常數Kp＝2.56×1011 Pa3
C．步驟Ⅰ中測壓儀數值未穩定即關閉K1，Kp測量值偏小
D．步驟Ⅱ中讀數時U形管左側液面偏高，Kp測量值偏大
解析：選C。升高溫度平衡右移，正反應為吸熱反應，A項正確；25 ℃平衡時，p(NH3)＝12.0 kPa×＝8 kPa，p(CO2)＝12.0 kPa×＝4 kPa，Kp＝(8 000 Pa)2×4 000 Pa＝2.56×1011 Pa3，B項正確；步驟Ⅰ中測壓儀數值未穩定即關閉K1，說明未抽成真空狀態，裝置留有空氣，最終測壓儀所測壓強偏大，Kp測量值偏大，C項錯誤；步驟Ⅱ中讀數時U形管左側液面偏高，說明U形管右側壓強較大，即所測壓強偏大，Kp測量值偏大，D項正確。
8．合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大突破，目前工業上用氫氣和氮氣直接合成氨：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。T ℃時，在2 L恒容密閉容器中加入1.2 mol N2和2 mol H2模擬一定條件下工業固氮，體系中n(NH3)隨時間的變化如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．2 min內NH3的平均反應速率為0.112 5 mol·L－1·min－1
B．T ℃時，從2 min到4 min，反應的平衡常數增大
C．容器內壓強不再變化說明反應達到平衡，且2v正(H2)＝3v逆(NH3)
D．T ℃時，該反應的平衡常數為6.25
解析：選B。2 min內NH3的平均反應速率為v＝＝＝0.112 5 mol·L－1·min－1，故A正確；T ℃時，從2 min到4 min，反應的平衡常數不變，平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，B錯誤；該反應是反應前后氣體體積減小的反應，當容器內壓強不再變化說明反應達到平衡，根據速率之比等于計量數之比得到2v正(H2)＝3v逆(NH3)，C正確；T ℃時，平衡時氨氣的物質的量為0.8 mol，則氮氣消耗0.4 mol，剩余氮氣0.8 mol，氫氣消耗1.2 mol，剩余氫氣0.8 mol，因此該反應的平衡常數為K＝＝6.25，D正確。
9．(2023·江蘇泰州聯考)CO2催化加氫可合成二甲醚，發生的主要反應有：
反應Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH1＝－122.5 kJ·mol－1
反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
ΔH2＝a kJ·mol－1
在恒壓、n始(CO2)∶n始(H2)＝1∶3時，若僅考慮上述反應，平衡時CH3OCH3和CO的選擇性及CO2的轉化率隨溫度的變化如圖中實線所示。CH3OCH3的選擇性＝×100%，下列說法錯誤的是(　　 )
A．圖中曲線③表示平衡時CO2轉化率隨溫度的變化
B．a>0
C．平衡時H2轉化率隨溫度的變化可能如圖中虛線所示
D．200 ℃時， 使用對反應Ⅰ選擇性高的催化劑可提高CH3OCH3的生產效率
解析：選C。反應Ⅰ焓變小于零，升高溫度，平衡Ⅰ逆向移動，則平衡時CH3OCH3選擇性隨溫度升高會下降，結合圖像可知，②表示平衡時CH3OCH3選擇性隨溫度的變化曲線；曲線①隨溫度升高而上升，說明反應Ⅱ為吸熱反應，升高溫度，平衡Ⅱ正向移動，導致CO的選擇性增大，故曲線③表示平衡時CO2轉化率隨溫度的變化、曲線①表示平衡時CO的選擇性隨溫度的變化，反應Ⅱ為吸熱反應，焓變大于零，故a>0，A正確、B正確。 n始(CO2)∶n始(H2)＝1∶3，若只發生反應Ⅰ，則二氧化碳和氫氣的平衡轉化率之比為1∶1，若只發生反應Ⅱ，則二氧化碳轉化率和氫氣轉化率之比為3∶1，由于兩個反應均發生，則1∶1＜二氧化碳轉化率與氫氣的轉化率之比＜3∶1；溫度升高平衡Ⅰ逆向移動，平衡Ⅱ正向移動，二氧化碳轉化率和氫氣轉化率之比越來越遠離1∶1，故圖中虛線不可能表示氫氣的平衡轉化率，C錯誤。使用對反應Ⅰ選擇性高的催化劑，則單位時間內生成CH3OCH3的速率加快，可提高CH3OCH3的生產效率，D正確。
10．向2 L恒容密閉容器中充入2 mol SO2(g)和2 mol Cl2(g)，發生如下反應：SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g)。測得不同溫度下SO2(g)的轉化率α(SO2)與時間(t)的關系如圖所示。假設反應速率方程為v正＝k正·c(SO2)·c(Cl2)，v逆＝k逆·c(SO2Cl2)(k是速率常數，與溫度有關)，下列說法錯誤的是(　　 )
A．該反應的ΔH＜0 B．T1時，＝20
C．M點：> D．升高溫度，k正增大的倍數大于k逆增大的倍數
