專項(xiàng)特訓(xùn)3　多平衡體系的綜合分析1．相同溫度下，分別在起始體積均為1 L的兩個(gè)密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：X2(g)＋3Y2(g) 2XY3(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表。容器反應(yīng)條件起始物質(zhì)的量/mol達(dá)到平衡所用時(shí)間/min達(dá)到平衡過程中的能量變化X2Y2XY3①恒容13010放熱0.1a kJ②恒壓130t放熱b kJ 下列敘述正確的是(　　)A．對于上述反應(yīng)，①②中反應(yīng)的平衡常數(shù)K不同B．①中：從開始至10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(X2)＝0.1 mol·L－1·min－1C．②中：X2的平衡轉(zhuǎn)化率小于10%D．b>0.1a答案　D解析　①②中反應(yīng)溫度相同，平衡常數(shù)K相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；①中反應(yīng)放熱0.1a kJ，說明10 min內(nèi)X2反應(yīng)了0.1 mol，物質(zhì)的量濃度改變量為0.1 mol·L－1，所以其平均速率為v(X2)＝0.01 mol·L－1·min－1，B項(xiàng)錯(cuò)誤；據(jù)容器①中數(shù)據(jù)，可算出X2的平衡轉(zhuǎn)化率為10%，容器②是恒溫恒壓，容器①是恒溫恒容，容器②相當(dāng)于在容器①的基礎(chǔ)上加壓，平衡右移，所以X2的轉(zhuǎn)化率大于10%，容器②放出的熱量比容器①多，C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確。2．(2021·邢臺(tái)模擬)T ℃時(shí)，在3 L的密閉容器中充入4 mol光氣(COCl2)，發(fā)生反應(yīng)：COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)，同時(shí)還發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)2C(s)＋O2(g)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測得CO(g)和C(s)的物質(zhì)的量分別為2 mol和1 mol，則該溫度下CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)的平衡常數(shù)K為(　　)A.  B．2  C.  D.答案　D解析　設(shè)消耗COCl2(g)的物質(zhì)的量為x，　　　　　　COCl2(g)Cl2(g)＋CO(g)起始/mol     4         0      0變化/mol     x         x      x平衡/mol     4－x      x      x　　　　　　2CO(g)2C(s)＋O2(g)，起始/mol    x         0     0變化/mol    1         1     0.5平衡/mol    2         1     0.5則x＝3 mol，則平衡濃度：COCl2(g)為 mol·L－1，Cl2(g)為1 mol·L－1，CO(g)為 mol·L－1，則該溫度下，Cl2(g)＋CO(g)COCl2(g)的平衡常數(shù)K＝＝。3．CO2催化重整CH4的反應(yīng)：(Ⅰ)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1，主要副反應(yīng)：(Ⅱ)H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0，(Ⅲ)4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH3<0。在恒容反應(yīng)器中按體積分?jǐn)?shù)V(CH4)∶V(CO2)＝50%∶50%充入氣體，加入催化劑，測得反應(yīng)器中平衡時(shí)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(　　)A．ΔH1＝2ΔH2－ΔH3<0B．其他條件不變，適當(dāng)增大起始時(shí)V(CH4)∶V(CO2)，可抑制副反應(yīng)(Ⅱ)、(Ⅲ)的進(jìn)行C．300～580 ℃時(shí)，H2O的體積分?jǐn)?shù)不斷增大，是由于反應(yīng)(Ⅲ)生成H2O的量大于反應(yīng)(Ⅱ)消耗的量D．T ℃時(shí)，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為75%，則反應(yīng)(Ⅰ)的平衡常數(shù)等于81答案　B解析　反應(yīng)(Ⅰ)可由(Ⅱ)×2減去反應(yīng)(Ⅲ)得到，故ΔH1＝2ΔH2－ΔH3＞0，A不正確；其他條件不變，適當(dāng)增大起始時(shí)V(CH4)∶V(CO2)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，減小反應(yīng)物濃度或增加生成物濃度，平衡都逆向移動(dòng)，B正確；300～580 ℃時(shí)，H2O的體積分?jǐn)?shù)不斷增大，反應(yīng)(Ⅲ)是放熱反應(yīng)，升溫時(shí)，平衡逆移，消耗H2O，反應(yīng)(Ⅱ)是吸熱反應(yīng)，升溫時(shí)平衡正移，生成H2O，而反應(yīng)(Ⅲ)消耗H2O的量小于反應(yīng)(Ⅱ)生成水的量，C錯(cuò)誤；T ℃時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化的濃度為×75%＝0.75 mol·L－1，根據(jù)三段式：　　 　       CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)起始/?mol·L－1?  