22届《大数据建模高考化学》之二轮对标冲刺 - 专题十五 化学平衡常数与转化率

专题十五化学平衡常数与转化率
班级___________________ 姓名_______________________ 学号______________________ 成绩______________
一、2021年高考最新真题跟踪
【能力再升】
◎多反应平衡体系中平衡常数间的关系
1.[21湖北化综，16（化工流程）] 25℃时，为探究Ga(OH)3在氨水中能否溶解，计算反应Ga(OH)3+ NH3·H2O [Ga(OH)4]- + NH4+的平衡常数K=_________。

(已知：K b(NH3·H2O)≈2.0×10-5，K sp[Ga(OH)3]≈1.0×10-35，Ga3++4OH-[Ga(OH)4]-K′ = c([Ga(OH)4]-)
c(Ga3+)×c4(OH-)≈ 1.0×1034)
2.[21全国理综乙，28（反应原理）]氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2, 376.8℃时, 平衡常数K´p = 1.0×104 Pa2，在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)，在376.8℃碘蒸气初始压强为20.0 kPa。

376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa,则p ICl = ______k Pa，反应 2ICl(g)Cl2(g)+ I2(g)的平衡常数K=_______(列出计算式即可)。

3.[21辽宁化综,17(反应原理)] 苯催化加氢制备环己烷，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应：(g) + 3H2(g) (g) ∆H1 < 0 Ⅱ.副反应：(g) (g) ∆H2>0
恒压反应器中，按照n(H2)：n（C6H6） = 4:1投料，发生Ⅰ、Ⅱ反应，总压为p0，平衡时苯的转化率为α，环己烷的分压为p，则反应1的Kp =________________________(列出计算式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

【温故知新】
4.[21辽宁化综,17(反应原理)] 苯催化加氢制备环己烷，一定条件下，发生如下反应：
Ⅰ.主反应：(g) + 3H2(g) (g) ∆H1 < 0 Ⅱ.副反应：(g) (g) ∆H2>0
（1）有利于提高平衡体系中环己烷体积分数的措施有_______。

A. 适当升温
B. 适当降温
C. 适当加压
D. 适当减压
（2）反应Ⅰ在管式反应器中进行，实际投料往往在n(H2)：n（C6H6） =3:1的基础上适当增大H2用量，其目的是_____________________________。

5.[21海南化综，16(反应原理)]溶于水的CO2只有部分转化为H2CO3(aq)，大部分以水合CO2的形式存在，
水合CO2可用CO2(aq)表示。

已知25℃时，H2CO3(aq) CO2(aq) + H2O(l)的平衡常数K=600，正反应的速率可表示为v(H2CO3) = k1·c(H2CO3)，逆反应的速率可表示为v(CO2) = k2·c(CO2)，则K2=_________(用含K1的代数式表示)。

6.[21福建化综，13(反应原理)] 化学链燃烧(CLC)是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术，与传
统燃烧方式相比，避免了空气和燃料的直接接触，有利于高效捕集CO2。

基于CuO/Cu2O载氧体的甲烷化学链燃烧技术示意图如下。

空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别为：
① 2Cu2O + O2(g) 4CuO ΔH1 = -227 kJ/mol
② 8CuO(s) + CH4(g) 4Cu2O(s) + CO2(g) + 2H2O(g) ΔH2 = -348 kJ/mol
（1）反应②的平衡常数表达式K = _______。

（2）氧的质量分数：载氧体Ⅰ_______(填“>”“=”或“<”)载氧体Ⅱ。

（3）往盛有CuO/Cu2O载氧体的刚性密闭容器中充入空气【氧气的物的量分数x(O2)为21%】，发生反应①。

平衡时x(O2)随反应温度T变化的曲线如图所示。

985℃时O2的平衡转化率α(O2) _______(保留2位有效数字)。

（4）根据下图，x(O2)随温度升高而增大的原因是___________
________________________________________。

反应温度必须
控制在1030℃以下，原因是___________________________。

（5）★载氧体掺杂改性，可加快化学链燃烧速率。

使用不同掺杂
的CuO/Cu2O载氧体，反应②活化能如下表所示。

载氧体掺杂物质氧化铝膨润土
活化能/kJ·mol-160±2.3 37.3±1.3
由表中数据判断：使用_______(填“氧化铝”或“膨润土”)掺杂的载氧体反应较快；使用氧化铝或者膨润土掺杂的载氧体，单位时间内燃料反应器释放的热量分别为a kJ、bkJ，则a_______b(填“>”“=”或“<”)。

