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課時數(shù)智作業(yè)(三十五)　化學(xué)平衡常數(shù)的拓展及有關(guān)計算
(建議用時：40分鐘　總分：40分)
(每小題只有一個選項正確，每小題3分，共12分)
1．在300 mL的密閉容器中，放入鎳粉并充入一定量的CO氣體，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：Ni(s)＋4CO(g) Ni(CO)4(g)，已知該反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下表所示。下列說法不正確的是 (　　)
溫度/℃ 25 80 230
平衡常數(shù) 5×104 2 1.9×10-5
A．上述生成Ni(CO)4(g)的反應(yīng)為放熱反應(yīng)
B．25 ℃時，反應(yīng)Ni(CO)4(g) Ni(s)＋4CO(g)的平衡常數(shù)為2×10-5
C．80 ℃時，測得某時刻Ni(CO)4、CO的濃度均為0.5 mol·L-1，則此時v正>v逆
D．80 ℃達到平衡時，測得n(CO)＝0.3 mol，則Ni(CO)4的平衡濃度為2 mol·L-1
2．T ℃時，向容積為2 L的剛性容器中充入1 mol CO2和一定量的H2發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋2H2(g) HCHO(g)＋H2O(g)，達到平衡時，HCHO的分壓(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))與起始的關(guān)系如圖所示。已知：初始充入2 mol H2時，容器內(nèi)氣體的總壓強為1.2p kPa。下列說法錯誤的是(　　)
A．5 min時反應(yīng)到達c點，v(H2)＝0.1 mol·L-1·min-1
B．隨增大，HCHO的平衡壓強不斷增大
C．b點時反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝ kPa-1
D．圖中Kp(a)＝Kp(b)＝Kp(c)
3．利用CO生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)為2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)，在密閉容器中按物質(zhì)的量之比為 2∶1充入H2和CO，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化情況如圖所示。
已知：①v正＝k正·x(CO)·x2(H2)，v逆＝k逆·x(CH3OH)，其中v正、v逆為正、逆反應(yīng)速率，k正、k逆為速率常數(shù)，x為各組分的體積分數(shù)。②Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，氣體分壓＝氣體總壓×體積分數(shù)。下列相關(guān)說法錯誤的是(　　)
A．該反應(yīng)的ΔH<0
B．B點與C點的平衡常數(shù)關(guān)系為KB＝KC
C．增大體系壓強，k正－k逆的值將增大
D．C點對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝
4．加熱N2O5，依次發(fā)生的分解反應(yīng)為①N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容積為2 L的密閉容器中充入8 mol N2O5，加熱到t ℃，達到平衡狀態(tài)后O2為 9 mol，N2O3為3.4 mol，則t ℃時反應(yīng)①的平衡常數(shù)為(　　)
A．10.7　　　B．8.5　　　C．9.6　　　D．10.2
5．(12分)高溫下，在1 L密閉容器中通入1 mol丙烷，發(fā)生反應(yīng)：C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋125 kJ·mol-1。
反應(yīng)在初期階段的速率方程為v＝k×c(C3H8)，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。
(1)①設(shè)反應(yīng)開始時的反應(yīng)速率為v1，丙烷的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為v2，則＝_________________________。
②對于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說法正確的是________(填字母)。
A．丙烯的生成速率逐漸增大
B．壓強不變時，反應(yīng)到達平衡狀態(tài)
C．升高溫度正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小
D．C3H6與H2的物質(zhì)的量之比不變時，反應(yīng)到達平衡狀態(tài)
