《2025年高中总复习优化设计高中化学》

例3：在$1.0L$密闭容器中放入$0.10molA(g)$，在一定温度下进行反应：$A(g)\rightleftharpoons B(g)+C(g)$ $\Delta H=+85.1kJ· mol^{-1}$。反应时间$(t)$与容器内气体总压强$(p)$的数据见下表：

回答下列问题：
（1）欲提高$A$的平衡转化率，应采取的措施为______（答出两项措施）。
(2)由总压强$p$和起始压强$p_{0}$计算，平衡时$A$的转化率为。

答案： 例3 答案
(1)升高温度;降低压强
(2)94.1% 解析
(2)压强之比等于气体的物质的量之比,依据三段式进行求解$: A(g)\rightleftharpoons B(g)+C(g) $始态$: p_{0}·α(A) 0 0 $反应终态$: p_{0}-p_{0}·α(A) p_{0}·α(A) p_{0}·α(A) p=p_{0}-p_{0}·α(A)+p_{0}·α(A)+p_{0}·α(A)=p_{0}+p_{0}·α(A), $求得$α(A)=(\frac{p}{p_{0}}-1)×100%;25h$时反应已平衡$,α(A)=(\frac{9.53}{4.91}-1)×100%≈94.1%。$

[对点训练3]：$H_{2}S$与$CO_{2}$在高温下发生反应：$H_{2}S(g)+CO_{2}(g)\rightleftharpoons COS(g)+H_{2}O(g)$。在$610K$时，将$0.10molCO_{2}$与$0.40molH_{2}S$充入$2.5L$的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为$0.02$。
(1)$H_{2}S$的平衡转化率$\alpha_{1}=$2.5$\%$，反应平衡常数$K=$0.00285(保留三位有效数字)。
(2)在$620K$时重复实验，平衡后水的物质的量分数为$0.03$，$H_{2}S$的转化率$\alpha_{2}$＞(填“$＞$”“$＜$”或“$=$”，下同)$\alpha_{1}$，该反应的$\Delta H$＞0。

答案： [对点训练3] 答案
(1)2.5 0.00285
(2)＞ ＞ 解析 设转化的$H_{2}S$的物质的量为$xmol, H_{2}S(g)+CO_{2}(g)\rightleftharpoonsCOS(g)+H_{2}O(g) $初始/mol 0.40 0.10 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x 反应平衡后水的物质的量分数为0.02,则$\frac{x}{0.50}=0.02,x=0.01。$$ (1)H_{2}S$的平衡转化率$α_{1}=\frac{0.01mol}{0.40mol}×100%=2.5%。$钢瓶的容积为2.5L,则平衡时各物质的浓度分别为$c_{平}(H_{2}S)=0.156mol·L^{-1},c_{平}(CO_{2})=0.036mol·L^{-1},c_{平}(COS)=c_{平}(H_{2}O)=0.004mol·L^{-1},$则$K=\frac{0.004×0.004}{0.156×0.036}≈0.00285。$
(2)根据题目提供的数据可知温度由610K升高到620K时,化学反应达到平衡后水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以$H_{2}S$的转化率增大$,α_{2}＞α_{1};$根据题意可知,升高温度,化学平衡向正反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反应,故ΔH＞0。

1. 一氧化碳变换反应：$CO(g)+H_{2}O(g)=CO_{2}(g)+H_{2}(g)$ $\Delta H=-41kJ\cdot mol^{-1}$。
(1)一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数$×$总压)：$p(CO)=0.25MPa$、$p(H_{2}O)=0.25MPa$、$p(CO_{2})=0.75MPa$和$p(H_{2})=0.75MPa$，则反应的平衡常数$K$的数值为______。
(2)维持与题(1)相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使$CO$的平衡转化率提高到$90\%$，则原料气中水蒸气和$CO$的物质的量之比为1.8:1。

答案： 1.答案
(1)9.0
(2)1.8:1 解析
(1)该反应平衡常数$K=\frac{p(CO_{2})\cdot p(H_{2})}{p(CO)\cdot p(H_{2}O)}=\frac{0.75×0.75}{0.25×0.25}=9.0; (2)$假设原料气中水蒸气为xmol,CO为1mol,由题意列三段式如下$: CO(g)+H_{2}O(g)\rightleftharpoonsCO_{2}(g)+H_{2}(g) $起始/mol 1 x 0 0 转化/mol 0.9 0.9 0.9 0.9 平衡/mol 0.1 x-0.9 0.9 0.9 温度不变,则平衡常数$K=\frac{\frac{0.9}{V}×\frac{0.9}{V}}{\frac{0.1}{V}×\frac{x-0.9}{V}}=9.0, $解得x=1.8,故水蒸气与CO物质的量之比为1.8:1。

