高中化学专题训练【化学平衡常数及转化率的计算化工生产适宜条件的选择】

化学平衡常数及转化率的计算

化工生产适宜条件的选择

题组一：化学平衡常数

（建议用时：20分钟）

1.对于反应C(s)+H2(3(g)=CO(g)+H2(g)AH>0,下列有关说法正确的是

c(CO)-c(H2)

A.平衡常数表达式为K=

c(C)-c(H20)

B.恒温条件下压缩容器的体积，平衡逆向移动，平衡常数K减小

C.升高体系温度，平衡常数K减小

D.恒温恒压条件下，通入氨气，平衡正向移动，平衡常数K不发生变化

【解析】选Do固态物质浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，

A项错误；增大压强，平衡逆向移动，K不变，B项错误；升温，该反应正向进

行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氨气，平衡向气体体积增大的方向移

动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。

2.大气固氮（闪电时N2转化为NO）和工业固氮（合成氨）是固氮的重要形式，下

表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值：

项目N2+O2TNON2+3H2-2NH3

温度25℃2000℃25℃400℃

K3.84X10310.15xlO81.88X104

下列说法正确的是（）

A.常温时工业固氮的转化率较高，因此工业固氮应选择常温下进行

B.人类可以通过大规模模拟大气固氮利用氮资源

C.大气固氮与工业固氮的K值受温度和压强等的影响较大

D.大气固氮是吸热反应，工业固氮是放热反应

【解析】选Do仅从平衡角度分析，常温下工业固氮能够获得更高的平衡转化

率，但是常温下工业固氮反应速率太低，所以工业固氮往往在高温、高压和催

化剂的条件下进行，A项错误；分析表格中不同温度下的平衡常数可知，大气

固氮反应的平衡常数很小，难以获得较高的转化率，因此不适合实现大规模固

氮,B项错误；平衡常数是只和温度有关的常数,C项错误；对于大气固氮反应,

温度越高，K越大，所以为吸热反应；对于工业固氮反应，温度越高，K越小，

所以为放热反应，D项正确。

3.在恒容密闭容器中，由CO合成甲醇：CO(g)+2H2(g)=CH3(DH(g),在其

他条件不变的情况下研究温度对反应的影响，实验结果如图所示，下列说法正

确的是()

c(CH3OH)

A.平衡常数K二

c(CO)-c(H2)

B.该反应在Ti时的平衡常数比八时的小

C.CO合成甲醇的反应为吸热反应

D.处于A点的反应体系从Ti变到T2,达到平衡时—1增大

【解析】选D。A项，因该反应中氢气前的系数为2，则该反应的平衡常数的表

c(CH30H)

达式为K=,错误；B项，由图像可知，反应从72到Ty时，

c(CO)-c2(Ho)

甲醇的物质的量增大根据平衡常数的计算式可知T.时的平衡常数比K时的大,

错误；C项，由图像可知在八温度下反应先达到平衡，反应速率较♦快，则有

T2>TI,从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应

为放热反应，错误；D项，处于A点的反应体系从Ti变到八的过程中，平衡向

c(H)

逆反应方向移动，则C(H2)增大,而C(CH30H)减小，达到平衡时2应

该增大，正确。

4.臭氧是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。臭氧可溶

于水，在水中易分解，产生的9］为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温

常压下发生如下反应①：03=。2+［O］AH>0平衡常数为Ka,反应②：［0］

+03—-202<0平衡常数为总反应：203——302△“<()平衡常数

为Ko下列说法错误的是()

A.降低温度IK减小

B.K=KaKb

C.适当升温，可提高消毒效率

D.压强增大，Kb不变

【解析】选Ao由于总反应AH<0,为放热反应，降低温度，放热反应的K增

大，故A错误；总反应=反应①+反应②，K=KaKb,故B正确；反应①A">

0,为吸热反应，反应②0为放热反应，适当升温，反应①正移，反应②逆

移，则［0］含量增加，可提高消毒效率，故C正确；平衡常数只与温度有关，故

D正确。

教师,

专用【加固训练】

在3种不同条件下分别向容积为2L的恒容密闭容器中充入2molA和1molB,

1

发生反应：2A(g)+B(g)=2D(g)AH=2kLmol-o相关条件和数据见表：

实验编号实验I实验口实验m

反应温度/℃700700750

达平衡时间/min40530

八(D)平衡/mol1.51.51

化学平衡常数Ki感K3

下列说法正确的是()

