1、课时规范练25化学平衡常数化学反应的方向一、选择题:本题共7小题,每小题只有一个选项符合题目要求。1.(2021江苏徐州考前模拟)NO2与N2O4能相互转化,热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)H=+57 kJmol-1,下列有关说法正确的是()A.升高体系温度正反应速率增大,逆反应速率也增大B.若容器容积不变,气体密度不变说明该反应建立化学平衡C.其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,的值变大D.增大体系的压强能提高N2O4的反应速率和转化率2.(2021山东实验中学西校区检测)三氯氢硅(SiHCl3)是光伏产业的一种关键化学原料,制备反应的化学方程式为Si(s)+3HCl
2、(g)SiHCl3(g)+H2(g),同时还有其他副反应发生。当反应体系的压强为0.05 MPa时,分别改变进料比n(HCl)n(Si)和反应温度,二者对SiHCl3产率影响如图所示。下列说法正确的是()A.降低压强有利于提高SiHCl3的产率B.制备SiHCl3的反应为放热反应C.温度为450 K,平衡常数:K(x)K(y)K(z)D.增加HCl的用量,SiHCl3的产率一定会增加3.(2021广东四校联考)已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-m kJmol-1。在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2,测得不同温度下,NH3的物质的量分数随时间变化如图所示。下
3、列有关说法正确的是()A.H0,T2T1B.达到平衡时,T1温度对应反应放出热量为m kJC.平衡时,通入氩气平衡正向移动D.KaKNC.当温度高于250 时,催化剂的催化效率降低是因为平衡逆向移动引起的D.若初始投料比n(H2)n(CO2)=31,则图中M点的乙烯体积分数约为7.7%6.(2021辽宁葫芦岛二模)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数(CH4)与Z和温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是()A.该反应的焓变H3bC.图中X点对应的平衡混合物中3D.温度不变时,图中X点对应的
4、平衡在加压后(CH4)减小7.(2021山东淄博三模)甲醇与SO3在有水条件下生成硫酸氢甲酯的反应部分历程如图所示。CH3OH(g)+SO3(g)CH3OSO3H(g),其中粒子间的静电作用力用“”表示。下列说法错误的是()A.水合CH3OH分子比水合SO3分子更稳定B.反应历程中最大能垒(活化能)为6.62 eVC.d到f转化的实质为质子转移D.在反应过程中,水起催化作用二、非选择题:本题共2小题。8.(2021福建名校联盟开学考试)羰基硫(COS)广泛存在于煤、石油和天然气为原料的化工生产中,不经处理直接排放会引起大气污染,石油化工中产生的羰基硫可通过以下方法脱除。.干法脱除:在催化剂存在
5、下,COS和H2可发生两个平行反应:.COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)H1=-17 kJmol-1.COS(g)+4H2(g)H2S(g)+CH4(g)+H2O(g)H2(1)已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+206 kJmol-1,则H2=。(2)T1时,向10 L恒容密闭容器中充入1 mol COS和4 mol H2,发生反应和。5 min时达到平衡,测得体系压强减少了20%,CO的体积分数为10%且其平衡分压为p1。05 min内,v(COS)=。反应的平衡常数K=。若在起始温度为T1的绝热容器中重复上述实验,H2的平衡分压p2p1(填“”“=
6、”或“”“=”或“”“=”或“”)0。一定温度下,按进料比n(NH3)n(NO)=11,匀速通入装有锰、镁氧化物作催化剂的反应器中反应。反应相同时间,NO的去除率随反应温度的变化曲线如上图。NO的去除率先迅速上升的主要原因是;当反应温度高于380 时,NO的去除率迅速下降的原因可能是。参考答案课时规范练25化学平衡常数化学反应的方向1.A解析升高体系温度,正、逆反应速率均增大,A正确;反应物和反应产物均为气体,若容器容积不变,气体密度始终不变,故密度不变不能说明该反应建立化学平衡,B错误;K=,平衡常数只与温度有关,故其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,的值不变,C错误;若恒容条
7、件下加入惰性气体,虽然能增大体系的总压强但反应物所具有的分压不变,浓度不变,平衡不移动,则反应速率和转化率不变,D错误。2.B解析反应Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)的正反应为气体体积减小的反应,降低压强平衡向气体体积增大的方向移动,则降低压强平衡向逆向移动,SiHCl3的产率会降低,故A错误;根据图示可知,升高温度时SiHCl3的产率会降低,则升温平衡向逆向移动,逆向为吸热反应,则正向为放热反应,故B正确;平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数不变,则温度为450K时,平衡常数:K(x)=K(y)=K(z),故C错误;由图示可知,当n(HCl)n(Si)的进料比由11
8、增大到31时,SiHCl3的产率是增加的,当增大到61时,SiHCl3的产率反而减小,故D错误。3.D解析根据“先拐先平数值大”知,T1T2,升高温度平衡逆向移动,H0,A错误;反应是可逆反应,转化率达不到100%,达到平衡时,T1温度对应反应放出的热量少于mkJ,B错误;平衡时,通入氩气容器压强增大,但是反应物和反应产物的分压不变,平衡不移动,C错误;化学平衡常数只与温度有关,H0,升高温度平衡逆向移动,T1T2,KaKc,D正确。4.C解析该反应一定条件下能自发,即可以满足H-TS0,该反应为气体体积减小的反应,S0,则只有H0才可能满足GKN,B正确;温度高于250时,催化剂催化效率下降