③平衡時，再通入1 mol丙烷，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，丙烷的轉(zhuǎn)化率α________。(9分)
(2)對于上述反應(yīng)，總壓恒定為100 kPa，在密閉容器中通入C3H8和N2的混合氣體(N2不參與反應(yīng))，在溫度為T1時，C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率與通入氣體中C3H8的物質(zhì)的量分數(shù)的關(guān)系如圖所示，計算T1時該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________kPa(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù)，保留1位小數(shù))。(3分)
6．(16分)(2025·鄭州模擬)二氧化碳—甲烷重整反應(yīng)制備合成氣(H2＋CO)是一種生產(chǎn)高附加值化學(xué)品的低碳過程。該過程存在以下化學(xué)反應(yīng)：
①CH4(g)＋CO2(g) 2H2(g)＋2CO(g)　 ΔH1
②CO2(g)＋2H2(g) C(s)＋2H2O(g)　 ΔH2＝－90.2 kJ·mol-1
③CH4(g) C(s)＋2H2(g)　 ΔH3＝＋74.9 kJ·mol-1
④CO(g)＋H2(g) H2O(g)＋C(s)　 ΔH4＝－131.3 kJ·mol-1
回答下列問題：
(1)ΔH1＝________________，反應(yīng)①________正向自發(fā)進行(填字母)。(3分)
A．低溫下能　　　　　 B．高溫下能
C．任何溫度下都能 D．任何溫度下都不能
(2)反應(yīng)體系總壓強分別為5.00 MPa、1.00 MPa和0.50 MPa時，CH4平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度變化如圖所示，則代表反應(yīng)體系總壓強為5.00 MPa的曲線是__________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，判斷依據(jù)是_________________。(3分)
(3)當(dāng)反應(yīng)體系總壓強為0.1 MPa時，平衡時部分組分的物質(zhì)的量隨反應(yīng)溫度變化如圖所示。隨著反應(yīng)溫度的升高，CO2的物質(zhì)的量先增加后減少，主要原因是_____________________________________________。(2分)
(4)恒溫恒壓條件下，向容器中通入1 mol CH4和1 mol CO2，達到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為80%，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，碳單質(zhì)的物質(zhì)的量為0.8 mol，CO的物質(zhì)的量為________mol，反應(yīng)①用摩爾分數(shù)表示的平衡常數(shù)Kx＝________(結(jié)果保留2位小數(shù))。
上述平衡時＝a，向體系通入氦氣，重新達到平衡時，＝b，則a________b(填“>”“<”或“＝”)已知反應(yīng)aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的Kx＝，物質(zhì)i的摩爾分數(shù)xi＝。(8分)
1/1課時數(shù)智作業(yè)(三十五)
1．C　[Qc＝＝8>K＝2，反應(yīng)逆向進行，v正2．B　[當(dāng)＝2時，HCHO的平衡壓強最大，當(dāng)繼續(xù)增大，HCHO的平衡壓強減小，B錯誤。]
3．C　[從圖像上可以看出溫度越高，甲醇的體積分數(shù)越小，說明升高溫度，平衡逆向移動，該反應(yīng)的ΔH<0，A項正確；B點與C點溫度相同，平衡常數(shù)相等，B項正確；C點時，甲醇的體積分數(shù)是50%，假設(shè)起始n(CO)＝1 mol，n(H2)＝2 mol，消耗的CO的物質(zhì)的量為x mol，則列三段式：
　　　　　2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)
初始/mol 2 1 0
轉(zhuǎn)化/mol 2x x x
平衡/mol 2－2x 1－x x
甲醇的體積分數(shù)為＝50%，x＝0.75，平衡常數(shù)Kp＝，D項正確。]
4．B　[設(shè)N2O5的轉(zhuǎn)化濃度為x mol·L-1，N2O3的轉(zhuǎn)化濃度為y mol·L-1。
　　　　　　　N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)
開始/(mol·L-1) 4 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L-1) x x x
平衡/(mol·L-1) 4－x x x
