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备战2025 年高考化学【一轮·考点精讲精练】复习讲义
考点41 化学平衡常数(Kc、Kp)、速率常数及相关计算
知识精讲
一.化学平衡常数(Kc)的含义及应用
二.化学平衡常数和转化率的有关计算(“三段法”)
三.压强平衡常数(Kp)
四.速率常数与平衡常数的计算
课后精练
选择题:
20
题
非选择题:
5
题
建议时长:
60
分钟
实际时长: 分钟
一.化学平衡常数(Kc)的含义及应用
1.表达式
对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
(1)浓度商:在任意时刻的,通常用Q 表示。
(2)化学平衡常数:在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度
幂之积的比值是一个常数,用符号K 表示:K=,固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表
达式中。如:
C(s)
①
+H2O(g)
CO(g)+H2(g) K=
Fe
②
3+(aq)+3H2O(l)
Fe(OH)3(s)+3H+(aq) K=
③Br2+H2O
H++Br-+HBrO K=
④C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)
K= c(CO )⋅c( H 2)
c( H 2O)
2.平衡常数与方程式的关系
1
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(1)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
(2)在相同温度下,对于给定的可逆反应,正逆反应的平衡常数互为倒数,即K 正=。
(3)方程式乘以某个系数x,则平衡常数变为原来的x 次方。
(4)两方程式相加得总方程式,则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积,即K 总=
K1·K2。
化学方程式
平衡常数表达式
相互关系
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
K 1=
c2(NH 3)
c3( H 2)⋅c( N 2)
K1=K2
2
K2·K3=1
K1·K3
2=1
N2(g)+H2(g)
NH3(g)
K 2=
c(NH 3)
c
3
2( H 2)⋅c
1
2( N 2)
NH3(g)
N2(g)+H2(g)
K 3= c
3
2( H 2)⋅c
1
2( N 2)
c(NH 3)
3.意义及影响因素
(1)K 值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
K
<10-5
10-5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应接近完全
(2)K 值只受温度的影响,与物质的浓度、压强等的变化无关。
影响因素
内因
反应物本身的性质
外因
温度升高
ΔH<0,K 值减小
ΔH>0,K 值增大
提醒:
①K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
②K 值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,不能预示反应达到平衡所需要
的时间。
2
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③当K>105时,可以认为反应进行完全。
4.应用
(1)判断反应进行的程度:K 值越大,该反应进行得越完全,反应物的转化率越大;反之,就越不完
全,转化率越小。
K 值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越大
越大
越大
越小
越高
越小
越小
越小
越大
越低
(2)对于可逆反应:mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)的任意状态,浓度商Q=。
根据浓度商与平衡常数的大小关系,可以判断化学平衡移动的方向:
当Q<K 时,反应向正反应方向进行,直至达到新的平衡状态;
当Q=K 时,反应处于平衡状态;
当Q>K 时,反应向逆反应方向进行,直至达到新的平衡状态。
(3)判断可逆反应的反应热
如:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的平衡常数与温度的关系如下,由下表数据分析可知:温度升高,K 值
减小,则正反应为放热反应。
T/K
373
473
573
673
773
K
3.35×109
1.00×107
2.45×105
1.88×104
2.99×103
二.化学平衡常数和转化率的有关计算(“三段法”)
(1)掌握一个方法——“三段式”法
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意准确地列出起始量、变化
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量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。
对以下反应:mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),令A、B 起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡
后,A 的消耗量为mx mol,容器容积为V L。
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
(2)明确三个量的关系
①三个量:即起始量、变化量、平衡量。
②关系:
对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
(3)掌握以下公式
①平衡常数:K=。
A
②
的平衡浓度:c(A)= mol·L-1。
A
③
的转化率:α(A)=×100%,α(A)∶α(B)=∶=。
(转化率=×100%=×100%)
A
④
的体积分数:φ(A)=×100%。
(某组分的体积分数=×100%)
⑤平衡混合物中某组分的百分含量=×100%。
⑥平衡压强与起始压强之比:=。
⑦混合气体的平均密度:ρ 混= g·L-1。
⑧混合气体的平均摩尔质量:M= g·mol-1。
⑨生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料利用率越
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高,产率越大。
产率=×100%。
三.压强平衡常数(Kp)
1.压强平衡常数(Kp)
(1)当把化学平衡常数K 表达式中各物质的浓度用该物质的分压来表示时,就得到该反应的压强平衡常
数Kp,其表达式的意义相同。
对于一般可逆反应mA+nB
pC+qD,当在一定温度下达到平衡时,其压强平衡常数Kp=,其中
p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反应物和生成物的分压,平衡分压计算方法如下:
某气体的分压=总压p(总)×该气体的物质的量分数(或体积分数)。
p(总)=p(A)+p(B)+p(C)+p(D);
(2)Kp仅适用于气相发生的反应。
2.计算步骤及模板
(1)计算步骤
①根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。
②计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
③根据分压计算公式求出各气体物质的分压。
④根据平衡常数计算公式代入计算。
(2)两种Kp的计算模板:
模板一
模板二
①平衡总压为p0
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
n(平) a b c
p(分压) p0 p0 p0
Kp=
②刚性容器起始压强为p0,平衡转化率为α。
2NO2(g)
N2O4(g)
p(始) p0 0
Δp p0α p0α
p(平) p0-p0α p0α
Kp=
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四.速率常数与平衡常数的计算
1.速率常数
(1)速率常数含义
速率常数(k)是指在给一定温度下,反应物浓度皆为1 mol·L-1时的反应速率。在相同的浓度条件下,
可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比,而速率常数是其比例常数,在恒温条件下,速率
常数不随反应物浓度的变化而改变。因此,可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
(2)速率方程
一定温度下,化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于基元反应(能够一步完成的反应):aA+bB===gG+hH,则v=kca(A)·cb(B)(其中k 为速率常数)。如
SO
①
2Cl2
SO2+Cl2 v=k1c(SO2Cl2)
2NO
②
2
2NO+O2 v=k2c2(NO2)
2H
③
2+2NO
N2+2H2O v=k3c2(H2)·c2(NO)
(3)速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的,速率常数是温度的函数,通常反应速率常数越大,反应进行的
越快。同一反应,温度不同,速率常数将有不同的值,但浓度不影响速率常数。
2.相同温度下,正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
(1)K 与k 正、k 逆的关系
对于反应:aA(g)+bB(g)
pC(g)+qD(g),
则:v 正=k 正·ca(A)·cb(B) (k 正为正反应速率常数)
v 逆=k 逆·cp(C)·cq(D) (k 逆为逆反应速率常数)
反应达到平衡时v 正=v 逆,此时:k 正·ca(A)·cb(B)=k 逆·cp(C)·cq(D)
,即:
(2)Kp与k 正、k 逆的关系
以2NO2
N2O4为例,v 正=k 正·p2(NO2),v 逆=k 逆·p(N2O4)
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反应达到平衡时v 正=v 逆,此时:k 正·p2(NO2)=k 逆·p(N2O4)
==Kp,即:Kp=
1.已知:
。不同温度下,向恒容密闭容器中按不同进料比
充入
和
,测得体系达平衡时的
(
,
为体系初始时气体混
合物的总物质的量,
为体系平衡时气体混合物的总物质的量)随
的变化关系如图所示。下
列说法正确的是
A.
