1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。核心素养测评 二十六化学平衡常数化学反应进行的方向一、选择题(本题包括3小题,每题9分,共27分)1.(2020青岛模拟)下列说法中正确的是()A.生成物的总能量大于反应物的总能量时,H0B.已知反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K,则2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡常数为2KC.H0的反应在温度低时不能自发进行D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,不能改变化学反应进行的方向【解析】选D。H=生成物总能量-反应物总能量,当生成物的总能量大
2、于反应物的总能量时,H0,A项错误;因为相同温度下,化学计量数变为原来的n倍,则化学平衡常数为原来的n次方,所以反应2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡常数为K2,B项错误;根据G=H-TS判断,对于H0的反应,在温度低时 G0,下列有关说法正确的是()A.平衡常数表达式为K=B.增大体系压强,平衡常数K不发生变化C.升高体系温度,平衡常数K减小D.增加C(s)的量,平衡正向移动【解析】选B。平衡常数表达式应为K=,A错误;增大体系压强,温度不变,故平衡常数K不发生变化,B正确;升高体系温度,平衡正向移动,平衡常数K增大,C错误;增加C(s)的量,平衡不移动,D错误。【加固训练】(20
3、20如皋模拟)固体碘化铵置于密闭容器中,加热至一定温度后恒温,容器中发生反应:NH4I(s)NH3(g)+ HI(g)2HI(g)H2(g)+I2(g),测得平衡时c(I2)=0.5 molL-1,反应的平衡常数为20,则下列结论不正确的是()A.平衡时c(NH3)=5 molL-1B.平衡时HI分解率为20%C.混合气体的平均摩尔质量不再发生变化不可以作为判断该反应达到平衡状态的标志D.平衡后缩小容器容积,NH4I的物质的量增加,I2的物质的量不变【解析】选D。设碘化铵生成氨气和碘化氢的物质的量浓度为x。2HI(g)H2(g)+I2(g)起始(molL-1)x00变化(molL-1)10.5
4、0.5平衡(molL-1)x-10.50.5根据反应的平衡常数为20,得x(x-1)=20,解得x=5 molL-1,c(NH3)=5 molL-1,A正确;平衡时HI分解率为100%=20%,B正确;反应固体生成气体,平均摩尔质量始终不变,反应反应前后物质的量不变,平均摩尔质量始终不变,故混合气体的平均摩尔质量不再发生变化不可以作为判断该反应达到平衡状态的标志,C正确;平衡后缩小容器容积,平衡逆向移动,NH4I的物质的量增加,HI的物质的量降低,平衡逆向移动,则I2的物质的量减小,D错误。3.(2020泰安模拟)某绝热恒容容器中充入2 molL-1 NO2,发生反应2NO2(g)N2O4(g
5、)H=-56.9 kJmol-1,下列分析不正确的是()A.5 s时NO2的转化率为75%B.03 s内v(NO2)增大是因为体系温度升高C.3 s时化学反应处于平衡状态D.9 s时再充入N2O4,平衡后K较第一次平衡时大【解析】选C。分析图象可知,05 s内c(NO2)=2 molL-1-0.5 molL-1=1.5 molL-1,结合转化率的概念计算出NO2的转化率为100%=75%,A项正确;该反应的正反应是放热反应,在绝热恒容容器中,随着反应进行不断放出热量,体系温度升高,反应速率增大,故03 s内v(NO2)增大是因为体系温度升高,B项正确;3 s时二氧化氮反应速率最大,37 s时v
6、(NO2)随时间减小,7 s后v(NO2)不变,反应才处于平衡状态,C项错误;9 s时反应处于平衡状态,再充入N2O4,平衡逆向进行,体系温度降低,平衡常数增大,D项正确。二、非选择题(本题包括1小题,共23分)4.(2020石家庄模拟)科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”,其简单流程如图所示(条件及物质未标出):(1)已知:CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJmol-1、283.0 kJmol-1、285.8 kJmol-1,则上述流程中第一步反应2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g)的H=_。(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应的化学方程式为
7、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入2 L恒容密闭容器中,发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下表:时间/h1234560.900.850.830.810.800.80用H2表示前2 h内的平均反应速率v(H2)=_。该温度下,CO2的平衡转化率为_。(3)在300 、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比13通入一恒压密闭容器中发生(2)中反应,达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。(4)CO2经催化加氢可合成低
