2020年高考化學專題復習講義《多重平衡和壓強平衡常數(shù)》

1、平衡分壓常數(shù)與多重平衡1. (2008?寧夏)將固體 NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應：NH4I (s)? NH3 (g) +HI (g); 2HI (g) ? H2 (g) +I2 (g)達到平衡時，c (H2) =0.5mol?L 1, c(HI) =4mol?L 1,則此溫度下反應 的平衡常數(shù)為()A. 9 B. 16 C. 20 D. 25反應的平衡常數(shù)k=c (NH3) ?c (HI), NH4I分解生成的HI為平衡時HI與分解的HI之 和，即為NH4I分解生成的NH3,由反應 可知分解的c (HI)為平衡時c (H2)的2倍， 求出為NH4I分解生成的NH3,代入反

2、應 的平衡常數(shù)k=c (NH3) ?c (HI)計算.解：平衡時c (HI) =4mol?L 1, HI分解生成的 H2的濃度為O.Smo"L1.NH4I分解生成的HI的濃度為4mol ?L 1+2 >0.5mol?L 1 =5mol ?L 1,所以NH4I分解生成的 ，、，一， 1NH3的儂度為5mol?L ,所以反應 的平衡常數(shù) k=c (NH3) ?c (HI) =5mol?L 1>4moi?L 1=20mol2?L 2.故選C.2、密閉鋼制容器中，NH4I固體在一定條件下首先發(fā)生分解反應， 該過程存在兩 個平衡： NH4I (s) ? NH3 (g)+ HI (g

3、), 2HI (g) ? H2 (g) +I2 (g), 反應均達平衡時它們的壓力平衡常數(shù)分別為 Ki與K2(1)當反應進行時，包容密閉體系中的變化情況是 Phi, p總(填 不變”、增大“或減小”(2)平衡時，若 p(NH3)= d, p(H2)= f,則 p(HI) =;(3)用Ki、K2表示NH3的平衡分壓：p(NH3)=。(1)減??；增大(2) d-2f K1+2K1 ;'K2設平衡時的分壓為 x,的分壓為y,依題意有：NH4I (s) ? NH3 (g) + HI (g)2HI (g) ? H2 (g)平衡分壓：因此： K1=x(x-2y)2x-2yx-2y+12 (g)yK

4、2=又式得:y(x-2y)=VK2,即 x-2y = y=將代入式得:xyK2K1 K2=K1 # y= 一1一 x將代入式得:K1 =x2 - 2K1K2 得 x = RK1+2K1VK2p(NH3)= 'K1+2K1jK23.在真空密閉容器內加入 a mol PH4I固體，在一定溫度下發(fā)生如下反應PH4I (S) =PH3 (g) + HI (g)；4PH3 (g)P4(g)+ 6 H2 (g)；2HI (g) 1c1H2 (g) + I2 (g)以上三反應建立平衡后，測得 HI為b mol, 3氣)為c mol, H2為d mol °求:平衡后，容器內 P4(氣)和PH

5、3的物質的量(用代數(shù)式表示)：n(P4)= , n(PH3)=a, b, c三者的關系服從 a >(填含b, c的代數(shù)式)。平衡后，增大壓強，容器內n(l2), n(PH4l)(增加、減少、不變)(1) (d-c)/6b+8c/3-2d/3(2) b+2c (3)減少 增力口由題知L(氣)為c mol ,則HI分解生成的 H2為c mol, PH3分解生成的H2為d mol- c mol ,生成的 P4為(d-c)/6 mol , PH4I 分解生成的 HI、PH3均為 2c mol+b mol ,則 a >2c mol+b mol ,PH3在第個反應中消耗2(d-c)/3 ,則P

6、H剩下b+8c/3-2d/3 。增大壓強，兩個反應均逆向移動，第 個反應加壓平衡不移動但由于前 2個反應均逆向移動，使其也逆向移動，即n(l2)減少、n(PH4l)增加。PH4I(S)PH3(g)+ HI (g)；4PH3(g)P4(g)+ 6H2(g)；2c +b 2c +b2(d-c)/3(d-c)/6 d - c2HI (g) 1=2 (g) + I2 (g)2cc mol c mol4 . (2014喻南)將BaO2放入密閉的真空容器中，反應 2BaO2 (s) ?2BaO (s) +O2 (g)達到平衡.保持溫度不變，縮小容器體積，體系重新達到平衡，下列說法正確的是()A.平衡常數(shù)減