B.b、c 点,
的转化率相等
C.
时,若
,则平衡常数
D.a、b 点,a 点对应的
的物质的量分数更大
【答案】D
【详解】A.
,反应放热,且方程式计量数减少,当温度降低,平衡正移,
变大,故
,A 错误;
B.b、c 点温度不同,对应
的转化率不相等,B 错误;
C.
时,若
,依据图中c 点,
,建立三段式
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求解得平衡常数
,C 错误;
D.在a、b 点中,a 点按照
投入,
和
刚好依据计量数反应,对应的
的物质的量分
数最大,D 正确;
故答案为:D。
2.
下,向密闭容器中充入等物质的量的
和
,发生反应
,反应过程中物质的量浓度变化如图所示。反应速率可表示为
,
,其中
、
为速率常数。下列说法正确的是
A.该反应在高温下一定能自发进行
B.
点时,
C.当
时,反应达到平衡状态
D.反应开始至平衡,用
表示的平均反应速率为
【答案】D
【详解】A.反应为放热的熵减反应,在低温下能自发进行,A 错误;
B.由图可知,平衡时A、C 浓度分别为0.8mol/L、3.2mol/L,则消耗B 的浓度为3.2mol/L÷2=1.6mol/L,平
衡B 浓度4mol/L-1.6mol/L=2.4mol/L,平衡时正逆反应速率相等,
,
;a 点时A、C 的浓度相等,则此时A 和C 均为2mol/L,消耗B 的浓度为
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2mol/L÷2=1mol/L,剩余B 浓度4mol/L-1mol/L=3mol/L,
,B 错
误;
C.反应的速率比等于系数比,
时,正逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态,C 错误;
D.反应开始至平衡,用
表示的平均反应速率为
,D 正确;
故选D。
3.在一定温度下,将足量的
加入密闭的恒容容器中。起初容器内充满氦气,一段时间后
分解
达到平衡,发生的反应如下:
反应:
反应
:
已知两个反应的焓变均为正值,且反应的平衡常数
远大于反应
的平衡常数
,则下列说法错误的是
A.反应过程中
B.反应达到平衡后
C.反应达到平衡后
D.若适当升高温度,反应重新达到平衡后
和
会变大
【答案】C
【详解】A.反应过程中,反应生成的
,生成的
继续发生反应
,
,故
,A 正确;
B.
,反应的平衡常数
远大于反应
的平衡常数
,说明反应
进行的程度很小,
则
,所以
,B 正确;
C.反应中,
,反应
中,
,由选项A 分析
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知,
,则
,
,C 错
误;
D.两反应都为分解反应,且均为吸热反应,若适当升高温度,平衡正向移动,反应重新达到平衡后
和
会变大,D 正确;
故选C。
4.一定条件下合成乙烯
;已知温度对
的平衡转化率和
催化剂催化效率的影响如图,下列说法正确的是
A.平衡常数
B.
,催化剂对
平衡转化率的影响最大
C.为了提高乙烯单位时间内的产率应尽可能选择低温
D.若投料比
,则图中
点时,
的体积分数约为
【答案】D
【详解】A.由图可知,升高温度,CO2的平衡转化率减小,说明正反应放热,温度升高,平衡逆向移
动,平衡常数减小,所以平衡常数
,A 错误;
B.催化剂只能影响反应速率,不能使平衡发生移动,则催化剂不影响CO2平衡转化率,B 错误;
C.虽然温度降低,平衡正向移动,
平衡转化率增大,但低温催化效率较低,反应速率较慢,不利于
提高乙烯单位时间内的产率,C 错误;
D.若投料比
,假设投料
的物质的量为
,则
的物质的量为
,图中
点时,
的平衡转化率为
,所以转化的
为
,同时转化的
为
,生成的乙烯为
,水蒸气为
,所以平衡时,
的物质的量为
,
的物质的量为
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,乙烯为
,水蒸气为
,所以
的体积分数为
,D 正确;
故选D。
5.向一恒容密闭容器中加入1mol CH4和一定量的CO2,发生反应:
。
的平衡转化率按不同投料比
随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A.
