2024版大二輪化學(xué)（新高考）：專題五主觀題突破5平衡常數(shù)(或速率常數(shù))與數(shù)學(xué)對數(shù)的融合應(yīng)用

主觀題突破5.平衡常數(shù)(或速率常數(shù))與數(shù)學(xué)對數(shù)的融合應(yīng)用真題演練011.[2021·廣東，19(4)]我國力爭于2030年前做到碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng)：(a)CH4(g)＋CO2(g)

2CO(g)＋2H2(g)

ΔH1(b)CO2(g)＋H2(g)

CO(g)＋H2O(g)

ΔH2(c)CH4(g)

C(s)＋2H2(g)

ΔH3(d)2CO(g)

CO2(g)＋C(s)

ΔH4(e)CO(g)＋H2(g)

H2O(g)＋C(s)

ΔH51234設(shè)

為相對壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0＝100kPa)。反應(yīng)a、c、e的(溫度的倒數(shù))的變化如圖所示。①反應(yīng)a、c、e中，屬于吸熱反應(yīng)的有_____(填字母)。ac123412341234②反應(yīng)c的相對壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為

＝___________。③在圖中A點(diǎn)對應(yīng)溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始總壓為100kPa的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，體系達(dá)到平衡時H2的分壓為40kPa。計算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，寫出計算過程。123412342.[2023·湖北，19(4)(5)(6)]納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下，C40H10可以由C40H20分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng)生成。(4)1200K時，假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C40H12(g)

C40H10(g)＋H2(g)發(fā)生，反應(yīng)過程中壓強(qiáng)恒定為p0(即C40H12的初始壓強(qiáng))，平衡轉(zhuǎn)化率為α，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。1234設(shè)起始量為1mol，則根據(jù)信息列出三段式為：C40H12(g)

C40H10(g)＋H2(g)起始量/mol

1

0

0變化量/mol

α

α

α平衡量/mol1－α

α

α12341234在反應(yīng)過程中，斷裂和形成的化學(xué)鍵相同圖中兩條線幾乎平行，說明斜率幾乎相等，根據(jù)lnK＝

＋c(R為理想氣體常數(shù)，c為截距)可知，斜率相等，則說明焓變相等，因為在反應(yīng)過程中，斷裂和形成的化學(xué)鍵相同。1234(6)下列措施既能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，又能增大生成C40H10的反應(yīng)速率的是______(填標(biāo)號)。a.升高溫度b.增大壓強(qiáng)c.加入催化劑1234a由反應(yīng)歷程可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫，反應(yīng)正向進(jìn)行，提高了平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)速率也加快，a符合題意；由化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)為正向體積增大的反應(yīng)，加壓，反應(yīng)逆向進(jìn)行，降低了平衡轉(zhuǎn)化率，b不符合題意；加入催化劑，平衡不移動，不能提高平衡轉(zhuǎn)化率，c不符合題意。3.[2021·全國乙卷，28(3)]一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑。McMorris測定和計算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。2NO(g)＋2ICl(g)

2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)

Kp12NOCl(g)

2NO(g)＋Cl2(g)

Kp21234結(jié)合圖可知，溫度越高，

越小，lgKp2越大，即Kp2越大，說明升高溫度平衡2NOCl(g)

2NO(g)＋Cl2(g)正向移動，則NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH大于0。①由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2，反應(yīng)的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。大于1234______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝__________(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，寫出推理過程：______________________________Kp1·Kp2大于lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，則：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH大于01234Ⅰ.2NO(g)＋2ICl(g)

2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)

Kp1Ⅱ.2NOCl(g)

2NO(g)＋Cl2(g)Kp2Ⅰ＋Ⅱ得2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)，則2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝Kp1·Kp2。12344.[2021·山東，20(1)(2)]2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得，體系中同時存在如圖反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：反應(yīng)Ⅱ：反應(yīng)Ⅲ：1234回答下列問題：(1)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系如圖所示。據(jù)圖判斷，A和B中相對穩(wěn)定的是_____________(用系統(tǒng)命名法命名)；

的數(shù)值范圍是____(填標(biāo)號)。A.<－1 B.－1～0C.0～1 D.>12-甲基-2-丁烯D1234由平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系曲線可知，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù)的自然對數(shù)隨溫度升高(要注意橫坐標(biāo)為溫度的倒數(shù))而減小，說明3個反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，即ΔH1＜0、ΔH2＜0、ΔH3＜0，因此，B的總能量低于A的總能量，能量越低越穩(wěn)定，A和B中相對穩(wěn)定的是B，其用系統(tǒng)命名法命名為2-甲基-2-丁烯；由蓋斯定律可知，Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，則ΔH1－ΔH2＝ΔH3＜0，因此ΔH1＜ΔH2，由于放熱反應(yīng)的ΔH越小，其絕對值越大，則

