专项27-Kp(新高考专用)(原卷版)

第四篇化学反应速率与化学平衡专项27KP近年来，有关压强平衡常数考查频频出现于化学反应原理综合题，已成为考查“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养重要题型。一定条件下，若平衡体系中有气体物质，也可用其分压代替浓度，所求得的平衡常数为压强平衡常数，以Kp表示。(1)对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，其压强平衡常数表达式为Kp=pcC·pdDpaA·pbB。浓度平衡常数与压强平衡常数的关系：Kc=cc(C)·cd(D)ca(A)·c(2)气体分压=气体总压×该气体的物质的量分数或体积分数。混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。1．(2022•全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)ΔH1＝172kJ·mol−1Kp1=1.0(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)＋2CO(g)ΔH2＝-51kJ·mol−1Kp2=1.2Pa①反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)的ΔH为_______kJ·mol−1，Kp=_______Pa。②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是_______。③对于碳氯化反应：增大压强，平衡_______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)在1.0Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。①反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数_______。②图中显示，在平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_______。(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2-C“固—固”接触的措施是_______。【答案】(1)①-223

1.2×1014

②碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程

③向左

变小(2)

①7.2×105

②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益(3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”【解析】(1)①根据盖斯定律，将“反应ⅱ-反应ⅰ”得到反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)，则∆H=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol；则Kp===1.2×1014Pa；②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；③对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。(2)①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa；②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。(3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2–C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。2．(2022•湖南选择性考试节选)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始压强为时，发生下列反应生成水煤气：Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH1＝+131.4kJ·mol−1Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2＝-41.1kJ·mol−1①下列说法正确的是_______；A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡C．平衡时H2的体积分数可能大于2/3D．将炭块粉碎，可加快反应速率②反应平衡时，H2O(g)的转化率为，CO的物质的量为0.1mol。此时，整个体系_______(填“吸收”或“放出”)热量_______kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp=_______(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。【答案】BD

吸收

13.14

0.02MPa【解析】①A项，在恒温恒容条件下，平衡时向容器中充入情性气体不能改变反应混合物的浓度，因此反应Ⅰ的平衡不移动，A说法不正确；B项，在反应中有固体C转化为气体，气体的质量增加，而容器的体积不变，因此气体的密度在反应过程中不断增大，当混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，B说法正确；C项，若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g)，由C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)可知，H2的体积分数的极值为，由于可逆反应只有一定的限度，反应物不可能全部转化为生成物，因此，平衡时H2的体积分数不可能大于，C说法不正确；D项，将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积，因此可加快反应速率，D说法正确；故选BD。②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物质的量为0.1mol，则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2mol，根据相关反应的热化学方程式可知，生成0.1molCO要吸收热量13.14kJ，生成0.2molCO2要放出热量8.22kJ此时，因此整个体系吸收热量13.14kJ-8.22kJ=4.92kJ；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5mol，CO的物质的量为0.1mol，CO2的物质的量为0.2mol，水的物质的量为0.5mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5mol+0.1mol+0.2mol+0.5mol=1.3mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压为0.2MPa1.3=0.26MPa，反应I(C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g))的平衡常数Kp=。3．(2021·全国乙卷节选)一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。McMorris测定和计算了在136~180℃范围内下列反应的平衡常数Kp。2NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+I2(g)Kp12NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)Kp2得到lgKp1~1T和lgKp2~1(1)由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH0(填“大于”或“小于”)。

(2)反应2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)的K=(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程