1      1        0       0轉(zhuǎn)化/?mol·L－1?  0.75   0.75      1.5     1.5平衡/?mol·L－1?  0.25   0.25      1.5     1.5若不考慮副反應(yīng)，反應(yīng)(Ⅰ)的平衡常數(shù)為＝81，但由于副反應(yīng)(Ⅲ)中，消耗的氫氣的量比二氧化碳的多，故計(jì)算式中，分子減小的多，故平衡常數(shù)的值小于81，D錯(cuò)誤。4．甲烷分解體系中幾種氣體的平衡分壓(p，單位為Pa)與溫度(t，單位為℃)的關(guān)系如圖所示。(1)t1 ℃時(shí)，向V L恒容密閉容器中充入0.12 mol CH4，只發(fā)生反應(yīng)：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，達(dá)到平衡時(shí)，測得p(C2H4)＝p(CH4)。CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為________。在上述平衡狀態(tài)某一時(shí)刻，改變溫度至t2 ℃，CH4以0.01 mol·L－1·s－1的平均速率增多，則t1________(填“>”“＝”或“<”)t2。(2)在圖中，t3 ℃時(shí)，化學(xué)反應(yīng)2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝________Pa2。答案　(1)66.7%　>　(2)104.7解析　(1)設(shè)平衡時(shí)甲烷轉(zhuǎn)化x mol，根據(jù)三段式法有：　　　　　 2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)起始/mol　  0.12　　　　0　　　 0變化/mol     x                 x平衡/mol    0.12－x             x結(jié)合題意知0.12－x＝，解得x＝0.08，故CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%≈66.7%。根據(jù)題圖知，2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)為吸熱反應(yīng)，改變溫度，甲烷的濃度增大，即平衡左移，則溫度降低，即t1>t2。(2)t3℃時(shí)，該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝＝ Pa2＝104.7 Pa2。5．有效除去大氣中的SO2和氮氧化物，是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重中之重。某溫度下，N2O5 氣體在一體積固定的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反應(yīng))　ΔH＜0,2NO2(g)N2O4(g)(快反應(yīng))　ΔH＜0，體系的總壓強(qiáng)p總和p(O2)隨時(shí)間的變化如圖所示：(1)圖中表示O2壓強(qiáng)變化的曲線是___________________(填“甲”或“乙”)。(2)已知N2O5 分解的反應(yīng)速率v＝0.12p(N2O5) kPa·h－1，t＝10 h時(shí)，p(N2O5)＝________________________________________________________________________ kPa，v＝________kPa·h－1(結(jié)果保留兩位小數(shù)，下同)。(3)該溫度下2NO2(g)N2O4 (g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝____________kPa－1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。答案　(1)乙　(2)28.20　3.38　(3)0.05解析　(1)根據(jù)題圖信息分析，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氧氣的壓強(qiáng)從0開始逐漸增大，所以乙為氧氣的壓強(qiáng)變化曲線。(2)t＝10 h時(shí)，p(O2)＝12.8 kPa ，由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，反應(yīng)的五氧化二氮的分壓為25.6 kPa ，起始壓強(qiáng)為53.8 kPa，所以10 h時(shí)p(N2O5)＝(53.8－25.6)kPa ＝28.20 kPa ，N2O5 分解的反應(yīng)速率v＝0.12p(N2O5) kPa·h－1＝0.12×28.20 kPa·h－1≈3.38 kPa·h－1。(3)N2O5完全分解時(shí)，p(NO2)＝53.8 kPa×2＝107.6 kPa，p(O2)＝＝26.9 kPa。　　　　　　　2NO2(g)　　N2O4 (g)起始分壓/kPa  107.6          0改變分壓/kPa  2x            x平衡分壓/kPa  107.6－2x      x有107.6－2x＋x＋26.9＝94.7 kPa，解得x＝39.8 kPa，平衡常數(shù)Kp＝ kPa－1≈0.05 kPa－1。6．[2019·天津，7(5)]在1 L真空密閉容器中加入a mol PH4I固體，t ℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)　①4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)　②2HI(g)H2(g)＋I2(g)　③達(dá)平衡時(shí)，體系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，則t ℃時(shí)反應(yīng)①的平衡常數(shù)K值為________(用字母表示)。