解析：選D。由圖知，T2＞T1，溫度越高，SO2的轉化率越小，說明正反應是放熱反應，ΔH＜0，A項正確；T1時，SO2的平衡轉化率為80%，平衡時，c(SO2)＝0.2 mol·L－1，c(Cl2)＝0.2 mol·L－1，c(SO2Cl2)＝0.8 mol·L－1，可算出K＝＝20，B項正確；M點為非平衡點，反應正向進行，濃度商小于K，C項正確；由于該反應ΔH＜0，升高溫度，平衡逆向移動，v正二、非選擇題(共2題，共15分)
11．(8分)(1)工業合成NH3的反應，解決了世界約三分之一人口的糧食問題。已知：N2＋3H2 2NH3，且該反應的v正＝k正·c(N2)·c3(H2)，v逆＝k逆·c2(NH3)，則反應N2＋H2 NH3的平衡常數K＝________(用k正和k逆表示)。(2分)
(2)500 ℃時，向容積為2 L的密閉容器中通入1 mol N2和3 mol H2，模擬合成氨的反應，容器內的壓強隨時間的變化如下表所示：
時間/min 0 10 20 30 40 ＋∞
壓強/MPa 20 17 15 13.2 11 11
①達到平衡時N2的轉化率為________。(2分)
②用壓強表示該反應的平衡常數Kp＝________(Kp等于平衡時生成物分壓冪的乘積與反應物分壓冪的乘積的比值，某物質的分壓等于總壓×該物質的物質的量分數)。(2分)
③隨著反應的進行合成氨的正反應速率與NH3的體積分數的關系如下圖所示，若升高溫度再次達到平衡時，可能的點為________(從點“A、B、C、D”中選擇)。(2分)
解析：(1)當正、逆反應速率相等時，反應達到平衡，即v正＝v逆＝k正·c(N2)·c3(H2)＝k逆·c2(NH3) ，則反應N2＋H2 NH3的平衡常數K＝＝。(2)假設到平衡時氮氣轉化濃度為x mol/L，則有：
　　　　 　 　　　　N2 ＋　3H2 2NH3
起始濃度/(mol/L) 0.5 1.5 0
改變濃度/(mol/L) x 3x 2x
平衡濃度/(mol/L) 0.5－x 1.5－3x 2x
根據壓強之比等于物質的量之比分析，有關系式：＝，解x＝0.45。①達到平衡時N2的轉化率為0.45/0.5×100%＝90%。②用壓強表示該反應的平衡常數Kp＝＝48 MPa－2。③合成氨的反應為放熱反應，若升溫，則反應速率增大，平衡逆向移動，氨氣的體積分數減小，可能的點為A。
答案：(1) 　(2)①90%　②48 MPa－2　③A
12．(7分)(2023·山東省實驗中學模擬)研究氮、碳及其化合物的資源化利用具有重要的意義。回答下列問題：
(1)以焦炭為原料，在高溫下與水蒸氣反應可制得水煤氣，涉及反應如下：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.3 kJ·mol－1　K1
Ⅱ.C(s)＋2H2O(g) CO2(g)＋2H2(g)　ΔH2＝＋90.3 kJ·mol－1　K2
Ⅲ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41.0 kJ·mol－1　K3
三個反應的平衡常數隨溫度變化的關系如圖所示，則表示K1、K3的曲線依次是______、______。(4分)
(2)CO2在Cu ZnO催化下，同時發生以下反應，是解決能源短缺的重要手段。
①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＜0
②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＞0
在容積不變的密閉容器中，保持溫度不變，充入一定量的CO2和H2，起始及達平衡時，容器內各氣體的物質的量及總壓強如下表所示：
CO2 H2 CH3OH CO H2O 總壓強/kPa
起始/mol 0.5 0.9 0 0 0 p0
平衡/mol 0.3 p
若容器內反應①、②均達到平衡時，p0＝1.4p，反應①的平衡常數Kp＝________(kPa)－2。(用含p的式子表示，分壓＝總壓×氣體物質的量分數)(3分)
解析：(1)Ⅰ、Ⅱ為吸熱反應，Ⅲ為放熱反應，所以K1、K2隨溫度升高而增大，K3隨溫度升高而減小，又K1＝，K2＝，K3＝，則K1×K3＝K2，結合圖象數據可知，1 000 ℃時，曲線c中，K1＝2，曲線b中，K2＝16，曲線d中，K3＝8符合題意，則c為K1、d為K3。
(2)恒溫恒容條件下，壓強之比等于氣體的物質的量之比，設達到平衡時氣體的物質的量為n，則n∶(0.5＋0.9)＝p∶1.4p，解得n＝1 mol，反應前后氣體減少的物質的量為0.4 mol，反應②中反應前后氣體物質的量不變，反應①中反應后氣體減少的物質的量為生成甲醇氣體的2倍，則生成甲醇氣體的物質的量為0.2 mol，反應①中生成的n(H2O)＝n(CH3OH)＝0.2 mol，則反應②中生成的n(H2O)＝0.3 mol－0.2 mol＝0.1 mol，所以反應②中生成的n(CO)＝0.1 mol，消耗的n(CO2)＝0.2 mol＋0.1 mol＝0.3 mol，剩余的n(CO2)＝0.5 mol－0.3 mol＝0.2 mol，剩余的n(H2)＝0.9 mol－0.6 mol－0.1 mol＝0.2 mol，p(CO2)＝×p＝0.2p，同理可得：p(H2)＝0.2p，p(H2O)＝0.3p，p(CH3OH)＝0.2p，反應①的平衡常數K＝＝＝。