7.[21天津化综，16（反应原理）] 某温度下，在恒密闭容器中，发生反应2S2(g) + CH4(g) CS2(g) + 2H2S(g)，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应。

①当CS2的体积分数为10%时，CH4的转化率为___________。

②当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是_____(填序号)。

a．气体密度 b．气体总压 c．CH4与S2体积比 d．CS2的体积分数
8.[21河北选考,16(反应原理)] （1）雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：①CO2(g) CO2(aq) ②CO2(aq) + H2O(l) H+(aq) + HCO3-(aq)
25℃时，反应②的平衡常数为K2。

溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol•L-1•kPa-1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为________mol•L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO3-的电离)。

(2)105℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)△
M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。

上述反应达平衡时体系的总压为46kPa。

保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水
蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于________kPa。

北京卷习惯于以电化学探究实验为情境来考察氧化还原平衡原理。

9.[21北京化综，16] 某小组实验验证“Ag+ + Fe2+ Fe3+ + Ag↓”为可逆反应并测定其平衡常数。

（1）实验验证
实验I：将0.0100 mol/L Ag2SO4溶液与0.0400 mol/L FeSO4溶液(pH=1)等体积混合，产生灰黑色沉淀，溶液呈黄色。

实验II：向少量Ag粉中加入0.0100 mol/L Fe2(SO4)3溶
液(pH=1)，固体完全溶解。

①取I中沉淀，加入浓硝酸，证实沉淀为Ag。

现象是
_______。

②II中溶液选用Fe2(SO4)3，不选用Fe(NO3)3的原因是
_______。

综合上述实验，证实“Ag++Fe2+ Fe3++Ag↓”为可逆反
应。

③小组同学采用电化学装置从平衡移动角度进行验证。

补全电化学装置示意图,写出操作及现象_______。

（2）测定平衡常数
实验Ⅲ：一定温度下，待实验Ⅰ中反应达到平衡状态时，取v mL上层清液，用c1 mol/L KSCN标准溶液滴定Ag+，至出现稳定的浅红色时消耗KSCN标准溶液v1 mL。

资料：Ag++SCN-AgSCN↓（白色）K=1012Fe3++SCN- FeSCN2+（红色）K=102.3
①滴定过程中Fe3+的作用是_______。

②测得平衡常数K=_______。

（3）思考问题
①取实验I的浊液测定c(Ag+)，会使所测K值_______(填“偏高”“偏低”或“不受影响”)。

②不用实验II中清液测定K的原因是_______。

二、考试分析 【内容回顾】对应2022版《大数据建模高考化学》专题48。

【数据分析】选用本专题的2021年高考卷大数据统计
高考卷名 全国理综甲 全国理综乙 广东选考 河北选考
湖南选考 山东化综 北京化综 综合 2空 2空
8空 高考卷名 海南化综 湖北化综 辽宁化综 天津化综
福建化综 江苏化综 综合 1空 1空 4选, 2空 4选,1空 6空
*选入本专题的高考题可能只是部分示例，仍有可能属于本专题内容的试题在其它专题中呈现。

【复习建议】熟悉“三栏解法”的计算模式以及用分压表示进行的计算。

平衡常数要求带单位(可以通过分析单位
的组成来分析平衡常数表达式的构成)。

投料比对转化率的影响。

分清非平衡转化率（效率）与平衡转化率（限度），用浓度商判断平衡及其进行方向，用正逆反应的讨论反应进行的方向和计算平衡常数，注意多反应体系中的同时平衡和守恒计算（每一种物质的平衡浓度，对多个相关的反应都是实用的）。