A.氏>&=Ki

B.实验n可能是增大了压强

Q

C.实验ni达平衡后容器内的压强是实验I的卡倍

D.实验DI达平衡后,恒温下再向容器中通入1molA和1molD,平衡不移动

【解析】选D。A项，反应为2A(g)+B(g)—i2D(g),比较实验I和IH,温度

升高，平衡时D的量减少，化学平衡向逆反应方向移动，正反应放热，,

则K3<K1,温度相同，平衡常数相同，则K1=&,故平衡常数的关系为K3〈K2

=K,错误；B项，实验II达到平衡的时间很短，与实验I温度相同，平衡时各

组分的量也相同，若增大压强，平衡正向移动，各组分的量不可能相同，可判

断实验口使用了催化剂，不可能增大了压强，错误；C项，根据理想气体状态方

程pv=nRT,反应起始时向容器中充入2molA和1molB,实验ID达平衡时，

〃(D)=1mol,列三段式,则平衡时«(A)=1mol、”(B)=0.5mol,实验I达平衡

时，〃(D)=1.5mol,列三段式,〃(A)=0.5mol、"(B)=0.25mol,则实验HI达平

衡后容器内的压强与实验I达平衡后容器内的压强之比为点=

(1+0.5+1)x(750+273.15)9

(0.5+0.25+1.5)x(700+273.15)句。，错误；D项，实验ID中，原平衡的

c2(D)o52

化学平衡常数为=符七=4,温度不变，则平衡常数

c2(A)-c(B)°-5，0-25

不变，实验ID达平衡后，恒温下再向容器中通入1molA和1molD,则此时容

器中c(A)=1mol-L-1、c(B)=0.25mol-L-1c(D)=1mol-L-1,此时浓度商Q=

c2(D)

…、…、=4=长,则平衡不发生移动，正确。

c2(A)-c(B)

5.已知化学反应①：Fe(s)+CO2(g)^FeO(s)+CO(g),其平衡常数为Ki；化学反

应②：Fe⑸+H2O(g)=FeO(s)+H2(g),其平衡常数为K2o在温度973K和1

173K情况下，Ki、长的值分别如表所示：

温度973K1173K

Ki1.472.15

K22.331.67

⑴通过表格中的数值可以推断：反应①是___________(填“吸热”或“放热”)反

应。

⑵现有反应③：CO2(g)+H2(g)=C0(g)+H20(g),请你写出该反应的平衡常

数K的数学表达式：K3=。

⑶根据反应①与②可推导出K、&与K3之间的关系式为o

根据此关系式及表中数据，也能推断出反应③是___________________(填“吸

热”或“放热”)反应。

【解析】⑴由表中数据可知，温度升高，①的平衡常数增大，说明平衡向正反

应方向移动，则正反应吸热；⑵依据反应C02(g)+H2(g)=C0(g)+H20(g),

根据平衡常数的概念，该反应的平衡常数K的数学表达式：K3=

c(CO)-c(H20)

一、；⑶已知：①Fe(s)+8邈)=FeO(s)+CO(g)；②Fe(s)

C(H2)-c(CO2)

+H2o(g)—TFeO(s)+H2(g)；利用盖斯定律将①-②可得：

c(CO)-c(H2O)c(CO)

③H2(g)+CO(g)nCO(g)+H2O©；则&=/口、i、

2c(H2)-c(CO2)c{CO2)

c(H2O)KiKi

X1-；依据图表平衡常数数据分析，温度升高吃增大，说明平衡

C(H2)次2K2

正向进行，反应是吸热反应。

c(CO)-c(HO)

答案：⑴吸热(2)2

c(H2)-c(CO2)