2. 乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯：$C_{2}H_{6}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{4}(g)+H_{2}(g)$ $\Delta H＞0$。
(1)提高乙烷平衡转化率的措施有升高温度、降低压强(或及时移出生成物)。
（2）一定温度下，向恒容密闭容器中通入等物质的量的$C_{2}H_{6}$和$H_{2}$，初始压强为$100kPa$，发生上述反应，乙烷的平衡转化率为$20\%$。平衡时体系的压强为______$kPa$，该反应的平衡常数$K_{p}=$______$kPa$（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压$=$总压$×$物质的量分数）。

答案： 2.答案
(1)升高温度 降低压强(或及时移出生成物)
(2)110 15 解析$(1)C_{2}H_{6}(g)\rightleftharpoonsC_{2}H_{4}(g)+H_{2}(g) ΔH＞0,$该反应是气体体积增大的吸热反应,提高乙烷平衡转化率的措施有降低压强、升高温度或及时移出生成物等。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物质的量的$C_{2}H_{6}$和$H_{2},$初始压强为100kPa,发生上述反应,假设起始物质的量为1mol,乙烷的平衡转化率为20%,可得三段式$: C_{2}H_{6}(g)\rightleftharpoonsC_{2}H_{4}(g)+H_{2}(g) $起始/mol 1 0 1 转化/mol 0.2 0.2 0.2 平衡/mol 0.8 0.2 1.2 根据压强之比等于物质的量之比得到$\frac{2mol}{100kPa}=\frac{2.2mol}{x},$解得x=110kPa,即平衡时体系的压强为110kPa,该反应的平衡常数$K_{p}=\frac{110kPa×\frac{0.2mol}{2.2mol}×110kPa×\frac{0.2mol}{2.2mol}}{110kPa×\frac{0.8mol}{2.2mol}}=15kPa。$

3. (2024·七省适应性测试安徽化学，17节选)丙烷价格低廉且产量大，而丙烯及其衍生物具有较高的经济附加值，因此丙烷脱氢制丙烯具有重要的价值。回答下列问题：
丙烷直接脱氢原理为$CH_{3}CH_{2}CH_{3}(g)=CH_{2}=CHCH_{3}(g)+H_{2}(g)$ $\Delta H=+123.8kJ\cdot mol^{-1}$
一定条件下，上述反应中丙烷平衡转化率$x$与平衡常数$K_{p}$的关系可表示为$x^{2}=\frac{K_{p}}{K_{p}+p}$，式中$p$为系统总压。$p$分别为$0.10MPa$和$0.010MPa$时，丙烷平衡转化率与温度的关系如图所示，其中表示$0.10MPa$下的关系曲线是Ⅱ(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。$570^{\circ}C$时，$K_{p}=$0.018$MPa$(保留$2$位有效数字)。

答案： 3.答案Ⅱ 0.018 解析 由关系式$x^{2}=\frac{K_{p}}{K_{p}+p}$可知,温度相同时,p越大,x越小,则0.10MPa下的关系曲线是Ⅱ;570℃时,0.010MPa时,丙烷平衡转化率x=80.0%,假设丙烷起始时物质的量为amol,可得三段式$: CH_{3}CH_{2}CH_{3}(g)\rightleftharpoonsCH_{2}=CHCH_{3}(g)+H_{2}(g) $开始/mol a 0 0 转化/mol 0.8a 0.8a 0.8a 平衡/mol 0.2a 0.8a 0.8a 总物质的量为1.8amol,则$K_{p}=\frac{p(H_{2})\cdot p(CH_{2}=CHCH_{3})}{p(CH_{3}CH_{2}CH_{3})}=\frac{(\frac{0.8a}{1.8a}×0.010MPa)^{2}}{\frac{0.2a}{1.8a}×0.010MPa}=\frac{16}{9}×0.010MPa≈0.018MPa。$