可适当向引入相关条件或定义式进行的计算的拓展。

【能力再升】[21湖北化综，16]多反应平衡体系中平衡常数间的关系，熟悉掌握《大数据》中介绍的两种方法。

[21全国理综乙，28] 多反应平衡体系的分析与计算。

[21辽宁化综,17] 以分压进行多平衡体系的计算，用物料守恒进行分析，思路清楚，容易掌握；
专题十五答案与解析
1. 2.0×10-6 【解析】[DP138:③由叠加得出的总反应的平衡常数与各分反应之间，化学方程式上的加减关系和倍数关系， 反映到平衡常数中是乘除关系和指数关系]｡
解法一： ① Ga(OH)3+NH 3·H 2O
[Ga(OH)4]- + NH 4+ K; ②Ga(OH)3 Ga 3+ + 3OH - K sp [Ga(OH)3]; ③ NH 3·H 2O OH(aq )- + NH 4+ K b (NH 3·H 2O); ④Ga 3+ + 4OH -
[Ga(OH)4]- K′ ① = ②+③+④;由总反应与分部反应的平衡常数:K = K sp [Ga(OH)3]·K b (NH 3·H 2O)·K ′,代入数据可知K=2.0×10-6;
解法二：由平衡常数配成分部反应的平衡常数：K = c ([Ga(OH)4]-)·c (NH 4+)c (NH 3·H 2O)
= c ([Ga(OH)4]-) c (Ga 3+)·c 4(OH -)
· c (OH -)·c (NH 4+)c (NH 3·H 2O)·c (Ga 3+)c 3(OH -) K′·K b (NH 3·H 2O )·K sp [Ga(OH)3] 2. 24.8 0.1×7.624.82 【解析】由题意,在376.8℃时,BaPtCl 6 (s) BaCl 2(s)+Pt (s)+2Cl 2(g)，Ｋ´p = p 2(Cl 2)= 1.0×
104 Pa 2，平衡时p(Cl 2)=100Pa ，设到达平衡时I 2(g)的分压减小p kPa ，则Cl 2(g)+ I 2(g) 2ICl(g);平衡时，p(I 2)= (20.0-p) kPa, p(ICl)= 2p kPa, p(Cl 2)=0.1kPa (注意，由于反应是同时平衡，所以，新平衡p(Cl 2)始终为100Pa)。

烧瓶压强：32.5 =0.1+（20.0-p ）+2p ，解得p=12.4 kPa ，则平衡时p ICl = 2pkPa = 2×12.4kPa=24.8kPa ；反应2ICl(g)
Cl 2(g)+ I 2(g)的平衡常数Kp = p Cl 2·p I 2p 2ICl = 0.1×(20.0-12.4)24.82 = 0.1×7.624.82 3.p 1-α5-3αp 0×(4-3α5-3α
p 0)3 【解析】设投入n 起（C 6H 6）为1mol,发生Ⅰ、Ⅱ反应,总压为p 0，平衡时苯的转化率为α，环己烷的分压为p ，则平衡时：n （C 6H 6）=1-α，n (H 2)= 4-3α, n(总)= n(C 6H 6)+n(C 6H 12)+n(CH 3-C 5H 9)+ n(H 2)=
1+(4-3α)= 5-3α，[其中物料守恒：n(C 6H 6)+n(C 6H 12) + n(CH 3-C 5H 9)=1]；反应1的Kp==
p(环已烷)p(苯)·p 3(H 2) = n(C 6H 12)n(总)P 0n （C 6H 6）n(总)P 0·（n(H 2)n(总)P 0）3 =p 1-α5-3αP 0·(4-3α5-3αP 0)3 4.（1）BC （2）提高苯的利用率 【解析】(1）反应Ⅰ是一个气体体积减小（∆ V (g) < 0）的方向的放热反应（∆H 1 < 0），使平衡正向移动有利于提高环己烷体积分数，根据平衡移动原理，选择“降低温度”和“适当加压”；(2）适当增大H 2用量，有利于提高另一种物质（即苯）的转化率；
5.k 1600
【解析】[DP146: (2)与化学平衡的性质联系,考查化学核心素养中的证据推理｡对于反应a A(g)+ b B(g) c C(g) + d D(g),达平衡时v 正=v 逆,平衡常数K =c c (C )·c d (D )c a (A )·c b (B )= k 正·v 逆k 逆·v 正,故K =k 正k 逆
]。