　　　　　　　N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)
開始/(mol·L-1) x 0 x
轉(zhuǎn)化/(mol·L-1) y y y
平衡/(mol·L-1) x－y y x＋y
根據(jù)題意得
故：x＝3.1，y＝1.4，所以平衡體系中，c(N2O5)＝4 mol·L-1－x mol·L-1＝0.9 mol·L-1，c(N2O3)＝x mol·L-1－y mol·L-1＝1.7 mol·L-1，c(O2)＝4.5 mol·L-1，K①＝＝8.5。]
5．解析：(1)①v1＝k×1 mol·L-1＝k，v2＝k×(1－α) mol·L-1＝(1－α)k，＝1－α。②A．初始階段，c(C3H8)減小，v減小，錯誤；C．升高溫度，v正、v逆均增大，錯誤；D．達到平衡的過程中n(C3H6)∶n(H2)＝1∶1，不變，不能說明已達平衡，錯誤。③平衡時，再通入1 mol丙烷，平衡常數(shù)K只受溫度影響，溫度不變，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K不變；由于可逆反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，則平衡時再加入1 mol丙烷，相當(dāng)于在原平衡基礎(chǔ)上增大壓強，平衡逆向移動，丙烷的轉(zhuǎn)化率α減小。(2)設(shè)通入氣體為x mol，則起始時C3H8為0.4x mol，N2為0.6x mol，平衡時C3H8的轉(zhuǎn)化量為0.4x mol×50%＝0.2x mol，列“三段式”法計算如下：
　　　　　C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)
起始量/mol 0.4x 0 0
轉(zhuǎn)化量/mol 0.2x 0.2x 0.2x
平衡量/mol 0.2x 0.2x 0.2x
則平衡時氣體總物質(zhì)的量為(0.2x＋0.2x＋0.2x＋0.6x)mol＝1.2x mol，C3H8、C3H6、H2的物質(zhì)的量分數(shù)均為，故T1時該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝ kPa≈16.7 kPa。
答案：(1)①1－α　②B　③不變　減小　(2)16.7
6．解析：(1)由蓋斯定律可得：①＝②＋③－2×④，所以ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－2ΔH4＝－90.2 kJ·mol-1＋74.9 kJ·mol-1－2×(－131.3 kJ·mol-1)＝＋247.3 kJ·mol-1，所以ΔH1＝＋247.3 kJ·mol-1。ΔG＝ΔH－TΔS，ΔH>0、ΔS>0，所以高溫下反應(yīng)①能正向自發(fā)進行。
(2)反應(yīng)①、③恒溫減壓平衡均右移，甲烷平衡轉(zhuǎn)化率增大，即同溫時壓強越大甲烷平衡轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線Ⅲ代表壓強為5.00 MPa時CH4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化；判斷依據(jù)是恒溫減壓時反應(yīng)①、③平衡右移，甲烷平衡轉(zhuǎn)化率增大。
(3)升溫反應(yīng)②平衡左移，使n(CO2)有增大的趨勢，反應(yīng)①平衡右移，使n(CO2)有減小的趨勢，溫度在500 ℃以下，溫度對反應(yīng)②影響更大，所以n(CO2)增大，溫度高于500 ℃，溫度對反應(yīng)①影響更大，所以n(CO2)減小。
(4)開始通入1 mol CH4和1 mol CO2，達到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡時n(CH4)＝0.2 mol；CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時n(CO2)＝0.5 mol；碳單質(zhì)的物質(zhì)的量為0.8 mol，根據(jù)碳元素守恒，可以確定n(CO)＝0.5 mol；根據(jù)氧元素守恒，可以確定n(H2O)＝0.5 mol；根據(jù)氫元素守恒，可以確定n(H2)＝1.1 mol。
容器中氣體總物質(zhì)的量n＝0.2 mol＋0.5 mol＋0.5 mol＋0.5 mol＋1.1 mol＝2.8 mol，Kx＝≈0.39；反應(yīng)③的平衡常數(shù)K＝，恒溫恒壓條件下向體系通入氦氣，盡管平衡正向移動，但是溫度不變其平衡常數(shù)不變，其他平衡的移動也不能影響該反應(yīng)的平衡常數(shù)，所以a＝b。
答案：(1)＋247.3 kJ·mol-1　B
(2)Ⅲ　恒溫減壓時反應(yīng)①、③平衡右移，甲烷平衡轉(zhuǎn)化率增大
(3)溫度在500 ℃以下，溫度對反應(yīng)②影響更大，所以n(CO2)增大，溫度高于500 ℃，溫度對反應(yīng)①影響更大，所以n(CO2)減小
(4)0.5　0.39　＝
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