B.反应速率:
C.点a、b、c 对应的平衡常数:
D.反应温度为
,当容器内物质的总摩尔质量不变时,反应达到平衡状态
【答案】B
【详解】A.一定条件下,增大二氧化碳的浓度,能提高CH4的转化率,即x 值越小,CH4的平衡转化率越
大,则
,A 正确;
B.b 点和c 点温度相同,CH4的起始物质的量都为1mol,b 点x 值小于c 点,则b 点加二氧化碳多,反应
物浓度大,则反应速率:
,B 错误;
C.由图像可知,x 一定时,温度升高CH4的平衡转化率增大,说明正反应为吸热反应,温度升高平衡正向
移动,K 增大;温度相同,K 不变,则点a、b、c 对应的平衡常数:
,C 正确;
D.该反应为气体物质的量增大的反应,当物质的量不变时,摩尔质量也就不变,反应达到平衡状态,D
正确;
故选B。
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6.McMorris 测定和计算了在
范围内下列反应的平衡常数
。
得到
和
均为线性关系,如下图所示,下列说法正确的是
A.NOCl 分解为
和
的逆反应的
大于0
B.反应
的
C.反应
的
大于0
D.
的单位为
【答案】C
【详解】A.结合图可知,
越随着
的增大而逐渐减小,温度越高,
越小,
越大,即
越
大,说明升高温度平衡
正向移动,则
分解为
和
反应的
大于
0,则其逆反应的
小于0,故A 错误;
B.Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅰ+Ⅱ得
,则
的
,故B 错误;
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C.设
,即
,由图可知:
则:
,即
,因此反应
的
大于0,故C 正确;
D.反应Ⅰ中反应物的系数和比生成物的系数和大1,所以
的单位为
,故D 错误;
选C。
7.在恒温恒容密闭容器中充入一定量
,反应关系如下:
反应②和③的速率方程分别为
和
分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化
能大于反应②。测得
的浓度随时间的变化如下表。下列说法正确的是
0
1
2
3
4
0.20
0.153
0.12
0.096
0.080
A.
内,X 的平均反应速率为
B.若压缩容器容积,平衡时Y 的产率减少
C.若
,平衡时
D.若降低温度,平衡时
增大
【答案】D
【详解】A.由表知0~4min 内Δc(W)=(0.2-0.08)mol/L=0.12mol/L,
=
,A 正确;根据方程式可知,
,但是还有一部分X 转化为Z,则
,A 错误;
B.过程①是完全反应,过程②是可逆反应,改变容器的体积,只对过程②有影响,生成Y 的反应是过程
①,完全反应,平衡时Y 的产率不变,B 错误;
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C.由速率之比等于系数比,平衡时V 逆(X)=2V 正(Z),即v3=2v2,
,若
,平衡时
c(Z)=8c2(X),故C 错误;
D.反应③的活化能大于反应②,△H=正反应活化能-逆反应活化能<0,则4X(g)=2Z(g)
H<0
△
,该反应是
放热反应,降低温度,平衡正向移动,则平衡时c(Z)增大,故D 正确;
故选D。
8.温度为
时,在容积为
的恒容密闭容器中发生反应:
。实验
测得:
,
为速率常
数,受温度影响。不同时刻测得容器中
如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
0.20
0.10
0.08
0.065
0.06
0.06
0.10
0.05
0.04
0.0325
0.03
0.03
下列说法正确的是
A.
内,该反应的平均速率
B.其他条件不变,往原容器中再通入
和
,则达到新的平衡时
体积分数减小
C.其他条件不变,移走部分
,则平衡正向移动,平衡常数增大
D.当温度改变为
时,若
,则
【答案】A
【详解】A.根据表格数据可知:在0~2 s 内,NO 的物质的量由0.20 mol 变为0.08 mol,
,则该反应的平均速率,
,A 正
确;
B.其他条件不变,往原容器中再通入0.20 mol NO 和0.10 mol O2,相当于增大体系的压强,由于该反应的
正反应是气体体积减小的反应,增大压强,化学平衡正向移动,所以达平衡时NO2体积分数增大,B 错
误;
C.化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变。其他条件不变,移走部分NO2,化学平
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衡正向移动,平衡常数不变,C 错误;
D.
为速率常数,只受温度影响,在温度为T1时,根据表格数据,容器容积是2 L,结合物质反应
关系可知平衡时各种物质的浓度
,
,
,化学平
衡常数
,说明
,若
,则K 减小,化学平衡逆向
移动,由于该反应的正反应为放热反应,则改变条件是升高温度,所以温度
,D 错误;
故答案为:A。
9.工业上可采用还原法处理一氧化氮气体,其原理为
,该反应为
放热反应。经实验证明,正反应速率可以表示为
,逆反应速率可以表示为
,
、
为速率常数,与浓度无关。下列有关说法错误的是
A.压缩容器的容积,正逆反应速率都增大,且正反应速率增大的倍数较大
B.当反应达到平衡时,各物质的浓度不再改变,反应停止
C.若反应在恒容密闭容器中进行,通入He 后正逆反应速率都不变
D.该反应中2mol NO(g)和2mol
的总能量大于1mol
和2mol
的总能量
【答案】B
【详解】A.压缩容器的容积,压强变大,正逆反应速率都增大,平衡正向移动,正反应速率增大的倍数
较大,A 正确;
B.当反应达到平衡时,各物质的浓度不再改变,反应达到动态平衡,B 错误;
C.若反应在恒容密闭容器中进行,通入He,浓度不变,反应速率不变,C 正确;
D.该反应为放热反应,该反应中2mol NO(g)和2mol
的总能量大于1mol
和2mol
的总能量,D 正确;
故选B。
10.向容积均为
的恒容密闭容器M(恒温
)、N(起始
,绝热)中分别加入
和
及相同催化剂发生反应:
。实验测得两个容器中
的物质
的量随时间的变化关系如表所示。该反应的反应速率
、
(
、
分别是正、逆反应的速率常数)。下列说法错误的是
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时间/s
0
100
200
300
400
容器①中
容器②中
A.容器②表示容器N
B.该反应为放热反应
C.0~100s 内,容器①中
的平均反应速率
D.当容器①中反应进行到
时
【答案】D
【详解】A.表中容器②比容器①先达到平衡说明容器②温度高,而容器②中
转化率比较低,说明升
高温度,平衡逆向移动,反应为放热反应,故容器②表示容器N,A 正确;
B.容器②中
转化率比较低,说明升高温度,平衡逆向移动,反应为放热反应,B 正确;
C.平均反应速率
,C 正确;
D.
