专题五　主观题突破　3.平衡体系中的有关计算 2024年高考化学二轮复习课件+讲义

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1.转化率、产率及分压的计算
分压＝总压×物质的量分数
同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)
3.有关平衡常数K与Kp
例：在一体积不变的密闭容器中发生化学反应：Fe2O3(s)＋2NH3(g)2Fe(s)＋N2(g)＋3H2O(g)
1.[2022·全国乙卷，28(3)(4)]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：已知：H2S热分解反应2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋170 kJ·ml－1(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为______，平衡常数Kp＝______ kPa。
假设在该条件下，硫化氢和氩起始投料的物质的量分别为1 ml和4 ml，平衡时转化的n(H2S)＝x ml，根据三段式可知：2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)始/ml　 1　　　　 0　　 0变/ml　 x　　　　 0.5x　　x平/ml　1－x　　　 0.5x　　x
平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，
(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率_______，理由是_____________________________________________________________________________。
n(H2S)∶n(Ar)越小，
H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S的平衡转化率越高
由于2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)的正反应是体积增大的反应，n(H2S)∶ n(Ar)越小，H2S的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H2S的平衡转化率越高。
②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线____，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为_______ kPa·s－1。
n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的平衡转化率越高，所以n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应的曲线是d；根据图像可知，n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9、反应进行到0.1 s时，H2S的转化率为24.0%。假设在该条件下，硫化氢和氩起始投料的物质的量分别为1 ml和9 ml，则根据三段式可知：2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)始/ml　　1　　　　0　　　0变/ml　 0.24　　　0.12　　0.24平/ml　 0.76　　　0.12　　0.24
2.[2023·全国乙卷，28(3)(4)]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s) Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时 －T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝______ kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝_____(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。
660 K时， ＝1.5 kPa，则 ＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3.0 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝ ＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由图中信息可知， 随着温度升高而增大，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。
(4)升高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时 ＝__________(用 、 表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa、 ＝35.7 kPa，则 ＝______ kPa，Kp(Ⅱ)＝____________kPa(列出计算式)。
升高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时 ，则平
衡时 ，得 。在929 K时，p总＝84.6 kPa、 ＝35.7 kPa，则 ＝p总、 ，联立方程组消去 ，可得 ＝4p总，代入相关数据可求出 ＝46.26 kPa，
则 ＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，
3.[2019·天津，7(5)]在1 L真空密闭容器中加入a ml PH4I固体，t ℃时发生如下反应：PH4I(s) PH3(g)＋HI(g)　①4PH3(g) P4(g)＋6H2(g)　②2HI(g) H2(g)＋I2(g)　③达平衡时，体系中n(HI)＝b ml，n(I2)＝c ml，n(H2)＝d ml，则t ℃时反应①的平衡常数K值为______________(用字母表示)。
反应①生成的n(HI)＝体系中n(HI)＋2×体系中n(I2)＝(b＋2c) ml，反应②中生成的n(H2)＝体系中n(H2)－反应③中生成的n(H2)＝(d－c) ml，体系中n(PH3)＝反应①生成的n(PH3)－反应②中转化的n(PH3)＝
4.(2022·山东，20)利用γ-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题：
(1)以5.0×10－3 ml BL或BD为初始原料，在493 K、3.0×103 kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热X kJ；以BD为原料，体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493 K，3.0×103 kPa)＝____________kJ·ml－1。
则以5.0×10－3ml BL为原料，达到平衡时放出X kJ热量与以同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收Y kJ热量的二者能量差值为(X＋Y)kJ，则1 ml时二者能量差值为200(X＋Y) kJ，反应Ⅰ为放热反应，因此焓变ΔH＝－200(X＋Y) kJ·ml－1。
(2)初始条件同上。xi表示某物种i的物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X两位有效数字)。以BL为原料时，t1时刻 ＝_____，BD产率为______ (保留两位有效数字)。
实验测定X103 kPa，BD的压强是0.36×3.0×103 kPa，H2的压强近似等于总压，