8、碳烯烃:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)H。在0.1 MPa时,按n(CO2)n(H2)=13投料,不同温度(T)下,平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系如图所示。该反应的H_(填“”或“”)0。曲线c表示的物质为_。为提高H2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是_。【解析】(1)CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJmol-1、283.0 kJmol-1、285.8 kJmol-1,据此写出热化学方程式。CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H1=-890.3 kJmol-1CO(g)+O2(g)CO2(g)H2=-283.0 k
9、Jmol-1H2(g)+O2(g)H2O(l)H3=-285.8 kJmol-1根据盖斯定律,由2-2-4可得2CH4(g)+O2(g)2CO(g)+4H2(g),则有H=2H1-2H2-4H3=(-890.3 kJmol-1)2-(-283.0 kJmol-1)2-(-285.8 kJmol-1)4=-71.4 kJmol-1。(2)恒温恒容时,气体的压强之比等于其物质的量之比,2 h时,=0.85,设消耗CO2的物质的量为x mol,则:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)V12x mol2x mol有=0.85,解得x=0.3,故前2 h内的平均反应速率v(H2)=0
10、.225 molL-1h-1。该温度下,反应进行5 h时达到平衡状态,此时=0.80,设消耗CO2的物质的量为y mol,则有=0.80,解得y=0.4,故CO2的平衡转化率为100%=40%。(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1 mol、3 mol,CO2的平衡转化率为50%,则有:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol1300转化量/mol0.51.50.50.5平衡量/mol0.51.50.50.5则平衡时p(CO2)=p(CH3OH)=p(H2O)=8 MPa= MPa,p(H2)=8 MPa=4 MPa,故该反应条件下的平衡常数Kp=。(4
11、)由图可知,随着温度的升高,n(H2)逐渐增大,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故有H0。随着温度的升高,n(H2)逐渐增大,由于H2是反应物,则另一条逐渐增大的曲线a代表CO2;C2H4(g)、H2O(g)都是生成物,随着平衡逆向移动,二者的物质的量逐渐减小,根据化学计量数的关系可知,曲线b代表H2O(g),曲线c代表C2H4(g)。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应,欲提高H2的平衡转化率,除改变温度外,还可以增大压强或不断分离出产物H2O(g)。答案:(1)-71.4 kJmol-1(2)0.225 molL-1h-140%(3)(4)”“”或“=”)。下列叙述中不能说明该反
12、应达到平衡状态的是_(填字母标号)。A.体系压强不再变化B.气体平均摩尔质量不再变化C.NH3消耗速率和CO2的消耗速率之比为21D.固体质量不再发生变化工业上合成尿素时,既能加快反应速率,又能提高原料利用率的措施有_(填序号)。A.升高温度B.加入催化剂C.将尿素及时分离出去D.增大反应体系的压强(2)汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。实验发现,NO易发生二聚反应2NO(g)N2O2(g)并快速达到平衡。向真空钢瓶中充入一定量的NO进行反应,测得温度T1和T2时NO的转化率随时间变化的结果如图2所示。在温度T2下,达到平衡时体系的总压强为200 kPa,X点N2O2
13、的物质的量分数为_,X点对应的平衡常数Kp=_(用分压表示);提高NO平衡转化率的条件为_(任答两点)。【解析】(1)由图象可知,A点时反应未达平衡,在达到平衡过程中,v(逆)增大,平衡时v(正)=v(逆),故A点的逆反应速率B点的正反应速率。A项,该反应为气体分子数减少的反应,体系压强不再变化,说明反应已达平衡状态;B项,反应不生成气体,气体平均摩尔质量不再变化,说明反应已达平衡状态;C项,NH3消耗速率和CO2的消耗速率之比始终为21,不能说明反应已达平衡状态; D项,固体质量不再发生变化,说明反应已达到平衡状态。故选C。该反应为气体体积减小的放热反应,增大压强,加快反应速率,平衡正向移动
14、,转化率增大;升高温度,平衡逆向移动,转化率减小;加催化剂或减少固体产物平衡不移动,所以既能加快反应速率,又能提高原料利用率的措施为D。(2)列“三段式”:2NO(g)N2O2(g)开始:10转化:0.880.44平衡:0.120.44X点N2O2的物质的量分数=78.6%Kp=0.086由图可知,降低温度可增大转化率,增大压强也可提高转化率。答案:(1) 2.010-7 molL-1【解析】选D。A项,pH越小,c(H+)越大,越有利于平衡正向移动,平衡时c(Cr2)越大;B项,A点c(Cr2)=0.25 molL-1,反应的c(Cr)=0.25 molL-12=0.5 molL-1,Cr的