答案：(1)c　d　(2)
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第35講　化學平衡常數及其相關計算
【備考目標】　1.了解化學平衡常數(K)的含義，能利用化學平衡常數進行相關計算。2.掌握平衡常數和平衡轉化率計算的一般方法。3.了解速率常數與化學平衡常數的關系并能進行有關計算。
考點1　化學平衡常數
1．化學平衡常數
(1)表達式
對于一般的可逆反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在一定溫度下達到平衡時化學平衡常數可表示為K＝ 。
[注意]　固體和純液體的濃度視為常數，通常不計入平衡常數表達式中。
(2)意義及影響因素
①K越大，反應物的轉化率 ，正反應進行的程度 (當K>105時，該反應進行基本完全)。
②K只受 影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。
③催化劑能加快化學反應速率，但對化學平衡常數無影響。
2．化學平衡常數的應用
(1)判斷可逆反應進行的程度
K越小，說明正反應進行的程度越小，反應物的轉化率越低。
K ＜10－5 10－5～105 ＞105
反應程度 很難進行 可逆 可接近完全
(2)判斷反應是否達到平衡或向哪個方向進行
對于化學反應aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的任意狀態，濃度商：Q＝。
Q＜K 反應向正反應方向進行，v正＞v逆
Q＝K 反應處于化學平衡狀態，v正＝v逆
Q＞K 反應向逆反應方向進行，v正＜v逆
(3)判斷反應的熱效應
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)平衡常數表達式中，可以是物質的任一濃度( )
(2)催化劑既能改變速率常數，也能改變化學平衡常數( )
(3)對于同一可逆反應，升高溫度，則化學平衡常數增大( )
(4)增大反應物的濃度，平衡正向移動，化學平衡常數增大( )
(5)Cl2＋H2O HCl＋HClO的平衡常數表達式K＝( )
(6)某一化學反應的平衡常數與反應的溫度有關，還與反應本身有關( )
(7)溫度一定時，對于給定的化學反應，正、逆反應的平衡常數互為倒數( )
(8)當生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積比值小于K時，v正(9)化學平衡常數K發生變化，平衡一定移動( )
題組練習
一、化學平衡常數及其應用
1．一定溫度下，反應MgCl2(l) Mg(l)＋Cl2(g)達到平衡時，下列說法錯誤的是(　　 )
A．該反應的平衡常數K＝c(Cl2)
B．將容器體積壓縮為原來的一半，當體系再次達到平衡時，Cl2的濃度增大
C．減小氯氣濃度，平衡正向移動，平衡常數不變
D．溫度升高該反應的化學平衡常數K增大
2．已知反應：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　ΔH>0。
(1)此反應的平衡常數表達式為K＝________。
(2)溫度降低，則K________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(3)已知1 100 ℃時，K＝0.263。若1 100 ℃時測得c(CO2)＝0.025 mol·L－1，c(CO)＝0.01 mol·L－1，此時該反應________(填“處于”或“不處于”)化學平衡狀態，化學反應速率：正反應速率________(填“>”“<”或“＝”)逆反應速率。
3．(人教選擇性必修1 P54T9)在一個容積不變的密閉容器中發生反應：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其平衡常數(K)和溫度(t)的關系如下表所示。
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
請填寫下列空白。
(1)該反應的平衡常數表達式為K＝________________，該反應為______反應(填“吸熱”或“放熱”)。
(2)在830 ℃時，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，保持溫度不變，反應達到平衡后，其平衡常數________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)若1 200 ℃時，在某時刻反應混合物中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L，則此時上述反應的平衡移動方向為____________(填“正反應方向”“逆反應方向”或“不移動”)。
