1、分压平衡常数1.三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N-二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,简称DMF)转化为三甲胺的合成路线(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)N(CH3)3(g)+H2O(g)。160 时,将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为12充入盛有催化剂的刚性容器中,容器内起始压强为p0,达到平衡时DMF的转化率为25%,则该反应的平衡常数Kp=_(Kp为以分压表示的平衡常数);能够增大DMF平衡转化率同时加快反应速率的操作是_。2.甲醇水蒸气重整制氢反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H=+49 kJmo
2、l-1。某温度下,将n(H2O)n(CH3OH)=11的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,则平衡时甲醇的转化率为_。3.煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示:(1)上述反应的正反应方向是_(填“吸热”或“放热”)反应;(2)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则在恒温密闭容器中,该反应的Kp与Kc的关系是_,如果提高p(H2O)/p(CO),则K
3、p_(填“变大”“变小”或“不变”);使用铁镁催化剂的实际工业流程中,一般采用400 左右,p(H2O)/p(CO)=35,采取此条件的原因可能是_。4.在密闭容器中通入物质的量均为0.1 mol 的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡转化率与温度及压强(单位Pa)的关系如图所示。y点:v正_(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。已知气体分压(p分)=气体总压(p总)气体的物质的量分数。用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,求x点对应温度下反应的平衡常数Kp=_。5.CO2在Cu-ZnO催化下,同时发生如下反应、,是解决温
4、室效应和能源短缺的重要手段。.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H10保持温度T时,在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及达平衡时,容器内各气体物质的量及总压强如下表:CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)总压强/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/moln0.3p若反应、均达平衡时,p0=1.4p,则表中n=_;反应的平衡常数Kp=_(kPa)-2。(用含p的式子表示)6.下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104 Pa和105 Pa)。(已知:丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104 Pa时
5、,图中表示丙烯的曲线是_(填“”“”“”或“”)。(2)104 Pa、500 时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=_(已知:气体分压=气体总压体积分数)。7.经查阅资料,反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在平衡状态下Kp的计算式为lnKp=-2.205+2708.6137T(Kp为以分压表示的平衡常数,T为热力学温度)。且催化剂吸附H2O(g)的量会受压强影响,从而进一步影响催化效率。)(1)在一定温度范围内,随温度升高,CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向_(填“增大”“不变”或“减小”)。(2)某温度下(此时Kp=100),在密闭容器中加入CH3
6、OH,反应到某时刻测得各组分的分压如下:物质CH3OHCH3OCH3H2O分压/MPa0.500.500.50此时正、逆反应速率的大小:v正_v逆(填“”“”或“=”)。(3)200 时,在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH,反应到达平衡状态时,体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为_(填标号)。A.12(4)300 时,使CH3OH(g)以一定流速通过催化剂,V/F(按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请解释甲醇转化率随压强(压力)变化的规律和产生这种变化的原因,规律_,原因_。8.氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。(1)硫碘循环分解水
7、是一种高效、环保的制氢方法,其流程图一:已知:反应:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)H1=-213 kJmol -1反应:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+1/2O2(g)H2=+327 kJmol -1反应:2HI(aq)H2(g)+I2(g)H3=+172 kJmol -1则反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H=_。(2)H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。.若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图二中图1所示。图中曲线l表示的物质是_(填化学式)。A点时H
8、2S的转化率为_。C点时,设容器内的总压为p Pa,则平衡常数Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。.若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0 mol H2S、1.0 mol H2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图二中图2所示。M点和O点的逆反应速率v(M)_v(O)(填“”“v逆。由图知道该温度下x所处条件下平衡时甲烷的转化率为50%,列三段式:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)n始(mol) 0.1 0.1 0 0n转(mol) 0.05 0.05 0.1 0.1n平(mol) 0.05 0.05 0.1 0.1总物质的量=0.3 mol
9、,平衡时总压为p2,其平衡常数Kp=(p20.10.3)2(p20.10.3)2p20.050.3p20.050.3=4p229。答案:大于4p2295.CO2在Cu-ZnO催化下,同时发生如下反应、,是解决温室效应和能源短缺的重要手段。.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H10保持温度T时,在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及达平衡时,容器内各气体物质的量及总压强如下表:CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)总压强/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/moln0.3p若反应、均达平衡时,p0=1.4p,则表中n=_;反应的平衡常数Kp=
10、_(kPa)-2。(用含p的式子表示)分析：根据表格列出各物质物质的量变化:.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H10n0.3-n 0.3-n 0.3-n 0.3-n根据T、V一定时,压强比等于物质的量之比计算n0.5+0.90.2+0.6-2n+n+0.3+0.3-n=p0p=1.4,计算得出n=0.2;平衡后物质的总量:0.2+0.6-20.2+0.2+0.3+0.3-0.2=1.0(mol);平衡后各物质分压为CO2(g):(0.2/1)p=0.2p,H2(g):(0.2/1)p=0.2p,CH3OH(g):(0.2/1)p=0.2p,H2O(g):(0.3/1)p
