1、第 13 课时化学平衡的应用及计算（A 卷）考测点导航合成氨工业是化学理论与化工生产联系密切的典例，是高考的新的热点，要将理论有效地指导生产、并与实际的联系有所不同，体味“具体问题具体分析”的思想。1合成氨适宜条件的选择温度：500左右压强：20MPa50MPa 为宜催化剂：铁触媒浓度：增大 N2、H2 的浓度、减小 NH3 的浓度2化学平衡原理的应用（1）适用的平衡：适用于溶解平衡、电离平衡、水解平衡、络合平衡等。（2）工业上应用：如合成氨工业、硫酸工业、硝酸工业、有机合成等。3关于化学平衡计算的一般思路和方法建立模式、确定关系、依据题意、列出方程化学平衡的计算模式：mA(g)+nB(g)p
2、C(g)+qD(g)起始浓度(mol/L)abcd变化浓度(mol/L)mxnxpxqx平衡浓度(mol/L)a-mxb-nxc+pxd+qx（1）A 的转化率=mx/a100%（量：物质的量、浓度、体积、质量等）（2）各组分体积分数如(A)=（3）平均相对分子质量的变化规律M=M如何变化取决于 m 总和 n 总的变化情况（4）气体状态方程的应用T、V 恒定时：T、P 恒定时：T、P 恒定时：T、P、V 恒定时：T、m、V 恒定时：4化学平衡的有关计算，有相当一类题型“貌似计算，实则可推”，解题的关键往往借用假设法、极值法、途径法、终态法、守恒法、差量法等。典型题点击1（2001 年上海高考题
3、）利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：依据上述流程，完成下列填空：（1）天然气脱硫时的化学方程式是（2）n mol CH4 经一次转化后产生 CO 0.9n mol、产生H2mol（用含 n 的代数式表示）（3）K2CO3（aq）和 CO2 反应在加压下进行，加压的理论依据是（多选扣分）（a）相似相溶原理（b）勒夏特列原理（c）酸碱中和原理（4）由 KHCO3 分解得到的 CO2 可以用于（写出 CO2 的一种重要用途）。（5）整个流程有三处循环，一是 Fe(OH)3 循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。（此题主要结合化工生产实际，考查无机和
4、有机化学反应的基本知识，以及运用化学平衡移动的原理解决化学实际问题的能力。答题时要看懂天然气合成氨的工艺流程示意意图，结合反应原理加以分析。）2（2002 年全国高考题）1mol X 气体跟 a mol Y 气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应：X（g）+a Y（g）b Z（g）反应达到平衡后，测得 X 的转化率为 50%。而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的 3/4，则 a 和 b 的数值可能是（）Aa1，b1Ba2，b1Ca2，b2Da3，b2（本题考查学生利用化学方程式进行计算的基本技能，内容还涉及常用的化学计量，如气体体积、密度和物质的量之间的关系以及阿
5、伏加德罗定律等基础知识。解题时，要综合应用这些基础知识和基本技能。）3（1996 年全国高考题）在一个容积固定的反应器中，有一个可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的可逆反应。各物质的起始加入物质的量如下：A、B 和 C 均为4.0mol，D 为 6.5mol，F 为 2.0mol。设 E 的物质的量为 xmol。当 x 在一定范围内变化时，均可以通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置。请填写以下空白：%100+qxdpxcnxbmxamxa总总nm（始）（平）（始）平）nnPP=(（始）（平）（始）平）nnVV=(（始）（平）（始）平）MM=(（始
6、）（平）（始）平）MMmm=(（平）（始）（始）平）MMPP=(（1）若 x=4.5，则右侧反应在起始时向（填“正反应”或“逆反应”）方向进行，欲使起始反应维持向该反应方向进行，则 x 的最大值应小于；（2）若 x 分别为 4.5 和 5.0，则在这两种情况下，当反应达平衡时，A 物质的量（填“相等”、“不相等”或“不能确定”），理由是。（该题是涉及化学平衡的移动、阿伏加德罗定律、物质的量等知识的综合性试题。试题既考查了学生相关的化学知识，又考查学生运用数学、语文等基础知识解决化学问题的实际水平。答题时正确理解题意，注意隔板可左右滑动，左边反应的反应前后气体分子数不变。）新活题网站1合成氨厂所
