2025年高考化学二轮复习 主观题突破3 平衡体系中的有关计算

I主观题突破a平衡体系中的有关计算

1.(6分)对于反应CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)AH>0,反应速率片丫正-丫逆=%”(CC)2>p(H2)《逆

p(C0>p(H2。)，其中左不左逆分别为正、逆反应速率常数，P为气体的分压(分压=总压X物质的量分数)。

(1)降低温度，耗/逆(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)在TK、101kPa下，按照"(CO?)：〃(H2)=1：1投料，CO2转化率为50%时，—=p用气体分压表示的

“逆5

平衡常数&=(保留小数点后一位)。

2.(9分)某化学兴趣小组模拟SO2催化氧化制备SO3,在2L刚性容器中进行下列三组实验，数据如下:

第1组第2组第3组

温度/℃TiT3

投料n(SO2)/mol124

投料M(O2)/mol222

SO2平衡

4050a

转化率(a)/%

(l)Ti℃时平衡常数K=(保留两位有效数字)。

(2)若7>T3,贝Ija(填或“=")40%,结合相关数据计算，写出推理过程：

3.(15分)在5.0MPa下，将5moic。2和16moiH?在Cu/ZrCh催化剂作用下进行主反应：CO2(g)+3H2(g)

1

-CH3OH(g)+H2O(g)AHi=-49.3kJ-mol.,该合成过程还存在一个副反应：CO2(g)+H2(g)-CO(g)+

H2O(g)AH2=+41kJ-molL平衡时CH30H和CO选择性S[S(CH30H或CO)=笔黑零图义100%]及CO2

已转化CC)2的忌里

的转化率a随温度的变化如图所示。

1502()02503(H)350400

温度代

(1)表示平衡时CO选择性的曲线是(填“a”“b”或“c”)。

(2)解释曲线c呈现先减小后增大变化趋势的原因：o

(3)250°C时，测得平衡体系共有0.5molCH3OH,结合上图计算CO2的平衡转化率=

CG>2(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H2O(g)的Kp=MPa'(列出计算式)。

(4)p、q两点的主反应的正反应速率大小：v正(p)(填“或力正⑷。

4.(14分)化石燃料燃烧、硫酸工业等都会释放出大量的二氧化硫，针对二氧化硫排放量大的问题，我国已

经采取了一系列的治理措施，减少二氧化硫排放，保障环境的稳定和持续发展。

(1)硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了二氧化硫的处理，主要反应：NO2(g)+SO2(g)—

SO3(g)+NO(g)AH<0o时，向IL密闭容器中加入等物质的量的NO?和SO?,达到平衡时NO和NCh

的浓度之比为3：1,该温度下该反应的化学平衡常数为,温度升高，平衡常数(填“增

大”“减小”或“不变”)。保持温度不变，向1L密闭容器中同时充入NCh、SO2、SO3、NO各1mol,

贝“正(填或"=")V逆，达到平衡时二氧化硫的转化率为o

(2)模仿工业上用反应2so2(g)+O2(g)—2so3(g)得到硫酸，除去工业废气中的SO2»现在一容积固定为1L

的密闭容器中进行该反应，测得如下数据：

达平衡

起始量/mol平衡量/mol

实验组温度/℃所需时

SO2SO3间/min

1550210.510

265010.50.44

①分析第1组和第2组实验数据，可以得出有关反应速率的结论是0

②已知,反应中丫正=%1才802>。(02),v逆=BC2(SO3),ki、心为速率常数。若实验组2,1min时”(SO3)=0.2

5.(18分)合成氨原料气高纯氢可以由天然气、水蒸气催化重整制取，所涉及的主要反应如下:

相关反应AH物质的量分数平衡常数

反应iAHi=+206kJ-mol1KN

CH4(g)+H2O(g)^=CO(g)+3H2(g)

1

反应iiCO(g)+H2O(g)=fCO2(g)+H2(g)AH2=-41kJ-mol及2

反应出AH3=+165kJ-mol1&3

CH4(g)+2H2O(g)"="CO2(g)+4H2(g)

已知：反应aA(g)+6B(g)-cC(g)+6/D(g)的物质的量分数平衡常数其中x(A)、尤(B)、x(C)、

x(D)为各组分的物质的量分数。

⑴相同条件下，随着反应温度的升高，化学平衡常数跖、%的比值(岁)_______(填“增大”“减小”或

KX3

“不变”)，其原因为O

(2)7℃时，向2L恒容密闭容器中充入1molCH4和2molH2O(g),发生上述反应i和出。测得反应达到平

衡时，容器中〃(CH4)=0.4moL〃32)=2mol。

①7℃时，反应中H2O的平衡转化率为o

②T℃时，反应i的平衡常数七尸(列出表达式，无需化简)。

③若将容器的体积压缩为1L,甲烷的平衡转化率(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，反应

造的逆反应速率0

6.(15分)CO2催化加氢可合成乙烯，反应为2cG>2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)A7f<0,在恒压密闭容器

