1、专题提升训练(五)压强平衡常数(建议用时30分钟)1(2021成都高二检测)T K 下，在容积为 1.00 L 的某密闭容器中进行 CO、H2 合成甲醇的反应，相关数据如图 1。已知 CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0(1)该化学反应 010 min 内的平均反应速率 v(H2)_；M 点和 N 点的逆反应速率较大的是_(填“v 正(M)”“v 逆(N)”或“不能确定”)。(2)10 min 时容器内 CO 的体积分数为_。(3)对于气相反应，常用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)表示平衡常数(以 Kp 表示)，其中，pBp 总B 的体积分数；若在 T K 下平衡气
2、体总压强为x atm，则该反应的 Kp_(计算表达式)。实验测得不同温度下的 lnK(化学平衡常数 K 的自然对数)如图 2 所示，请分析 lnK 随温度呈现如图 2 所示变化趋势的原因_。【解析】(1)010 min 内，v(H2)（2.00.8）molL110 min 0.12 molL1min1。根据题图 1 知，N 点时反应未达平衡，N 点的逆反应速率小于平衡时的逆反应速率，15 min 后平衡发生移动，H2 的物质的量浓度减小，平衡正向移动，但由于造成平衡移动的原因未知，因此无法判断 M 点的逆反应速率与原平衡逆反应速率的大小，所以 M 点和 N 点的逆反应速率大小无法比较。(2)根
3、据题图 1 知，10 min 时 n(CO)0.4 mol，n(H2)0.8 mol，n(CH3OH)0.6 mol，故容器内 CO 的体积分数为0.40.40.80.6 100%22.22%。(3)根据题图 1 知，10 min 时反应达到平衡，n(CO)0.4 mol，n(H2)0.8 mol，n(CH3OH)0.6 mol，CO 的体积分数为0.40.40.80.6 29，H2 的体积分数为0.80.40.80.6 49，CH3OH 的体积分数为0.60.40.80.6 13，故该反应的 Kp13x29x（49x）2。该反应的正反应为放热反应，当温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，ln
4、K 减小。答案：(1)0.12molL1min1 不能确定(2)29(或 22.22%)(3)13x29x（49x）2 该反应的正反应为放热反应，当温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，ln K 减小 2(2021昆明高二检测)密闭容器中用 Na2CO3(s)作固硫剂，同时用一定量的氢气还原辉钼矿(MoS2)的原理是 MoS2(s)4H2(g)2Na2CO3(s)Mo(s)2CO(g)4H2O(g)2Na2S(s)H实验测得平衡时的有关变化曲线如图所示：(1)由图可知，该反应的 H_0；(填“”或“”)p2_0.1 MPa。(填“”或“”)(2)由图可知 M 点时氢气的平衡转化率为_(计算结果保
5、留 0.1%)。(3)平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压气体总压物质的量分数。求图中 M 点的平衡常数 Kp_。【解析】(1)由曲线图变化可知：温度越高，氢气含量越少，平衡正向移动，则说明正反应为吸热反应，故 H0；在相同温度下，p2 条件下氢气含量大，说明此时反应逆向进行，再由方程式中气体分子数变化情况可得出：增大压强会促进反应逆向进行，则 p2p10.1 MPa。(2)由 MoS2(s)4H2(g)2Na2CO3(s)Mo(s)2CO(g)4H2O(g)2Na2S(s)，假设平衡后有 1 mol H2，CO 和 H2O 共为 3 mol，通过方程式可知是由2 mol H2 转化
6、，则氢气的转化率为 212 100%66.7%。(3)平衡时各物质的量分数分别为(H2)0.25，(CO)0.25，(H2O)0.5，所以 Kp（CO）p2（H2O）p4（H2）p4（0.25p）2（0.5p）4（0.25p）4p2p21 0.01。答案：(1)(2)66.7%(3)0.01【加固训练】800 K 时，将 0.1mol A(g)和 0.2 mol B(g)充入体积为 1 L 的固定容积反应器中，发生如下反应：A(g)2B(g)2 C(g)D(g)，达到平衡时 A 的物质的量分数为20%。(1)求达平衡时 B 的转化率(B)_。(2)求该温度下的平衡常数 K_。(3)若起始 A
7、的分压为 10 kPa，求 Kp_。(4)若在体积固定的某容器中充入 0.2mol A、0.1 mol B、0.1 mol C、0.5 mol D，则此时是否为平衡状态，请计算说明。_。【解析】设达到平衡时 A(g)的变化量为 a mol，则三段式 A(g)2B(g)2C(g)D(g)起始量/mol 0.1 0.2 0 0变化量/mola 2a 2a a平衡量/mol 0.1a 0.22a 2a a因为达到平衡时 A 的物质的量分数为 20%，所以有0.1a0.30.2，求得：a0.04。(1)达平衡时 B 的转化率(B)20.040.2100%40%。(2)该温度下的平衡常数 K4a3（0.