二、化學平衡常數與速率常數的關系
4．(2023·河南鄭州模擬)氨氣去除NO的反應原理為：4NH3(g)＋6NO(g) 5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0，反應速率與濃度之間存在如下關系：v正＝k正·c4(NH3)·c6(NO)，v逆＝k逆·c5(N2)·c6(H2O)，k正、k逆為速率常數，只受溫度影響。350 ℃時，在2 L恒容密閉容器中，通入0.9 mol NH3(g)和1.2 mol NO(g)發生反應，保持溫度不變，5 min后反應達平衡，NO的轉化率為50%。下列說法正確的是(　　 )
A．用NH3表示的化學反應速率為0.06 mol·L－1·min－1
B．350 ℃時，該反應的平衡常數為0.5
C．其他條件不變，往反應后的容器中再通入0.9 mol NH3(g)和1.2 mol NO(g)，重新達平衡時NO的體積分數增大
D．當溫度改變為T ℃時，若k正＝k逆，則T>350
5．(2023·山東青島模擬)T1溫度下，在三個容積均為1 L的恒容密閉容器中發生如下反應：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)　ΔH＞0。實驗測得：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆為速率常數，受溫度影響。下列說法正確的是(　　 )
容器編號 物質的起始濃度/(mol·L－1) 物質的平衡濃度/(mol·L－1)
c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2)
Ⅰ 0.6 0 0 0.2
Ⅱ 0.3 0.5 0.2
Ⅲ 0 0.5 0.35
A.設K為該反應的化學平衡常數，則有K＝
B．若改變溫度為T2，且T2>T1，則k正∶k逆<0.8
C．容器Ⅱ中起始時平衡正向移動，達平衡時，容器Ⅱ中NO2的轉化率比容器Ⅰ中的大
D．達平衡時，容器Ⅱ與容器Ⅲ中的總壓強之比大于20∶17
考點2　化學平衡常數與平衡轉化率的計算
1．常用的四個公式
(1)反應物的轉化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的產率＝×100%。
一般來講，轉化率越大，原料利用率越高，產率越大。
(3)平衡時混合物中某組分的百分含量＝×100%。
(4)某組分的體積分數＝×100%。
2．平衡常數的計算步驟
(1)寫出有關可逆反應的化學方程式，寫出平衡常數表達式。
(2)利用“三段式”，確定各物質的起始濃度、轉化濃度、平衡濃度。
(3)將平衡濃度代入平衡常數表達式。
(4)注意單位的統一。
3．壓強平衡常數
(1)理解Kp的含義
在化學平衡體系中，用各氣體物質的分壓代替濃度，計算的平衡常數叫壓強平衡常數。
(2)計算技巧
題組練習
一、化學平衡常數與平衡轉化率的計算
1．羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達到下列平衡：CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)　K＝0.1。反應前CO的物質的量為10 mol，平衡后CO的物質的量為8 mol。下列說法正確的是(　　 )
A．升高溫度，H2S濃度增大，表明該反應是吸熱反應 B．通入CO后，正反應速率逐漸增大
C．反應前H2S的物質的量為7 mol D．CO的平衡轉化率為80%
2．內酯在化工、醫藥、農林等領域有廣泛的應用。內酯可以通過有機羧酸異構化制得。某羧酸A在0.2 mol·L－1鹽酸中轉化為內酯B的反應可表示為A(aq) B(aq)，忽略反應前后溶液體積變化。一定溫度下，當A的起始濃度為a mol·L－1時，A的轉化率隨時間的變化如下表所示：
t/min 0 21 36 50 65 80 100 ∞
A的轉化率/% 0 13.3 20.0 27.8 33.3 40.0 45.0 75.0
(1)反應進行到100 min時，B的濃度為____mol·L－1。
(2)v正(t＝50 min)________(填“>”“<”或“＝”)v逆(t＝∞ min)。
(3)增加A的起始濃度，A在t＝∞ min時轉化率將________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)該溫度下，平衡常數K＝________；在相同條件下，若反應開始時只加入B，B的起始濃度也為a mol·L－1，平衡時B的轉化率為________。
