化学平衡图像平衡判断分压表示平衡常数.docx
《化学平衡图像平衡判断分压表示平衡常数.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学平衡图像平衡判断分压表示平衡常数.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
化学平衡图像平衡判断分压表示平衡常数
化学平衡图像、平衡判断、分压表示平衡常数
1．甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上，储量巨大，充分利用甲烷对人类的未来发展具有重要意义。
（1）乙炔（CH≡CH）是重要的化工原料。
工业上可用甲烷裂解法制取乙炔，反应为：
2CH4（g）
C2H2（g）+3H2（g）。
甲烷裂解时还发生副反应：
2CH4（g）
C2H4（g）+2H2（g）。
甲烷裂解时，几种气体平衡时分压（Pa）的对数即lgP与温度（℃）之间的关系如图所示。
①1725℃时，向恒容密闭容器中充入CH4，达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为_______。
②1725℃时，若图中H2的lgP=5，则反应2CH4（g）
C2H2（g）+3H2（g）的平衡常数Kp=____________________________（注：
用平衡分压Pa代替平衡浓度mol/L进行计算）。
③根据图判断，2CH4（g）
C2H2（g）+3H2（g）△H_____0（填“＞”或“＜”）。
由图可知，甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。
为提高甲烷制乙炔的产率，除改变温度外，还可采取的措施有__________________________________________________________。
（2）工业上用甲烷和水蒸气在高温和催化剂存在的条件下制得合成气（CO、H2），发生反应为：
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）△H＞0图中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷含量曲线，其中表示1MPa的是________（填字母）。
在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑实际生产，说明选择该反应条件的主要原因是___________________________________________________________________________________________________________.
（3）利用CH4、CO2在一定条件下重整的技术可得到富含CO的气体，在能源和环境上具有双重重大意义。
重整过程中的催化转化原理如图所示:
已知：
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ/molCH4（g）+2H2O（g）
CO2（g）+4H2（g）△H=+158.6kJ/mol则：
①过程II中第二步反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。
②只有过程I投料比
=______，过程II中催化剂组成才会保持不变。
③该技术总反应的热化学方程式为__________________________________________________________________________。
2．“雾霾”成为人们越来越关心的环境问题．雾霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等污染性物质．请回答下列问题：
（1）某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解，其中阴阳膜组合电解装置如图所示，电极材料为石墨．①a表示____离子交换膜（填“阴”或“阳”）．A﹣E分别代表生产中的原料或产品．其中C为硫酸，则A表示______．E表示_______．②阳极的电极反应式为___________________________________．
（2）Na2SO3溶液吸收SO2的过程中，pH随n（SO32﹣）:
n（HSO3﹣）变化关系如下表:
n（SO3²﹣）:
n（HSO3﹣）
99：
1
1：
1
1：
99
pH
8.2
7.2
6.2
①Na2SO3溶液显______性，理由（请用离子方程式表示）_______________________
②当吸收液呈中性时，溶液中离子浓度关系正确的是（选填字母）:
____
a．c（Na＋）=2c（SO32-）＋c（HSO3－），b．c（Na＋）>c（HSO3－）>c（SO32-）>c（H＋）=c（OH－）
c．c（Na＋）+c（H＋）=c（SO32-）+c（HSO3－）+c（OH－）
（3）SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸，其中SO2发生催化氧化的反应为：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）．若在T1℃、0.1MPa条件下，往一密闭容器通入SO2和O2（其中n（SO2）：
n（O2）=2：
1），测得容器内总压强与反应时间如图所示．
①图中A点时，SO2的转化率为________．
②在其他条件不变的情况下，测得T2℃时压强的变化曲线如图所示，C点的正反应速率vc（正）与A点的逆反应速率vA（逆）的大小关系为vc（正）_____vA（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）
③图中B点的压强平衡常数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）.汽车尾气是雾霾形成的原因之一．尾气治理可用汽油中挥发出来的烃类物质（CxHy）催化还原尾气中的NO气体，该过程的化学方程式______________________________________________________________________________________________________________