9、,是因为温度升高使催化剂活性下降,而不是平衡移动的原因,C错误;由图示知,M点的CO2平衡转化率为50%,设起始时H2的物质的量为3mol,CO2的物质的量为1mol,列三段式如下:6H2+2CO2CH2CH2+4H2O起始/mol3100转化/mol1.50.50.251平衡/mol1.50.50.251则平衡时乙烯的体积分数=100%7.7%,D正确。6.C解析由题图可知,温度越高,(CH4)越小,则升高温度,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,该反应的焓变H0,A错误;起始=Z,Z越大,即H2O促进CH4转化的程度越大,(CH4)越小,则图中Z的大小为b3a,B错误;起始=Z=3,转化时C
10、H4(g)、H2O(g)以等物质的量转化,则X点对应的平衡混合物中3,C正确;该反应为气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,则温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后(CH4)增大,D错误。7.A解析根据图示可知b为水合CH3OH分子,c为水合SO3分子,c的能量更低,所以水合SO3分子更稳定,A错误;由图可知反应历程中的最大能垒(活化能)为3.66eV-(-2.96eV)=6.62eV,B正确;d到f的过程中甲醇中羟基上的氢原子转移到水分子中,水分子中的一个氢原子转移到CH3OSO3H分子中,实质为质子转移,C正确;反应前后水的质量和化学性质未发生变化,形成的水合分子降低了能垒,则水为该
11、反应的催化剂,D正确。8.答案(1)-223 kJmol-1(2)0.018 molL-1min-12.25反应和均为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,氢气的转化率降低,H2的平衡分压增大(3)不变随着反应的进行,OH-浓度不断减小,但曲线的斜率(代表反应速率)不变(4)COS+4Br2+12NaOHNa2CO3+Na2SO4+8NaBr+6H2O解析.(1)已知:COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)H1=-17kJmol-1;:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+206kJmol-1;根据盖斯定律,由-可得COS(g)+4H2(g)H2S(g)+CH4(g)+
12、H2O(g)H2=-17kJmol-1-206kJmol-1=-223kJmol-1。(2)设平衡时体系内n(CO)=xmol,初始投料为1molCOS和4molH2,根据反应方程式COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)可知,此反应消耗的n(COS)=n(H2)=xmol,生成的n(H2S)=xmol;设平衡时体系内n(COS)=ymol,则反应消耗的n(COS)=(1-x-y)mol,根据方程式COS(g)+4H2(g)H2S(g)+CH4(g)+H2O(g)可知,此反应消耗的n(H2)=4(1-x-y)mol,生成的n(H2S)=n(CH4)=n(H2O)=(1-x-y)mol;
13、所以此时容器中n(COS)=ymol,n(H2)=4mol-xmol-4(1-x-y)mol=(3x+4y)mol,n(CO)=xmol,n(H2S)=xmol+(1-x-y)mol=(1-y)mol,n(CH4)=n(H2O)=(1-x-y)mol;达到平衡时测得体系压强减少了20%,恒容密闭容器压强之比等于气体的物质的量之比,所以,平衡时CO的体积分数为10%,所以,解得x=0.4mol,y=0.1mol;所以平衡时n(COS)=0.1mol,n(H2)=1.6mol,n(CO)=0.4mol,n(H2S)=0.9mol,n(CH4)=n(H2O)=0.5mol。根据分析可知平衡时n(CO
14、S)=0.1mol,所以n(COS)=0.9mol,容器容积为10L,所以v(COS)=0.018molL-1min-1;根据分析可知平衡时n(COS)=0.1mol,n(H2)=1.6mol,n(CO)=0.4mol,n(H2S)=0.9mol,反应前后气体物质的量之和相等,所以可以用物质的量来代替浓度计算平衡常数,K=2.25;反应和均为放热反应,反应过程中温度升高,平衡逆向移动,氢气的转化率降低,平衡分压增大,所以p2p1。.(3)随着反应的进行,OH-浓度不断减小,但曲线的斜率(代表反应速率)不变,说明增大NaOH溶液的初始浓度,COS的吸收速率不变。(4)溴水具有氧化性,可以将COS
15、中硫元素氧化成硫酸根,根据电子守恒和元素守恒可得方程式为COS+4Br2+12NaOHNa2CO3+Na2SO4+8NaBr+6H2O。9.答案(1)-240.3 kJmol-1(2)0.04 molL-1min-1=(3)(kPa)-1(4)催化剂活性增强催化剂失活(或温度上升平衡逆向移动)解析(1)由于反应热与反应途径无关,只与物质的始态和终态有关,将,整理可得3NO(g)+O3(g)3NO2(g),H4=H1-H3=-240.3kJmol-1。(2)设5min时生成O3的物质的量为x,在同温同体积条件下,气体的物质的量n与压强p成正比,则0.9n起始(O2)=n平衡(O2)+n平衡(O3
16、),0.91mol=(1-)mol+x,解得x=0.2mol,所以O3的生成速率v(O3)=0.04molL-1min-1。平衡时O2的物质的量n平衡(O2)=1mol-0.2mol=0.7mol,平衡时O2的转化率(O2)=100%=30%。(3)由题给数据可知,若只进行反应,反应平衡时n(NO2)应为1.8mol,实际为1mol,则有0.8molNO2发生反应生成0.4molN2O4,反应平衡时,n(NO)=0.2mol,n(O2)=0.1mol,n(NO2)=1mol,n(N2O4)=0.4mol,p平(NO2)=p(总)=pkPa,p平(N2O4)=pkPa,所以常温下反应的平衡常数Kp=(kPa)-1。(4)根据该反应的平衡常数与温度的关系式lgKp=5.0+可知,随着温度升高,平衡常数降低,说明升高温度,化学平衡逆向移动,所以该反应的正反应为放热反应。该反应为放热反应,随反应温度变化,在反应开始时迅速上升是因为催化剂活性增强;当反应温度高于380时,NO的去除率迅速下降的原因可能是催化剂失去催化活性或温度上升平衡逆向移动。