(5)研究發現，其他條件不變時，減小鹽酸的濃度，反應速率減慢，但平衡時B的含量不變，原因是________________________________________________________________________。
二、壓強平衡常數
3．N2O5在一定條件下可發生分解：2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0。向恒容密閉容器加入N2O5。某溫度下測得恒容密閉容器中N2O5的濃度隨時間的變化如下表：
t/min 0 1 2 3 4 5
c(N2O5)/(mol·L－1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.35 0.35
反應開始時體系壓強為p0，第3 min時體系壓強為p1，則p1∶p0＝________。該溫度下反應的平衡常數Kp＝____________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量的分數，請列出用p0表示平衡常數表達式，不用計算)。
4．在恒容密閉容器中，加入足量的MoS2和O2，僅發生反應：2MoS2(s)＋7O2(g) 2MoO3(s)＋4SO2(g)　ΔH。
測得氧氣的平衡轉化率與起始壓強、溫度的關系如圖所示：
(1)p1、p2、p3的大小：________。
(2)若初始時通入7.0 mol O2，p2為7.0 kPa，則A點平衡常數Kp＝________(用氣體平衡分壓代替氣體平衡濃度計算，分壓＝總壓×氣體的物質的量分數，寫出計算式即可)。
三、連續反應、競爭反應平衡常數的計算
多平衡體系中平衡常數計算的基本思路
5．CO2經催化加氫可以生成低碳烴，主要有以下兩個競爭反應：
反應Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
反應Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
為分析催化劑對反應的選擇性，在1 L密閉容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，測得有關物質的物質的量隨溫度的變化如圖所示：
該催化劑在較低溫度時主要選擇________(填“反應Ⅰ”或“反應Ⅱ”)。520 ℃時，反應Ⅰ的平衡常數K＝____________(只列算式不計算)。
6．(2023·遼寧東北育才學校期末)利用介孔限域催化溫室氣體CO2加氫制甲醇，再通過甲醇制備燃料和化工原料等，是解決能源問題與實現雙碳目標的主要技術之一。反應如下：
i．CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
ii.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
iii.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3＝－90.6 kJ·mol－1
將H2、CO2以體積比3∶1充入恒容密閉容器中，在某介孔限域催化劑存在下發生反應i和ii。CO2的平衡轉化率及CH3OH的選擇性(生成目標產物所消耗的反應物的物質的量與參與反應的反應物的總的物質的量之比)隨溫度變化的曲線如圖所示：
(1)CO2加氫制甲醇，________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應速率，________溫有利于提高平衡時CH3OH的產率。結合上圖闡述實際生產選用300～320 ℃反應溫度的原因：__________________________________。
(2)312 ℃時反應i的Kx＝________________________。(Kx是以組分體積分數代替物質的量濃度表示的平衡常數，列計算式)
高考真題
1．(2023·湖南高考)向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，發生反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比x[x＝]隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．x1B．反應速率：vb正C．點a、b、c對應的平衡常數：KaD．反應溫度為T1，當容器內壓強不變時，反應達到平衡狀態
2．(2022·重慶高考)兩種酸式碳酸鹽的分解反應如下。某溫度平衡時總壓強分別為p1和p2。
反應1：NH4HCO3(s) NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　p1＝3.6×104 Pa
反應2：2NaHCO3(s) Na2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)　p2＝4×103 Pa
