1、专题提升训练(三)化学平衡的综合应用(建议用时30分钟)1t 时，在体积不变的密闭容器中，发生反应：X(g)3Y(g)2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如下表：物质XYZ初始浓度/molL10.10.202 min末浓度/molL10.08ab平衡浓度/molL10.050.050.1下列说法正确的是()A平衡时，X的转化率为20%Bt 时，该反应的平衡常数为40 mol2L2C增大平衡后的体系压强，v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动D前2 min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)0.03 molL1min1【解析】选D。本题考查了化学平衡知识，意在考查考生的分析、计算能力。平衡
2、时，X的转化率100%50%，A项错误；t 时该反应的平衡常数K mol2L21 600 mol2L2，B项错误；该反应是气体分子数减小的反应，增大平衡后的体系压强，v正增大，v逆增大，平衡向正反应方向移动，C项错误；X(g)3Y(g)2Z(g)起始/molL1 0.1 0.2 0转化/molL1 0.02 0.06 0.042 min末/molL1 0.08 0.14 0.04前2 min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)0.03 molL1min1，D项正确。【加固训练】(2021宁德高二检测) 将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N
3、2(g)3H2(g)2NH3(g)H0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是()选项改变条件新平衡与原平衡比较A增大压强N2的浓度一定变小B升高温度N2的转化率变小C充入一定量H2H2的转化率不变，N2的转化率变大D使用适当催化剂NH3的体积分数增大【解析】选B。A项，正反应是体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，A不正确；B项，正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率降低，B正确；C项，充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率降低，C不正确
4、；D项，催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D不正确。2(双选)已知反应CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)H0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是()A升高温度，K减小B减小压强，n(CO2)减小C更换高效催化剂，(CO)增大D充入一定量的氮气，n(H2)不变【解析】选A、D。A项，H0，若CH4与N2在不同投料比时CH4的平衡转化率如图所示，下列说法正确的是()A.越大，CH4的转化率越高Ba点对应的平衡常数比c点的大Cb点对应的NH3的体积分数为13%D不改变投料比，增加n(N2)时，NH3体积分数增大【解析】选C、D。由图象看出，CH4的转化
5、率随的增大而降低，A错误；a、c两点的温度相同，平衡常数只与温度有关，则平衡常数不变，B错误；b点甲烷转化率为22%，0.75，则设甲烷为3 mol，氮气为4 mol，3CH4(g)2N2(g) 3C(s)4NH3(g)H0开始/mol 3 4 0转化/mol 0.66 0.44 0.88平衡/mol 2.34 3.56 0.88则NH3的体积分数约为100%13%，C正确；不改变投料比，增加n(N2)时，必然增加甲烷，平衡正向移动，氨气体积分数增加，D正确。4(双选) (2021济南高二检测)298 K时，将20 mL 3x molL1 Na3AsO3、20 mL 3x molL1 I2和2
6、0 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)I2(aq)2OH(aq)AsO(aq)2I(aq)H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。下列可判断反应达到平衡的是()A溶液的pH不再变化Bv(I)2v(AsO)Cc(AsO)/c(AsO)不再变化Dc(I)y molL1【解析】选A、C。溶液的pH不再变化，即OH的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，故A项正确；当v正(I)2v逆(AsO)或v逆(I)2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，故B项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐
7、渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，故C项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I)2c(AsO)，观察图象可知反应达到平衡时c(AsO)y molL1，此时c(I)2y molL1，故D项错误。【加固训练】(2021九江高二检测)已知反应式：mX(g)nY(？)pQ(s)2mZ(g)，已知反应已达平衡，此时c(X)0.3 molL1，其他条件不变，若容器缩小到原来的，c(X)0.5 molL1，下列说法正确的是()A反应向逆方向移动BY可能是固体或液体CnmDZ的体积分数减小【解析】选C。A项，根据c(X
8、)0.3 molL1，其他条件不变，若容器缩小到原来的，若平衡不移动，则c(X)0.6 molL10.5 molL1，说明平衡正向移动，错误；B项，缩小体积，即增大压强，平衡正向移动，说明正反应方向气体体积减小，Y必为气体，错误；C项，平衡正向移动，说明正反应方向气体体积减小，mn2m，即nm，正确；D项，平衡正向移动，生成了Z，Z的体积分数增大，错误。5催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)H153.7
9、kJmol1CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)H2某实验室控制CO2和H2初始投料比为12.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：T/K催化剂CO2转化率/%甲醇选择性/%543Cat.112.342.3543Cat.210.972.7553Cat.115.339.1553Cat.212.071.6注：Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比已知：CO和H2的标准摩尔燃烧焓分别为283.0 kJmol1和285.8 kJmol1H2O(l)=H2O(g)H344.0 kJmol1请回答(不考虑温度对H的