3．氯乙烯是合成聚氯乙烯的单体，制取氯乙烯的方法有乙炔加成法、乙烯氧氯化法等。
（1）乙炔加成法包含的主要反应如下：
CaO+3C
CaC2+CO↑CaC2+2H2O→Ca（OH）2+HC≡CH↑HC≡CH+HCl
CH2=CHCl
①CaC2的电子式为__________。
②该方法具有设备简单、投资低、收率高等优点;其缺点是___________________________________________________________________________________________________________（列举2点）。
（2）乙烯氧氯化法包含的反应如下：
CH2=CH2（g）+Cl2（g）→ClCH2-CH2Cl（g）△H12CH2=CH2（g）+4HCl（g）+O2（g）→2ClCH2-CH2Cl（g）+2H2O（g）△H2
ClCH2-CH2Cl（g）→CH2=CHCl（g）+HCl（g）△H3总反应：
4CH2=CH2（g）+2Cl2（g）+O2（g）→4CH2=CHCl（g）+2H2O（g）△H4
则△H4=_________________________________________________________________（用含△H1、△H2、△H3的代数式表示）。
（3）将一定量的1，2-二氯乙烷充入密闭容器中，发生反应：
ClCH2-CH2Cl（g）→CH2=CHCl（g）+HCl（g），两种物质的物质的量分数（w）与温度的关系如图所示。
①温度低于290℃时，氯乙烯的产率为0，其原因是______________________;该反应的△H________（填“>”或“<”）0。
②已知A点的总压强为101kPa，则A点对应温度下的平衡常数Kp=_______（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，保留小数点后两位数字）。
③不考虑反应的选择性，若要进一步提高氯乙烯的平衡产率，则可以采取的措施是____________________________________________________________________（任写两条）。
4．2017年5月18日，中国国土资源部地质调查局宣布，我国在南海进行的可燃冰试采获得成功，成为全球第一个海域试采可燃冰成功的国家，可燃冰即天然气水合物，甲烷含量占80%至99.9%。
化工生产中用甲烷和水蒸气反应得到以CO和H2为主的混合气体，这种混合气体可用于生产甲醇或合成氨，回答下列问题:
（1）对甲烷而言，有如下两个主要反应:
①CH4（g）+1/2O2（g）=CO（g）+2H2（g）△H1=-36kJ·mol-1②CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H2=+216kJ·mol-1
若不考虑热量耗散，物料转化率均为100%，最终炉中出来的气体只有CO、H2，为维持热平衡，每生产lmolCO，转移电子的数目为__________。
（2）甲醇是一种用途广泛的化工原料，工业上常用下列两种反应制备甲醇:
CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H1=-90kJ·mol-1K1CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（l）△H2K2
己知:
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H3=-41.1kJ·mol-1K3H2O（l）=H2O（g）△H4=+44.0kJ·mol-1K4
则△H2=______K2=_______（用含K1、K3、K 4的代数式表示）
（3）在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟工业合成甲醇的反应:
CO2（g）十3H2（g）
CH3OH（g）十H2O（g）
①下列能说明该反应已达到平衡状态的是______________________。
A．混合气体平均相对分子质量不变B．混合气体密度不变C．容器内压强恒定不变D．反应速率满足以下关系:
V正（CO2）=3V逆（H2）
E.CO2、H2、CH3OH、H2O物质的量浓度之比为1:
3:
1:
1F.单位时间内断裂3NAH-H键的同时形成2molH-O键
②模拟过程中测得CO2和CH3OH（g）浓度随时间变化如图所示，若此时容器内压强为P，则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP为_____________（用含P的代数式表示，数值保留两位小数），若此时再向容器内充入0.25molCO2和0.25molCH3OH的混合气体，则平衡______（填“正向“逆向“不”）移动。
（已知:
气体分压=气体总压×体积分数）
（4）甲醇可在电解银催化作用下制甲醛，从贵金属阳极泥中可提取“粗银”“粗银”（含Ag、Cu、Au）可用电解槽电解精炼，纯银作阴极，采用AgNO3和稀HNO3的混合液作电解液，阴极的主要电极反应式为_____。
阴极还有少量副反应发生，产生的气体遇空气迅速变为红棕色，该副反应的电极反应式为_______。
硝酸浓度不能过大，其原因是___________________________________________。
5．二甲醚（DME）被誉为“21世纪的清
洁燃料”。
由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
①CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）△H1=－90.7kJ·mol-1②2CH3OH（g）
CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=－23.5kJ·mol-1
③CO（g）+H2O（g）
CO2（g）+H2（g）△H3=－41.2kJ·mol-1
回答下列问题：
（1）则反应3H2（g）＋3CO（g）
CH3OCH3（g）＋CO2（g）的△H＝kJ·mol-1。
（2）反应②达平衡后采取下列措施，能提高CH3OCH3产率的有。