⑶K3二工吸热

6.(1)温度为Ti°C时，将等物质的量的CO2和H2充入体积为1L的密闭容器中

1

发生反应：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)AH=-31.4kJ-mol-K=2

正、

实验测得：丫正二人正C(CO2)-C(H2)，丫逆二左逆c(HCOOH),kk逆为速率常数。

Ti℃时/左逆=(以k正表示)o

⑵当温度改变为T2°C时，左正=1.9左逆，则—℃时平衡压强_______Ti℃时平

衡压强(填“><”或“二"),理由是_________________O

【解析】(1)反应CO2(g)+H2(g)=HCOOH(g)达到化学平衡时，有v正二v逆，

即左正C(CO2>

一k正

c(H2)=左逆c(HCOOH),所以——=

c(HCOOH)

正二逆，

=2,所以k2k即左逆二05k正。(2)当温度改变为T2

c(CO2)-c(H2)

c(HCOOH)kiE

时，上正二L9Z逆，则K=—；7=1=L9<2,说明平衡逆向移动，

c(CO2)-c(H2)媪

气体的物质的量增大，总压强增大；该反应的正反应为放热反应，温度升高，

平衡逆向移动，所以温度r2>rlz温度升高，总压强增大。

答案：⑴0.5左正(2)>CO2(g)+H2(g)=HCOOH(g)为放热反应,温度升高，

平衡常数减小，平衡左移，气体的物质的量增加，总压强增大；温度升高，总

压强增大

题组二：化学平衡的有关计算

(建议用时：20分钟)

1.在恒温、恒容条件下发生下列反应：2X2O5(g)—14XO2(g)+O2(g)AH>0,

T℃下的部分实验数据如下表。下列说法错误的是()

t/s050100150

c(X2O5)/(mol[T)4.002.502.002.00

A.TC下，反应的平衡常数K=64；100s时X2O5的转化率为50%

1

B.50s内，X2O5的反应速率为0.03molL-^s

C.已知TJC下反应的平衡常数为K,7VC下反应的平衡常数为&,若Ti>A,

则Ki>K2

D.若只将恒容改为恒压，其他条件都不变，则达到新平衡时X2O5的转化率和

平衡常数都不变

【解析】选Do由表中数据可知，100s时反应已达到平衡状态，平衡时c(X2O5)

=2.00mol-L-1，则：

2X2O5(g)一-4XO2(g)+O2(g)

起始(mol-L」)4.0000

转化(moLL-1)2.004.001.00

平衡(mol・L-1)2.004.001.00

c4(XO2)-c(O2)4004xl00

T又下反应的平衡常数K='二—二64,1005时乂2。5

2'、

c(X2O5)2.00

2.00mol-L-1_

的转化率为-----------xl00%=50%,故A正确；50s内，X2O5物质的量浓

4.00mol-L-1

1

度变化为(4.00-2.50)mol-L-1.5mol-L-，则50s内X2O5的反应速率为

1.5mol-L-1

---赤---=0.03mol-L-!-s-1,故B正确；因正反应为吸热反应，升高温度平

衡正向移动，平衡常数增大，若A>A,则Ki>氏，故C正确；在恒容条件下,

随反应进行容器内压强增大，若只将恒容改为恒压，其他条件都不变，等效为

在原平衡基础上减小压强，平衡正向移动，平衡时X2O5的转化率增大，平衡常

数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，故D错误。

1

2.25°C时，向40mL0.05mol-L-的FeCl3溶液中一次性加入10mL0.15mol-L

-1的KSCN溶液，发生反应，混合溶液中c(Fe3+)与反应时间⑺的变化如图所示。

下列说法正确的是(

A.该反应的离子方程式为Fe3++3SCN-=Fe(SCNR

B.E点对应的坐标为(0,0.05)

