2021届二轮复习分压平衡常数习题

分压平衡常数1.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,简称DMF)转化为三甲胺的合成路线(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)。160℃时,将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为1∶2充入盛有催化剂的刚性容器中,容器内起始压强为p0,达到平衡时DMF的转化率为25%,则该反应的平衡常数Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数);能够增大DMF平衡转化率同时加快反应速率的操作是__

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2.甲醇水蒸气重整制氢反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ·mol-1。某温度下,将[n(H2O)∶n(CH3OH)]=1∶1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,则平衡时甲醇的转化率为________。

3.煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示:(1)上述反应的正反应方向是______(填“吸热”或“放热”)反应;

(2)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则在恒温密闭容器中,该反应的Kp与Kc的关系是____________,如果提高p(H2O)/p(CO),则Kp__________(填“变大”“变小”或“不变”);使用铁镁催化剂的实际工业流程中,一般采用400℃左右,p(H2O)/p(CO)=3～5,采取此条件的原因可能是__________。

4.在密闭容器中通入物质的量均为0.1mol的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡转化率与温度及压强(单位Pa)的关系如图所示。y点:v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。已知气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体的物质的量分数。用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,求x点对应温度下反应的平衡常数Kp=________。

5.CO2在Cu-ZnO催化下,同时发生如下反应Ⅰ、Ⅱ,是解决温室效应和能源短缺的重要手段。Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0保持温度T时,在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及达平衡时,容器内各气体物质的量及总压强如下表:CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)总压强/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/moln0.3p若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时,p0=1.4p,则表中n=________;反应Ⅰ的平衡常数Kp=________(kPa)-2。(用含p的式子表示)

6.下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105Pa)。(已知:丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104Pa时,图中表示丙烯的曲线是________(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。

(2)104Pa、500℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=________(已知:气体分压=气体总压×体积分数)。

7.经查阅资料,反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在平衡状态下Kp的计算式为lnKp=-2.205+2708.6137T(Kp为以分压表示的平衡常数,T为热力学温度)。且催化剂吸附H2O(g)的量会受压强影响,(1)在一定温度范围内,随温度升高,CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向________(填“增大”“不变”或“减小”)。

(2)某温度下(此时Kp=100),在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的分压如下:物质CH3OHCH3OCH3H2O分压/MPa0.500.500.50此时正、逆反应速率的大小:v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。

(3)200℃时,在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH,反应到达平衡状态时,体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为________(填标号)。

A.<13 B.13 C.13～12 D.12(4)300℃时,使CH3OH(g)以一定流速通过催化剂,V/F(按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请解释甲醇转化率随压强(压力)变化的规律和产生这种变化的原因,规律____________,原因____________________。

8.氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。(1)硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法,其流程图一:已知:反应Ⅰ:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)ΔH1=-213kJ·mol-1反应Ⅱ:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+1/2O2(g)ΔH2=+327kJ·mol-1反应Ⅲ:2HI(aq)H2(g)+I2(g) ΔH3=+172kJ·mol-1则反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH=__________。

(2)H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。Ⅰ.若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图二中图1所示。①图中曲线l表示的物质是__________(填化学式)。

②A点时H2S的转化率为__________。

③C点时,设容器内的总压为pPa,则平衡常数Kp=____________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

Ⅱ.若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0molH2S、1.0molH2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图二中图2所示。①M点和O点的逆反应速率v(M)

____________________________________v(O)(填“>”“<”或“=”,下同);②M、N两点容器内的压强2p(M)__________p(N),平衡常数K(M)______K(N)。

9.以CO作还原剂与磷石膏反应,不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应体系起始总压强为0.1aMPa,不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800℃时主要反应的化学方程式为______________________________________;

1150℃下,反应CaSO4+COCaO+CO2+SO2达到平衡时,c平衡(SO2)=8.0×10-5mol·L-1,CO的转化率为80%,则c初始(CO)=

_________________________mol·L-1,该反应的压强平衡常数Kp=

___________________________(用含a的代数式表示;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;忽略副反应)。答案分析1.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,简称DMF)转化为三甲胺的合成路线(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)。160℃时,将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为1∶2充入盛有催化剂的刚性容器中,容器内起始压强为p0,达到平衡时DMF的转化率为25%,则该反应的平衡常数Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数);能够增大DMF平衡转化率同时加快反应速率的操作是__