平衡时，由v 正(H 2CO 3) = v 逆(CO 2)，可得，k 1c (H 2CO 3) = k 2c (CO 2)，k 1k 2=c (CO 2)c (H 2CO 3)
=K =600，解得k 2=k 1600； 6.（1）c 2(H 2O)c (CO 2)c (CH 4) ([H 2O]2[CO 2][CH 4]
) （2）> （3）58% （4）反应①为放热反应，温度升高平衡左移 温度高于1030℃时，x (O 2)大于21%，载氧体无法载氧 （5）膨润土 < 【解析】（1）反应②中CuO(s)和Cu 2O(s)为固体反应物，不列入平衡常数表达式中的浓度。

(2)由图可知：载氧体I 发生Cu 2O →CuO 的变化，含氧量增加；载氧体II 发生CuO →Cu 2O ，含氧量降低。

(3)设反应前取100mol 空气，其中n(O 2)=21mol,
n(N 2)=79mol ；反应后x(O 2)=n 后(O 2)n 后(O 2)+79mol
=10%,解得：n 后(O 2) = 8.8mol, 故985℃时O 2的平衡转化率α(O 2)= 21mol - 8.8mol 21mol ×100%=58%，(4) 从温度对化学平衡的影响来解释。

因为①2Cu 2O + O 2(g) 4CuO 为放热反应(ΔH 1<0)，温度升高,平衡逆向移动，氧气的浓度正大。

[DP142：【答题模板】 四叙：一叙反应特点(反应特点或容器特点);二叙条件改变;三叙移动方向;四叙最终结论]｡1030℃时，x (O 2)= 21%，与空气中的x (O 2)相等，是吸收氧气的转折点,温度升高，载氧体放氧，温度降低，载氧体吸氧。

(5) 反应②的活化能低，反应速率加快，提高反应效率。

使用氧化铝掺杂的载氧体活化能高，反应较慢，单位时间内反应放出的热量少。

7.①30% ②d 【解析】①解法一,三栏解法:在恒温密闭容器中,S 2与CH 4物质的量比为2∶1时开始反应: 2S 2 + C H 4
C S 2 + 2H 2S 始(mol)
2a a 0 0 变(mol)
2x x x 2x 平(mol) 2a-2x a-x x 2x
CS 2的体积分数为10%，即 x 3a = 10%，解得x=0.3a ，则CH 4的转化率为 x a
= 30%。

解法二：这是一个反应前后分子总数不变的反应，设开始时，加入 2 molS 2、1 mol CH 4。

n 消耗(CH 4) = n 生成(CS 2) = 3 mol × 10% = 0.3 mol 。

CH 4的转化率：0.3mol 1mol
×100% = 30% ②注意：该反应是一个反应前后气体分子总数不变的反应，所以，恒容与恒压条件对化学平衡没有影响，故试题未以指明。

[DP131: 一､化学平衡状态的标志与判断/2.“量变”判断原则：“变量不变才平衡”]。

a.在恒容条件下，质量不变，过程中密度一直不变；b.在反应过程中，该反应气体的体积和压强可以一直不
变；c.按反应的化学计量数加入两种反应物，在过程中两种物质的比例一直不变；d.过程中，CS 2的体积分数一直增加，当不变时，说明达到了反应的限度。