該溫度下，剛性密閉容器中放入NH4HCO3和Na2CO3固體，平衡后以上3種固體均大量存在。下列說法錯誤的是(　　)
A．反應2的平衡常數為4×106 Pa2
B．通入NH3，再次平衡后，總壓強增大
C．平衡后總壓強為4.36×105 Pa
D．縮小體積，再次平衡后總壓強不變
3．(2022·浙江6月選考節選)主要成分為H2S的工業廢氣的回收利用有重要意義。
回收單質硫。將三分之一的H2S燃燒，產生的SO2與其余H2S混合后反應：2H2S(g)＋SO2(g) S8(s)＋2H2O(g)。在某溫度下達到平衡，測得密閉系統中各組分濃度分別為c(H2S)＝2.0×10－5mol·L－1、c(SO2)＝5.0×10－5 mol·L－1、c(H2O)＝4.0×10－3 mol·L－1，計算該溫度下的平衡常數K＝________。
4．(2022·全國卷甲節選)(1)TiO2轉化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃時反應的熱化學方程式及其平衡常數如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012 Pa
①反應2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH為________kJ·mol－1，Kp＝________Pa。
②碳氯化的反應趨勢遠大于直接氯化，其原因是_____________________________。
③對于碳氯化反應：增大壓強，平衡________移動(填“向左”“向右”或“不”)；溫度升高，平衡轉化率________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)在1.0×105 Pa，將TiO2、C、Cl2以物質的量比1∶2.2∶2進行反應。體系中氣體平衡組成比例(物質的量分數)隨溫度變化的理論計算結果如圖所示。
反應C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常數Kp(1 400 ℃)＝________Pa。
5．(2022·湖南高考節選)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1 mol H2O(g)，起始壓強為0.2 MPa時，發生下列反應生成水煤氣：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1
反應平衡時，H2O(g)的轉化率為50%，CO的物質的量為0.1 mol。此時，整個體系______(填“吸收”或“放出”)熱量____kJ，反應Ⅰ的平衡常數Kp＝________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質的量分數)。
6．(2023·全國卷乙節選)硫酸亞鐵在工農業生產中有許多用途，如可用作農藥防治小麥黑穗病，制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題：
(3)將FeSO4置入抽空的剛性容器中，升高溫度發生分解反應：
2FeSO4(s) Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)
平衡時pSO3 T的關系如下圖所示。660 K時，該反應的平衡總壓p總＝________kPa、平衡常數Kp(Ⅰ)＝________(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)提高溫度，上述容器中進一步發生反應2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡時pO2＝________(用pSO3、pSO2表示)。在929 K 時，p總＝84.6 kPa，pSO3＝35.7 kPa，則pSO2＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出計算式)。
7．(2023·湖南高考節選)聚苯乙烯是一類重要的高分子材料，可通過苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制備
(1)已知下列反應的熱化學方程式：
①C6H5C2H5(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH1＝－4 386.9 kJ·mol－1
②
③
計算反應④的 ；
(2)在某溫度、100 kPa下，向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生反應④，其平衡轉化率為50%，欲將平衡轉化率提高至75%，需要向反應器中充入________mol水蒸氣作為稀釋氣(計算時忽略副反應)。