A．加入CH3OHB．升高温度C．增大压强D．移出H2OE．使用催化剂
（3）以下说法能说明反应3H2（g）＋3CO（g）
CH3OCH3（g）＋CO2（g）达到平衡状态的有____。
A．H2和CO2的浓度之比为3：
1B．单位时间内断裂3个H-H同时断裂1个C=O
C．恒温恒容条件下，气体的密度保持不变D．恒温恒压条件下，气体的平均摩尔质量保持不变E．绝热体系中，体系的温度保持不变
（4）一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：
C（s）+CO2（g）
2CO（g）。
平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如上图所示：
已知：
气体分压（P分）=气体总压（P总）×体积分数。
该反应△H___0（填“＞”、“＜”或“=”），550℃时，平衡后若充入惰性气体，平衡_______（填“正移”、“逆移”或“不
移动”）
650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为__________________（保留2位有效数字）。
T时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP=_________P总。
6．甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。
利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）△H1〈0②CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）△H2
③CO2（g）+H2（g）
CO（g）+H2O（g）△H3〉0
回答下列问题：
（1）反应①的化学平衡常数K的表达式为；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为（填曲线标记字母），其判断理由是。
（2）合成气的组成n（H2）/n（CO+CO2）=2.60时体系中的CO平衡转化率（a）与温度和压强的关系如图2所示。
a（CO）值随温度升高而（填“增大”或“减小”），其原因是。
图2中的压强由大到小为_____，其判断理由是_____。
（3）Bodensteins研究了下列反应：
2HI（g）
H2（g）+I2（g）
在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x（HI）
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x（HI）
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
上述反应中，正反应速率为v正=k正·x2（HI），逆反应速率为v逆=k逆·x（H2）·x（I2），其中k正、k逆为速率常数,其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________（以K和k正表示）。
若k正=0.0027min-1，在t=40min时，v正=__________。
乙烯是一种重要的化工原料，可由乙烷为原料制取，回答下列问题。
（1）传统的热裂解法和现代的氧化裂解法的热化学方程式如下：
①C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）ΔH1=+136kJ/mol
②C2H6（g）+
O2（g）=C2H4（g）+H2O（g）ΔH2=-110kJ/mol
已知反应相关的部分化学键键能数据如下：
化学键
H-H（g）
H-O（g）
O=O（g）
键能（kJ/mol）
436
X
496
由此计算x=_________，通过比较△H1和△H2，说明和热裂解法相比，氧化裂解法的优点是_______________________________（任写一点）。
（2）乙烷的氧化裂解反应产物中除了C2H4外，还存在CH4、CO、CO2等副产物（副反应均为放热反应），图1为温度对乙烷氧化裂解反应性能的影响。
乙烷的转化率随温度的升高而升高的原因是______，反应的最佳温度为____________（填选项序号）。
A．700℃B．750℃C．850℃D．900℃
[乙烯选择性=
；乙烯收率=乙烷转化率×乙烯选择性]
（3）烃类氧化反应中，氧气含量低会导致反应产生积炭，堵塞反应管。
图2为n（C2H6）/n（O2）的值对乙烷氧化裂解反应性能的影响。
判断乙烷氧化裂解过程中n（C2H6）/n（O2）的最佳值是_______________，判断的理由是__________________________________。
（4）工业上，保持体系总压恒定为100kPa的条件下进行该反应，通常在乙烷和氧气的混合气体中掺混惰性气体（惰性气体的体积分数为70%），掺混惰性气体的目的是___________________________。
反应达平衡时，各组分的体积分数如下表：
C2H6
O2
C2H4
H2O
其他物质
2.4%
1.0%
12%
15%
69.6%
计算该温度下的平衡常数Kp=_________（用平衡分压代替平衡浓度，平衡分压=总压×体积分数）
7．C1化学又称一碳化学,研究以含有一个碳原子的物质为原料合成工业产品的有机化学及工艺，因其在材料科学和开发清沽燃料方面的重要作用已发展成为一门学科。
燃煤废气中的CO、CO2均能转化为基础化工原料、清洁能源甲醇：
①3H2（g）+CO2（g）
CH3OH （g）+H2O（l）△H1②CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）△H2
Ⅰ．已知：
18g水蒸气变成液态水放出44KJ的热量。
化学键
C-H
C-O
C=O
H-H
O-H
键能/KJ/mol
412
351
745
436
462
则△H1_____________________
Ⅱ．一定条件下，在恒容的密闭容器中投入1molCO和2molH2，反应②在催化剂作用下充分反应，CH3OH在平衡混合气中的体积分数在不同压强下随温度的变化如图l所示：
（1）图中压强的相对大小是P1______P2（填“>”“<”或“=”），判断的理由是________