时达到平衡状态,
等于
,依据三段式可知
x=0.025,
=
,
,
D 错误;
故选D。
11.NH3、N2H4、NO、NO2、NH4NO3等是氮的重要化合物。实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应
的速率与反应物的浓度的关系式为:
(k 为速率常数)。NH3中的一个H 原子若
被-NH2取代可形成N2H4,N2H4的燃烧热为624 kJ/mol;NaClO 溶液氧化NH3制备N2H4,同时产生NaCl。
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在上述特定条件下,下列关于反应
的说法正确的是
A.反应在任何温度下都能自发进行
B.反应物的总键能小于生成物的
C.使用催化剂能改变反应路径,降低反应的焓变
D.增大氨气浓度,反应速率一定加快
【答案】B
【详解】A.该反应的正反应是气体体积减小的放热反应,△H<0,△S<0。要使反应自发进行,则体系
的自由能△G=△H-T
S
△<0,故反应自发进行的温度应该是低温下自发进行,而不是反应在任何温度下都
能自发进行,A 错误;
B.该反应的正反应是气体体积减小的放热反应,△H<0,说明断裂反应物化学键吸收的总能量小于形成
生成物化学键释放的总能量的差,故反应物的总键能小于生成物的总键能,B 正确;
C.使用催化剂能改变反应路径,降低反应的活化能,但不能改变反应物与生成物的总能量,因此不能改
变反应的焓变,C 错误;
D.根据合成氨反应的速率与反应物的浓度的关系式可知:增大氨气浓度,反应速率不仅不能加快,反而
会使化学反应速率降低,D 错误;
故合理选项是B。
12.已知反应:
。在一定压强下,按
向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数
与温度
的关系,题图乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中正确的是
A.图甲中:
B.图乙中,A 线表示正反应的平衡常数
C.温度为
时,平衡时,丙烯的体积分数
为
17
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D.若在恒容绝热的装置中进行上述反应,容器内压强始终保持不变
【答案】C
【详解】A.增大氯气的量,平衡向正向移动,丙烯的体积分数减小,则图甲中:
,A 错误;
B.由图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,则正反应为放热反应,升高温度正反应的平衡常数K
减小,乙图中B 表示正反应的平衡常数,B 错误;
C.当温度为
,
时由图乙知,平衡常数K=1,由三段式
得
,解
,平衡
时,丙烯的体积分数
为
,C 正确;
D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,正反应为放热反应,反应体系的温度升高,气体的物质的量不
变,则压强增大,D 错误;
故选C。
13.T℃时,向2L 的恒容密闭容器中加入
和
共5mol 发生反应
,下图为
和
按不同投料比反应达平衡时的相关数据,其中曲线a、b 表示反应物转化率,曲线c 表
示
的体积分数,下列分析不正确的是
A.曲线a 表示
的平衡转化率
B.当
,平衡时
体积分数最大
C.T℃时,该反应的平衡常数为25
D.M 点对应的
的体积分数小于23.5%
【答案】C
18
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【详解】A.
越大,CO2转化率越高,故曲线a 表示
的平衡转化率,A 正确;
B.按照化学计量数之比投入物质时,达到平衡,产物的体积分数最大,则当
,平衡时
体积分数最大,B 正确;
C.当
,起始通入n(H2)= 4mol,n(CO2)=1mol,反应物转化率相等,为80%,可列三段式:
, T℃时该反应的平衡常数为:
,C 错误;
D.根据上述三段式,当
时,
的体积分数约为:
=23.5%,当投料比等于
系数比时,产物在平衡体系中的体积分数最大,故M 点
时,甲烷的体积分数小于23.5%,D 正
确;
故选C。
14.1,2-二甲基环丙烷的顺反异构体可相互转化:
。该反应的速率方程为:
(顺式),
(反式),
和
分别为正、逆反应速率常数。
时,加入顺式异构体发生反应,两种异构体的质量分数
随时间的变化如图所示。下列说法正确的
是
A.反应速率:
(正)
(逆)
B.反应在
点达到平衡
C.升高温度,k 正减小,k 逆增大,所以k 正<k 逆
19
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D.