7、需 H2 可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)；H0，欲提高 CO 转化率，可采用的方法是（）降低温度；增大压强；使用催化剂；增大 CO 浓度；增大水蒸气浓度ABCD（本题考查学生对化学平衡移动原理的理解和运用。答题时要明确反应原理，注意是两步反应。）2下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是（）A在强碱存在的条件下，酯在水中的溶解性增大B加催化剂，使 N2 和 H2 在一定条件下转化为 NH3C可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气D500左右比室温更有利于合成氨的反应（该题考查学生对化学平衡移动原理的运用。答题时要明确反应原理，化学反应速率与
8、平衡原理不能混淆。）3关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体，尤其在寒冷季节易诱发关节疼痛其化学机理为：HUr+H2OUr+H3O+尿酸尿酸根离子Ur(aq)+Na+(aq)NaUr(s)下列对反应叙述中正确的是（）A反应的H0B反应的H0。该反应的平衡常数可表示为：KC（K），各物质的沸点与压强的关系见右表。（1）在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为，而反应的最高温度应低于。（2）在制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是。（3）常压下，当反应温度升高到 900时，该反应的平衡常数可表示为：K。4如右图所示，将 4mol SO2 和 2molO2 混合置于体积
9、可变的等压容器中，在一定温度下发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；H0。该反应达到平衡状态 A 时，测得气体总物质的量为 4.2mol。若 SO2、O2、SO3 的起始物质的量分别用 a、b、c 表示，回答下列问题：(1)在达到平衡状态 A 的容器中通入少量O2，体系中 SO2的体积分数（填增大、减小或不变），若要使 SO2 的体积分数再变到与平衡状态 A 相同，可采取的措施有：或。(2)若起始时 a=1.2mo1，b=0.6mo1，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态 A 相同，则起始时 c 的取值为。(3)若要使反应开始时向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量
10、与平衡状态 A 相同，则起始时 c 的取值范围为。检测提高1下列事实中不能应用勒夏特列原理来解释的是（）A往硫化氢水溶液中加碱有利于 S2-的增加B加入催化剂有利于氨氧化的反应C加压有利于乙烯水化制乙醇D高压比常压有利于合成氨的反应2二氧化氮存在下列平衡：2N02(g)N204(g)；H0，在测定N02的相对分子质量时，下列条件中较为适宜的是（）A温度130、压强3.03105PaB温度25、压强1.01105PaC温度130、压强5.05104PaD温度0、压强5.05104Pa3如图所示，能适用于可逆反应 3H2(g)+N2(g)2NH3(g)；H0 的是的是（）4对于可逆反应 X+YZ+
11、W，达平衡后，在其他条件不变的情况下，增大压强，反应速率的变化如图所示，据此判断四种物质的聚集状态为（）AZ、W 均为气体，X、Y 中有一种气体BZ、W 中有一种气体，X、Y 皆为气体C四种物质均为气体DX、Y 均非气体，Z、W 中有一种气体5在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中 NH3的体积分数为 25%。若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是（）A1/5B1/4C1/3D1/26某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A+3B2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时，容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%，下列推
12、断正确的是（）原混和气体的体积为1.2V L；原混和气体的体积为1.1V L；反应达平衡时气体A消耗掉0.05V L；反应达平衡时气体B消耗掉0.05V L。ABCD7将气体 A2 和 B2 以等物质的量注入容积为 1L 的密闭容器中反应生成 C，一定条件下平衡时测得 c(A2)=0.9mol/L，C(B2)=0.1mol/L，c(C)=0.8mol/L，则 C 的化学式可能是（）AAB2BAB3CA2B4DA2B8往一真空密闭容器中通入一定量的气体 A，在一定条件下，发生如下反应：2A(g)B(g)+xC(g)，反应达平衡时，测得容器内压强增大了 p%，若此时 A 的转化率为 a%，下列关系
