1、课时分层提升练 二十三化学平衡常数化学反应进行的方向一、选择题1.(2019潮州模拟)水的三态的熵值的大小关系正确的是()A.S(s)S(l)S(g)B.S(l)S(s)S(g)C.S(g)S(l)S(s)D.S(g)S(s)S(l)【解析】选C。按H2O(g)H2O(l)H2O(s),水分子的排列越来越有序,水分子的运动范围越来越小,故混乱度越来越小,其熵越来越小。2.(2019咸阳模拟)下列变化过程中,H0的是()A.2SO32SO2+O2B.2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)C.NH4NO3(s)N(aq)+N(aq)D.Cl22Cl【解析】选B。乙烷燃烧是放热
2、反应,反应后气体分子数量增加,所以该反应过程中,H0。3.(2019武汉模拟)在25 时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:物质XYZ初始浓度/molL-10.10.20平衡浓度/molL-10.050.050.1则25 时,反应X+3Y2Z的平衡常数为()A.500B.600C.1 200D.1 600【解析】选D。25 ,K=1 600 L2mol-2,故D正确。4.(2019衡水模拟)已知下列反应在常温下均为非自发反应,则在高温下仍为非自发的是()A.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)B.Fe2O3(s)+C(s)2Fe(s)+CO2(g)C.N2O4(g)2N
3、O2(g)D.6C(s)+6H2O(l)C6H12O6(s)【解析】选D。在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。对于同一种物质而言, S(g)S(l)S(s)。A、C都是分解反应,都是吸热反应,即H0,又是熵增反应,即S0,因此当高温时可能有H-TS0,故在高温下可自发进行,而B也是熵增反应,也是吸热反应,同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应,温度越高,则H-TS的值越大,因此在高温下不能自发进行。5.(2019西安模拟)反应C(s)+2H2(g)CH4(g)在1 000 K时Kp=9 955.75,当总压为101
4、Kpa,气体组成是H2 70%,CH4 20%,N2 10%时,上述反应()A.正向移动B.逆向移动C.达到平衡D.不一定【解析】选A。Qp= =4.0410-6 Pa-1,可见QpK2K1【解析】选A。实验中,2A(g)+B(g)2D(g)起始(molL-1) 1 0.5 0反应(molL-1)0.50.25 0.5平衡(molL-1)0.5 0.25 0.5化学平衡常数为K=4,温度不变,平衡常数不变,实验达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,则此时容器中c(A)=1 molL-1,c(B)=0.25 molL-1,c(D)=1 molL-1,此时浓度商Qc=4=K
5、,平衡不发生移动,故A正确;B.升高温度,增大了分子的能量,增加了活化分子百分数,使反应速率加快,但反应的活化能不变,故B错误;C.根据理想气体状态方程pV=nRT,反应起始时向容器中充入2 mol A和1 mol B,实验达平衡时,n(D)=1 mol,根据反应方程式,则平衡时n(A)=1 mol,n(B)=0.5 mol,实验达平衡时,n(D)=1.5 mol,根据反应方程式,n(A)=0.5 mol,n(B)=0.25 mol,则实验达平衡后容器内的压强与实验达平衡后容器内的压强之比为=,故C错误;D.反应为2A(g)+B(g)2D(g),比较实验和,温度升高,平衡时D的量减少,化学平衡
6、向逆反应方向移动,则 K3K1,温度相同,平衡常数相同,则K1=K2,综上,则平衡常数的关系为 K30,经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的部分数据见下表:时间/s0204080100n(A)/mol0.400.200.10n(B)/mol00.240.600.60下列说法正确的是()A.040 s的平均反应速率v(B)=0.01 molL-1s-1B.T K时该反应的平衡常数为3.6C.相同条件下,若起始时充入0.80 mol A,则达到平衡时c(B)小于0.60 molL-1D.相同条件下,若起始时向容器中充入0.05 mol A、0.70 mol B,则反应达到平衡前v(正)v(逆)
7、【解析】选C。040 s的平均反应速率v(B)=2v(A)=2=0.005 molL-1s-1,A项错误;100 s时反应处于平衡状态,平衡常数K=1.8,B项错误;相同条件下,若起始时投入0.80 mol A,则达到的平衡相当于原平衡缩小一半容器体积的效果,平衡向左移动,C项正确;Qc=4.91.8,达到平衡前反应逆向进行,故反应达到平衡前v(正)K2,放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动,所以温度t2大于t1。答案:(1)3小于(2)B7/3大于放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动12.汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致:N2(g)+O2(g)2N
8、O(g)H0已知该反应在2 404 时,平衡常数K=6.410-3。请回答下列问题。(1)该反应的平衡常数表达式为_。(2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2和O2各1 mol,平衡时,N2的转化率是_%(保留整数)。(3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.510-1 molL-1、4.010-2 molL-1和3.010-3 molL-1,此时反应_(填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),理由是_。(4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中,下图变化趋势正确的是_。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡
9、状态后再向其中充入一定量的NO,重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比,此时平衡混合气中NO的体积分数_(填“变大”“变小”或“不变”)。【解析】(2)N2(g)+O2(g)2NO(g)起始/mol 1 1 0变化/mol x x 2x平衡/mol 1-x 1-x 2xK=6.410-3,得x0.04,N2的转化率为100%=4%。(3)Qc=9.010-46.410-3,所以反应向正反应方向进行。(4)由于该反应的正反应是吸热反应,所以升高温度,化学平衡正向移动,化学平衡常数增大,A项正确;加入催化剂,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,但NO的平衡浓度不变,B项错误;升高温度,平衡
10、正向移动,氮气的转化率提高,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,C项正确。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量的NO,由于该反应是反应前后气体体积相等的反应,故建立的平衡与原平衡等效,平衡混合气中NO的体积分数不变。答案:(1)K=(2)4(3)向正反应方向进行Qc=9.010-4K1C.c(CO)2=c(H2O)2D.c(CO)1c(CO)2【解析】选C。升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数K2K1,K1、K2单位均为1,c(CO)10,H-TS0B.H0C.H0,H-TS0D.H0,H-TS0【解析】选A。当此反应在某温度下自发
11、向右进行时,H-TS0,即H- TS0,故只有H0时,才可能满足条件。4.298 K时,下列反应的平衡常数如下:N2(g)+O2(g)2NO(g),K1=110-302H2(g)+O2(g)2H2O(g),K2=210-822CO2(g)2CO(g)+O2(g), K3=410-92则常温下NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是()A.B.C.D.不能判断【解析】选B。NO分解的K=1030,H2O分解的K=0.51082,根据K越大反应进行的越完全、彻底,B项正确。5.(2019洛阳模拟)对于可逆反应 SiO2(s)+C(s)+N2(g)Si3N4(s)+CO(g)(未配平)
12、H0,下列叙述正确的是()A.该反应的氧化剂为N2,还原产物为COB.增加焦炭的用量,生成氮化硅的反应速率增大C.反应中每生成0.1 mol Si3N4转移的电子为1.2 molD.反应的平衡常数可表示为K=,升高温度K减小【解析】选C。由产物CO可知,SiO2与C化学计量数之比为12 由产物Si3N4可知SiO2与N2化学计量数之比为32,所以SiO2、C、N2化学计量数之比为362,令SiO2的化学计量数为3,结合元素守恒可知Si3N4、CO化学计量数分别为1、6,配平后方程式为3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g)H0。在氮化硅的合成反应中,氮元素的化合
13、价由0价降低到-3价,所以氮气是氧化剂;碳元素的化合价升高,被氧化成CO,CO是氧化产物,故A错误;增加焦炭的用量,气体的浓度不变,反应速率不变,故B错误;氮元素的化合价总共降低了4(3-0)=12价,所以每生成1 mol Si3N4,N2得到12 mol电子,当生成0.1 mol Si3N4时转移电子的物质的量为1.2 mol,故C正确;此反应的平衡常数K=,对于放热反应,升高温度,平衡常数减小,故D错误。6.已知在等温条件下,化学反应方向的判据为:H-TS0 反应能逆向自发进行(其中H为焓变,S为熵变,T为热力学温标,单位为K)设反应A(s)D(g)+E(g)H-TS=(-4 500+11
14、T)Jmol-1,要防止反应发生,温度必须()A.高于409 KB.低于136 KC.高于136 K而且低于409 KD.低于409 K【解析】选A。要防止反应发生,需满足H-TS0的条件,解不等式得T409 K。7.(2019临沂模拟)某温度下,反应2A(g)B(g)+C(g)的平衡常数为1,在容积为2 L的密闭容器中加入A(g),20 s时测得各组分的物质的量如下表物质A(g)B(g)C(g)物质的量/mo11.20.60.6下列说法正确的是()A.反应前20 s的平均速率为v(A)=0.6 molL-1s-1B.20 s时,正反应速率等于逆反应速率C.达平衡时,A(g)的转化率为100%
15、D.若升高温度,平衡常数将变为0.5,则反应的H0【解析】选D。根据题意可知,20 s内消耗A是1.2 mol,所以A的反应速率是=0.03 molL-1s-1,A项错误;20 s时,A、B、C的浓度分别是(molL-1) 0.6、0.3、0.3,所以此时=0.250,所以该反应常温下不自发进行。 (3)裂解为炭黑和H2时,H-TS=74.848 kJmol-1-80.67410-3 kJmol-1K-1T927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,H-TS=376.426 kJmol-1-220.21110-3 kJmol-1K-1T1 709.4 K,即温度高于1
16、 790.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.81 790.4 K。答案:(1)高温(2)不能自发进行(3)927.81 790.4 K(4)C10.(2019郴州模拟)()已知在448 时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49,则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为_;反应H2(g)+I2(g)HI(g)的平衡常数 K3为_。()在一定体积的密闭容器中进行化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数和温度的关系如下表所示:t/7008008301 0001 200K0.60.91.01.