以BL为原料时，根据题给反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，体系总物质的量的增加量正好是BD参与反应Ⅱ、Ⅲ的量，也正好是H2O(g)的物质的量，设t1时BL转化了a ml，BD转化了b ml，则体
(3)(xBD/xBL)max为达平衡时xBD与xBL的比值。(493 K,2.5×103 kPa)、(493 K,3.5×103 kPa)、(513 K,2.5×103 kPa)三种条件下，以5.0×10－3 ml BL为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应， 随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，(xBD/xBL)max最大的是_____(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到 ＝1.0所需时间更长，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ平衡均逆向移动，(xBD/xBL)max增大，故达到 ＝1.0所需时间更长
依题意，反应 Ⅰ 是正向放热过程，以BL为初始原料，温度升高则平衡逆向移动，温度越高，反应速率越快，达到平衡时的时间越短，(xBD/xBL)max越小，
1.某化学兴趣小组模拟SO2催化氧化制备SO3，在2 L刚性容器中进行下列三组实验，数据如下：
(1)T1 ℃时平衡常数K＝______(保留两位有效数字)。
T1 ℃时SO2的平衡转化率为40%，则转化的c(SO2)＝0.2 ml·L－1。　　　　　　　　　2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)起始浓度/( ml·L－1) 0.5 　　1 　　　 0转化浓度/( ml·L－1) 0.2 　　0.1 　　 0.2平衡浓度/( ml·L－1) 0.3 　　0.9 　　 0.2
(2)若T1＝T3，则α______(填“＞”“＜”或“＝”)40%，结合相关数据计算，写出推理过程：_______________________________________。
答案　T3＝T1时，假设反应达到平衡时，SO2的转化率也为40%，则转化的c(SO2)＝0.8 ml·L－1。　　　　　　　　　　　　2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)起始浓度/( ml·L－1) 　　 　 2 　　 1 　　 0转化浓度/( ml·L－1) 　　 　 0.8 　 0.4 　 0.8α＝40%时浓度/( ml·L－1) 1.2 0.6 0.8
2.CO2催化加氢可合成乙烯，反应为2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH<0，在恒压密闭容器中，起始充入2 ml CO2(g)和6 ml H2(g)发生反应，不同温度下达到平衡时各组分的体积分数随温度的变化如图所示。(1)下列说法正确的是______(填字母)。A.b点时：2v正(H2)＝3v逆(H2O)B.a、b、c三点的平衡常数：Ka>Kc>KbC.将H2O(g)液化分离可提高C2H4的产率D.活性更高的催化剂可提高CO2的平衡转化率
由化学方程式体现的关系可知，b点时达到平衡状态，正、逆反应速率相等，则有2v正(H2)＝3v逆(H2O)，A正确；反应为放热反应，随着温度升高，平衡
逆向移动，平衡常数减小，故a、b、c三点的平衡常数：Kb>Ka>Kc，B错误；将H2O(g)液化分离，平衡正向移动，可提高C2H4的产率，C正确；活性更高的催化剂可提高反应速率，但是不改变CO2的平衡转化率，D错误。
(2)表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是______(填“k”“l”“m”或“n”)。
随着温度升高，平衡逆向移动，乙烯、水的体积分数减小，结合化学方程式中化学计量数可知，乙烯减小的程度小于水，故表示水体积分数随温度变化的曲线是m，表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是n。
(3)若d点表示240 ℃某时刻H2的体积分数，保持温度不变，则反应向_______(填“正”或“逆”)反应方向进行。
随着温度升高，平衡逆向移动，二氧化碳、氢气的体积分数增大，结合化学方程式中化学计量数可知，二氧化碳增大的程度小于氢气，则l为二氧化碳体积分数变化曲线，k为氢气体积分数变化曲线；若d点表示240 ℃某时刻H2的体积分数，此时氢气的体积分数小于平衡时氢气的体积分数，保持温度不变，反应向逆反应方向进行。
(4)205 ℃，反应达b点所用时间为t min，则此过程中用CO2表示的反应速率是___ ml·min－1。若平衡时b点总压为p，则平衡常数
Kp＝____________(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
205 ℃，反应达b点所用时间为t min，设CO2转化了2a ml，可得　　　　　2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)起始/ml　2　　　　 6　　　　 0　　　　0转化/ml　2a　　　 6a　　　　a　　　　4a平衡/ml　2－2a　 6－6a　　　a　　　　4a
3.加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 ml N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 ml，N2O3为3.4 ml。则t ℃时反应①的平衡常数为______。
设N2O5的转化浓度为x ml·L－1，N2O3的转化浓度为y ml·L－1。　　　　　　　N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)开始/(ml·L－1)　4　　　　　0　　　0转化/(ml·L－1)　x　　　　　x　　　x平衡/(ml·L－1)　4－x　　　 x　　　xN2O3(g) N2O(g)＋O2(g)开始/(ml·L－1)　x　　　　　0　　　x转化/(ml·L－1)　y　　　　　y　　　y平衡/(ml·L－1)　x－y　　　 y　 　x＋y
所以x＝3.1，y＝1.4。
4.我国科学家成功开发Pd-Fe/Fe2O3催化剂在低温条件下高选择性合成高纯度的乙烯，化学原理为主反应：C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g)　ΔH1副反应：C2H2(g)＋2H2(g) C2H6(g)　ΔH2在密闭容器中充入1 ml C2H2和2 ml H2，发生上述两个反应，测得C2H2平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。在T0 K、20 kPa下C2H4的选择性等于[C2H4选择性＝ ]。p0______(填“＞”“＜”或“＝”)20 kPa。T0 K下，主反应的平衡常数Kp＝______ kPa－1(Kp为用气体分压计算的平衡常数，气体分压等于气体总压×物质的量分数)。
主反应：C2H2(g)＋H2(g) C2H4(g)和副反应：C2H2(g)＋2H2(g)C2H6(g)均为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，C2H2的转化率升高，结合图像可知，p0＜20 kPa；T0 K时，设平衡时C2H4(g)、C2H6(g)的物质的量分别为x ml、y ml；　　　　　C2H2(g)＋H2(g) 　 C2H4(g)起始/ml　1　　　　2　　　　 0转化/ml x　　　　x　　　　 x平衡/ml 1－x－y　2－x－2y　x
　　　　　C2H2(g)＋　2H2(g) 　C2H6(g)起始/ml　 1－x　　 2－x　　　0转化/ml　 y　　　　 2y　　　　y平衡/ml 1－x－y　 2－x－2y　y
平衡时C2H2(g)、C2H6(g)、C2H4(g)、H2(g)的物质的量分别为0.1 ml、0.1 ml、0.8 ml、1.0 ml，总物质的量为2.0 ml，则T0 K下，