C.t4时向溶液中加入50mL0.1mol-L-^Cl溶液，平衡不移动

0.04-m

D.若该反应是可逆反应，在25℃时平衡常数的数值为1------------------

mi3m-0.09)3

3+

【解析】选DoFe3+与SCN-反应生成络合物，不是沉淀，离子方程式为Fe

+3SCN-nFe(SCN)3,故A错误；E点为反应起点，混合溶液体积为50mL,

1

0.04LxO.O5mol-L'1_

此时溶液中c(Fe3+)=--------005L----------=0-04mol-L-1，所以E点对应的坐标

为(0,0.04),故B错误；U时向溶液中加入50mL0.1mol-L-'KC1溶液,相当于

稀释溶液，平衡逆向移动，故C错误；由图可知，平衡时Fe3+浓度为机moLL-

0.01LxO.15mol-L-1

1,则Fe(SCN)3的浓度为(0.04-m)mol-L-1，SCN-的浓度为-----诉工------

-3x(0.04-m)mol-L-1=(3m-0.09)mol-L'1,所以平衡常数K=

c[Fe(SCN)3]0.04-m

--------------------二--------------DTFfift

c(Fe3+)-c3(SCN')m(3m-0.09)3°

3.甲醛(CH30cH3)是一种重要的新型能源，用CO和在合成甲醛的有关反应如

下：

①CO(g)+2H4g)=CH3(DH(g)

AHi=-99kJ-mol-1；

②2cH30H(g)一^CH30cH3(g)+H2O(g)

AHi=-24kJ-mol-1；

③CO(g)+H20(g)=CO2(g)+H2(g)

AH3=-41k>mol-1。

回答下列问题：

1

对于反应：2CH3OH(g)-TCH30cH3(g)+H2O(g)AH2=-24kJ-mol-T℃

时，向体积不变的密闭容器中投入一定量CH30H气体，气体混合物中CH30cH3

的物质的量分数0(CH30cH3)与反应时间方的关系如表所示：

〃min015304580100

0(CH30cH3)00.050.080.090.100.10

(1)30min时，CH30H的转化率为；根据表中数据，T℃时，

该反应的平衡常数为O

(2)上述反应中反应速率v=v正-v逆二左正q2(CH3OH)-左逆q(CH30cH3)g(压0),

左正和左逆分别为正向、逆向反应速率常数,(P为物质的量分数。计算15min时一

y逆

=(结果保留2位小数)。

【解析】⑴30min时，CH30cH3的物质的量分数为0.08,设开始投入的CH30H

为％mol,生成的H2O为ymol,则生成的CH30cH3为ymol,消耗的CH30H

为2ymol,则---------=0.08,CH3OH的转化率为"xl00%=16%；T°C时,

x-2y+y+yx

设容器体积为VL,反应达平衡时，抵0为zmol,生成的CH30cH3为zmol,

消耗的CHOH为2zmol,则----------=0.10,z=0.10x,平衡常数K=

3x-2z+z+z

721一,

-―-—--64。(2)由题后I可知达平衡时V正二丫逆，左正•，(CH3OH)=左

(%-2z)，

法(P(CH30cH3)-(P(H2O)1,

逆q(CH30cH3)q(H2。)，1=77—J——=K=互，15min时，

曦(p~(CH3OH)。什

生成的CH30cH3和H20的物质的量分数均为0.05，则CH30H的物质的量分数

v正正於(CH3OH)0.92

790.9,——=-----------------------------------------=-5.06

V逆k^-(p(CH3OCH3)-(P(H2O)64x0.05x0.05o

答案：(1)16%白⑵5.06

4.含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答

下列问题。

(1)工业上利用氨气生产氢氟酸(HCN)的反应为

CH4(g)+NH3(g)^^HCN(g)+3H2(g)AH>0

在一定温度下,向2L密闭容器中加入nmolCH4和2molNH3,平衡时NH3体

积分数随n变化的关系如图1所示。

024w(CH4)/mol

图1

a点时，CH4的转化率为%；平衡常数：

K(a)K(b)(填“>”“二”或“<”)。

(2)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与Ch结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)

_c(MbO2)

+O2(g)—TMbCh(aq)，该反应的平衡常数可表示为K==77^——。在

37°C条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(㈤与p(O2)的关系如图2所示［a

生成的c(MbO2)

=EMA,—7^—X100%］。研究表明正反应速率丫正二七正.c(Mb)N(C)2),逆反

初始的c(Mb)

应速率v逆二k逆.c(MbC)2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。

p(O2)/kPa

图2

①试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K=

(用含有k正、k逆的式了表ZF)o

②试求出图2中c点时，上述反应的平衡常数K=kPa「。已

知左逆二60s-1,则速率常数左正=s''kPa'I

【解析】⑴假设反应消耗CH4物质的量为工

对于反应：

CH4(g)+NH3(g)一-HCN(g)+3H2(g)

开始/mol2200

转化/molXXx3x

平衡/mol2-x2-xx3x

2-x

根据图像可知在平衡时氨气的体积分数是30%，可得xl00%=30%，解得

4+2%

%=0.5,则a点时，CH4的转化率为空胃X100%=25%；由于温度不变，所以

无论是在线上任何一点，化学反应的平衡常数都不变，因此K(a)=K(b).

