第一部分专题十三化学平衡

[限时规范训练]单独成册1．(2019·山东青岛模拟节选)某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应)ΔH0,2NO2(g)N2O4(g)(快反应)ΔH0，体系的总压强p总和pO2随时间的变化如下图所示：①上图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。②已知N2O5分解的反应速率v＝0.12pN2O5(kPa·h－1)，t＝10h时，pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。③该温度下2NO2N2O4反应的平衡常数Kp＝________kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。解析：①根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强曲线；②t＝10h时，pO2＝12.8kPa,2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6kPa，起始压强为53.8kPa，所以10h时pN2O5＝53.8－25.6＝28.2kPa，N2O5分解的反应速率v＝0.12pN2O5(kPa·h－1)＝0.12×28.2＝3.38kPa·h－1；③2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)53．8107.626.92NO2N2O4起始分压107.6O改变分压2xx平衡分压107.6－2xx有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7，解得x＝39.8kPa，平衡常数＝39.8282＝0.05kPa－1。答案：①乙②28.23.38③0.052．(2019·河南郑州模拟节选)(1)汽车尾气中的NO和CO可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入10molCO和8molNO发生反应，测得平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系如下图：①已知T2T1，则反应2NO(g)＋2CO(g)催化剂N2(g)＋2CO2(g)，ΔH________0(填“”“＝”或“”)。②该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和NO的转化率，可采取的措施有________(填字母序号)a．改用高效催化剂B．缩小容器的体积c．增加CO的浓度D．升高温度③压强为10MPa、温度为T1下，若反应进行到20min达到平衡状态，此时容器的体积为4L，则用N2的浓度变化表示的平均反应速率v(N2)＝________，该温度下用分压表示的平衡常数Kp＝________MPa－1(分压＝总压×物质的量分数)。④在D点，对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～G点中________点。(2)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2，将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应，反应相同时间，NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。①在50℃～150℃范围内随温度升高，NOx的去除率迅速上升的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。②当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①已知T2T1，由图示可知反应2NO(g)＋2CO(g)催化剂N2(g)＋2CO2(g)，升高温度后，平衡后NO的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向为吸热反应，则ΔH0；②2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH0；a．改用高效催化剂加快反应速率，平衡不变，转化率不变，故a错误；b．缩小容器的体积，体系内压强增大，反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故b正确：c．增加CO的浓度反应速率增大，平衡正向进行，NO的转化率增大，故c正确；d．升高温度反应速率增大，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，NO的转化率减小，故d错误；故选bc；③在密闭容器中充入10molCO和8molNO，发生反应，压强为10MPa、温度为T1，若反应进行到20min达到平衡状态，NO体积分数为25%，结合三行计算列式计算，设反应生成氮气物质的量为x，2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)起始量(mol)10800变化量(mol)2x2xx2x平衡量(mol)10－2x8－2xx2x(8－2x)/(10－2x＋8－2x＋x＋2x)×100%＝25%，x＝2mol，v(N2)＝Δc/Δt＝2mol/(4L×20min)＝0.025mol·L－1·min－1；平衡气体总物质的量＝16mol，该温度下平衡常数Kp＝10MPa×416210MPa×21610MPa×616210MPa×4162＝0.089(MPa)－1；④若在D点升温的同时扩大体积至体系压强减小，则平衡会正向移动，NO的体积分数增大，重新达到的平衡状态可能是图中A点；(2)在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性降低，根据图知，①催化剂活性随温度升高而增大，使NOx去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快。②在一定温度范围内催化剂活性较大，超过其温度范围，催化剂活性下降；(或在温度、催化剂条件下，氨气能被催化氧化生成NO)，即：当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO)。