13、正确的是（）A若 x=1，则 paB若 x=2，则 p（填含b、c的代数式）。b、c、d三者的关系服从b（填含c、d的代数式）。13恒温时，在某密闭容器中通入2molA(g)和1molB(g)，发生如下反应：2A(g)+B(g)2C（g），压强一定时，测得在平衡时 C 的体积分数为 0.4。（1）与上述平衡保持同温、同压，另取 4molA(g)和2molB(g)达平衡，则 C 的体积分数为多少？平衡时，气体的总物质的量是多少？（2）在另一密闭容器中，通入 n(A)molA(g)和 n(B)molB(g)，若保持平衡时 C 的体积分数仍为 0.4，则恒有 an(B)n(A)bn(B)，问 a、b
14、 各为多少？答案：第 13 课时（A 卷）典型题点击1（1）3H2S+2Fe(OH)3=Fe2S3+6H2O（2）2.7n（3）b（4）生产纯碱（或作制冷剂等）（5）2A、D讲析：X（g）+a Y（g）b Z（g）反应前物质的量(mol)1a0反应后物质的量(mol)1-150%=0.50.5a0.5b反应前气体总物质的量为(1+a)mol反应后气体总物质的量为(0.5+0.5a+0.5b)mol按定义，密度、质量、体积之间的关系为 d=m/V，题设情境气体的总质量 m 未变，所以气体密度 d 与体积 V 成反比，在同温同压下，按照阿伏加德罗定律，V 又与气体总物质的量成正比，因此密度与气体总
15、物质的量成反比。据此列式(1+a)：(0.5+0.5a+0.5b)=1：43，化简成 1+a=2b将选项中的各 a、b 值代入可见，只有 A、D 项的等式成立。3(1)正反应，7.0(2)不相等，因题中有“x 在一定范围内变化时，均可以通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置”，所以当x=4.5 时或 5.0 时，达到平衡的温度一定不同，因平衡条件不同，平衡时 A 的物质的量一定不同。讲析：（1）反应器左侧的反应为一个反应前后总体积不变 化 的 反 应，总 物 质 的 量 始 终 为 nA+nB+nC 4mol+4mol+4mol12mol，这就要求反应器右
16、侧也必须始终保持总的物质的量为 12mol。当 x=4.5 时，右侧反应在起始时 总 的 物 质 的 量 为 6.5mol+4.5mol+2mol=13mol，大 于12mol，此时反应向总体积缩小的方向移动，即向正反应方向进行。由于右侧的正反应是一个体积缩小的反应，E 物质参与反应的越多，体积缩小的越多。设平衡时 D 物质消耗量为 amol。D+2E2F起始时：6.5x2.0变化量：a2a2a平衡时：6.5-ax-2a2.0+2a(6.5)(2)(2.02)1220axaaxa+=解得x21 n(平)，故M(A)2M(平)=17。5根据固定体积的密闭容器内温度不变，混合气体的压强增大和“X”
17、浓度减小，可知化学平衡向正反应方向移动，得 4+35，据选项可知 n=6。6解建立计算模式：X+2Y2Zn 始（mol）ab0n（mol）x2x2xn 平（mol）a-xb-2x2x据题意：(a-x)mol+(b-2x)mol=2xmol5abx+=mol气体 Y 的转化率 22()100%100%5xabbb+=故B 项正确。7(1)除 CO 的原因是防止合成塔中的催化剂中毒；(2)吸收 CO 的适宜条件应选择：低温、高压；(3)醋酸铜氨再生的适宜条件是：高温、低压。讲析：分析吸收 CO 反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关知识可做出解答。8
18、关于合成氨反应压强条件的选择，从理论上看：由于增大压强有利于增大化学反应速率，而该反应又是一个很难进行的反应，因此，应尽量采用高压；又因该反应正方向是一个气体分子数减小的反应，增大压强，平衡将向气体分子数减小的方向即正反应方向移动，故高压有利于提高N2、H2的转化率。由此可知，无论从反应速率，还是从化学平衡考虑，增大压强总是有利的，因而从理论上讲，压强越高越好。但是，基于以下两个原因：(1)实验表明，当压强增大到一定程度时，继续增大压强，NH3在平衡混合物中含量增加的幅度越来越不显著；(2)压强增大，对动力、材料及设备的要求越来越高，而这些要求又受到现实条件的种种限制，因此，压强的无限增大既无
19、必要，也不现实。综上所述，从提高综合经济效益考虑，应采取适当高压，就目前理论和实践发展水平来看，根据生产厂家的规模和条件，宜采用的压强是20MPa-50MPa。关于SO2转化为SO3的反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；H0，虽然增大压强对提高反应速率和转化率都有利，但由于在V2O5催化下，此反应已有很快的速率，且常压下SO2转化率已高达97.5%(450)，故不必采取加压的措施。可见，反应条件的选择应从理论与实际两个方面综合考虑。9(1)在等温等容条件下，达平衡时容器内气体压强都为P。两者为等效平衡，换算为同一半边的物质的物质的量相同。设通人1/3molNH3，需加入N2和H2的