(2)①可逆反应达到平衡状态时，v正二y逆,由于v正二kiE-c(Mb)-p(O2)，丫逆=左

kiEc(MbOz)_

逆・c(MbO2)'所以k正WMbWQE逆・c(MbO2)'-=002)'而

c(MbO?)k正

反应Mb(aq)+C)2(g)—iMbC)2(aq)的平衡常数K=、/二、二1。②c

c(Mb)•〃(Ch)媪

点时，p(02)=4.50kPa，肌红蛋白的结合度a=90%,代入平衡常数表达式中可

c(MbO2)_______0.9

得K二——----------kPa-i=2kPa-1；K=——，贝U左正

c(Mb)-/?(O2)-4.50x(1-0.9)

=KZ逆=2kPa一仪60st=120s-^kPa^o

答案：⑴25=(2)(1)-②2120

媪

题组三：分压平衡常数

(建议用时：20分钟)

1.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)+CO2(g)

-2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知：气

体分压S分);气体总压⑦总)x体积分数。下列说法正确的是()

100.093,096°

8

OS..0

6,.0

4。0

02..O0

10.7

0.6

4455506507800925温度/t

A.550°C时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动

B.650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%

C.T°C时，若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动

D.925°C时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数区=24的总

【解析】选风550°C时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强

不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650℃

时，CO的体积分数为40.0%,根据反应方程式：C(s)+CO2(g)02CO(g),设

开始加入1molCO2,反应掉了％molCO2，则有

C(s)+CO2(g)=2C0(g)

始态/mol10

变化/molX2x

平衡/mol1-X2x

因此有G、1。。％=4。。％解得i.25则C6的平衡转化率为噜祟

X100%=25.0%,B项正确。由题图可知，T°C时，CO与CCh的体积分数相等,

在等压下充入等体积的CO和CO2,对原平衡无影响，平衡不移动，C项错误。

p2(CO)(96.0%〃总)2

925°C时,CO的体积分数为96.0%故Kp=^--------=--------------------=23.0仞

p(CO2)4.0%夕总

总，D项错误。

2.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、

NO、CO、SCh及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO,在1L

恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种

气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表:

温度活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa

200℃2.0000.04000.03000.03003.93

335℃2.0050.05000.02500.0250P

根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：，判断p(填

或"二,,)3§3MPa。计算反应体系在200°C时的平衡常数Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压二总压x体积分数)。

【解析】1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成

A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压

强数据可以看出：

A«(C):AH(NO):An(A):An(B)=1:2:1:1,所以可以推断出生成的A、B两种

气体分别为N2和CO2,反应的化学方程式为C+2NO=N2+CO2e升高温度,

压强增大，所以p>3.93MPae该反应的平衡常数Kp」—――,容

/?-(NO)

器的体积为1L,平衡分压之比等于平衡浓度之比，代入表中数据计算得Kp=

9

160

9

答案：C+2NO^^N2+CO2>记

3.甲醇是一种用途非常广泛的基础化工原料，可通过下列反应合成：

I.CO(g)+2H2(g)^^CH3OH(g)NH\

n.CO2(g)+3H2(g)^^CH3OH(g)+H2O(g)AH2

m.CO(g)+H2O(g)=CCh(g)+H2(g)AH3

回答下列问题：

⑴反应(I)的AS(填“>”或“<")0,AHi=(用A%、表示)。

⑵上述反应的平衡常数的自然对数值lnKp(Kp为以分压表示的平衡常数)与温度

的关系如图甲所示

图乙

①反应(H)的AH(填“>”或“<")0。

②480K时，lnKp(I)+InKp(H)+InKp(IH)=0

③某温度下，向某恒容密闭容器中充入0.1molCO和0.2molH2发生反应(I),

达到平衡时，CO的转化率为90%,若平衡时总压强为5MPa，则KP=

(%为以分压表示的平衡常数，分压二总压x物质的量分数)。

«(H2)