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分析：160℃时,将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为1∶2充入盛有催化剂的刚性容器中,容器内起始压强为p0,达到平衡时DMF的转化率为25%,设DMF(g)和H2(g)的初始投入物质的量为1mol和2mol,列“三段式”:(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)始(mol) 1 2 0 0变(mol) 0.25 0.5 0.25 0.25平(mol) 0.75 1.5 0.25 0.25根据p初p平=n初n平,则p平=pKp=p(H2O)·p[N答案:192.甲醇水蒸气重整制氢反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ·mol-1。某温度下,将[n(H2O)∶n(CH3OH)]=1∶1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,则平衡时甲醇的转化率为________。

分析：设起始n(H2O)=n(CH3OH)=1mol,恒温恒容下,气体的压强之比等于其物质的量之比,平衡时气体的总物质的量2pCH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)物质的量增大1mol 1mol 1mol3mol 2molxmol (2p1x=22p2p1因此转化率为α=p2p1-答案:(p23.煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示:(1)上述反应的正反应方向是______(填“吸热”或“放热”)反应;

(2)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则在恒温密闭容器中,该反应的Kp与Kc的关系是____________,如果提高p(H2O)/p(CO),则Kp__________(填“变大”“变小”或“不变”);使用铁镁催化剂的实际工业流程中,一般采用400℃左右,p(H2O)/p(CO)=3～5,采取此条件的原因可能是__________。

分析：(1)当p(H2O)(2)既然我们用某组分的平衡压强来代替物质的量浓度,Kp=p(CO2)p(H2)p(CO)p(H2O),而平衡压强与浓度成正比,因此可以说明Kp=Kc;对于给定的反应,平衡常数大小只与温度有关,因此改变p(H2答案:(1)放热(2)相等不变投料比太低,CO的转化率不高,而投料比3～5时转化率已经在97%左右,再增加投料比收益不明显,经济上不划算,而反应温度是根据催化剂的活性温度来制定的4.在密闭容器中通入物质的量均为0.1mol的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡转化率与温度及压强(单位Pa)的关系如图所示。y点:v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。已知气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体的物质的量分数。用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,求x点对应温度下反应的平衡常数Kp=________。

分析：压强为p2时,在y点反应未达到平衡,此时的转化率小于该压强下的平衡转化率,则反应正向移动,所以v正>v逆。由图知道该温度下x所处条件下平衡时甲烷的转化率为50%,列三段式:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)n始(mol) 0.1 0.1 0 0n转(mol) 0.05 0.05 0.1 0.1n平(mol) 0.05 0.05 0.1 0.1总物质的量=0.3mol,平衡时总压为p2,其平衡常数Kp=(p2×答案:大于45.CO2在Cu-ZnO催化下,同时发生如下反应Ⅰ、Ⅱ,是解决温室效应和能源短缺的重要手段。Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0保持温度T时,在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及达平衡时,容器内各气体物质的量及总压强如下表:CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)总压强/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/moln0.3p若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时,p0=1.4p,则表中n=________;反应Ⅰ的平衡常数Kp=________(kPa)-2。(用含p的式子表示)

分析：根据表格列出各物质物质的量变化:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0Δn n 3n n nⅡ. CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0Δn 0.3-n 0.3-n0.3-n0.3-n根据T、V一定时,压强比等于物质的量之比计算n0.5+0.90.2+00.2+0.6-2×0.2+0.2+0.3+0.3-0.2=1.0(mol);平衡后各物质分压为CO2(g):(0.2/1)p=0.2p,H2(g):(0.2/1)p=0.2p,CH3OH(g):(0.2/1)p=0.2p,H2O(g):(0.3/1)p=0.3p,Kp=0.2p答案:0.2756.下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105Pa)。(已知:丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104Pa时,图中表示丙烯的曲线是________(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。

(2)104Pa、500℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=________(已知:气体分压=气体总压×体积分数)。