。

【答案】(1)大于(2)Kp1·Kp2大于设T'>T，即1T'<1T，由图可知，lgKp2(T')-lgKp2(T)>|lgKp1(T')-lgKp1(T)|=lgKp1(T)-lgKp1(T')，则lg[Kp2(T')·Kp1(T')]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T')>K(T)，因此该反应的正反应为吸热反应，即Δ【解析】(1)结合图可知，温度越高，1T越小，lgKp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。(2)现将已知的两个热化学方程式命名为Ⅰ、Ⅱ，根据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ得2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)，则2ICl(g)Cl2(g)+I2(g)的K=Kp1·Kp2。第一步根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度第二步计算各气体组分的物质的量分数或体积分数第三步根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)第四步根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp=。1．氨基甲酸铵发生分解的化学方程式为NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。利用如下装置测定不同温度下该反应以分压表示的化学平衡常数Kp。步骤Ⅰ：关闭K3，打开K1和K2，开启真空泵抽气至测压仪数值稳定后关闭K1；步骤Ⅱ：关闭K2，缓慢开启K3至U形管两边液面相平并保持不变，读取压强数值。记录25℃、30℃下压强分别为12.0kPa、17.1kPa。下列说法错误的是()。A．氨基甲酸铵分解反应的ΔH>0B．该反应25℃时的化学平衡常数Kp=2.56×1011Pa3C．步骤Ⅰ中测压仪数值未稳定即关闭K1，Kp测量值偏小D．步骤Ⅱ中读数时U形管左侧液面偏高，Kp测量值偏大2．T℃时，向容积为2L的刚性容器中充入1molCO2和一定量的H2发生反应：CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)，达到平衡时，HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始的关系如图所示。已知：初始加入2molH2时，容器内气体的总压强为1.2pkPa。下列说法错误的是A．5min时反应到达c点，(H2)=0.1mol·L-1·min-1B．随增大，HCHO的平衡压强不断增大C．b点时反应的平衡常数Kp=D．c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.2pkPa，平衡不向移动3．在容积固定的密闭容器中，起始时充入0.2molSO2，0.1molO2，反应体系起始总压强0.1MPa，反应在一定温度下达到平衡时，SO2的转化率为90%，该反应的压强平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平衡浓度计算；分压＝总压×物质的量分数)。4．二氧化硫的催化氧化是工业上生产硫酸的主要反应O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)。已知：标准平衡常数Kθ=，其中pθ为标准压强(1×105Pa)，p(SO3)、p(O2)和p(SO2)为各组分的平衡分压，如p(SO3)=x(SO3)p，p为平衡总压，x(SO3)为平衡系统中SO3的物质的量分数。SO2和O2起始物质的量之比为2：1，反应在恒定温度和标准压强下进行，SO3的平衡产率为ω，则Kθ=(用含ω的最简式表示)。5．气体分压pi=p总×xi(物质的量分数)。恒温50℃、恒压101kPa，将足量的CuSO4·5H2O、NaHCO3置于一个密闭容器中，再充入已除去CO2的干燥空气。假设只发生以下反应，达平衡时两者分解的物质的量比为2：1。CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g)Kp1=36(kPa)22NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)Kp2①平衡时=____________，Kp2=_______________。②平衡后，用总压为101kPa的潮湿空气[其中p(H2O)=8kPa、p(CO2)=0.4kPa]替换容器中的气体，50℃下达到新平衡。容器内CuSO4·5H2O的质量将______(填“增加”“减少”或“不变”，下同)，NaHCO3质量将_________。6．500℃时，向容积为2L的密闭容器中通入1molN2和3molH2，模拟合成氨的反应，容器内的压强随时间的变化如下表所示：时间/min010203040＋∞压强/MPa20171513.21111①达到平衡时N2的转化率为________。②用压强表示该反应的平衡常数Kp＝________(Kp等于平衡时生成物分压幂的乘积与反应物分压幂的乘积的比值，某物质的分压等于总压×该物质的物质的量分数)。7．乙酸是生物油的主要成分之一，乙酸制氢具有重要意义：热裂解反应：CH3COOH(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝213.7kJ·mol－1脱酸基反应CH3COOH(g)=CH4(g)＋CO2(g)ΔH＝－33.5kJ·mol－1若利用合适的催化剂控制其他的副反应，温度为TK时达到平衡，总压强为pkPa，热裂解反应消耗乙酸20%，脱酸基反应消耗乙酸60%，乙酸体积分数为_______(计算结果保留1位小数)；脱酸基反应的平衡常数Kp为____________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。8．反应2As2S3(s)4AsS(g)＋S2(g)达平衡时气体总压的对数值lg(p/kPa)与温度的关系如图所示：(1)对应温度下，B点的反应速率v(正)________(填“>”“<”或“＝”)v(逆)。(2)A点处，AsS(g)的分压为______kPa，该反应的Kp＝________(Kp为以分压表示的平衡常数)。9．利用废弃的H2S的热分解可生产H2：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。现将0.20molH2S(g)通入某恒压(压强p＝aMPa)密闭容器中，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图所示：已知：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)也可表示平衡常数。温度为T4℃时，该反应的平衡常数Kp＝________(用含a的代数式表示)。10．已知反应NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(g)△H<0，某研究小组研究不同温度T1℃、T2℃下的平衡态中lgp(NO2)和lgp(SO3)两个压强对数的关系如图所示，实验初始时体系中的p(NO2)和p(SO2)相等、p(NO)和p(SO3)相等。(1)a、b两点体系压强pa与pb的比值=_______；同一温度下图象呈线性变化的理由是_______。(2)温度为T1时化学平衡常数KP=_______，T1_______T2(填“>”“<”或者“=”)。11．环戊烯是生产精细化工产品的重要中间体，其制备涉及的反应如下：氢化反应：(l)+H2(g)(环戊烯)(l)∆H=-100.5kJ/mol副反应：(l)+H2(g)(环戊烷)(l)∆H=-109.4kJ/mol解聚反应：2(g)∆H>0实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的温度(水蒸气不参与反应)。某温度下，通入总压为300kPa的双环戊二烯和水蒸气，达到平衡后总压为500kPa，双环戊二烯的转化率为80%，则p(H2O)=________kPa，平衡常数Kp=__________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数)。12．已知气相直接水合法可以制取乙醇，其反应方程式可以表示为：H2O(g)＋C2H4(g)CH3CH2OH(g)。在n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1的条件下投料，乙烯的平衡转化率与温度(T)及压强(p)的关系如图1所示。图1①下列有关说法中正确的是_________。A．p1＞p2B．280℃时，vB＞vCC．A、B、C三点的平衡常数KA＞KB＞KCD．低温有利于该反应自发进行②在p2，280℃条件下，C点的v正____v逆(填“＞”、“＜”或“＝”)，理由是________。计算图1中A点的平衡常数Kp＝_________。(结果用p2的代数式表示，平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)13．(2022·河北省名校联盟高三质量检测)氮的氧化物是大气污染物之一、研究它们的反应机理，对于消除环境污染，促进社会可持续发展有重要意义。回答下列问题：(1)已知：①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H1=-907.0kJ/mol

②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H2=-1269.0kJ/mol若4NH3(g)+6