（2）A、B、C三点的化学平衡常数的相对大小K（A）______K（B）_____K（C）（填“>”“<”或“=”），计算C点的压强平衡常数Kp=__________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数）
（3）300℃，P2条件下，处于E点时V正________V逆（填“>”“<”或“=”）
（4）某温度下，不能说明该反应己经达到平衡状态的是______________。
a．容器内的密度不再变化b.速率之比v（CO）:
v（H2）:
v（CH3OH）=l:
2:
lc．容器内气体体积分数不再变化
d.容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化e．容器内各组分的质量分数不再变化
（5）反应开始至在C点达平衡，各物质的浓度随时间变化曲线如图2所示，保持温度不变，t1时改变条件为_________，此时平衡_______。
（填“正向移动”“逆向移动”“不移动”）
Ⅲ.工业上可通过甲醛羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：
CH3OH（g）+CO（g）
HCOOCH3（g），部分研究如下图所示：
①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素的是_____（填下列序号字母）
a.3.5×106Pab.4.0×106Pac.5.0×106Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是_______
1．62.5%1×1013＞充入适量乙烯或使用选择性更高的催化剂等a与2MPa的压强相比，1MPa条件下CH4的平衡转化率更高，对设备要求不高，有利于降低成本；虽然温度越高越有利于提高CH4的平衡转化率，但700℃时CH4的平衡转化率已经较高，再升高温度，平衡转化率变化不大；700℃时催化剂活性高，反应的速率快。
3Fe+4CaCO3
Fe3O4+4CaO+4CO↑（或分步写成CaCO3
CaO+CO2↑，3Fe+4CO2
Fe3O4+4CO）1:
3CH4（g）+3CO2（g）
2H2O（g）+4CO（g）△H=+349 kJ/mol
【解析】试题分析：
由图可知，在1725℃，2CH4（g）
C2H2（g）+3H2（g）达到平衡时，CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1，故其CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100Pa、100Pa、10Pa。
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）△H＞0，该反应为气体分子数增大的吸热反应，平衡时甲烷的含量随温度升高而减小、随压强增大而增大。
（1）①1725℃由图可知，达到平衡时，CH4、C2H2、C2H4的平衡分压的对数分别为2、2、1，故其CH4、C2H2、C2H4的平衡分压分别为100Pa、100Pa、10Pa，在同温同体积条件下，不同气体的压强之比等于其物质的量之比，故CH4、C2H2、C2H4的物质的量之比为10:
10:
1，由C原子守恒可知，CH4生成C2H2的平衡转化率为
62.5%。
②1725℃时，若图中H2的lgP=5，则反应2CH4（g）
C2H2（g）+3H2（g）的平衡常数Kp=
1×1013。
③根据图可知，C2H2的平衡分压随温度升高而增大，所以反应2CH4（g）
C2H2（g）+3H2（g）为吸热反应，故其△H＞0。
由图可知，甲烷裂解制乙炔过程中有副产物乙烯生成。
为提高甲烷制乙炔的产率，除改变温度外，还可采取的措施有：
充入适量乙烯使2CH4（g）
C2H4（g）+2H2（g）的平衡向逆反应方向移动，或使用对甲烷转化为乙炔的选择性更高的催化剂等。
（2）CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g）△H＞0，该反应为气体分子数增大的吸热反应，平衡时甲烷的含量随温度升高而减小、随压强增大而增大，所以，图中a、b、c、d四条曲线中表示1MPa的是a。
在实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，类比工业上合成氨条件的选择可知，选择该反应条件的主要原因是：
与2MPa的压强相比，1MPa条件下CH4的平衡转化率更高，对设备要求不高，有利于降低成本；虽然温度越高越有利于提高CH4的平衡转化率，但700℃时CH4的平衡转化率已经较高，再升高温度，平衡转化率变化不大；700℃时催化剂活性高，反应的速率快。
（3）①由题中重整过程的催化转化原理示意图可知，过程II中第一步反应是为了实现含氢物质与含碳物质的分离，故第一步反应为一氧化碳、二氧化碳、氢气与四氧化三铁和氧化钙反应生成铁和碳酸钙；过程II中第二步是为了得到富含CO的气体，反应的化学方程式为3Fe+4CaCO3
Fe3O4+4CaO+4CO↑（或分步写成CaCO3
CaO+CO2↑，3Fe+4CO2
Fe3O4+4CO）。
②由过程II中第二步反应的化学方程式为3Fe+4CaCO3
Fe3O4+4CaO+4CO↑可知中，其第一反应反应为Fe3O4+4CaO+2CO （g ）+2H2（g）+2CO2（g ）
3Fe+4CaCO3+2H2O（g）时，过程II中催化剂组成才会保持不变。
由反应CH4+CO2（g ）⇌2H2（g ）+2CO（g ）可知，当投料比
=1:
3时，过程I产生的气体的组成符合要求。
③已知：
（a）CH4（g）+H2O（g）
CO （g ）+ 3H2（g）△H=+206.2kJ/mol；（b）CH4（g）+2H2O（g）
CO2（g ）+4H2（g）△H=+158.6kJ/mol。
根据盖斯定律，由（a）
（b）
可得CH4（g）+3CO2（g）
2H2O（g）+4CO（g），△H=（+206.2kJ/mol）
（+158.6kJ/mol）
=+349 kJ/mol，所以，该技术总反应的热化学方程式为CH4（g）+3CO2（g）
2H2O（g）+4CO（g）△H=+349 kJ/mol。
2．阳NaOH溶液氢气SO32﹣﹣2
升级会员 