17、72.6回答下列问题:(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=_。(2)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。(3)某温度下,平衡浓度符合下式c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O),试判断此时的温度为_。(4)在800 时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为:c(CO2) =2 molL-1,c(H2)=1.5 molL-1,c(CO)=1 molL-1,c(H2O)=3 molL-1,则下一时刻,反应向_(填“正向”或“逆向”)进行。【解析】()第2个反应与第1个反应互为可逆反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化学计量数与第1个反应相比缩小一半,平衡常数也会发生变
18、化得 K3=。()通过表中K和温度t的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热反应。当c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O)时,K=1,此时温度由表中数据可知为830 。判断反应进行的方向时,可根据Qc与K的大小关系判断,此时刻=10.9,所以反应向逆反应方向进行。答案:()7()(1)(2)吸热(3)830(4)逆向11.合成氨工业的核心反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=Q kJmol-1。反应过程中能量变化如图所示,回答下列问题:(1)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化:E1_,E2_。(填“增大”“减小”或“不变”
19、)(2)在500 、2107 Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5 mol N2和1.5 mol H2,充分反应后,放出的热量_(填“”或“=”)46.2 kJ,理由是_。(3)下列关于该反应的说法中,正确的是_(填字母)。A.H0,S0B.H0,S0C.H0D.H0,S0(4)将0.45 mol H2(g)和0.15 mol N2(g)放入1 L密闭容器中,在500 、2107 Pa下达到平衡,测得N2为0.10 mol,H2为0.30 mol,NH3为0.10 mol。则该条件下达到平衡时H2的转化率为_。该温度下的平衡常数K=_。若升高温度,K值_(填“增大”“减小”或“不变”)。
20、(5)在上述(4)反应条件的密闭容器中,欲提高合成氨的转化率,下列措施可行的是_(填字母)。A.向容器中按原比例再充入原料气B.向容器中充入惰性气体C.改变反应的催化剂D.分离出氨【解析】(1)在反应体系中加入催化剂,降低了活化能,故E1和E2均减小。(3)根据题给的图象可以看出合成氨的反应为放热反应,故H0;又因为合成氨的反应为气体体积减小的反应,故S0。(4)根据“三段法”进行计算:N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)起始浓度(molL-1):0.150.45 0改变浓度(molL-1):0.050.15 0.10平衡浓度(molL-1):0.10 0.30 0.10故达到平衡时H2的
21、转化率为100%=33.3%。该温度下,平衡常数K=3.7;若升高温度,平衡向逆反应方向移动,故K值将减小。(5)向容器中按原比例再充入原料气,相当于增大压强,平衡正向移动;分离出氨气,平衡正向移动;而向容器中再充入惰性气体、改变反应的催化剂均不能使平衡发生移动。答案:(1)减小减小(2) 此反应为可逆反应,0.5 mol N2和1.5 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于46.2 kJ(3)D(4)33.3%3.7减小(5)AD12.(新题预测)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂,可由NO和Cl2反应得到,化学方程式为:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)。(1)氮氧
22、化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯,涉及如下反应:2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)设反应对应的平衡常数依次为K1、K2、 K3,则K1、K2、 K3之间的关系为_。(2)300 时,2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。正反应速率的表达式为v正=kcn(NOCl)(k为速率常数,只与温度有关),测得速率与浓度的关系如表所示:序号c(NOCl)/molL-1v/molL-1s-10.303.6010-90.601.4410-
23、80.903.2410-8n=_,k=_。(3)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g),在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示:反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)=_ molL-1min-1。T2时该反应的平衡常数K为_。Cl2的平衡转化率为_。(4)在密闭容器中充入NO(g)和Cl2(g),改变外界条件温度、压强、与催化剂的接触面积,NO的转化率变化关系如图B所示。X代表_。【解析】(1)根据盖斯定律知,2-=,从而可推知平衡常数之间的关系。(2)将组数据代入表达式计算,=4,解得n=2。再代入任意一组数据可计算出K值。(
24、3)10 min时,c(NOCl)=1 molL-1,则转化的NO的物质的量为1 mol,则v(NO)=0.1 molL-1min-1。平衡常数K=2。Cl2的平衡转化率为100%=50%。(4)根据图A,T2下反应速率较大,说明T2大于T1,而T2下达到平衡状态时,c(NOCl)较小,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,故正反应是放热反应。观察图B,随着X的增大,NO的转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,该可逆反应的正反应是气体分子数减小的反应,且正反应是放热反应,X代表压强或。与催化剂的接触面积大小只影响化学反应速率,不会使平衡移动,即不改变转化率。答案:(1)K2 K3=(2)24.010-8 L mol-1s-1(3)0.1250%(4)压强或