分析：(1)丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,丙烯的平衡体积分数减小;该反应为吸热反应,温度升高,平衡向正反应方向移动,故曲线ⅰ代表104Pa时丙烯的平衡体积分数。(2)104Pa、500℃时,丙烯的平衡体积分数为33%,设起始丙烷为1mol,转化率为x,由题意建立如下三段式:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)起(mol) 1 0 0变(mol) x x x平(mol) 1-x x x则由丙烯的平衡体积分数为33%可得,x1+x=0.33,解得x≈0.5,丙烷、丙烯和氢气的分压均为104Pa×13,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=(104×答案:(1)ⅰ(2)3.3×1037.经查阅资料,反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在平衡状态下Kp的计算式为lnKp=-2.205+2708.6137T(Kp为以分压表示的平衡常数,T为热力学温度)。且催化剂吸附H2O(g)的量会受压强影响,(1)在一定温度范围内,随温度升高,CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向________(填“增大”“不变”或“减小”)。

(2)某温度下(此时Kp=100),在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的分压如下:物质CH3OHCH3OCH3H2O分压/MPa0.500.500.50此时正、逆反应速率的大小:v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。

(3)200℃时,在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH,反应到达平衡状态时,体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为________(填标号)。

A.<13 B.13 C.13～12 D.12(4)300℃时,使CH3OH(g)以一定流速通过催化剂,V/F(按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请解释甲醇转化率随压强(压力)变化的规律和产生这种变化的原因,规律____________,原因____________________。

分析：(1)lnKp=-2.205+2708.6137T,则Kp=e2708.6137T越小,e-(2.205-2708.6137T)越小,即Kp越小,CH3OCH3(g)+H2O(g)可知Qp=p[CH3OCH3(g)]p[H2O(g)]p2[CH2708.6137273.15+200≈3.52,则Kp>1。若反应初始投入CH3OH(g)1mol,完全反应全部转化为CH3OCH3(g)和H2O(g),根据反应比例关系,CH3OCH3(g)和H2O(g)各占一半,即CH3OCH3(g)的物质的量分数为12,由于反应为可逆反应,不可能完全转化,反应平衡时,CH3OCH3(g)的物质的量分数小于12;如果平衡时三种物质的含量相同,即均为1/3,由于反应前后体积不变,则此时Kp=1,因此要使Kp>1,则CH3OCH3(g)的物质的量分数一定大于13。答案选C。(4)300℃时,根据图1中曲线随压强的变化规律:当压强越大,甲醇转化率减小;根据反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),反应前后气体体积不变,平衡不随压强的变化发生移动,答案:(1)减小(2)>(3)C(4)压强增大,甲醇转化率减小压强增大,催化剂吸附水分子的量增多,催化效率降低8.氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。(1)硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法,其流程图一:已知:反应Ⅰ:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)ΔH1=-213kJ·mol-1反应Ⅱ:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+1/2O2(g)ΔH2=+327kJ·mol-1反应Ⅲ:2HI(aq)H2(g)+I2(g) ΔH3=+172kJ·mol-1则反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH=__________。

(2)H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。Ⅰ.若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图二中图1所示。①图中曲线l表示的物质是__________(填化学式)。

②A点时H2S的转化率为__________。

③C点时,设容器内的总压为pPa,则平衡常数Kp=____________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

Ⅱ.若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0molH2S、1.0molH2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图二中图2所示。①M点和O点的逆反应速率v(M)

____________________________________v(O)(填“>”“<”或“=”,下同);②M、N两点容器内的压强2p(M)__________p(N),平衡常数K(M)______K(N)。

分析：(1)根据盖斯定律:反应Ⅲ×2+反应Ⅰ×2+反应Ⅱ×2即可得2H2O(l)2H2(g)+O2(g)ΔH=+572kJ·mol-1。(2)Ⅰ.①起始时容器中只有H2S,随着反应进行,H2与S2的物质的量逐渐增多,且H2的物质的量为S2的两倍,故图中曲线l表示的物质是S2,曲线n表示的物质是H2,曲线m表示的物质是H2S。②若起始时H2S的物质的量为3mol,列三段式:2H2S(g)S2(g)+2H2(g)(单位:mol)起始量: 3 0 0转化量: 2x x 2x平衡量: 3-2x x 2x根据①可知A点时n(H2S)=n(H2),则3-2x=2x,解得x=0.75,转化率α(H2S)=变化量起始量×100%=1.③C点时n(H2S)=n(S2),3-2x=x,解得x=1,平衡常数Kp=p(S2)×p2(H2)p2(H2SⅡ.在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0molH2S、1.0molH2S,结