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校本作業(yè)11 化學(xué)平衡常數(shù) 例1．(1)目前國(guó)際空間站處理CO2的一個(gè)重要方法是將CO2還原，所涉及的反應(yīng)方程式為 CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) 已知H2的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而增加。若溫度從300 ℃升至400 ℃，重新達(dá)到平衡，判斷下列表格中各物理量的變化(選填“增大”、“減小”或“不變”)。 v正 v逆 平衡常數(shù)K 轉(zhuǎn)化率α (2)相同溫度時(shí)，上述反應(yīng)在不同起始濃度下分別達(dá)到平衡，各物質(zhì)的平衡濃度如下表： [CO2]/ molL－1 [H2]/ molL－1 [CH4]/ molL－1 [H2O]/ molL－1 平衡Ⅰ a b c d 平衡Ⅱ m n x y a、b、c、d與m、n、x、y之間的關(guān)系式為_(kāi)_________________________________________。 例2． (1)設(shè)反應(yīng)Ⅰ.Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝Q1的平衡常數(shù)為K1， 反應(yīng)Ⅱ Fe(s)＋H2O(g) FeO(s)＋H2(g)　ΔH＝Q2的平衡常數(shù)為K2， 在不同溫度下，K1、K2的值如下表： 溫度/K K1 K2 973 1.47 2.38 1 173 2.15 1.67 K1＝，K2＝。 ①由表中數(shù)據(jù)推斷，反應(yīng)Ⅰ是________(填“放”或“吸”)熱反應(yīng)。 ②現(xiàn)有反應(yīng)Ⅲ.H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝Q3的平衡常數(shù)為K3，根據(jù)反應(yīng)Ⅰ與Ⅱ推導(dǎo)出K1、K2、K3的關(guān)系式K3＝________，該反應(yīng)為_(kāi)_______(填“放”或“吸”)熱反應(yīng)。 (2)高溫?zé)岱纸夥芍迫钨|(zhì)硫。已知：2H2S(g) 2H2(g)＋S2(g)。在容積為2 L的密閉容器中充入10 mol H2S，H2S分解轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如上圖所示。圖中a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，b為不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率。則985 ℃時(shí)H2S按上述反應(yīng)分解的平衡常數(shù)K＝________；隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因是__________________________。 上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝K正x2(H2S)，逆反應(yīng)速率為v逆＝K逆x2(H2)x(S2)，其中K正、K逆為速率常數(shù)，則K逆＝________(以K和K正表示)。 (3)在容積固定的密閉容器中，起始時(shí)充入0.2 mol SO2,0.1 mol O2，反應(yīng)體系起始總壓強(qiáng)0.1 MPa，反應(yīng)在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率為90%，該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝_________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算；分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 1、 強(qiáng)化練習(xí) 1．在一體積固定的密閉 容器中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：2X（g）+Y（s）Z（g）+W（g），若其化學(xué)平衡常數(shù)（K）和溫度（℃）的關(guān)系如下表：對(duì)該反應(yīng)而言，下列說(shuō)法正確的是（　　） t/℃ 700 800 900 1000 1200 K 0.6 0.9 1.3 1.8 2.7 A．該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng) B．K越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大 C．溫度不變，增加X(jué)的用量，K增大D．達(dá)平衡后，加入催化劑，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) 2．已知448℃時(shí)反應(yīng)H2（g）+I2（g）2HI（g）的平衡常數(shù)是49，則HI（g）H2（g）+I2（g）在該溫度下的平衡常數(shù)是（　?。? A． B．49 C． D．7 3．氮?dú)馐侵苽浜衔锏囊环N重要物質(zhì)，而含氮化合物的用途廣泛，如圖表示兩個(gè)常見(jiàn)固氮反應(yīng)的平衡常數(shù)對(duì)數(shù)值（IgK）與溫度的關(guān)系：①N2+3H22NH3②N2+O22NO 根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)判斷下列說(shuō)法正確的是（　?。? A．反應(yīng)①和②均為放熱反應(yīng) B．升高溫度，反應(yīng)①的反應(yīng)速率減小 C．在常溫下，利用反應(yīng)①固氮和利用反應(yīng)②固氮反應(yīng)程度相差很大 D．在1000℃時(shí)，反應(yīng)①和反應(yīng)②體系中N2的濃度一定相等 4．將固體NH 4I置于密閉容器中，在某溫度下發(fā)生下列反應(yīng)：①NH 4I（s）NH 3（g）+HI（g）， ②2HI（g）H 2（g）+I 2（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得c（H 2）=0.5mol/L，c（HI）=4mol/L，則反應(yīng)①的平衡常數(shù)為（　?。? A．4（mol/L） 2 B．16（mol/L） 2 C．20（mol/L） 2 D．25（mol/L） 2 5．在一定溫度下，反應(yīng)H2（g）+X2（g）HX（g）的平衡常數(shù)為10．若將1.0mol的HX（g）通入體積為1.0L的密閉容器中，在該溫度時(shí)HX（g）的最大分解率接近于（　?。? A．5% B．17% C．25% D．33% 6．t℃時(shí)，在2L的密閉容器中存在反應(yīng)：m A（g）+n B（sp C（g）△H=a KJ?mol﹣1，已知t℃時(shí)該反應(yīng)平衡常數(shù)為K，且起始加料如下表所示：下列說(shuō)法正確的是（　?。? A B C 起始加料（mol） x y z A．若＞K，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) B．