中，起始充入2molCO?(g)和6molH?(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。

6o

5o

4o

3o

2o

1O

O

(1)下列说法正确的是(填字母)。

A.b点时：2vE(H2)=3V逆(印。)

B.a、b、c三点的平衡常数：Ka>K0>Kb

C.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

(2)表示C2H4体积分数随温度变化的曲线是(填“k”“1”“m”或“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。

(4)205℃,反应达b点所用时间为tmin,则此过程中用CCh表示的反应速率是mol-min'o若平

衡时b点总压为p,则平衡常数&=(列出计算式，以分压表示，分压=总压x物质的量分数)。

7.(6分)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

C2H2平衡转化率/%

主反应：C2H2(g)+H2(g)-C2H4(g)A7/i

副反应：C2H2(g)+2H2(g)-C2H6(g)Aft

在密闭容器中充入1molC2H2和2moiH2，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ToK、20kPa下C2H4的选择性等于1C2H4选择性=二h(填

9"(C2H4)+n(C2H6)

或“=")20kPa。TbK下，主反应的平衡常数Kp=kPa*Kp为用气体分压计算的平衡常数，气体分

压等于气体总压x物质的量分数)。

8.(15分)反应CC)2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH=+41.0kJ-mol1o在进气比华界不同时，测得相应的

nlH2j

CO2平衡转化率如图(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同)。

9C

M80C(l,75)

WA(0.5,66.7)*

7C*D(l,60)

都6C

邂B(O.5,5O)应1,50)F(1.5,5O)

*••

升5C

G(1.5,40)

64c

。3C

1।।।«(CO2)

00.51L52

(1)反应中CO2的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是o

(2)图中E和G两点对应的反应温度无、7b的关系是，其原因是o

(3)A、B两点对应的反应速率VA(填或)加已知反应速率以正“正X(CO2”(H2),

U逆斗逆X(CO)MH2。)，左为反应速率常数，x为物质的量分数，在达到平衡状态为C点的反应过程(此过程为

恒温)中，当CO2的转化率刚好达到60%时，—=o

"逆

答案精析

1.(1)减小(2)0.8

解析(1)降低温度，反应逆向进行，所以左正/逆减小。

(2)设初始n(CO2)=2mol,

CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)

起始/mol2200

转化/mol1111

平衡/mol1111

vkvk

瑞舞H'其中。(CO2)=0(H2)=0(CO)=p(H2O)=7总,即平衡时i,=v逆，有人正

逆逆逆逆

k

p(CO»p(H2)=左逆。(CO>P(H2O),贝IJ勺嘿嚅o：=2W=0&

逆

2.(1)0.49

(2)<时，假设反应达到平衡时，SO2的转化率也为40%,则转化的c(SO2)=0.8mol-LL

2so2(g)+O2(g尸±2SO3(g)

起始浓度/(mol.L")210

转化浓度/(mol,L")0.80.40.8

«=40%时浓度/(molL1)1.20.60.8

Q=西部篇=/=黑乂平衡逆向移动,所以SO2的平衡转化率小于4。％

解析(l)Ti℃时SO2的平衡转化率为40%,则转化的C(SO2)=0.2mol-L^o

2sCh(g)+02(g尸，2SO3(g)

起始浓度/(molL」)0.510

转化浓度/(molL")0.20.10.2

平衡浓度/(molL」)0.30.90.2

22

R_C(SO3)_0.2

2।

C(SO2)-C(O2)0.32X0.9

3.(l)b(2)250℃以前，体系以主反应为主，温度升高，主反应平衡逆向移动，CO2的转化率降低；250℃

以后，体系以副反应为主，温度升高，副反应平衡正向移动，CO2的转化率升高(3)20%岁？勺

(元X5)x(而XL5)

(4)<

解析(1)主反应为放热反应，副反应为吸热反应，升温主反应平衡逆向移动，副反应平衡正向移动，故表

示平衡时CO选择性的曲线是b。(3)250℃时，测得平衡体系共有0.5molCH30H，结合题图可知，

S(CH3OH)=50%,S(CH30H尸生瞿xl00%=50%,所以A/7(CO2)=1mol,CO2的平衡转化率=；xl00%=20%

对于主反应：

CO2(g)+3H2(g)-CH30H(g)+H20(g)