答案　(b＋)b解析　反應(yīng)①生成的n(HI)＝體系中n(HI)＋2×體系中n(I2)＝(b＋2c) mol，反應(yīng)②中生成的n(H2)＝體系中n(H2)－反應(yīng)③中生成的n(H2)＝(d－c) mol，體系中n(PH3)＝反應(yīng)①生成的n(PH3)－反應(yīng)②中轉(zhuǎn)化的n(PH3)＝[b＋2c－(d－c)] mol＝(b＋) mol，反應(yīng)①的平衡常數(shù)K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋)b。7．容積均為1 L的甲、乙兩個(gè)容器，其中甲為絕熱容器，乙為恒溫容器。相同溫度下，分別充入0.2 mol的NO2，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，甲中NO2的相關(guān)量隨時(shí)間變化如下圖所示。(1)0～3 s內(nèi)，甲容器中NO2的反應(yīng)速率增大的原因是__________________________________。(2)甲達(dá)平衡時(shí)，溫度若為T ℃，此溫度下的平衡常數(shù)K＝________。(3)平衡時(shí)，K甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)K乙，p甲________p乙。答案　(1)0～3 s內(nèi)溫度升高對速率的影響大于濃度降低的影響　(2)225　(3)<　> 解析　(2)到達(dá)平衡時(shí)，c(NO2)＝0.02 mol·L－1，c(N2O4)＝0.09 mol·L－1，K＝＝225。(3)甲為絕熱容器，乙為恒溫容器，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則到達(dá)平衡時(shí)甲的溫度高于乙，故K甲<K乙，甲中反應(yīng)正向進(jìn)行的程度小于乙，氣體總體積大于乙，故p甲>p乙。8．[2021·山東，20(2)(3)]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(shí)存在如圖反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：反應(yīng)Ⅱ：反應(yīng)Ⅲ：回答下列問題：(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1.0 mol TAME，控制溫度為353 K，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(Kx表示以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù))，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(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。平衡時(shí)，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)＝________________。(3)為研究反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)行為，向盛有四氫呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH?？刂茰囟葹?/span>353 K，A、B物質(zhì)的量濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的變化如圖所示。代表B的變化曲線為______(填“X”或“Y”)；t＝100 s時(shí)，反應(yīng)Ⅲ的正反應(yīng)速率v正______逆反應(yīng)速率v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。答案　(2)0.9α　　逆向移動(dòng)　1∶10(3)X?。?/span>解析　(2)向某反應(yīng)容器中加入1.0 mol TAME，控制溫度為353 K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則平衡時(shí)n(TAME)＝(1－α) mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝α mol。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則＝9.0，將該式代入上式可以求出平衡體系中B的物質(zhì)的量為0.9α mol，n(A)＝0.1α 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)平衡將向著分子數(shù)增大的方向移動(dòng)，即逆向移動(dòng)。根據(jù)反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0可知，平衡時(shí)n(A)∶n(B)＝1∶9，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ生成的n(CH3OH)＝n(A)＋n(B)，所以c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。(3)溫度為353 K，反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，＝9.0。由A、B物質(zhì)的量濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線可知，X代表的平衡濃度高于Y，則代表B的變化曲線為X；由曲線的變化趨勢可知，100 s以后各組分的濃度仍在變化， t＝100 s時(shí)＝≈10.2>9，因此，反應(yīng)Ⅲ正在向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故其正反應(yīng)速率v正小于逆反應(yīng)速率v逆。

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