答案：(1)①②bc③0.025mol·L－1·min－14/45(或0.089)④A(2)①催化剂活性随温度升高而增大，使NOx去除反应速率迅速增大；温度升高，反应速率加快②催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO)3．(2019·河北石家庄模拟)甲烷是一种重要的化工原料和清洁能源，研究其再生及合理利用有重要意义。请回答：(1)已知一定条件下发生如下反应：CO2(g)＋2H2O(g)CH4(g)＋2O2(g)ΔH＝＋802kJ·mol－1。将一定量的CO2(g)和H2O(g)充入10L密闭容器中，分别在催化剂M、N的作用下发生上述反应，CH4(g)的产量(n)与光照时间(t)和温度(T)变化的关系如图1所示。①若甲烷的燃烧热(ΔH)为－890kJ·mol－1，则水的汽化热ΔH＝________。(汽化热指1mol液体转化为气体时吸收的热量)②T1℃、催化剂M作用下，0～20h内该反应速率v(H2O)＝________。③根据图1判断，T1________T2(填“”“”或“＝”)，理由为_________________________________________________________________________________________________________________________________________。催化剂的催化效果：M________N(填“强于”或“弱于”)。(2)甲烷可用于制备合成气：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH。将CH4(g)和H2O(g)以物质的量之比为1∶3充入盛有催化剂的刚性容器中发生该反应。相同时间段内测得CO的体积分数(φ)与温度(T)的关系如图2所示。①T0℃时，CO的体积分数最大的原因为_______________________。②若T0℃时，容器内起始压强为p0，CO的平衡体积分数为10%，则反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。解析：(1)①已知：CO2(g)＋2H2O(g)CH4(g)＋2O2(g)ΔH＝＋802kJ·mol－1a，甲烷的燃烧热为ΔH＝－890kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1b，根据盖斯定律，－12(a＋b)可得：H2O(l)===H2O(g)ΔH＝－12[＋802kJ·mol－1＋(－890kJ·mol－1)]＝＋44kJ·mol－1；②根据图像可知，T1℃、催化剂M作用下，0～20h内水的物质的量变化为0.6mol，则v(CH4)＝0.003mol·L－1·h－1，所以v(H2O)＝2v(CH4)＝0.006mol·L－1·h－1；③该反应为吸热反应，温度升高，CH4的产量增大，根据图像可知，温度为T1条件下，平衡时甲烷的物质的量较大，则T1T2；已知温度T1T2，若不使用催化剂，应该在温度T1条件下优先达到平衡状态，根据图像可知，使用催化剂N的曲线优先达到平衡状态，说明催化剂的催化效果：M弱于N；(2)①在温度低于T0℃时，相同时间段内温度越高反应速率越快，则CO的体积分数越大；在温度为T0℃时，反应达到平衡，由于该反应为放热反应，温度越高CO的体积分数越小，所以T0℃时CO的体积分数最大；②CH4(g)和H2O(g)的物质的量之比为1∶3，设CH4为xmol，H2O为3xmol，平衡时生成的CO为ymol，CO的平衡体积分数为10%。CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)初始(mol)x3x00转化(mol)yyy3y平衡(mol)x－y3x－yy3y则：yx－y＋3x－y＋y＋3y×100%＝10%，解得：y＝0.5x，平衡时混合气体的总物质的量为：x－0.5x＋3x－0.5x＋0.5x＋0.5x×3＝5x，反应前总物质的量为4xmol，容器容积相同时，气体的压强与物质的量成正比，T0℃时，容器内起始压强为p0，则平衡时压强为：p0×5x4x＝1.25p0，平衡时p(CH4)＝0.5x5x×1.25p0＝18p0，p(H2O)＝2.5x5x×1.25p0＝58p0，p(CO)＝0.5x5x×1.25p0＝18p0，p(CH4)＝1.5x5x×1.25p0＝38p0，反应的平衡常数Kp＝38p03×18p018p0×58p0＝27p20320。答案：(1)①＋44kJ·mol－1②0.006mol·L－1·h－1③该反应为吸热反应，温度升高，CH4的产量增大弱于(2)①低于T0℃时，相同时间段内温度越高反应速率越快，CO的体积分数越大；高于T0℃时，反应达到平衡，该反应为放热反应，温度越高CO的体积分数越小②27p203204．(2019·湖北沙市模拟节选)世界能源消费的90%以上依靠化学技术。回答下列问题：(1)质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。已知：C(s)＋12O2(g)===CO(g)ΔH1＝－110.35kJ·mol－12H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH2＝－571.6kJ·mol－1H2O(l)===H2O(g)ΔH3＝＋44.0kJ·mol－1则反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH4＝________。某实验小组在实验室模拟反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，其平衡常数表达式为K＝________。一定温度下，在2L盛有足量炭粉的恒容密闭容器中通入0.8molH2O,6min时生成0.7gH2。则6min内以CO表示的平均反应速率为________(保留3位有效数字)。(2)燃料气(主要含N2和H2，还含有少量其他杂质)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除。CeO2可由草酸铈[Ce(C2O4)3]灼烧制得，反应的化学方程式为____________________________。在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4)，测