20、物质的量分别为x和y，则有：x+2131=1x=5/6y+2331=1y=1/2(2)假设1molH2完全反应，可生成NH3 2/3mol，消耗 N21/3mol，则 2/3n(N2)1；0n(NH3)2/3。(3)不可能，若按题中给出的N2和H2物质的量n(H)=0.52+0.53=2.52，不符合守恒原理。第 13 课时（B 卷）纠错训练1B2A3（1）770890（2）降低压强或移去钾蒸气适当升高温度（3）KC（K）/C（Na）讲析：此题要求学生能够分析图表数据，并结合化学平衡移动原理加以运用。要知道常压为 101.3Kpa，且对平衡常数数学表达式的要求要熟悉。4(1)减小,通入适量 S
21、O2 或给体系升温(2)任意值(3)3.6c4讲析：(2)a：b=1.2：0.6=2：1，与反应达到平衡状态 A时的起始比例相同，为恒温恒压下的等效平衡，生成物只有一种物质，则 c 取任意值。(3)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始量abc据题意有：a+b+c4.2假设c molSO3完全转化为SO2、O2，则(a+c)+(b+2c)=6联立得：c3.6若起始时只有SO3，则c4。c的取值范围：3.6c4检测提高1B2C3B4B5A6A7BC8BC讲析：2由于 NO2 气体中总是存在 2NO2(g)N2O4(g)；H0 这一反应，故通常测得的“NO2 的相对分子质量”，往往是 NO2
22、 与 N2O4 的平均相对分子质量，故测量值总是偏高。为了尽可能准确地测定 NO2 的相对分子质量，应使可逆反应尽量向逆反应方向移动。根据化学平衡移动原理，升高温度，减小压强都使平衡向逆反应方向移动。4增大压强正逆反应速率都增大，则反应物和生成物中一定都有气体。且 正v 逆v，说明正反应是气体体积缩小的反应。6运用差量法求解。7化学平衡的计算模式：mA2(g)+nB2(g)pC(g)起始浓度(mol/L)aa0变化浓度(mol/L)mxnxpx平衡浓度(mol/L)a-mxa-nxpx据题意：a-mx=0.9a-nx=0.1px=0.8联立解得：n-m=p对照选项，运用原子守恒，满足关系的是
23、BC。8设起始时通入的一定量 A 气体为 n mol2A(g)B(g)+xC(g)起始（mol）n00变化（mol）na%2n a%2x na%平衡（mol）n（1-a%）2n a%2x na%据气体定律有：n/n（1-a%）+2n a%+2x na%=1/1+p%解得：(x-1)a=2p对照选项可知 BC 符合。9B石脑油，因为石脑油和水生成的 H2 与 CO2 物质的量之比为 3.2：1，与合成氨、合成尿素中该比值最接近，原料利用最充分。讲析：由 2NH3CO2，导出原料利用率的最佳关系：3H2CO2，故只有当 n(H2)：n(CO2)接近 3：1 时，各原料的利用率最高。现对上述物质写出
24、有关的反应方程式并导出各自对应的 n(H2)：n(CO2)ACO+H2OH2+CO21：1，氢气不足，CO2 不能充分利用。BC5H12+10H2O16 H2+5CO23.2：1，接近最佳比。C6H14+12 H2O19H2 十 6CO23.2：1，接近最佳比。CCH4 十 2H2O4H2+CO24：1，氢气过量，利用率低。DC 十 2H2O2H2+CO22：1，氢气不足，CO2利用率低。注意：工业生产中，一般按化学方程式中反应物的化学计量数比投入原料，可使原料都得到充分利用，如合成氨中是按体积比 N2：H2=1：3 投料。只有对于某些易得的价格相差较大的原料参加的可逆反应，才考虑将廉价原料过
25、量投入，促使平衡向正反应方向移动，提高另一种价格高的原料的利用率。10（1）D（2）降低；增大；b+2c；2(4)3dcb13（1）恒温时，密闭容器中通入2molA(g)和1molB(g)发生反应达平衡，压强一定时C的体积分数为0.4。若与上述平衡保持同温、同压，且n(A)：n(B)=2：1，则为等效平衡，C的体积分数仍为0.4。2A(g)+B(g)2C（g）起始物质的量(mol)420平衡物质的量(mol)4-2x2-x2x则有 2x/(4-2x+2-x+2x)100%=0.4x=1n(总)=4-2x+2-x+2x=6-x=5（2）2A(g)+B(g)2C（g）起始物质的量(mol)n(A)n(B)0平衡物质的量(mol)n(A)-2yn(B)-y2y据题意4.0%1002y y-n(B)2y-n(A)2=+y有：n(A)+n(B)=6y且 n(A)-2y0 n(B)-y0联立解得：0.5n(B)n(A)5n(B)则 a=0.5，b=5