时发生反应,测得
,则
【答案】D
【详解】A.M 和N 点反应未达到平衡,反应在正向进行,M 点
(正)>
(逆),N 点
(正)>
(逆), 反应过程中v(正)不断减小,
(正)>
(正),则
(正)>
(逆),A 不正确;
B.由图像可以看出,当两种异构体的物质的量分数不变时,反应达到平衡,而
点只是两者相等仍在发
生变化,未达平衡, B 不正确;
C.该反应是放热反应,升高温度,k 正增大,k 逆增大,平衡逆向移动, k 正<k 逆,C 不正确;
D.由图可知,
反应达到平衡时,
的物质的量分数为70%,
的物质的量分数为30%,平衡常数
,
时发生反应,测得
,平衡常数
,该反应
是放热反应,升高温度,K 值减小,则
,D 正确;
故选D。
15.向某恒容密闭容器中充入等物质的量的PCl3(g)和Cl2(g),发生如下反应:PCl3(g)+Cl2(g)
PCl
⇌
5(g),测
得不同温度下PCl3(g)的转化率α 与时间的关系如图所示。其速率方程为v 正=k 正·c(PCl3)·c(Cl2),v 逆=k
逆·c(PCl5)(k 正、k 逆是速率常数,只与温度有关)。下列说法错误的是
A.该反应的ΔH<0
B.M 点:
>
C.升高温度,k 正增大的倍数大于k 逆增大的倍数
D.T1时,若平衡体系中c(Cl2)=0.25 mol·L-1,则
=16
【答案】C
20
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【详解】A.在其它条件相同时,温度越高,反应速率越快,达到平衡所需时间就越短。由图示可知,温
度:T2>T1,根据图象可知:升高温度,PCl3的平衡转化率降低,说明化学平衡逆向移动,逆反应为吸热
反应,则该反应的正反应是放热反应,ΔH<0,A 正确;
B.根据图象可知:在M 点反应还未达到平衡状态,反应正向进行,v 正>v 逆,即k 正·c(PCl3)·c(Cl2)>k
逆·c(PCl5),将该式子进行变形,可得
>
,B 正确;
C.根据选项A 分析可知:该反应的正反应是放热反应,在其它条件不变时,升高温度,化学平衡逆向移
动,说明速率常数k 逆增大倍数大于k 正增大倍数,C 错误;
D.根据图象可知:在温度为T1时,PCl3平衡转化率为80%,若平衡时c(Cl2)=0.25 mol·L-1,设氯气与PCl3
起始物质的量为y mol,体积为1 L,利用“三段式”可求:
PCl3(g)+Cl2(g)
PCl5(g)
起始浓度/
(mol·L-1) y y 0
变化浓度/
(mol·L-1) 0.8 y 0.8y 0.8y
平衡浓度/
(mol·L-1) 0.2 y 0.25 0.8 y
则0.2y=0.25,
=
=
=16,D 正确。
故合理选项是C。
16.
是一种新型硝化剂,在
温度下可发生下列反应:
。
温度下的平衡常数为
。下列说法错误的是
A.反应的
B.该反应在高温下可自发进行
C.
温度下的平衡常数为
,
温度下的平衡常数为
,若
,则
D.
温度下,在体积为1 L 的恒温密闭容器中充入2 mol
,4 mol
,1 mol
,此时反应将
向正反应方向进行
21
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【答案】C
【详解】A.由热化学方程式可知,该反应为气体分子数增加的反应即熵增,则ΔS>0,故A 项正确;
B.ΔH>0,ΔS>0,该反应若可以自发进行,需ΔG=ΔH-TΔS<0,则该反应在高温下可自发进行,故B 项正
确;
C.该反应为吸热反应,温度越高平衡常数越大,若K1<K2,则T1<T2,故C 项错误;
D.
,Qc<K1,则此时反应将向正反应方向进行,故D
项正确;
答案选C。
17.可逆反应有一定的反应限度,平衡常数的大小能反映化学反应进行的程度。为测定可逆反应
的平衡常数K,实验步骤如下。
I.一定温度下,将0.01mol/L
溶液与0.04mol/L
溶液等体积混合。
Ⅱ.待实验I 中反应达到平衡状态时,取V mL 上层清液,用
标准溶液进行滴定,达到终点
时,消耗
标准溶液
。
已知:
实验测得该反应平衡常数应为(用含
、
,
的代数式表示)
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【详解】
,说明反应几乎进行到底,上层清液中银离子的浓度
,根据“三段式”进行计算:
22
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的平衡常数表达式为
,将
,
,
带入表达式可得
;
答案选B。
18.向刚性密闭容器中加入
和一定量的
,发生反应:
。不同温度下,
的平衡转化率随起始
的变化如
图所示。下列说法错误的是
A.温度:
B.A、B、C 点对应的平衡常数:
C.A、B、C 点对应的气体的平均摩尔质量:
D.A、B 点对应的压强:
【答案】C
【详解】A.由ΔH>0 可知正反应吸热,n(H2O)相同时,C2H5OH 的平衡转化率T1>T2,说明T1温度更高,
有利于正反应进行,C2H5OH 的平衡转化率更大,A 正确;
B.正反应吸热,温度升高K 增大,由T1>T2可知KA=KC>KB,B 正确;
23
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C.A 点转化率大于C 点是由于H2O 物质的量增加造成,A、C 两点H2O 的物质的量关系未知,无法判断
A、C 对应的气体平均摩尔质量,C 错误;
D.容器体积一定,A 点温度高且正反应程度大,气体的物质的量大,故压强更大,pA>pB,D 正确;
本题选C。
19.工业上利用CO2和H2制备HCOOH,
。
已知:①温度为
℃时,
;
②实验测得:
,
,
、
为速率常数。
下列说法错误的是
A.升高温度,反应
逆向进行
B.
℃时,密闭容器充入浓度均为
的CO2(g)、H2(g),反应至平衡,则HCOOH(g)的体积分
数为
C.
℃时,
D.若温度为
℃时,
,则
【答案】D
【详解】A.该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故A 正确;
B.设容器的体积为VL,
℃反应达到平衡时生成甲酸的浓度为amol/L,由题意可建立如下三段式:
由反应平衡常数可得:
=2,解得a=0.5,则甲酸的体积分数为
=
,故B 正确;
C.
