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2026全国版高考化学突破练
突破练31　化学平衡常数及转化率
选择题每小题3分,共21分。
基础·满分练
命题角度1　化学平衡常数及计算
1.(2025·河北张家口名校联考)向某容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),温度和平衡常数的对数(lgK)的关系如图所示。已知lg2=0.3,下列说法错误的是(　　)
A.该反应的ΔH<0
B.P点,v正C.T1温度下,SO2的平衡转化率为50%
D.T1温度下,起始充入3 mol SO2和1 mol O2,达到平衡时的化学平衡常数为4
2.(2025·山东临沂二模)向容积均为1 L的两恒容容器中分别充入1 mol CH4和2 mol H2S发生反应:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g),其中一个为绝热过程,另一个为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.l1为恒容恒温过程
B.气体的总物质的量:nM=nP
C.逆反应速率:v(N)>v(P)
D.P点平衡常数:K<16
命题角度2　压强平衡常数和物质的量分数平衡常数的计算
3.(2026·重庆巴蜀中学模拟)甲烷和水蒸气催化制氢气涉及的主要反应如下。
①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
②CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
③CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
M(s)对反应有催化作用,存在反应M·4H2O(s)M(s)+4H2O(g)。T ℃时,刚性密闭容器中加入等物质的量M·4H2O(s)和CH4(g)发生上述反应。30 min达平衡时总压强为510 kPa,含碳物质的物质的量相等,H2O(g)和H2的物质的量相等。下列说法错误的是(　　)
A.M·4H2O(s)的分解率为66.7%
B.T ℃下,通入水蒸气,再次平衡后,水蒸气的分压不变
C.T ℃下,反应①的压强平衡常数Kp=44 100
D.平衡后,继续向刚性容器中加入含碳物质各0.5 mol,则M·4H2O(s)的分解平衡不移动
命题角度3　转化率、平衡转化率及计算
4.(2026·福建三明期初联考)实验室在恒容条件下,测定苯加氢反应动力学曲线如图所示,其中分别在t1、t2、t3、t4时刻补充氢气。下列说法错误的是(　　)
(g)+3H2(g)(g)　ΔH<0
A.为防止催化剂中毒,H2需净化处理
B.低温高压可提高反应的平衡转化率
C.t1至t4,反应速率与H2分压成正比
D.t4之后,反应速率与苯的浓度有关
5.(2025·河南开封二模)一定条件下,将NO(g)和O2(g)按物质的量之比2∶1充入反应容器,发生反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)。其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A.p1B.其他条件不变,温度升高,该反应的反应限度减小
C.400 ℃、p1条件下,O2的平衡转化率为40%
D.400 ℃时,该反应的化学平衡常数的数值为
能力·高分练
6.(2025·河北保定二模)某反应2X(g)Y(g)　ΔH分三步进行:
①2X(g)T(g)　ΔH1　v正=k1c2(X)
②T(g)W(g)　ΔH2　v正=k2c(T)
③W(g)Y(g)　ΔH3　v正=k3c(W)
其相对能量变化如图所示。t ℃时,向一恒容密闭容器中充入X(g),发生上述反应。下列叙述正确的是(　　)
A.反应①的正反应速率一定大于反应②的正反应速率
B.仅升高温度,达到新平衡时,Y(g)的产率更大
C.选择催化剂主要是为了降低反应③的活化能
D.其他条件不变,平衡后再充入X,X的平衡转化率减小
7.(2025·吉林四平二模)已知在恒容密闭容器中发生反应A(g)B(g)+CH3OH(g)(方程式已配平),在210 ℃和220 ℃时A的转化率随反应时间的变化关系如图所示,设A的起始浓度为d mol·L-1。下列说法错误的是(　　)
A.220 ℃时反应的平衡常数K=
B.从反应体系中移出部分甲醇可以提高A的转化率
C.210 ℃时,0~200 min内A的平均反应速率为 mol·L-1·min-1
D.M、N两点用物质B表示的瞬时反应速率:N8.(10分)(2025·河北石家庄一模)环氧乙烷(C2H4O)是一种重要的化工原料。现代工业常用银作催化剂,氧化乙烯制备环氧乙烷。发生的主要反应有:
Ⅰ.2C2H4(g)+O2(g)2C2H4O(g)　ΔH1=-210 kJ·mol-1