变化/mol0.51.50.50.5

对于副反应，变化的CO2为0.5mol,则

CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g)

变化/mol0.50.50.50.5

平衡时n(CO2)=(5-l)mol=4mol,n(H2)=(16-1.5-0.5)mol-14mol,n(CH3OH)=0.5mol,n(H20)=(0.5+0.5)

mol=lmol,M(CO)=0.5mol,总物质的量为(4+14+0.5+1+0.5)mol=20mol,对于主反应，&方乂：)：勺乂口

\20XS/Xl20X5/

MPa"。(4)根据图像，p位于曲线a之上，q位于曲线a之下，p、q两点的主反应的正反应速率大小：v正

(p)<v正(q)。

4.(1)9减小>50%(2)①温度升高，反应速率增大②1.489.472

5.(1)增大根据盖斯定律可知反应i-反应适可得：CO2(g)+H2(g)-CO(g)+H2O(g),该反应AH=+41

kJ-mol1,温度升高，平衡正向移动，该反应的物质的量分数平衡常数K*=警增大(2)①40%

②叫产③减小增大

--X—

4.24.2

解析(2)①根据H原子守恒，平衡时H2O的物质的量为4+2X2-0；X4-2X2mol=12mol,H2O的平衡转化率

为9X100%=40%。②设平衡时反应i消耗xmol甲烷，反应出消耗ymol甲烷，则：

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

变化/molxxx3x

CH4(g)+2H2O(g)-CO2(g)+4H2(g)

变化/moly2yy

由题意得：x+y=l-0.4=0.6,3x+4y=2,解得：x=0.4,y=0.2;则平衡时n(CH4)=0.4mol,n(H2)=2mol,

f—Vx—

n(CO)=0.4mol,n(CO)=0.2mol,n(HO)=1.2mol,〃(总)=4.2mol,反应i的平衡常数砥产。③反应

22—X—

4.24.2

i和出正向气体分子数均增大，压缩体积，平衡均逆向移动，甲烷的平衡转化率减小；压缩体积各物质的

浓度均增大，则正、逆反应速率均增大。

6.(1)AC(2)n⑶逆(4)±器翳

解析(1)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)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)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，贝Ui为二

氧化碳体积分数随温度变化曲线，k为氢气体积分数随温度变化曲线；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Zmin,设COz转化了2amol,可得

2CO2(g)+6H2(g)-C2H4(g)+4H2O(g)

起始/mol2600

转化/mol2a6aa4a

平衡/mol2-2a6-6aa4a

此时二氧化碳和乙烯体积分数相同，则2-2a=a,a=^,则此过程中用CC)2表示的反应速率是1ymoLmiiT

igmoLmin/；平衡时二氧化碳、氢气、乙烯、水分别为|mol、2mok|mok|mol,总的物质的量为6

mol,若平衡时b点总压为p,则平衡常数仆=衿(耽。

(gP)2X(-p)6

7.<0.8

解析主反应和副反应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，po<2OkPa；/K时，设平衡时C2H4（g）、C2H6（g）的物质的量分别为xmol、ymol;

=i

C2H2(g)+H2(g)"c2H4(g)

起始/mol120

转化/molXXX

平衡/mol1-x-y2-x-2yX

c2H2(g)+2H2(g)=,c2H6(g)

起始/mol1-x2-x0

转化/moly2yy

平衡/mol1-x-y2-x-2yy

由图可知，在ToK、20kPa下C2H2的平衡转化率为90%,则平义100%=90%；C2H4的选择性等于《，贝U

—4；解得x=0-8,y=0.1；平衡时C2H2（g）、C2H6（g）、CH（g）,^（g）的物质的量分别为0.1mol、0.1mol、

x~l~y924

___20X”

0.8mol、1.0mol,总物质的量为2.0mol,则/K下，主反应的平衡常数K„=—20kPa^O.8kPa,

（2OX0-1）X（2OX1-0）

8.（1）反应温度相同，进气比越大，CO2的平衡转化率越小；进气比相同，反应温度越高，CO2的平衡转化

率越大（或进气比越大，反应温度越低，CO2的平衡转化率越小）（2）TE=TGKE=KG=1（3）>4

解析（2）在E点时噜3=1,CO2的平衡转化率为50%,根据三段式得

CO2(g)+H2(g)，一CO(g)+H2O(g)

始/(molL")110