考前强化练17 平衡转化率、平衡常数有关计算1.(2022河南六市第一次联考)为有效控制雾霾,各地积极采取措施改善大气质量。在此过程中有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物显得尤为重要。将0.20molNO和0.10molCO充入一个容积为1L的密闭容器中,反应过程中各物质浓度变化如图所示。(1)CO在0~9min内的平均反应速率v(CO)= mol·L-1·min-1(保留两位有效数字);第12min时改变的反应条件可能为 。 A.升高温度 B.加入NOC.加催化剂 D.降低温度(2)该反应在第18min时又达到平衡状态,此时CO2的体积分数为 (保留三位有效数字),化学平衡常数K= (保留两位有效数字)。 答案(1)4.4×10-3 D (2)22.2% 3.4解析(1)①由图像可知0~9min内的平均反应速率v(CO)=Δc(CO)Δt=(0.1-0.06)mol·L-19min≈4.4×10-3mol·L-1·min-1。根据图像9min时反应达到平衡状态,9~12min保持平衡状态,12min时改变条件,18min重新达到新平衡,此过程中v(CO)=Δc(CO)Δt=(0.06-0.04)mol·L-16min≈3.3×10-3mol·L5\n-1·min-1,12~18min内NO、CO浓度减小,N2浓度增大,12min时改变条件化学反应速率减慢,平衡向正反应方向移动。升高温度,化学反应速率加快,A项错误;加入NO,NO的浓度应突然增大,化学反应速率加快,平衡向正反应方向移动,B项错误;加入催化剂,化学反应速率都加快,平衡不移动,C项错误;降低温度,化学反应速率减慢,D项正确。(2)根据图像写出到18min时的三段式 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)c(起始)/mol·L-10.20.100c(转化)/mol·L-10.060.060.030.06c(平衡)/mol·L-10.140.040.030.06此时CO2的体积分数为0.060.14+0.04+0.03+0.06×100%≈22.2%。化学平衡常数K=c2(N2)·c2(CO2)c2(NO)·c2(CO)=0.03×0.0620.142×0.042≈3.4。2.(2022江西重点中学协作体第一次联考)研究发现,NOx和SO2是雾霾的主要成分。(1)向绝热恒容密闭容器中充入等量的NO和CO进行反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是 (填序号)。 a.容器中的压强不变b.2v正(CO)=v逆(N2)c.气体的平均相对分子质量保持34.2不变d.该反应平衡常数保持不变e.NO和CO的体积比保持不变(2)将一定量的SO3放入恒容密闭容器中,发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g),测得SO3的平衡转化率随温度的变化如图所示。图中a点对应温度下,已知SO3的起始压强为p0kPa,该温度下反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。在该温度下达到平衡后,再向容器中按n(SO2)n(SO3)=1加入SO2和SO3,平衡将 (填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”)。 答案(1)acd (2)4p045 向逆反应方向移动解析(1)该反应为反应前后气体的物质的量有变化的反应,当容器中的压强不变,反应达到化学平衡状态,a正确;反应速率和计量数成正比,平衡时v正(CO)=2v逆(N25\n),b错误;反应前后气体的总质量不变,气体的总物质的量在发生变化,当气体的总物质的量不再发生变化时,气体的平均相对分子质量为定值,反应达到化学平衡状态,c正确;该反应为放热反应,当温度不再发生改变时,平衡常数保持不变,达到平衡状态,d正确;NO和CO两种反应物是按照1∶1投料、1∶1反应,任何时候两者的物质的量之比都是1∶1,无法判定反应是否达到化学平衡状态,e错误;正确选项为acd。(2)设起始SO3为xmol,根据题给信息有 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)起始量/molx00变化量/mol0.4x0.4x0.2x平衡量/mol0.6x0.4x0.2x反应达到平衡后,气体的压强为x0.6x+0.4x+0.2x=p0p(平衡),p(平衡)=1.2p0;SO3物质的量分数:0.6x0.6x+0.4x+0.2x=12;SO2物质的量分数:0.4x0.6x+0.4x+0.2x=13;O2物质的量分数:0.2x0.6x+0.4x+0.2x=16;该温度下反应的平衡常数Kp=[16×p(平衡)]×[13×p(平衡)]2[12×p(平衡)]2=4p045;设容器的体积为1L,设起始SO3为1mol,反应达平衡时平衡常数为0.2×0.420.62=0.89≈0.09;假设再向容器中按n(SO2)n(SO3)=1加入SO2和SO3,分别为1mol时,n(SO3)=1.6mol,n(SO2)=1.4mol,n(O2)=0.2mol,反应的浓度商为Qc=0.2×1.421.62=0.15>0.09;平衡向左移,即向逆反应方向移动。3.(2022江淮十校高三联考)已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)ΔH=-173.6kJ·mol-1已知m为起始时的投料比,即m=n(H2)n(CO2)。上图表示在总压为5MPa的恒压条件下,且m=3时,不同温度时各物质的物质的量分数与温度的关系。(1)曲线b代表的物质为 (填化学式)。 (2)图中P点时,CO2的转化率为 。 (3)T1温度时,该反应的平衡常数Kp= 。 (提示:用平衡分压代替平衡浓度来计算,某组分平衡分压=总压×该组分的物质的量分数,结果保留小数点后三位)5\n答案(1)CO2 (2)66.7% (3)0.250(MPa)-4解析(1)温度升高,平衡左移,CO2、H2增多,CO2增多的程度较小,所以曲线b代表的物质为CO2。(2)图中p点时,H2与H2O的物质的量分数相等,CO2的转化率等于H2的转化率都为23≈66.7%。(3)T1温度时,CO2、H2、C2H5OH、H2O的分压p分别是10%×5MPa、40%×5MPa、10%×5MPa、40%×5MPa,该反应的平衡常数Kp=p(C2H5OH)·p3(H2O)p2(CO2)·p6(H2)=0.250(MPa)-4。4.(2022山东枣庄第八中学东校区高三月考)苯乙烯()是合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体。工业中用乙苯(C6H5—CH2CH3)为原料,采用催化脱氢的方法制取苯乙烯(C6H5—CHCH2)的反应方程式为C6H5—CH2CH3(g)C6H5—CHCH2(g)+H2(g) ΔH1。向体积为VL的密闭容器中充入amol乙苯,反应达到平衡状态时,平衡体系组成(物质的量分数)与温度的关系如图所示:其中a、b、c、d分别是在600℃时虚线与曲线(或横坐标)的交点,且线段ab∶bc∶cd=1∶1∶2,则:(1)该温度下乙苯的平衡转化率为 ; (2)该温度下反应的平衡常数为 ,降温时该平衡常数 (填“变大”“不变”或“变小”)。 答案(1)33% (2)a6V 变小解析(1)设平衡时乙苯转化的物质的量为xmol C6H5—CH2CH3(g)C6H5—CHCH2(g)+H2(g)起始量/mola00变化量/molxxx平衡量/mol(a-x)xx由题可以知道:xa-x+2x×100%=25%,则x=13a,乙苯的平衡转化率为xmolamol×100%≈33%; (2)C6H5—CH2CH3(g)C6H5—CHCH2(g)+H2(g)起始浓度/(mol·L-1)aV00变化浓度/(mol·L-1)a3Va3Va3V5\n平衡浓度/(mol·L-1)2a3Va3Va3VK=a3V×a3V2a3V=a6V。由图像知温度升高氢气平衡的物质量分数在增大,平衡正向移动,正反应为吸热反应,随温度的降低,平衡逆向移动,平衡常数变小。5