7、小 B. BaO量不變 C.氧氣壓強不變 D. BaO2量增加5 .2014新課標全國卷I 乙醇是重要的有機化工原料，可由乙烯氣相直接水合法生產或間接水合法生產。回答下列問題：(1)間接水合法是指先將乙烯與濃硫酸反應生成硫酸氫乙酯(C2H5OSO3H),再水解生成乙醇。寫出相應反應白化學方程式： 。(2)已知：甲醇的脫水反應_ _C.一12CH30H(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) AHi = -23.9 kJ mol甲醇制烯煌的反應_/ 12CH30H(g)=C 2H4(g) + 2H2O(g) AH2= 29.1 kJ mol-1 .rr.1乙醇的異構化反應C2H50H(g)=C

8、H 3OCH3(g)AH3= + 50.7 kJ mol則乙烯氣相直接水合反應C2H4(g) + H2O(g)=C2H50H(g)的AH kJ mol1與間接水合法相比，氣相直接水合法的優(yōu)點是 。(3)如圖所示為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系其中n(H2O):n(C2H4)=1 ： 1。污染小、腐蝕性小等p (C2H5OH)p (C2H4)P ( H2O)20 M802802X7.85MPa=0.07(MPa)P1<P2<P3<P4反應分子數(shù)減少，相同溫度下，壓強升高200250300350 "丫列式計算乙烯水合制乙醇反應在圖中A點的平衡常數(shù)Kp

9、 =(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓Xtl質的量分數(shù))。圖中壓強(Pi、P2、P3、P4)的大小順序為,理由是。氣相直接水合法常采用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應溫度290 C、壓強6.9 MPa, n(H2O) : n(C2H4)=0.6 ： 1。乙烯的轉化率為5%,若要進一步提高乙烯轉化率， 除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可采取的措施有乙烯轉化率提高將產物乙醇液化移去增加n(H 2O): n(C2H4)比解析(1)根據(jù)題中信息可寫出由乙烯與濃硫酸間接水合法制乙醇的反應為C2H4 +H2SO4->C 2H5OSO3H 和 C2H5OSO3H + H2O->

10、C 2H5OH + H2SO4。(2)根據(jù)蓋斯定律一一得:C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g) AH = -45.5 kJmo1。間接水合法中用到濃硫酸等強腐蝕性物質，與其相比直接水合法具有污染小、腐蝕性小等優(yōu)點。(3)設起始時C2H4和H2O(g)的物質的量均為n,根據(jù)C2H4的轉化率為20%,則平衡時C2H4、力0幻)和C2H5OH20%np的物質的量分別為 80%n、80%n和20%n,則 Kp=一p(。汨5?！埃?P p (C2H4) p (H2O)2n 20%n 80%np 2 2n-20%n.J802207>85Mp =0.07(MPa)1。增大壓強，平衡將正向

11、移動，能提高C2H4的轉化率，即壓n (rO):強Pl V p2Vp3Vp4。為了使平衡正向移動，還可以將乙醇液化及時分離，或增大n (C2H4)之比等措施。6.(2015浙江理綜，28)(15分)乙苯催化脫氫制苯乙烯反應：CH,CHKG 催化刑CH=CHt(g)-H2(g)(1)已知:化學鍵C HC CC CH H鍵能/(kJ mol-1)412348612436計算上述反應的 AH= kJ mol-1。(2)維持體系總壓p恒定，在溫度T時，物質的量為n、體積為V的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應。 已知乙苯的平衡轉化率為 則在該溫度下反應的平衡常數(shù) K=(用”等符號表示)。(3)工業(yè)上，通常在乙苯

12、蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質的量之比為1 : 9),控制反應溫度600 C ,并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了 H2以外的產物中苯乙烯的物質的量分數(shù))示意圖如下：摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉化率，解釋說明該事實 控制反應溫度為 600 c的理由是(4)某研究機構用CO2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學合成工藝乙苯-二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯。保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸氣工藝相比，在相同的生產效率下，可降低操 作溫度；該工藝中還能夠發(fā)生反應：CO2+H2 -CO+H2OCO2+C2CO。新工藝的特點有