11、=0.3p,Kp=0.2p0.3p(0.2p)30.2p=752p2。答案:0.2752p26.下图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104 Pa和105 Pa)。(已知:丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是_(填“”“”“”或“”)。(2)104 Pa、500 时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=_(已知:气体分压=气体总压体积分数)。分析：(1)丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,丙烯的平衡体积分数减小;该反应为吸热反应,温度升高,平衡向正反应方向移动,故曲线代
12、表104Pa时丙烯的平衡体积分数。(2)104 Pa、500 时,丙烯的平衡体积分数为33%,设起始丙烷为1 mol ,转化率为x,由题意建立如下三段式:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)起(mol) 1 0 0变(mol) x x x平(mol)1-x x x则由丙烯的平衡体积分数为33%可得,x1+x=0.33,解得x0.5,丙烷、丙烯和氢气的分压均为104 Pa13,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=(10413)(10413)10413=104133.3103。答案:(1)(2)3.31037.经查阅资料,反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在平
13、衡状态下Kp的计算式为lnKp=-2.205+2708.6137T(Kp为以分压表示的平衡常数,T为热力学温度)。且催化剂吸附H2O(g)的量会受压强影响,从而进一步影响催化效率。)(1)在一定温度范围内,随温度升高,CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向_(填“增大”“不变”或“减小”)。(2)某温度下(此时Kp=100),在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的分压如下:物质CH3OHCH3OCH3H2O分压/MPa0.500.500.50此时正、逆反应速率的大小:v正_v逆(填“”“”或“=”)。(3)200 时,在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH,反应到达平衡状态时,体系
14、中CH3OCH3(g)的物质的量分数为_(填标号)。A.12(4)300 时,使CH3OH(g)以一定流速通过催化剂,V/F(按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请解释甲醇转化率随压强(压力)变化的规律和产生这种变化的原因,规律_,原因_。分析：(1)lnKp=-2.205+2708.6137T,则Kp=e-(2.205-2708.6137T),温度越高,2708.6137T越小,e-(2.205-2708.6137T)越小,即Kp越小,反应向逆向进行倾向增大,则CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向减小。(2)结合反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)可
15、知Qp=pCH3OCH3(g)pH2O(g)p2CH3OH(g)=0.50.5(0.5)2=1v逆。(3)200 时,根据:lnKp=-2.205+2708.6137T=-2.205+2708.6137273.15+2003.52,则Kp1。若反应初始投入CH3OH(g) 1 mol ,完全反应全部转化为CH3OCH3(g)和H2O(g),根据反应比例关系,CH3OCH3(g)和H2O(g)各占一半,即CH3OCH3(g)的物质的量分数为12,由于反应为可逆反应,不可能完全转化,反应平衡时,CH3OCH3(g)的物质的量分数小于12;如果平衡时三种物质的含量相同,即均为1/3,由于反应前后体积
16、不变,则此时Kp=1,因此要使Kp1,则CH3OCH3(g)的物质的量分数一定大于13。答案选C。(4)300 时,根据图1中曲线随压强的变化规律:当压强越大,甲醇转化率减小;根据反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),反应前后气体体积不变,平衡不随压强的变化发生移动,出现该图曲线变化的原因是:压强增大,催化剂吸附水分子的量增多,催化效率降低。答案:(1)减小(2)(3)C(4)压强增大,甲醇转化率减小压强增大,催化剂吸附水分子的量增多,催化效率降低8.氢气是一种清洁高效的新型能源,如何经济实用的制取氢气成为重要课题。(1)硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法,其流程图一
17、:已知:反应:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)H1=-213 kJmol -1反应:H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+1/2O2(g)H2=+327 kJmol -1反应:2HI(aq)H2(g)+I2(g)H3=+172 kJmol -1则反应2H2O(l)2H2(g)+O2(g)H=_。(2)H2S可用于高效制取氢气,发生的反应为2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。.若起始时容器中只有H2S,平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图二中图1所示。图中曲线l表示的物质是_(填化学式)。A点时H2S的转化率为_。C点时,设容器内的总
18、压为p Pa,则平衡常数Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。.若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0 mol H2S、1.0 mol H2S,测得不同温度下H2S的平衡转化率如图二中图2所示。M点和O点的逆反应速率v(M)_v(O)(填“”“上方曲线M点的逆反应速率,即v(M)v(O)。M、N两点容器内H2S的平衡转化率相同,平衡时N点气体物质的量为M点气体物质的量的两倍,则N点压强为M点压强的两倍,但N点温度较高,所以2p(M)p(N);升高温度,H2S的平衡转化率增大,平衡正向移动,K增大,故平衡常数K(M)K(N)。答案:(1)+572 kJmol -1(2
19、).S250%p Pa.9.以CO作还原剂与磷石膏反应,不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应体系起始总压强为0.1a MPa,不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800 时主要反应的化学方程式为_;1 150 下,反应CaSO4+COCaO+CO2+SO2达到平衡时,c平衡(SO2)=8.010-5 molL-1,CO的转化率为80%,则c初始(CO)=_molL-1,该反应的压强平衡常数Kp=_(用含a的代数式表示;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数;忽略副反应)。分析：在低于800 时,固体产物为CaS,所以此
20、时反应方程式为CaSO4+4COCaS+4CO2c初始(CO)=8.010-5molL-180%=1.010-4 molL-1CaSO4+COCaO+CO2+SO2平衡(molL-1)2.010-5 8.010-58.010-5平衡时总压强:0.1a MPa2.010-5+8.010-5+8.010-51.010-4=0.18a MPa;p(CO2)=p(SO2)=0.18a MPa8.010-51810-5=0.08a MPa;p(CO)=0.18a MPa2.010-51810-5=0.02a MPa;Kp=p(SO2)p(CO2)p(CO)=0.08a0.08a0.02a=0.32a。答案:CaSO4+4COCaS+4CO21.010-40.32a