Ⅱ.C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-1 239 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正·p2(C2H4)·p(O2)、v逆=k逆·p2(C2H4O)(k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为物质的分压)。T ℃时,k正=3k逆,向某恒容密闭容器中充入1 mol C2H4(g)和2 mol O2(g)发生反应Ⅰ和Ⅱ,一段时间后达平衡。
①反应Ⅰ的压强平衡常数Kp=　　　;仅降低温度,Kp将　　　(填“增大”“减小”或“不变”),解释其原因为　　　(填字母)。
A.k正、k逆均增大,且k正增大的程度更大
B.k正、k逆均减小,且k逆减小的程度更大
C.k正增大、k逆减小,平衡正向移动
D.k正、k逆均减小,且k正减小的程度更大
②下列情况能表明体系达到平衡状态的是　　　(填字母)。
A.混合气体密度不随时间变化
B.气体平均摩尔质量不随时间变化
C.碳的总物质的量n总=2n(C2H4)+n(CO2)+2n(C2H4O)不随时间变化
D.2v正(C2H4)=2v逆(C2H4O)+v逆(CO2)
(2)250 ℃时,将1 mol C2H4(g)和2 mol O2(g)充入某密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅱ,在不同压强下达平衡。测得平衡时,C2H4O选择性[δ(C2H4O)]、CO2选择性[δ(CO2)]及C2H4转化率随压强变化的曲线如图所示[如δ(CO2)=]。
①表示δ(CO2)随压强变化的曲线为　　　(填“ⅰ”“ⅱ”或“ⅲ”)。
②当压强为100 kPa时,若O2的转化率为56%,则此时乙烯的转化率为　　　。
③若将E点对应体系降温至200 ℃,重新达平衡时,测得<1,解释其原因为 　。
参考答案
课时突破练31
1.B　由图可知,升高温度,该反应的lgK减小,K值减小,说明平衡逆向移动,该反应为放热反应,ΔH<0,A项正确。由图可知,P点的lgQv逆,B项错误。T1温度下,lgK=0.6=2lg2,则K=4,根据已知条件列出“三段式”:
　　　　　　　2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
起始/(mol·L-1) 1 0.5 0
转化/(mol·L-1) 2x x 2x
平衡/(mol·L-1) 1-2x 0.5-x 2x
则有K==4,解得x=0.25,SO2的平衡转化率为×100%=50%,C项正确。T1温度下,lgK=0.6=2lg2,则K=4,平衡常数K只受温度影响,T1温度下,起始充入3 mol SO2和1 mol O2,达到平衡时的化学平衡常数为4,D项正确。
2.B　由l2变化趋势可知该反应是吸热反应,绝热过程中体系温度降低,反应正向进行程度小,压强小,恒温过程压强变化符合正常反应进程,l1压强大,故l1为恒容恒温过程,l2为恒容绝热过程,A项正确。M点和P点压强相等,温度TM>TP(l2绝热温度降低),故气体总物质的量:nMv(P),C项正确。假设是恒温恒容,N点平衡时压强为起始的倍,根据阿伏加德罗定律,可得平衡时气体总物质的量为(1+2)× mol=4 mol,通过三段式计算:
　　　　　　 CH4(g)+2H2S(g) CS2(g) + 4H2(g)
起始量(mol) 1 2 0 0
变化量(mol) x 2x x 4x
平衡量(mol) 1-x 2-2x x 4x,
平衡时(1-x)+(2-2x)+x+4x=4,解得x=0.5,平衡常数K==16,P点温度低,反应正向进行程度小,故平衡常数K<16,D项正确。
3.A　设初始加入的M·4H2O(s)和CH4(g)均为3 mol。平衡时,含碳物质的物质的量相等,n(CH4)=n(CO)=n(CO2)=1 mol,生成物的氧原子均来自水,则有3 mol H2O和2 mol CH4参与反应,根据氢原子守恒,平衡时n(H2)=7 mol,n(H2O)=n(H2)=7 mol。n总=(1+1+1+7+7) mol=17 mol。M·4H2O(s)共含有12 mol结晶水,其中3 mol参与反应,7 mol残留在体系中,分解率为×100%≈83.3%,A项错误。M·4H2O分解反应的Kp=p4(H2O),温度不变则Kp不变,H2O分压不变,B项正确。分压计算得p(CH4)=p(CO)=30 kPa,p(H2O)=p(H2)=210 kPa,代入Kp==44 100,C项正确。H2O分压由分解反应Kp决定,加入含碳物质不影响H2O分压,平衡不移动,D项正确。