若＞K，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) C．若m+n＜p，且a＜0，則正反應(yīng)一定可以自發(fā)進(jìn)行 D．若m+n＞p，則正反應(yīng)方向是熵減的方向 7．反應(yīng)物和生成物均為氣態(tài)的平衡體系，平衡常數(shù)表達(dá)式為，有關(guān)該平衡體系說(shuō)法不正確的是 A．升高溫度，該反應(yīng)平衡常數(shù)K的變化無(wú)法判斷 B．增大壓強(qiáng)，W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小 C．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Z(g)+2W(g)X(g)+2Y(g) D．增大X氣體濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) 8．碘單質(zhì)難水溶于水卻易溶于KI溶液．碘水中加入KI溶液發(fā)生反應(yīng)：I2(aq)+I－(aq)I3－(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如圖，下列說(shuō)法不正確的是： A．上述正反應(yīng)為放熱反應(yīng) B．上述體系中加入苯，平衡不移動(dòng) C．可運(yùn)用該反應(yīng)原理除去硫粉中少量的碘單質(zhì) D．實(shí)驗(yàn)室配制碘水時(shí)，為增大碘單質(zhì)的溶解度可加入適量KI溶液 9．在常溫下，X2(g)和H2反應(yīng)生成HX的平衡常數(shù)如表中所示，僅依據(jù)K的變化，關(guān)于等物質(zhì)的量濃度的H2與X2的反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是 化學(xué)方程式 平衡常數(shù)K 化學(xué)方程式 平衡常數(shù)K F2+H22HF 6.51095 Br2+H22HBr 1.91019 Cl2+H22HCl 2.61033 I2+H22HI 8.7102 A．X2與H2反應(yīng)的反應(yīng)速率依次減小 B．X2與H2反應(yīng)的劇烈程度逐漸減弱 C．F2的轉(zhuǎn)化率最大 D．升高溫度，平衡常數(shù)都增大 10．N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＝－94.4 kJmol－1。恒容時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。 (1)在1L容器中發(fā)生反應(yīng)，前20 min內(nèi)，v(NH3)＝______， 放出的熱量為_(kāi)_____。 (2)25 min時(shí)采取的措施是___________； (3)時(shí)段III條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為_(kāi)____（用具體數(shù)據(jù)表示）。 11．CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在密閉容 器中充有10 mol CO與20 mol H2，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示：若A、B兩點(diǎn)表示在某時(shí)刻達(dá)到的平衡狀態(tài)，此時(shí)在A點(diǎn)時(shí)容器的體積為VAL，則該溫度下的平衡常數(shù)K＝________； A、B兩點(diǎn)時(shí)容器中，n(A)總: n(B)總＝________。 12．對(duì)于反應(yīng)2SO2+O22SO3，某溫度下，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K(A)______K(B)（填“>”、“<”或“＝”）。 13．甲醇可作為燃料電池的原料．通過(guò)下列反應(yīng)可以制備甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=﹣90.8kJ?mol﹣1 在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO 和20mol H2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖1所示，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A 時(shí)，容器的體積為20L． （1）T1℃反應(yīng)的平衡常數(shù)為　 ?。? （2）圖中P1　 　 P2（填“＞”、“＜”或“=”）． （3）如反應(yīng)開(kāi)始時(shí)仍充入10mol CO和20mol H2，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V（B）=　 　L． （4）關(guān)于反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）在化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的描述正確的是　 　（填字母，下同）． A．CO的含量保持不變 B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等 C．2v正（CH3OH）=v正（H2） D．容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變 （5）CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），按照相同的物質(zhì)的量投料，測(cè)得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．下列說(shuō)法正確的是　 ?。? A．溫度：T1＜T2＜T3 B．正反應(yīng)速率：v（a）＞ν（c）； v（b）＞v（d） C．平衡常數(shù)：K（a）=K（c）； K（b）＞K（d） D．平均摩爾質(zhì)量：M（a）＜M（c）； M（b）＞M（d） 15．氨是化肥工業(yè)和基礎(chǔ)化工的重要原料．請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）工業(yè)上主要用氮?dú)馀c氫氣在高溫高壓下和車氨，平衡混合物中氨的百分含量與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示（其中n（N2）：n（H2）=1：3）． ①列式計(jì)算A點(diǎn)合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp（A）=　 ?。ㄓ闷胶夥謮捍嫫胶鉂舛扔?jì)算），圖中A，B，C三點(diǎn)平衡常數(shù)Kp（A），Kp（B），Kp（C）的關(guān)系是　 ?。? ②圖中p1，p2，p3，p4，p5的大小順序?yàn)椤? ?。? ③常溫下工業(yè)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率比500℃高得多，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)不采用常溫的原因是　 ?。? 16．Ⅰ.