15、平衡转化率为50%;C项,A点时,平衡常数K=1014;D项,若溶液中c(Cr2)=c(Cr),则二者约为0.33 molL-1,此时,c(H+)2.010-7 molL-1。【加固训练】煤气化是综合利用煤的一种方式,由于气体燃料燃烧更加洁净,从而能更好地去除硫等污染物,并且气体燃烧的效率比固体要高,气体容易通过管道运输。煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢,发生的主要反应为C(s)+2H2(g)CH4(g)。在V L的容器中投入a mol碳(足量),同时通入2a mol H2,控制条件使其发生上述反应,实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是()A.上述正反应
16、为吸热反应B.在4 MPa、1 200 K时,图中X点v正(H2)v逆(H2)C.在5 MPa、800 K时,该反应的平衡常数为D.工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1 000 K,主要是因为前者碳的转化率高【解析】选A。A项,由图观察,温度越高碳的平衡转化率越大,平衡正向移动,正反应为吸热反应,正确;B项,X点是未平衡时,反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,错误;C项,此时碳转化率为50%C(s)+2H2(g)CH4(g)起始量a2a0转化量0.5aa0.5a平衡量0.5aa0.5aK=,错误;D项,该选择的原因是两者转化率相差不大,但压强增大对设备要求高,能量需
17、求大,错误。2.(2020苏州模拟)t 时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)C(s)H0,按照不同配料比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是()A.t 时,该反应的平衡常数值为4B.c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行C.若c为平衡点,则此时容器内的温度高于t D.t 时,直线cd上的点均为平衡状态【解析】选C。A项,平衡常数K=0.25,错误;B项,分析图象可知,c点浓度商Qc0”或“0”)。(3)该反应的催化剂为V2O5,其催化反应过程为SO2+V2O5SO3+V2O4K1O2+V2O4V2O5K2则在相同温度下2SO2(g
18、)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数K=_(以含K1、K2的代数式表示)。V2O5加快反应速率的原因是_,其催化活性与温度的关系如图2。(4)在7.0% SO2、11% O2、82% N2(数值均为气体体积分数)时,SO2平衡转化率与温度、压强的关系如图3,则列式计算460 、1.0 atm下,SO2(g)+O2(g)SO3(g)的Kp=_(已知:各气体的分压=总压各气体的体积分数)。(5)综合第(3)、(4)题图给的信息,工业生产最适宜的温度范围为_,压强通常采用常压的原因是_。【解析】(1)根据图1可知,随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,(SO3)逐渐增大,当两者恰好完全反应时,(
19、SO3)达到最大值;随着n(SO2)/n(O2)的继续增大,(SO3)又逐渐减小,故b点n(SO2)/n(O2)=2。温度不变,平衡常数不变,A不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,(SO3)先逐渐增大后又逐渐减小,SO3的平衡产率也是先增大后逐渐减小,B不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,平衡不断向正反应方向移动,O2的平衡转化率逐渐增大,C不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,平衡不断向正反应方向移动,但是SO2的平衡转化率逐渐减小,D符合题意。(2)lg Kp=-4.645 5,随着温度T的增大而减小,则Kp随着温度T的增大而减小,说明升高温度
20、,平衡逆向移动,正反应为放热反应。(3)根据盖斯定律,将两方程式相加后再乘以2得2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),则K=(K1K2)2。催化剂降低反应的活化能,活化分子百分数增大,有效碰撞几率提高,反应速率加快。(4)各气体的分压=总压各气体的体积分数,起始时SO2的分压为0.070 atm,O2的分压为0.11 atm,SO3的分压为0 atm,平衡时,SO2的分压为0.070(1-0.97) atm=0.002 1 atm,O2的分压为(0.11-0.0700.97)atm0.076 atm,SO3的分压为0.0700.97 atm=0.067 9 atm,Kp=117。(5)根据图2,催化剂在500 左右催化活性最高,根据图3,增大压强,SO2的平衡转化率增大不明显,常压下SO2的平衡转化率已经很高,再增大压强,对设备要求较高。答案:(1)2D(2)0(3)(K1K2)2降低反应的活化能,活化分子百分数增大,有效碰撞几率提高 (4)117(5)400500 常压下SO2的平衡转化率已经很高,再增大压强,对设备要求较高关闭Word文档返回原板块