(3)若用CO和CO2混合气体合成甲醇，起始时均控制F------r=2.60,

CO的平衡转化率X(CO)与温度及压强的关系如图乙所示。下列说法正确的是

(填字母)。

A.pi<p2<p3

B.升高温度，反应速率和X(CO)均减小

C.起始时若p2=7.2MPa,则H2的分压为5.2MPa

«(H2)

D.其他条件不变，增大-,X(CO)增大

«(CO+CO2)

【解析】⑴反应I反应后气体分子数减小，则AS<0；已知：n.CO2(g)+3H2(g)

=CH30H(g)+H2O(g)AH2,m.C0(g)+H20(g)C02(g)+H2(g)AH3,根据

盖斯定律，由口+田可得C0(g)+2H2(g)—一CH30H(g)，则反应I反应热AHi

=AH2+AH3；(2)①由图可知，当温度升高时，InKp减小，则Kp减小，说明升高

温度，平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，因此AH<0；

②由于反应i可以通过反应口和ni相加得到，所以《(I)=Kp(u).Kp(ni),所以

lnKp(I)=InKp(U)+InKp(HI),由图可知，当温度为480K时，ln^p(I)=-4,

所以lnKp(I)+InKp(U)+InKp(IH)=-4-4=-8；③平衡时CO的转化率为

90%，则参与反应的“(CO)=0.1molx90%=0.09mol,根据反应的化学方程式可

知参与反应的n(H2)=0.09molx2=0.18mol，反应生成的n(CH3OH)=0.09mol；

则反应达到平衡时〃(CO)=0.1mol-0.09mol=0.01mol、n(H2)=0.2mol-0.18

mol=0.02mol、n(CH3OH)=0.09mol；则平衡时CO产生的分压p(CO)=

0.01mol

x5MPa=

0.01mol+0.02mol+0.09mol

卷MPa,H2产生的分压p(H2)二

0.02mol

x5MPa=

0.01mol+0.02mol+0.09mol

杉MPa,CH3OH产生的分压p(CH3OH)=

0.09mol

x5MPa=

0.01mol+0.02mol+0.09mol

45p(CH3OH)

MPa,因此该反应用分压表示的平衡常数Kp=…\"、=

12p(CO)x〃2(H2)

45

T^MPa

-7-------------布------=12.96(MPa)-2；(3)由于合成甲醇的反应为气体分子数

夜MPax(—MPa)2

减小的反应，因此增大压强，平衡正向移动，CO的转化率增大，因此相同温度

下，转化率越大，压强越大，故P1>P2>P3,故A错误；升高温度，反应速率加

«(H2)

快，故B错误；由于=----------=2.60,因此可令«(H2)=2.60mol、”(CO

«(CO+CO2)

+CO2）=1.00mol,根据压强之比等于物质的量之比，可得等式2胆

P（总）

«(H2)艮1（七）

'即7.2MPa

«(H2+CO+CO2)

2.60mol

,解得p（H2）=5.2MPa,故C正确；其他条件不变时，增大

2.60mol+1.00mol

“(七)

，则相当于增大C（H2）,平衡正向移动，CO的平衡转化率增大,

n(CO+CO2)

故D正确。

答案：(1)<

(2)@<②-8③12.96(MPa)-2(3)CD

教师

专用【加固训练】

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

45

的压强分别为10Pa和10Pa）e（已知：丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程）

7o

6o

%

、5o

瞬

虫o

还

处30

20

10

500510520530540550560570580

温度汽

(1)104pa时,图中表示丙烯的曲线是______(填“i”“订”“「产或"2”).