13、(填編號)。CO2與出反應，使乙苯脫氫反應的化學平衡右移不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗有利于減少積炭有利于CO2資源利用6 .答案：(1)+124(2)(3)正反應方向氣體分子數(shù)增加，加入水蒸氣稀釋，相當于起減壓的效果600 C,乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應速率慢，轉化率低；溫度過高，選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大(4)解析：(1)斷裂反應物的化學鍵需要吸收的能量為：348 kJ +5 412 kJ=2 408 kJ,生成反應物的化學鍵需要放出的能量為:436 kJ+612 kJ+3X412 kJ=2 284 kJ,故該反應為吸熱反應，吸收的熱量 為:2 4

14、08 kJ-2 284 kJ=124 kJ,因此 AH=+124 kJ mol-1。(2)Q-lHE3 1T£2 Q-fH CH, +H2(g)始態(tài):一00變化量平衡量將平衡時的各物質的平衡濃度代入K的表達式得K=;(3)在體積可變的容器中摻入水蒸氣相當于把各反應物和產物稀釋了，又由于該反應為氣體體積增大的反應，因此相當于減小了壓強，平衡右移，乙苯的平衡轉化率增大；根據(jù)圖示可知，在600 C乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性都是最 高的油于該反應為吸熱反應，如果溫度太低則反應速率較小，且平衡轉化率太低；如果溫度太 高，則苯乙烯的選擇性降低。(4)該反應消耗 H2,故使乙苯

15、脫氫反應的化學平衡右移，正確；獲得水蒸氣需要消耗大量能源，正確；CO2與C(s)發(fā)生反應生成 CO(g),可以減少積炭，正確；兩個反應都消耗 CO2, 正確。7.(2015四川理綜，7)一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)+CO2(g)= ,2CO(g),平衡時，體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關系如下圖所示：已知：氣體分壓(p上尸氣體總壓(P總)咻積分數(shù)。下列說法正確的是()A.550 C時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動B.650 C時,反應達平衡后 CO2的轉化率為25.0%C.T C時，若充入等體積的CO2和CO,平衡向逆反應方向移動D.925 C時

16、，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp=24.0p總答案舊解析：550 C時若充入惰性氣體，由于是恒壓反應，因此相當于擴大了體積，v正、v逆均減小，平衡 正向移動，A選項錯誤；根據(jù)圖示可知，在650 C時,CO的體積分數(shù)為40%,根據(jù)反應方程式:C(s)+CO 2(g)“ 、2CO(g)。設開始加入 1 mol CO2,反應掉了 x mol,則有：C(s)+CO2(g)',2CO(g)始態(tài)：1 mol0變化：x mol2x mol平衡：(1-x) mol2x mol因此有:X100%=40%,解得x=0.25,故B項正確；由圖可知T C達到平衡時 CO和CO2的體積分數(shù)相等，則

17、T C時充入等體積的 CO2和 . 總CO時平衡不移動，C項錯誤；925 C時,CO的體積分數(shù)為 96%,故Kp= =23.04p總&D項錯誤。8.2016全國卷出煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大氣，采用NaClO 2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫、脫硝，回答下列問題：(1)NaClO2的化學名稱為。(2)在鼓泡反應器中通入含有SO2和NO的煙氣，反應溫度為 323 K, NaClO2溶液濃度為5X 10 3mol - L 1 o反應一段時間后溶液中離子濃度的分析結果如下表。增加壓強，NO的轉化率.(填離于so2SO2NO3c/(mol L-)-48.35X 1

18、0-66.87 X 10-41.5X 10離于NO 2一Clc/(mol L-)-51.2 X 10一33.4 X 10寫出 NaClO 2溶液脫硝過程中主要反應的離子方程式“提高” “不變”或“降低”隨著吸收反應的進行，吸收劑溶液的pH逐漸(填“增大” “不變”或“減小”)。由實驗結果可知，脫硫反應速率 脫硝反應速率(填“大于”或“小于”)。原 因是除了 SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是 。在不同溫度下，NaClO2溶液脫硫、脫硝的反應中SO2和NO的平衡分壓Pc如圖0-0所示。圖0-0由圖分析可知，反應溫度升高，脫硫、脫硝反應的平衡常數(shù)均(填“增大” “不變”或“減小”反應Cl