(3)在913 K、100 kPa下，以水蒸氣作稀釋氣、Fe2O3作催化劑，乙苯除脫氫生成苯乙烯外，還會發生如下兩個副反應：
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)＋CH2
⑥
以上反應體系中，芳香烴產物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性S()隨乙苯轉化率的變化曲線如圖所示，其中曲線b代表的產物是 ，理由是 ；
,
鞏固練習
一、選擇題(每題5分，共10題，共50分)
1．在一定溫度下，反應N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的反應熱和化學平衡常數分別為ΔH和K，則相同溫度時反應4NH3(g) 2N2(g)＋6H2(g)的反應熱和化學平衡常數為(　　 )
A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2 C．－2ΔH和K－2 D．2ΔH和－2K
2．(2023·安徽皖江名校聯考)在PdCl2 CuCl2做催化劑和適宜的溫度條件下，用O2將HCl氧化為Cl2：4HCl(g)＋O2(g) 2H2O(g)＋2Cl2(g)　ΔH<0。下列有關說法不正確的是(　　 )
A．降低溫度，可提高Cl2產率
B．提高，該反應的平衡常數增大
C．若斷開1 mol H—Cl鍵的同時有1 mol H—O鍵斷開，則表明該反應達到平衡狀態
D．該反應的平衡常數表達式K＝
3．(2023·江蘇淮安期中)海洋中蘊藏著各種油氣及礦物資源，海洋的開發利用潛力巨大。甲烷(可燃冰的主要成分)可以用來制氫氣，其原理如下： CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋216 kJ·mol－1。下列有關說法正確的是(　　 )
A．升高溫度不利于CH4轉化率的上升
B．使用適當的催化劑可以提高反應速率
C．反應的平衡常數可表示為K＝
D．增大壓強能提高反應中CH4的平衡轉化率
4．在一個容積為2 L的密閉容器中，加入0.8 mol A2氣體和0.6 mol B2氣體，一定條件下發生反應A2(g)＋B2(g) 2AB(g)　ΔH＜0，反應中各物質的濃度隨時間的變化情況如圖所示，下列說法不正確的是(　　 )
A．圖中a的值為0.15 B．該反應的平衡常數K＝0.03
C．溫度升高，平衡常數K值減小 D．平衡時A2的轉化率為62.5%
5．利用I2O5可消除CO污染，其反應為I2O5(s)＋5CO(g) 5CO2(g)＋I2(s)；不同溫度下，向裝有足量I2O5固體的2 L恒容密閉容器中通入2 mol CO，測得CO2氣體體積分數φ(CO2)隨時間t變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　 )
A．b點時，CO的轉化率為20% B．容器內的壓強保持恒定，表明反應達到平衡狀態
C．b點和d點的化學平衡常數：Kb＞Kd D．0到0.5 min反應速率v(CO)＝0.3 mol·L－1·min－1
6．(2023·河北部分學校聯考)高爐煉鐵中的一個反應為FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　ΔH＞0，在1 100 ℃下，若CO起始濃度為1.2 mol/L，10 min后達到平衡時CO2的體積分數為，下列說法錯誤的是(　　 )
A．1 100 ℃下，此反應的平衡常數K＝0.2
B．達到平衡過程中，反應的平均速率為v(CO)＝0.02 mol·L－1·min－1
C．達到平衡后，若增大c(CO2)，則達到新平衡時，增大
D．測得某時刻c(CO)＝0.8 mol/L，則此時v正7．氨基甲酸銨發生分解的化學方程式為NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)。利用如下裝置測定不同溫度下該反應以分壓表示的化學平衡常數Kp。
步驟Ⅰ：關閉K3，打開K1和K2，開啟真空泵抽氣至測壓儀數值穩定后關閉K1；
步驟Ⅱ：關閉K2，緩慢開啟K3至U形管兩邊液面相平并保持不變，讀取壓強數值。
記錄25 ℃、30 ℃下壓強分別為12.0 kPa、17.1 kPa。下列說法錯誤的是(　　)
A．氨基甲酸銨分解反應的ΔH>0
B．該反應25 ℃時的化學平衡常數Kp＝2.56×1011 Pa3
C．步驟Ⅰ中測壓儀數值未穩定即關閉K1，Kp測量值偏小
D．步驟Ⅱ中讀數時U形管左側液面偏高，Kp測量值偏大
8．合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大突破，目前工業上用氫氣和氮氣直接合成氨：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。T ℃時，在2 L恒容密閉容器中加入1.2 mol N2和2 mol H2模擬一定條件下工業固氮，體系中n(NH3)隨時間的變化如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．2 min內NH3的平均反應速率為0.112 5 mol·L－1·min－1
