化学平衡常数及转化率的计算专题讲解

n(H2)/mol

下列推断正确的是( )

2.0 1.5 1.2 0.9 0.8 0.8 A．当容器内气体的相对分子质量不再变化时，反应达到平衡状态 B．0～4 min内H2的平均反应速率v(H2)＝0.2 mol·L1·min1

－

－

C．若温度不变，平衡后再充入2 mol H2，达到新平衡时c(H2)＝0.4 mol·L1

－

D．若保持温度不变，平衡后再充入少量H2，H2的转化率减小 答案 C

解析 该可逆反应中只有H2呈气态，H2的相对分子质量始终保持不变，A项错误；v(H2)＝?2.0－1.2?mol－－－

＝0.1 mol·L1·min1，B项错误；达到平衡时c(H2)＝0.4 mol·L1，平衡常数

2 L×4 min

1K＝，温度不变时平衡常数不变，再充入H2达到新平衡时，H2的平衡浓度保持不变，C

c?H2?项正确；温度不变，再充入H2，相当于将原体系压缩，平衡向右移动，H2的转化率增大，D项错误。

3－

2．①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol1 ②C3H6(g)＋

2O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol1，上述①②反应在热力学上趋势均很大的原

－

因是________________________________________________________，其中反应ΔS>0的是反应________________________________________________________________________。 答案 ①②反应均为放热量大的反应 ①

3．(2018·武汉高三模拟)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。 (1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应： TaS2(s)＋2I2(g)

TaI4(g)＋S2(g) ΔH＞0(Ⅰ)

如下图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________(填“＞”“＜”或“＝”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是________。

(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)。CO在不同温度下的平

衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应ΔH________(填“＞”或“＜”)0。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是___________________________ ______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)＜ I2

(2)＜ 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失

解析 (1)由题意知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反应(Ⅰ)先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应(Ⅰ)的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，则ΔH＜0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。

4．(2018·重庆适应性考试)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2 (g)＋3H2 (g)

2NH3 (g) ΔH＝－92.4 kJ·mol1，一种工业合成氨的简易流程图如下：

－

(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：________________________。 (2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下： ①CH4(g)＋H2O(g)②CO(g)＋H2O(g)

CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol1

－

CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol1

－

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________(填字母)。 a．升高温度

b．增大水蒸气浓度

c．加入催化剂 d．降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。 (3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。

(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。

(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是________(填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_______________________________________。 答案 (1)2NH4HS＋O2=====2NH3·H2O＋2S↓ (2)a 90% (3)14.5%

一定条件

(4) (5)Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用

解析 (1)向NH4HS溶液中通入空气，发生氧化还原反应，有S单质生成，故反应为2NH4HS＋O2=====2NH3·H2O＋2S↓。

(2)反应①是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，将会增加H2的百分含量，同时提高反应速率；增大水蒸气的浓度，会提高反应速率，但H2的百分含量会降低；加入催化剂，不会引起H2含量的改变；降低压强，反应速率减小；故a正确。设CO反应掉n mol。 CO(g)＋H2O(g)

CO2(g)＋H2(g)

一定条件

投入量/mol 0.2 0 0.8 变化量/mol n n n 最终量/mol 0.2－n n 0.8＋n 则：0.2－n＋n＋0.8＋n＝1.18 解得：n＝0.18 0.18 molCO的转化率为×100%＝90%。

0.2 mol

(3)设投入N2和H2的物质的量分别是1 mol、3 mol，平衡时N2反应掉m mol。 N2 ＋ 3H2

2NH3

起始量/mol 1 3 0

变化量/mol m 3m 2m 平衡量/mol 1－m 3－3m 2m 根据题意：

?1－0.59?mol2m

＝42%，解得m≈0.59，所以平衡时N2的体积分数为4－2m?4－2×0.59?mol

×100%≈14.5%。

(4)通入原料气，反应开始，氨气的量增加，因为合成氨是一个放热反应，当达到平衡后温度升高，氨气的含量将减小。所以图像为

(5)从流程图看，反应放出的能量得到充分利用是在热交换器中。提高合成氨原料转化率的方法是将未反应的原料重新送回反应器中循环使用、对原料气加压。

1．(2017·天津理综，6)常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)＋4CO(g)

－

Ni(CO)4(g)。230 ℃

时，该反应的平衡常数K＝2×105。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；

第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。 下列判断正确的是( )

A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大 B．第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度，选50 ℃ C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低

D．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO) 答案 B

解析 A项，增加c(CO)，平衡向正向移动，因平衡常数大小只与温度有关，与浓度无关，所以反应的平衡常数不变，错误；B项，第一阶段，50 ℃时，Ni(CO)4为气态，易于分离，有利于Ni(CO)4的生成，正确；C项，第二阶段，230 ℃制得高纯镍的反应方程式为Ni(CO)4(g)

1

Ni(s)＋4CO(g)，平衡常数K1＝＝5×104，所以Ni(CO)4分解率较高，错误；

K

D项，因反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，再根据该反应的化学计量数可知，该反应达到平衡时，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，错误。

2．[2016·全国卷Ⅰ，27(2)]元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3(蓝紫色)、Cr(OH)4(绿色)、Cr2O27

＋

－

－

(橙红色)、CrO24(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：

－