（2）104Pa、500°C时，主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数a

=（已知：气体分压;气体总压x体积分数）

【解析】⑴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％,由题意建

立如下三段式：

C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)

起(mol)100

变(mol)XXX

平(mol)1-XXX

则由丙烯的平衡体积分数为33%可得，一匚=0.33，解得出0.5,丙烷、丙烯和

1+%

氢气的分压均为104Pax；，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数%

（104x1）x（104x1）

43

=----------------;-----------=10x--3.3><10O

104x-

答案：⑴i（2）3.3x103

题组四：化工生产适宜条件的选择

（建议用时：20分钟）

1.（2022.济南模拟）下列有关化学反应方向的描述正确的是（）

A.某吸热反应能自发进行，因此该反应是嫡增反应

B.知道了某过程有自发性之后，可预测反应过程发生的快慢

C.CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）AH>0,该反应能否自发进行与温度无关

D.冰融化为水的过程中：AH<0,AS>0

【解析】选A。A"-TAS<0的反应可自发进行，则某吸热反应能自发进行，因

此该反应是嫡增反应，故A正确；自发反应的反应速率不一定大，知道了某过

程有自发性，不能说明该反应一定发生，也不能说明该反应速率快慢，故B错

误；由化学计量数可知AS>0,又A">0,则该反应在高温下才能自发进行，

所以能否自发进行与温度有关，故C错误；同一物质固态的能量小于液态，液

态的嫡大于固态，所以冰融化为水的过程中A">0,AS>0,故D错误。

2.“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副

反应发生。反应如下：

催化剂、

主反应：3c4H8（g）-^4C3H6（g）；

催化剂、

副反应：c4H8（g）2H4（g）。

测得上述两反应的平衡体系中,各组分的质量分数（•）随温度和压强S）变化的

趋势分别如图甲和图乙所示：

⑴平衡体系中的c3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件

的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，

反应条件应选择(填序号)。

A.300°C、0.1MPaB.700°C、0.1MPa

C.300°C、0.5MPaD.700°C、0.5MPa

⑵有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素认为450°C的反应温度比300℃

或700°C更合适，从反应原理角度分析其理由可能是_______________

【解析】⑴由图甲可知，300°C时C2H4(g)的质量分数接近于0,而温度升高，

C2H逸)的质量分数增大，故选择300℃；由图乙可知，压强增大，C2H诞)的质

量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5MPa,因此控制反应条件为

300°C、0.5MPa0⑵温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，3000c时反应速

率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700°C的副反应的转化率大于丁烯

转化成丙烯的转化率。而450℃时，C3H6(g)的质量分数达最大值，且C2H4(g)

的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450°C更合适。

答案：(1)C(2)300℃反应速率慢，700°C副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯

的转化率

3.(能力拔高题)二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以C02和NH3为原料合成尿

素是固定和利用CCh的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：

1

反应I：2NH3(g)+CO2(g)^^NH2COONH4(S)AHI=-159.47kJ-mol-

1

反应口：NH2COONH4(S)CO(NH2)2(S)+H2O(g)AH2=+72.49kJ-mol-

请回答下列问题：

⑴写出CCh和NH3为原料生成尿素和气态水的热化学方程式：

,反应H自发进行的条件是_________________0

(2)CO2和NH3为原料合成尿素的反应中影响CCh转化率的因素很多，图1为某

«(H2O)

特定条件下，不同水碳比，厂、和温度影响CO2转化率变化的趋势曲线。

n(CO2)

CO2转化率/%

75

70

65

170180190200温度/(

图1

下列说法不正确的是_______(填字母)。

A.温度升高该反应平衡常数逐渐减小，移走部分尿素平衡向正方向移动

B.当温度低于190°C,随温度升高CCh转化率逐渐增大，其原因可能是温度升

高平衡向正方向移动

C.当温度高于190°C后，随温度升高CCh转化率逐渐减小，其原因可能是温度

升高发生了副反应

D.其他条件相同时，为提高CO2的转化率，生产中可以采取的措施是提高水碳

比

(3)某研究小组为探究反应I中影响c(CO2)的因素,在恒温下将0.4molNH3和

0.2molCO2放入容积为2L的密闭容器中"1时达到平衡，其c(C02)随时间才变

化趋势曲线如图2所示。则其逆反应的平衡常数为o

c(CO2)/(molL')

【解析】⑴反应I:2NH3(g)+CO2(g)^^NH2COONH4(S)NH\=-159.47

1

kJ-mol,反应n:NH2COONH4(S)^^CO(NH2)2(S)+H2O(g)AH2=+72.49

1

kJ-mol-，由盖斯定律反应I+