℃反应达到平衡时,正逆反应速率相等,则
=
,则
=
=K=2,所以速率常数
,故C 正确;
24
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D.反应达到平衡时,正逆反应速率相等,则
=
,则
=
=K,该反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,反应平衡常数减小,则温度为
℃时,速
率常数
说明平衡常数大于2,所以温度
℃小于
℃,故D 错误;
故选D。
20.南京理工大学朱卫华等人基于单簇催化剂(SCC),提出了一种一氧化氮还原反应(NORR)的新型结构~
活性关系,经研究发现主要反应如下:
在T₁℃、100 kPa 反应条件下,向密闭容器中充入2 mol NO 和6 mol H2,发生上述反应,测得含氮元素占
比[如N2的含氮元素占比
与时间的关系如图所示。
已知:反应Ⅱ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅰ、Ⅲ的影响; Kp为用平衡时气体分压代替平衡浓度计算的
平衡常数,分压=总压×物质的量分数。下列有关说法正确的是
A.曲线c 表示的是氨气的含氮元素占比
B.若选择对反应Ⅱ催化效果更好的催化剂,则 F 点将移向 E 点
C.Ⅰ点时,0~45 min 内用氨气表示的平均反应速率约为1kPa min⁻¹
⋅
D.若95 min 时达到平衡,则反应Ⅲ的平衡常数Kp的计算式为
25
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【答案】D
【详解】A.反应ii 为快反应,曲线a 表示物质快速减少,故表示NO,NH3快速增加,故曲线b 表示氨
气,曲线表示c 氮气,A 错误;
B.若选择对反应Ⅱ催化效果更好的催化剂,反应Ⅱ会更快,生成NH3达到最高点所用时间短,NH3的占
比更大,因此F 点可能移向E 点上方的某个点,B 错误;
C.起始时,压强为100 kPa、 2 mol NO、6 mol H2,Ⅰ点时,由图知,NO 的氮含量为6%,
n(NO)=2mol×6%=0.12mol,NH3的氮含量为47%,n(NH3)=2mol×47%=0.94mol,N2的氮含量为47%,
n(N2)=
,由氧守恒得,n(H2O)=2mol-0.12mol=1.88mol,由氢守恒得,n(H2)=
,此时的总压为
,氨
气的分压为
,则0~45 min 内用氨气表示的平均反应速
率约为
1kPa min⁻¹
⋅
,C 错误;
D.起始时,压强为100 kPa、 2 mol NO、6 mol H2,若95 min 时达到平衡,则由图知,NO 的氮含量为
6%,n(NO)=2mol×6%=0.12mol,N2的氮含量为86%,n(N2)=
,NH3的氮含量为100%-
6%-86%=8%,n(NH3)=2mol×8%=0.16mol,由氧守恒得,n(H2O)=2mol-0.12mol=1.88mol,由氢守恒得,
n(H2)=
,此时的总压为
,分压分别为
,
,
,则反应Ⅲ的平衡常数Kp的计算式为
,D 正确;
故选D。
21.在两个恒压密闭容器中均充入
、
,仅发生如下反应:
,测得
的平衡转化率随温度的变化如图所示。回答下列
问题:
26
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(1)①
(填“>”或“<”),图中A、B、C 三点的平衡常数
的大小关系是 。
②若温度为
、压强为
条件下,容器的初始体积为
,则达到平衡状态时
(保留两位小数)。
(2)A 点的平衡常数
(写出含
的代数式即可,气体分压=气体总压×气体的物质的量分数)。
(3)在反应
中,正反应速率为
,逆反
应速率为
,
、
为速率常数,受温度影响。已知
时,
,则该温度下,平衡常
数
;当温度改变为
时,若
,则
(填“>”“<”或“=”)。
(4)向恒容密闭容器中加入适量催化剂,并充入一定量的
和
发生上述反应,在不同温度、相同反应
时间,测得
的转化率与反应温度的变化关系如图所示。
温度为
时,
的转化率降低,可能原因是 。
【答案】
(1)<
0.55
(2)
[或
,或其他合理答案]
27
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(3)1 >
(4)反应已达平衡,该可逆反应正反应放热,由
到
,温度升高,化学平衡逆向移动,
的转化率降
低(或其他合理答案)
【详解】(1)①利用图像,在温度不变的情况下,
属于气体体积减小
的可逆反应,压强越大,氨气的平衡转化率增大,所以p1<p2;化学平衡常数是温度的函数,温度相同化
学平衡常数相同,且
,升高温度,平衡逆向进行,化学平衡常数
减小,所以
;
②根据图像:温度为T1、压强为p1条件下,氨气平衡转化率为60%,利用三段式如下:
本装置为恒温恒压,起始时
,对应的体积是2L,平衡时
,对应的体积应为
,平衡时
;
故答案为:0.55
(2)根据图象可知,A 点的平衡转化率为60%,那么三段式为:
平衡时
,NH3的分压为=
,O2的分压为=
,NO 的分
压为=
,
;
故答案为:
或
28
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(3)①已知
,逆反应速率为
,
、
为速率常数,受温度影响,
且
时,
,则该温度下,平衡常数
;
故答案为1;
②当温度改变为
时,若
,
;已知该反应为放热反应,升高温
度,k 值减小,则
>
;
故答案为:>
(4)根据图象可知,T2到T3,转化率降低,转化率降低可能是反应已达平衡,该可逆反应正反应放热,
由
到
,温度升高,化学平衡逆向移动,
的转化率降低;
故答案为:反应已达平衡,该可逆反应正反应放热,由
到
,温度升高,化学平衡逆向移动,
的转
化率降低。
22.肼
具有高含氢量,被视为一种极具应用潜力的化学储氢材料。回答下列问题:
(1)
的电子式为 。
(2)
时
发生如下分解反应:
已知
的燃烧热
,则
完全燃烧生成氮气和水蒸气的
。
(3)
时,在一体积为
的恒容密闭容器中投入
发生分解反应,起始压强为
①下列示意图正确且能说明反应在进行到
时达到平衡状态的是 (填字母)。图
中
内该反应的平均速率
。
29
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②若该分解反应的
分别为正、逆反应速率常数。达到
平衡后,若加入高效催化剂,
将 (填“增大”“减小”或“不变");若升高温度再次达到平
衡,
将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
③若达平衡时的压强为起始压强的 3
2,则
的平衡转化率
,平衡常数
。(分压=总压 物质的量分数
用平衡分压代替平衡浓度计算)
【答案】
(1)
(2)-544.6 kJ/mol
(3)c
不变 减小 25%
【详解】(1)N2H4结构为H2N-NH2,N 和N、N 和H 存在共价键,电子式为
;
(2)已知氢气的燃烧热H2(g)+
O2(g)=H2O(l) ∆H3=-285.8kJ/mol,1molN2H4(g) 完全燃烧生成氮气和水蒸
气的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ∆H,根据盖斯定律,
∆H=∆H1+2∆H2+2∆H3=-61+2×44+2×(-285.8)= -544.6 kJ/mol;
(3)①当达到平衡状态时正逆反应速率相等,各物质的浓度不再发生变化。
a.v(正)应在
时最大,随后慢慢减小,最后达到平衡,a 不符合题意;
b.