8、1a）（0.22a）2 0.296。(3)起始 A 的分压为 10 kPa，则 B 的分压为 20 kPa，求 Kp，因反应是一个前后体积不变的可逆反应，平衡总压为 30 kPa，所以平衡时各物质的分压为：A 6 kPa、B 12 kPa、C 8 kPa、D 4 kPa，依据各物质的分压则有 Kp 4826122 0.296。(4)若在体积固定的某容器中充入 0.2 mol A、0.1 mol B、0.1 mol C、0.5 mol D，则此时，温度不变则平衡常数不变，Qc0.50.120.20.12 2.5K，所以反应未达到平衡。答案：(1)40%(2)0.296(3)0.296(4)否，因
9、为 Qc0.50.120.20.12 2.5，QcK，所以反应未达到平衡状态 3已知合成氨反应：12 N2(g)32 H2(g)NH3(g)H46.2 kJmol1，标准平衡常数 K p（NH3）/pp（N2）/p 0.5p（H2）/p 1.5，其中 p 为标准压强，p(NH3)、p(N2)、p(H2)为各组分的平衡分压，如 p(NH3)x(NH3)p，p 为平衡总压，x(NH3)为平衡系统中 NH3 的物质的量分数。若往一密闭容器中加入的 N2、H2 起始物质的量之比为 13，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3 的平衡产率为w，则 K _(用含 w 的最简式表示)。【解析】设 n(N2)
10、1 mol，则 n(H2)3 mol，N2 转化的为 a mol，12 N2(g)32 H2(g)NH3(g)n(始)/mol 1 3 0n/mol a 3a 2an(平)/mol 1a 33a 2a理论生成 NH3 2 mol，故2a2 w，aw。又因为 pp，因此：Kx（NH3）x（N2）12x（H2）32 2w42w（1w42w）12（33w42w）32 4w（2w）3 3（1w）2。答案：4w（2w）3 3（1w）2 4(2021银川高二检测)T1 时，在刚性反应器中以投料比为 13 的 NO(g)与O2(g)反应，其中 NO2 二聚为 N2O4 的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强
11、p 随时间 t 的变化如下表所示t时，NO(g)完全反应。(1)NO(g)与 O2(g)合成的反应速率 v4.2102p2(NO)p(O2)(kPamin1)，t42 min 时，测得体系中 p(O2)22.4 kPa，则此时的 v_kPamin1(计算结果保留 1 位小数)。t/min 0 40 80 160 260 700 p/kPa 32.8 30.7 29.9 29.4 29.2 28.8 26.9(2)若降低反应温度至 T2，则 NO(g)与 O2(g)完全反应后体系压强 p(T2)_(填“大于”“等于”或“小于”)26.9 kPa，原因是_。(已知：2NO2(g)N2O4(g)H0
12、)(3)T1 时，反应 N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数 Kp_kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，保留 2 位小数)。【解析】(1)T1，起始时 p(NO)32.814 kPa8.2 kPa，p(O2)32.834 kPa24.6 kPat42 min 时，p(O2)22.4 kPa，p(O2)2.2 kPa，故 42 min 时，p(NO)(8.24.4)kPa3.8 kPa，p(NO2)4.4 kPa。故 v4.2102p2(NO)p(O2)(kPamin1)4.21023.82 22.4(kPamin1)13.6(kPamin1)。(2)反应放热，降温时平衡右移，气体的物质的量减
13、少，同时降温气体体积要减少。(3)假设 NO 全部转化为 NO2，则 p(NO2)8.2 kPa，p(O2)20.5 kPa，设平衡时p(N2O4)x，N2O4(g)2NO2(g)p(始)/kPa 0 8.2p(变)/kPa x2xp(平)/kPa x 8.22x(x8.22x20.5)kPa26.9 kPa解得：x1.8，平衡常数 Kpp2（NO2）p（N2O4）（8.221.8）21.811.76。答案：(1)13.6(2)小于 降温时 2NO2(g)N2O4(g)平衡右移，气体物质的量减小，总压强降低(3)11.76 5无色气体 N2O4 是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4
14、 与 NO2 转换的热化学方程式为 N2O4(g)2NO2(g)H24.4 kJmol1。上述反应中，正反应速率 v 正k 正p(N2O4)，逆反应速率 v 逆k 逆p2(NO2)，其中 k 正、k 逆为速率常数，则 Kp 为_(以 k 正、k 逆表示)。若将一定量的 N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度 298 K、压强 100 kPa)，已知该条件下 k 正4.8104 s1，当 N2O4 分解 10%时，v 正_kPas1。【解析】上述反应中，正反应速率 v 正k 正p(N2O4)，逆反应速率 v 逆k 逆p2(NO2)，其中 k 正、k 逆为速率常数，平衡时，v 正v 逆，k 正p(N2O4)k 逆p2(NO2)，Kpp2（NO2）p（N2O4）k正k逆。若将一定量 N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度 298 K、压强 100 kPa)，已知该条件下 k 正4.8104 s1，当 N2O4分解 10%时，v 正4.8104 s1100 kPa0.91.1 3.9106 kPas1。答案：k正k逆 3.9106