10、影响)：(1)反应的平衡常数表达式K_；反应的H2_kJmol1。(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有_。A使用催化剂Cat.1B使用催化剂Cat.2C降低反应温度D投料比不变，增加反应物的浓度E增大CO2和H2的初始投料比(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是_。【解析】(1)因为CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)，平衡常数K的表达式为；因为CO和H2的标准摩尔燃烧焓分别为283.0 kJmol1和285.8 kJmol1，可得下列热化学方程式：CO(g)1/2O2(g)=CO2(g)H2
11、83.0 kJmol1H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1又H2O(g)=H2O(l)H44.0 kJmol1根据盖斯定律，由得：CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)H241.2 kJmol1。(2)根据可逆反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，使用催化剂不能使平衡发生移动，即不能提高平衡转化率，A、B错误；该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，平衡转化率提高，C项正确；投料比不变，增加反应物浓度，相当于增大压强，平衡正向移动，平衡转化率提高，D项正确；增大二氧化碳和氢气的初始投料比，能提高氢气的转化率，但二氧化碳的转化率会降低，
12、故E错误；故选CD。(3)从表格数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，其二氧化碳的转化率也不同，说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未达到平衡数据。故由表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。答案：(1)41.2(2)CD(3)表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响【加固训练】1(2021丽水高二检测)水煤气变换CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)是重要的化工过程，主要
13、用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)某科学家曾做过下列实验：使纯H2缓慢地通过处于721 下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_H2(填“大于”或“小于”)。(2)721 时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_(填标号)。A0.25B0.25C0.250.50 D0
14、.50E0.50【解析】(1)相同温度下，分别用H2、CO还原CoO(s)，平衡时H2的物质的量分数(0.025 0)大于CO的物质的量分数(0.019 2)，说明转化率：H2H2。(2)利用“三段式”解答。721 时，设气体反应物开始浓度均为1 molL1，则H2(g)CoO(s) Co(s)H2O(g)起始/molL1 1 0转化/molL1 x x平衡/molL1 1x x则有0.025 0，解得x0.975，故K139；CO(g)CoO(s) Co(s)CO2(g)起始/molL1 1 0转化/molL1 y y平衡/molL1 1y y则有0.019 2，解得y0.980 8，故K2
15、51；CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)起始/molL1 1 1 0 0转化/molL1 z z z z平衡/molL1 1z 1z z z则有K3，解得z0.532 7。H2的物质的量分数为0.266 4，故选C。答案：(1)大于(2)C2(2021临沂高二检测) CH4 CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义，回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=
16、CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1，有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填标号)。A高温低压B低温高压C高温高压 D低温低压某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_mol2L2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少，相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)2H2(g)消碳反应CO2(g)C(s)=2CO(g)H/kJmol175172活化能/kJmol1催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_Y(填
17、“优于”或“劣于”)，理由是_，在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。A.K积、K消均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。【解析】(1)将已知3个反应依次记为、，根
18、据盖斯定律2得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol50%0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL1、0.25 molL1、0.5 molL1、0.5 molL1，则平衡常数K mol2L2。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳
19、反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。结合图1可知500600 随温度升高积碳量增加，而600700 随温度升高积碳量减少，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。由图2可知在反应时间和p(CH4)相同时，图象中速率关系vavbvc，结合沉积碳的生成速率方程vkp(CH4)p(CO2)0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案：(1)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)