B．T ℃時，從2 min到4 min，反應的平衡常數增大
C．容器內壓強不再變化說明反應達到平衡，且2v正(H2)＝3v逆(NH3)
D．T ℃時，該反應的平衡常數為6.25
9．(2023·江蘇泰州聯考)CO2催化加氫可合成二甲醚，發生的主要反應有：
反應Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH1＝－122.5 kJ·mol－1
反應Ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
ΔH2＝a kJ·mol－1
在恒壓、n始(CO2)∶n始(H2)＝1∶3時，若僅考慮上述反應，平衡時CH3OCH3和CO的選擇性及CO2的轉化率隨溫度的變化如圖中實線所示。CH3OCH3的選擇性＝×100%，下列說法錯誤的是(　　 )
A．圖中曲線③表示平衡時CO2轉化率隨溫度的變化
B．a>0
C．平衡時H2轉化率隨溫度的變化可能如圖中虛線所示
D．200 ℃時， 使用對反應Ⅰ選擇性高的催化劑可提高CH3OCH3的生產效率
10．向2 L恒容密閉容器中充入2 mol SO2(g)和2 mol Cl2(g)，發生如下反應：SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g)。測得不同溫度下SO2(g)的轉化率α(SO2)與時間(t)的關系如圖所示。假設反應速率方程為v正＝k正·c(SO2)·c(Cl2)，v逆＝k逆·c(SO2Cl2)(k是速率常數，與溫度有關)，下列說法錯誤的是(　　 )
A．該反應的ΔH＜0 B．T1時，＝20
C．M點：> D．升高溫度，k正增大的倍數大于k逆增大的倍數
二、非選擇題(共2題，共15分)
11．(8分)(1)工業合成NH3的反應，解決了世界約三分之一人口的糧食問題。已知：N2＋3H2 2NH3，且該反應的v正＝k正·c(N2)·c3(H2)，v逆＝k逆·c2(NH3)，則反應N2＋H2 NH3的平衡常數K＝________(用k正和k逆表示)。(2分)
(2)500 ℃時，向容積為2 L的密閉容器中通入1 mol N2和3 mol H2，模擬合成氨的反應，容器內的壓強隨時間的變化如下表所示：
時間/min 0 10 20 30 40 ＋∞
壓強/MPa 20 17 15 13.2 11 11
①達到平衡時N2的轉化率為________。(2分)
②用壓強表示該反應的平衡常數Kp＝________(Kp等于平衡時生成物分壓冪的乘積與反應物分壓冪的乘積的比值，某物質的分壓等于總壓×該物質的物質的量分數)。(2分)
③隨著反應的進行合成氨的正反應速率與NH3的體積分數的關系如下圖所示，若升高溫度再次達到平衡時，可能的點為________(從點“A、B、C、D”中選擇)。(2分)
12．(7分)(2023·山東省實驗中學模擬)研究氮、碳及其化合物的資源化利用具有重要的意義。回答下列問題：
(1)以焦炭為原料，在高溫下與水蒸氣反應可制得水煤氣，涉及反應如下：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.3 kJ·mol－1　K1
Ⅱ.C(s)＋2H2O(g) CO2(g)＋2H2(g)　ΔH2＝＋90.3 kJ·mol－1　K2
Ⅲ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41.0 kJ·mol－1　K3
三個反應的平衡常數隨溫度變化的關系如圖所示，則表示K1、K3的曲線依次是______、______。(4分)
(2)CO2在Cu ZnO催化下，同時發生以下反應，是解決能源短缺的重要手段。
①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＜0
②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＞0
在容積不變的密閉容器中，保持溫度不變，充入一定量的CO2和H2，起始及達平衡時，容器內各氣體的物質的量及總壓強如下表所示：
CO2 H2 CH3OH CO H2O 總壓強/kPa
起始/mol 0.5 0.9 0 0 0 p0
平衡/mol 0.3 p
若容器內反應①、②均達到平衡時，p0＝1.4p，反應①的平衡常數Kp＝________(kPa)－2。(用含p的式子表示，分壓＝總壓×氣體物質的量分數)(3分)
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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