后氮气的物质的量仍在增加,说明反应还向正反应方向进行,未达到平衡状态,b 不符合题意;
c.肼的质量分数不再变化,说明其浓度不再发生变化,则反应达到平衡状态,c 符合题意;
故选c;
图b 中起始加入1molN2H4发生分解反应,列三段式:
30
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时n(N2)=n(N2H4), 则1-x=x,解得x=0.5,
内该反应的平均速率
;
②达到平衡后,若加入高效催化剂,同等程度地改变正逆反应速率,则
将不变,该分解反应是放热反
应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数K 减小,由
,若升高温度再次达到平衡,
将减小;
③假设平衡时生成ymolN2,列三段式:
达平衡时的压强为起始压强的
,由气体压强与物质的量成正比,则
,解得y=0.25,则
的平衡转化率
,平衡时总物质的量为1-0.25+0.25+2×0.25=1.5mol,平
衡时总压为
,则平衡常数
。
23.当今,世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中
二氧化碳含量成为研究热点。
(1)CO2与H2反应合成HCOOH,是实现“碳中和”的有效途径。
已知:
△H= 。
(2)雨水中含有来自大气的CO2,溶于水中的CO2进一步和水反应,发生电离:①
;②
31
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。25 ℃时,反应②的平衡常数为K2。已知溶液中CO2的浓度与其
在空气中的分压成正比(分压
总压物质的量分数),比例系数为x mol·L-1·kPa-1。当大气压强为p kPa,大
气中CO2(g)的物质的量分数为y 时,溶液中c(H+)= mol/L (写出表达式,考虑水的电离,忽略
的电离)。
(3)在催化作用下,温度为T1 ℃时,将一定量CO2和H2充入密闭容器中发生如下反应:
主反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)
HCOOH(g);
副反应Ⅱ:
。
① 实验测得反应Ⅰ:v 正=k 正c(CO2)·c(H2),v 逆=k 逆c(HCOOH),k 正、k 逆为速率常数。请写出反应Ⅰ平衡常
数的表达式Kc= 。已知lgk 与温度的关系如下图所示,T1 ℃下反应Ⅰ的Kc= 。(已知10-0.3=0.5)
② 实验测得平衡时CO2的转化率及HCOOH 和CO 的选择性(
)随温度变化如图
所示。
曲线a 表示 。200℃~360℃,升高温度曲线b 对应纵坐标值减小的原因是 。
【答案】
(1)-31.4 kJ/mol
(2)
32
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(3)
2 HCOOH 选择性 升高温度时,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动
程度
【详解】(1)根据图示可知:①HCOOH(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=+72.6 kJ/mol;
CO(g)+
②
O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0 kJ/mol;
H
③
2(g) +
O2(g)=H2O (g) ΔH=-241.8 kJ/mol;
根据盖斯定律,将③-
-
②①,整理可得:CO2(g)+ H2(g)
HCOOH(g) ΔH=-31.4 kJ/mol;
(2)由题可知:①CO2(g)
CO2(aq);②CO2(aq)+H2O(l)= H+(aq)+
(ag),K2=
,又因
为溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比,则c(CO2)= x(mol·L-1·kPa-1)·p(CO2)=pxy mol/L,在忽略
的电离时,c(H+)-c(OH-)=c(
),而c(H+)·c(OH-)=Kw,所以K2=
=
,可得c(H+)=
mol/L;
(3)①对于反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)
HCOOH(g),化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各种生成物浓
度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比,则该反应的化学平衡常数表达式为Kc=
;该反应的
正反应是一个放热反应。降低温度反应Ⅰ的化学平衡正向移动,v 正=k 正c(CO2)·c(H2),v 逆=k 逆c(HCOOH),
k 正、k 逆为速率常数。则图中A 点表示lgk 正,图中B 点表示lgk 逆,T1温度下,反应达到平衡时,v 正= v
逆,因此k 逆c(HCOOH)=k 正c(CO2)·c(H2),图中A、B 两点的纵坐标分别为a-0.7、a-1,则Kc=
=
=2;
②主反应Ⅰ为CO2(g)+H2(g)
HCOOH(g) ΔH= -31.4 kJ/mol;副反应Ⅱ为CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41.2 kJ/mol,则HCOOH 和CO 的选择性之和为1,并且升高温度时反应Ⅰ向吸热的逆反应方向移
动、反应Ⅱ向吸热的正反应方向移动,即HCOOH 的选择性随温度升高而减小,CO 的选择性随温度升高
而增大,所以图中曲线a、b、c 分别表示HCOOH 选择性、CO2的平衡转化率和CO 的选择性随温度的变化
曲线;由图可知,200℃~ 360℃时,升高温度时CO2的平衡转化率随温度升高而减小,说明升高温度时反
应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动程度;
24.科学高效固氮是氮肥生产的重要研究方向。
33
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Ⅰ.合成氨的原理为:
,请回答
下列问题:
(1)上述合成氨的反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)研究表明,合成氨的速率与相关物质的浓度关系为
,
为速率常数。相同
条件下反应物的浓度对合成氨速率的影响程度较大的是 ,减小
的浓度合成氨反应速率
(填“增大”或“减小”)。
II.