8. (1) K 2pxy (2) 100.8 【解析】(1)由题可知，①CO 2(s)
CO 2(aq)，c (CO 2)=y(mol •L -1•kPa -1)p(CO 2)=p ·x ·y mol/L;②CO 2(aq)+H 2O(l) H +(aq)+HCO 3- (aq)，K 2=c (H +)·c (HCO 3+) c (CO 2)
，忽略HCO 3-的电离时，c(H +)=c(HCO 3-)，得c(H +)=K 2 c (CO 2)==K 2pxy ；(2)2MHCO 3(s)
△ M 2CO 3(s)+H 2O(g)+ CO 2(g)，反应由MHCO 3置于真空中进行,p H 2O=p CO 2=12×46 kPa ,平衡常数K p = p H 2O ·p CO 2=(12
×46)2 = 529kPa 2｡温度不变K p 不变,设平衡时,平衡体系中CO 2的分压为x ,则K= p H 2O ·p CO 2= 529kPa 2, p CO 2=5295
kPa=105.8kPa ,反应中,生成p 生成CO 2= p 生成H 2=5kPa ;初始压强p CO 2= p 平衡CO 2 - p 生成CO 2= 105.8kPa-5kPa=100.8kPa ;
9.（1）①灰黑色固体溶解，产生红棕色气体 ②防止酸性条件下，NO 3-氧化性氧化Fe 2+干扰实验结果 ③ a ：石墨电极或Pt 电极 b ：FeSO 4（或Fe 2(SO 4)3，或FeSO 4与Fe 2(SO 4)3的混合溶液） c ：AgNO 3 溶液 闭合开关K ，观察到电流计指针偏转然后归零。

往左侧烧杯中滴加较较浓Fe 2(SO 4)3溶液，指针偏转，向右侧烧杯中
滴加较浓Ag NO 3溶液，指针反向偏转。

(2)① 指示剂 ② 0.0100-c 1v 1v c 1v 1v ×(0.0100+c 1v 1v
)；（3）①偏低 ② Ag 完全反应，无法确定反应是否达到平衡状态。

【解析】(1)①由于Ag 能与浓硝酸发生反应：Ag+2HNO 3(浓) == AgNO 3+NO 2↑+H 2O ，根据模板答题。

②比较变量，锁定NO 3-对实验的影响，即在酸性（pH=1）条件下，NO 3-表现出强氧化性能氧化Fe 2+干扰实验。

③证明反应Fe 2++Ag + Ag+Fe 3+为可逆反应，设计电化学装置,
左池为（惰性电极）Fe 2+/Fe 3+，右池为Ag/Ag +;装好后，闭合开关 K ，让其放电（指针偏转,偏转的方向与加入试剂的浓度有关），一段时间后指针归零（达到平衡），如右池加入浓Ag +平衡正向移动（指针偏
转）；或左池加入浓Fe 3+
平衡逆向移动（指针反向偏转）。

（2）①滴定操作肯定有判断终点现象。

理论分析：Ag +与SCN -反应的K 大于Fe 3+与SCN -反应的K,当Ag+反应完后，Fe 3+
开始反应时的现象，示为滴定终点。

题干提示“出现稳定的浅红色”滴定结束，颜色对应FeSCN 2+的红色。

② 取I 中所得上清液vmL 。

用c 1mol/L 的KSCN 溶液滴定，至溶液变为稳定浅红色时，消耗v 1mL ，根据滴定反应：Ag ++SCN -
AgSCN ，计算I 中上层清液中：c (Ag +)=c 1v 1v
mol/L ，根据三栏法计算，等体积混合后浓度稀释一半。

mol/L Fe 2+ + A g +
F e 3+ + A g 起始 0.02 0.01
0 转化 0.01-c 1v 1v 0.01-c 1v 1v
0.01-c 1v 1v 平衡 0.01+c 1v 1v c 1v 1v 0.01-c 1v 1v
K = c (Fe 3+) c (Fe 2+)×c (Ag +) = 0.01-c 1v 1v c 1v 1v ×(0.01+c 1v 1v
)。

(3) ①实验I 的浊液中还含有Ag ，随着滴定反应的进行， Fe 2+ + Ag + Ag+Fe 3+平衡逆向移动，则测得c (Ag +)偏大，K = c (Fe 3+) c (Fe 2+)×c (Ag +)[↗]
则K 偏小。

②建立化学平衡的原则是反应物和生成物同时存在于同一体系中。

实验II 中，题干指明“固体（Ag ）完全溶解”，无法判断体系是否达到化学平衡状态。