4.C　催化剂中毒通常由杂质吸附导致,氢气中的杂质可能使催化剂活性降低,需净化处理,A项正确。该反应放热,且气体分子数减少,温度降低有利于反应正向进行,高压使平衡正向移动,均提高平衡转化率,B项正确。t1至t4期间,每次补充H2后初始分压相同,但苯浓度随反应进行逐渐降低,若反应速率仅与H2分压成正比,则每次补充后的初始速率应相同,而实际因苯浓度降低,后续补充阶段速率逐渐减慢,说明速率还受苯浓度影响,并非仅与H2分压成正比,C项错误。t4之后不再补充H2,苯浓度随反应持续消耗而降低,此时苯浓度成为影响速率的重要因素,反应速率与苯浓度有关,D项正确。
5.D　正反应为气体体积减小的反应,温度一定时,增大压强平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,故p16.C　根据题意,反应①的正反应速率v正=k1c2(X),反应②的正反应速率v正=k2c(T),因无法确定速率常数、浓度大小关系,故无法确定反应①正反应速率和反应②正反应速率大小,A项错误。由相对能量变化图可知,总反应2X(g)Y(g)中,反应物2X(g)相对能量高于生成物Y(g),总反应ΔH<0,是放热反应,仅升高温度,平衡逆向移动,Y(g)产率降低,B项错误。由图可知,反应③的能垒最大,为该反应的决速步骤,则选择催化剂主要是为了降低反应③的能垒,从而加快反应速率,C项正确。反应2X(g)Y(g)是气体分子数减小的反应,恒容密闭容器中,平衡后再充入X,相当于增大压强,平衡正向移动,X的平衡转化率增大,D项错误。
7.D　P点时A的转化率为99%,转化浓度为0.99d,根据A(g)B(g)+CH3OH(g),平衡时A的浓度为0.01d mol·L-1,B的浓度为0.99d mol·L-1,CH3OH的浓度为0.99d mol·L-1,则220 ℃时反应的平衡常数K=,A项正确。甲醇为生成物,从反应体系中移出部分甲醇,减少生成物的浓度,平衡正向移动,可以提高A的转化率,B项正确。210 ℃、200 min时A的转化率为68%,则A的转化浓度为0.68d mol·L-1,0~200 min内A的平均反应速率为 mol·L-1·min-1,C项正确。M、N两点反应的转化率相等,N点对应的斜率大,对应的温度高,瞬时速率大,瞬时反应速率:N>M,D项错误。
8.(1)①3　增大　B　②BD
(2)①ⅲ　②64%　③反应Ⅰ和Ⅱ的ΔH均<0,降温均正向移动,反应Ⅱ正向移动的程度比Ⅰ大
解析 (1)①T ℃时,反应Ⅰ的压强平衡常数Kp==3;降低温度,正、逆反应速率均减小,由于反应Ⅰ为放热反应,平衡向正反应方向移动,压强平衡常数增大,说明逆反应速率常数减小的程度比正反应速率常数减小的程度大。②向恒容密闭容器中通入一定量的乙烯和氧气,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应物和生成物均为气体,混合气体的质量恒定不变,故在恒容密闭容器中,任何时刻混合气体的密度均保持不变,A项不符合题意。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应,反应Ⅱ为气体分子数不变的反应,故达到平衡前,体系中气体物质的量逐渐减小,混合气体的质量不变,因此气体平均摩尔质量不随时间变化说明反应达到平衡状态,B项符合题意。反应的任何时刻均遵循碳元素守恒,故碳的总物质的量n总=2n(C2H4)+n(CO2)+2n(C2H4O)不随时间变化不能说明反应达到平衡状态,C项不符合题意。对反应Ⅰ而言,v正(C2H4)=v逆(C2H4O)[即2v正(C2H4)=2v逆(C2H4O)]时,反应Ⅰ达到平衡状态,对反应Ⅱ而言,2v正(C2H4)=v逆(CO2)时,反应Ⅱ达到平衡状态,故2v正(C2H4)=2v逆(C2H4O)+v逆(CO2)[注意:两处的v正(C2H4)含义不同,后者为两个反应的v正(C2H4)之和],说明体系中两个反应均达到平衡状态,D项符合题意。(2)①图中E点为曲线ⅰ和曲线ⅲ的交点,对应纵轴数据为50%,通过该点的两条曲线的纵坐标之和为1,说明曲线ⅰ、曲线ⅲ为产物的选择性曲线,曲线ⅱ为乙烯的转化率曲线,反应Ⅰ气体分子数减少,反应Ⅱ气体分子数不变,则增大压强C2H4O的选择性增大,CO2的选择性减小,故曲线ⅲ为δ(CO2)随压强的变化曲线。②设反应Ⅰ转化a mol O2,反应Ⅱ转化b mol O2,由题给信息列关系式:
　　　　 　2C2H4(g)+O2(g)2C2H4O(g)
初始量/mol 1 2 0
转化量/mol 2a a 2a
　　　　　 C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(g)
转化量/mol b
由图中信息可知,压强为100 kPa时,C2H4O和CO2选择性均为50%,故2a=,即b=6a,O2转化率为56%,则=0.56,两式联立得a=0.16,b=0.96,则乙烯的转化率为×100%=64%。③反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应,降低温度时平衡均正向移动,但反应Ⅱ正向移动的程度比反应Ⅰ大,故<1。
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