的數(shù)值范圍是大于1。1234(2)為研究上述反應(yīng)體系的平衡關(guān)系，向某反應(yīng)容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為_______mol，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝_______。同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將_________(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)。平衡時，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)＝_____。0.9α逆向移動1∶101234將該式代入上式可以求出平衡體系中B的物質(zhì)的量為0.9αmol，n(A)＝0.1αmol，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝

。向某反應(yīng)容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時n(TAME)＝(1－α)mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝αmol。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則

＝9.0，1234同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將向著分子數(shù)增大的方向移動，即逆向移動。平衡時，TAME的轉(zhuǎn)化率變大，但是平衡常數(shù)不變，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比不變，c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。1234考向預(yù)測021.乙苯脫氫反應(yīng)為

(g)＋H2(g)

ΔH＞0。其速率方程式為v正＝k正·p乙苯，v逆＝k逆·p苯乙烯·p氫氣(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))，圖中③代表lgk逆隨

的變化關(guān)系，則能代表lgk正隨

的變化關(guān)系的是______(填序號)。1234④12342.T

℃時，2NO2(g)

N2O4(g)，該反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系為v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)(k正、k逆為速率常數(shù))。(1)圖中表示lgv逆～lgc(N2O4)的線是______(填“m”或“n”)。1234nv正＝k正c2(NO2)，則lgv正＝lgk正＋2lgc(NO2)，v逆＝k逆·c(N2O4)，則lgv逆＝lgk逆＋lgc(N2O4)，lgv逆～lgc(N2O4)的線斜率較小，則圖中表示lgv逆～lgc(N2O4)的線是n。(2)T

℃時，向剛性容器中充入一定量NO2氣體，平衡后測得c(N2O4)為1.0mol·L－1，則平衡時，v正＝______(用含a的表達(dá)式表示)。123410a12342NO2(g)

N2O4(g)起始/(mol·L－1)x

0轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)2

1.0平衡/(mol·L－1)x－2

1.01234(3)T

℃時，向2L的容器中充入5molN2O4氣體和1molNO2氣體，此時v正____(填“＞”“＜”或“＝”)v逆。1234＞3.我國科技人員計算了在一定溫度范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp：ⅰ.3N2H4(l)===4NH3(g)＋N2(g)

ΔH1

Kp1ⅱ.4NH3(g)===2N2(g)＋6H2(g)

ΔH2

Kp2繪制pKp1－T和pKp2－T的線性關(guān)系如圖所示(已知：pKp＝－lgKp)：(1)由圖可知，ΔH1______(填“＞”或“＜”)0。1234<由圖可知，Kp1隨著溫度的升高而減小，則平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH1<0。(2)反應(yīng)3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)的K＝_______(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH____(填“＞”或“＜”)0，寫出推理過程：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。1234Kp1·Kp2<由蓋斯定律可知，?。⒌梅磻?yīng)3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)，則該反應(yīng)的K＝Kp1·Kp2。pKp1(T2)－pKp1(T1)>∣pKp2(T2)－pKp2(T1)∣，則pKp1(T2)－pKp1(T1)>pKp2(T1)－pKp2(T2)，pKp1(T2)＋pKp2(T2)>pKp1(T1)＋pKp2(T1)，lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]>lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)]，即K(T1)>K(T2)，因此設(shè)T2>T1，由圖可知：該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)4.2022年12月中央經(jīng)濟(jì)工作會議強(qiáng)調(diào)，“加快新能源、綠色低碳等前沿技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣”。CO2甲烷化是目前研究的熱點(diǎn)方向之一，在環(huán)境保護(hù)方面顯示出較大潛力。其主要反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)

CH4(g)＋2H2O(g)

ΔH1反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)

CO(g)＋H2O(g)

ΔH2>01234在體積相等的多個恒容密閉容器中。分別充入1molCO2和4molH2發(fā)生上述反應(yīng)Ⅰ(忽略反應(yīng)Ⅱ)，在不同溫度下反應(yīng)相同時間，測得lgk、H2轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系如圖所示。已知該反應(yīng)的速率方程為v