工業(yè)上可用CO或CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示： 化學(xué)反應(yīng) 平衡常數(shù) 溫度℃ 500 800 ①2H2（g）+CO（g）CH3OH（g） K1 2.5 0.15 ②H2（g）+CO2（g）H2O （g）+CO（g） K2 1.0 2.50 ③3H2（g）+CO2（g）CH3OH（g）+H2O （g） K3 (1)據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________(用K1、K2表示)。500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(molL－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時(shí)v正____(填“>”、“＝”或“<”)v逆。 (2)在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)—反應(yīng)時(shí)間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時(shí)刻分別改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ和曲線Ⅲ。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ時(shí)，改變的條件是______________。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅲ時(shí)，改變的條件是______________。 Ⅱ.利用CO和H2可以合成甲醇，反應(yīng)原理為CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。一定條件下，在容積為VL的密閉容器中充入amolCO與2amolH2合成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。 (1)p1________(填“>”、“<”或“＝”)p2，理由是________________________________。 (2)該甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K＝______________(用a和V表示)。 (3)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO________(填“>”、“<”或“＝”)H2。 (4)下列措施中能夠同時(shí)滿足增大反應(yīng)速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是________(填字母)。 A．使用高效催化劑 B．降低反應(yīng)溫度C．增大體系壓強(qiáng) D．不斷將CH3OH從反應(yīng)混合物中分離出來(lái) 17．乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)： CH2CH3（g）CH2═CH2（g）+H2（g） （1）已知： 化學(xué)鍵 C﹣H C﹣C C=C H﹣H 鍵能/kJ?molˉ1 412 348 612 436 計(jì)算上述反應(yīng)的△H=　 　 kJ?mol﹣1． （2）維持體系總壓強(qiáng)p恒定，在溫度T時(shí)，物質(zhì)的量為n、體積為V的乙苯蒸汽發(fā)生催化脫氫反應(yīng)．已知乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=　 ?。ㄓ忙恋确?hào)表示）． （3）工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣（原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1：9），控制反應(yīng)溫度600℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)．在不同反應(yīng)溫度下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性（指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）示意如圖： ①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說(shuō)明該事實(shí)　 　． ②控制反應(yīng)溫度為600℃的理由是　 ?。? （4）某研究機(jī)構(gòu)用CO2代替水蒸氣開(kāi)發(fā)了綠色化學(xué)合成工藝﹣﹣乙苯﹣二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯．保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸汽工藝相比，在相同的生產(chǎn)效率下，可降低操作溫度；該工藝中還能夠發(fā)生反應(yīng)：CO2+H2═CO+H2O，CO2+C═2CO．新工藝的特點(diǎn)有　 ?。ㄌ罹幪?hào)）． ①CO2與H2反應(yīng)，使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移②不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗 ③有利于減少積炭 ④有利于CO2資源利用． 參考答案 1-5 BCCCB 6-9 CDBC 10． (1)0.050 molL－1min－1 47.2kJ (2)將NH3從反應(yīng)體系中分離出去 (3) 11． 5：4 12．＝ 13． （1）4△H1+△H2+2△H3； （2） （a）當(dāng)△H＞0時(shí)，lgK隨溫度升高而增大，當(dāng)△H＜0時(shí)，lgK隨溫度升高而減??；（b）當(dāng)溫度同等變化時(shí)，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大； （3）99%；（4）CO2； 14． （1）4 L2?mol﹣2； （2）＜； （3）4； （4）ACD； （5）A； 15． ①，Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B）； ②p1＞p2＞p3＞p4＞p5； ③反應(yīng)速率慢催化劑活性低，經(jīng)濟(jì)效益低 16． Ⅰ.(1)K1K2　>　 (2)加入催化劑　將容器的體積(快速)壓縮至2 L Ⅱ.(1)<　甲醇的合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高　 (2) 　 (3)＝ (4)C 17． （1）+124；（2）p； （3）①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，保持壓強(qiáng)不變，加入水蒸氣，容器體積應(yīng)增大，等效為降低壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)； ②600℃時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高，溫度過(guò)低，反應(yīng)速率較慢，轉(zhuǎn)化率較低，溫度過(guò)高，選擇性下降，高溫下可能失催化劑失去活性，且消耗能量較大；（4）①②③④．