19、O 2 + 2SO2(4)如果采用NaClO、從化學平衡-2 4OSCa(ClO) 2 替代原理分析的平衡常數(shù)K表達式為。NaClOz,也能得到較好的煙氣脫硫效果。,Ca(ClO) 2相比 NaClO 具有的優(yōu)點是已知下列反應：SO2(g) + 20H (aq)=so3 (aq) + H2O。)AHi22ClO (aq)+S03 (aq)=S04 (aq)+Cl (aq) AH2CaS04(s)=Ca2+(aq)+ S04 (aq) AH3則反應 SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO (aq)+20H (aq)=CaS04(s) + H2O。)+ Cl (aq)的 AH =27. (1)亞氯

20、酸鈉(2) 4N0 + 3ClO 2 + 40H =4N03 + 2H2O+ 3Cl 提高減小大于 NO溶解度較低或脫硝反應活化能較高減小c2 (S04 ) c (Cl )2c2 (S02 ) c (ClO2)形成CaS04沉淀，促使平衡向產物方向移動，S02的轉化率提高AHi+ AH2- AH3解析(1)NaClO 2中Cl為+ 3價，其酸根對應含氧酸 HClO2為亞氯酸，故其名稱為亞氯酸鈉。(2)NaClO2溶液脫硝過程，ClO2轉化為CL , NO主要轉化為NOr ,則有4N0+3ClO2+ 40H =4NO3 + 2H2O + 3Cl 0增加壓強，反應正向進行，NO的轉化率提高。根據(jù)脫

21、硫、脫硝反應，隨著吸收反應的進行，吸收劑溶液由NaClO2溶液轉化為 NaCl、NaNO3、Na2SO4的混合溶液，pH減小。由實驗結果可知，SO4-濃度大于NO3濃度，因此脫硫反應速率大于脫硝反應速率，原因還可能是NO溶解度較低或脫硝反應活化能較高。(3)由圖可知，反應溫度升高，SO2和NO的一lgpc都減小，則pc增大，說明平衡向逆反應方向進c2 (SO2 ) c (Cl )c2 (SO2 ) c (ClO2)行，故平衡常數(shù)減小。反應ClO 2 + 2SO 3 =2SO2 + CL的平衡常數(shù)K =(4)Ca(ClO)2替彳N NaClO2進行煙氣脫硫，Ca(ClO)2與SO2反應,生成Ca

22、SO4沉淀，平衡向產物方向移動，SO2轉化率提高。根據(jù)蓋斯定律，由第一個反應+ 第二反應一第三個反應，可得SO2(g) + Ca2 + (aq)+ ClO (aq)+ 2OH (aq)=CaSO4(s) +H2O(l) +Cl (aq),則 AH=刖1+ AH2-川3。13.(2015浙江理綜，13)某同學采用硫鐵礦焙燒取硫后的燒渣(主要成分為Fe2O3、SQ、Al 2O3,不考慮其他雜質)制備七水合硫酸亞鐵(FeSO4 7H2O)，設計了如下流程：下列說法不正確的是()A.溶解燒渣選用足量硫酸，試劑X選用鐵粉B.固體1中一定有SiO2,控制pH是為了使Al3+轉化為Al(OH) 3進入固體2C.從溶液2得到FeSC4 7H2O產品的過程中，須控制條件防止其氧化和分解D.若改變方案，在溶液1中直接加NaOH至過量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液經結晶分離也 可得到FeS04 7H 2。答案：D解析：因為要制取硫酸亞鐵，故用的酸為硫酸，溶液中含有的是 Fe3+,故加入鐵粉后，將Fe3+全部 轉變成Fe2+,A選項正確；燒渣中加入酸后，SiO2不能溶解，故在固體1中一定含有Si02,加入試 劑X后得溶液中主要含有 Fe2+和Al3+,故控制pH的目的主要是使