是一种温室气体,工业上以
和
为原料合成尿素(
),对实现碳中和及农业生产
有着重要意义。
(3)尿素分子中电负性最大的元素是 ,
原子的价电子轨道表示式为 。
(4)合成尿素分图示的两步进行:
合成尿素的反应
达平衡时,其他条件不变,升高温度,平衡
向 (填“正”或“逆”)反应方向移动。温度不变的条件下,在恒容密闭容器中按照2:1 的比
例通入
和
进行反应。下列状态可以判断该反应达到平衡的是 (填字母)。
a.
的体积分数不再改变 b.消耗1mol
,同时消耗1mol
c.混合气体的密度不再改变 d.混合气体的平均摩尔质量不再改变
(5)在恒容密闭容器中发生反应:
,测得
的平衡转化率与
起始投料比[
,
分别为1:1、2:1、3:1]、温度关系如下图。
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为3 :1 曲线是 ,若
℃下,测得
点的总压强为14kPa ,则该反应的
=
。(以平衡分压代替平衡浓度代入表达式,分压=总压×气体的物质的量分数)。
【答案】
(1)能
(2)
增大
(3)
(4)逆
(5) 363
【详解】(1)常温下ΔG=ΔH-TΔS=-92.4kJ·mol-1-298K×(-0.20kJ·mol-1·K-1)=-32.8kJ mol
⋅
-1<0,反应能自
发进行。
(2)根据
可知相同条件下反应物的浓度对合成氨速率的影响程度较大的是
氢气,减小
的浓度,分母将减小,所以合成氨反应速率会增大。
(3)
非金属性越强,电负性越大,尿素分子中电负性最大的元素是O,
原子的价电子轨道表示式为
。
(4)根据图像可判断合成尿素的反应中生成1mol 尿素放热是272kJ-138kJ=134kJ,反应
为放热反应,所以达平衡时,其他条件不变,升高温度,平
衡向逆反应方向移动。
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a.反应中只有
和
是气体,且二者的体积之比始终是是2:1,所以
的体积分数不再改变不能
作为平衡的判断依据;
b.消耗1mol
,同时消耗1mol
,说明正逆反应速率相等,达到平衡状态;
c.反应前后气体的质量是变化的,容器容积不变,所以混合气体的密度不再改变,可以说明反应达到平
衡状态;
d.反应中只有
和
是气体,且二者的体积之比始终是是2:1,所以混合气体的平均摩尔质量始终
不变,不能作为平衡的判断依据;
答案选bc。
(5)
越小,相当于增大二氧化碳浓度,二氧化碳的平衡转化率降低,所以
为3:1 曲线是c,若
℃
下,测得
点的总压强为14kPa,此时二氧化碳的平衡转化率为0.4,设参加反应的氨气是3nmol,二氧化
碳是nmol,消耗二氧化碳是0.4nmol,氨气是0.8nmol,剩余氨气是2.2nmol,二氧化碳是0.6nmol,其中氨
气的分压是
=11kPa,二氧化碳的反应式是3kPa,则该反应的
=363
。
25.
与
反应合成HCOOH,是实现“碳中和”的有效途径。回答下列问题:
(1)已知:
ΔH= 。
(2)在催化作用下,温度为
时,将一定量
和
充入密闭容器中发生如下反应:
主反应Ⅰ:
副反应Ⅱ:
。
①下图是不同催化剂电化学还原
生产HCOOH 的催化性能及机理,并通过DFT 计算催化剂表面该还原
过程的物质的相对能量,如图所示(带“*”表示物质处于吸附态)。
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电化学还原
生产HCOOH,使用 作催化剂较优。
②实验测得反应Ⅰ:
,
,
、
为速率常数,温度为
时,
,则
(填“大于”“小于”“等于”),判断依据是 。
③实验测得平衡时
的转化率及HCOOH 和CO 的选择性(产物的选择性:生成的HCOOH 或CO 与转化
的
的比值)随温度变化如图所示:
曲线b 表示 ,200℃~360℃,升高温度曲线b 对应纵坐标值减小的原因是 ;240℃时,平衡体
系中氢气的分压为
kPa,主反应Ⅰ的
(用x、y、
表示)。
【答案】
(1)
(2)BiIn 大于
,该反应
,温度越高,K 越小
的转化率
升高温度,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动程度
【详解】(1)由图可得如下热化学方程式:①HCOOH(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+72.6kJ/mol、②CO(g)+
O2(g)= CO2(g) ΔH=—283.0kJ/mol、③H2(g)+
O2(g)=H2O(g) ΔH=—241.8kJ/mol,由盖斯定律可知,反应③
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—②—①得到反应
,则反应ΔH=(—241.8kJ/mol)— (—283.0kJ/mol)—
(+72.6kJ/mol)=—31.4kJ/mol,故答案为:—31.4kJ/mol;
(2)①由图可知,BiIn 作催化剂较优,原因是对应的反应历程活化能最小,化学反应速率最快,故答案
为:BiIn;
②由图可知,该反应是反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平
衡常数减小,由题意可知,温度为
时,平衡常数
,则温度
大于
,故答案
为:大于;
,该反应
,温度越高,K 越小;
③主反应Ⅰ为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,甲酸选择性减小、二氧化碳的转化率减小,
副反应Ⅱ为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,一氧化碳的选择性增大、二氧化碳的转化率增
大,则曲线a 为甲酸H 的选择性、曲线c 为一氧化碳的选择性,曲线b 为二氧化碳的转化率;
200℃~360℃,升高温度二氧化碳转化率减小说明升高温度,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动程
度;由图可知240℃时,二氧化碳转化率为y,一氧化碳的选择性为x,则甲酸的选择性为(1—x),设投入
的二氧化碳物质的量为amol,平衡时混合气体总物质的量为bmol、总压强为ckPa,由方程式可知,平衡
时二氧化碳的物质的量为a(1—y)mol、甲酸的物质的量为ay(1—x)mol,则主反应的平衡常数Kp=
=
,故答案为:升高温度,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动
程度;升高温度,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动程度;
。
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