1、化学平衡常数化学反应进行的方向(A)(45分钟100分)一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)1.下列反应在任意温度下一定能自发进行的是()A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2B.NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)H0D.X2Y2(s)X2(g)+Y2(g)H0,S0,低温下不能自发进行,故A错误;反应是放热反应H0,S0,S0,低温下不能自发进行,故C错误;反应是放热反应H0,任意温度下能自发进行,故D正确。【易错提醒】反应自发进行的判断误区(1)反应能否自发进行,需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。(2)复合判据H-TSv(逆)D.恒温恒容下,向容器中再充入少
2、量G(g),达新平衡时,G的体积百分含量将增大【解析】选D。由化学方程式可知,该反应为反应后气体分子总数减小的反应,故该反应为熵减反应,A项错误;正反应和逆反应的平衡常数互为倒数,故25 时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数是210-5,B项错误;80 时,浓度商为=82,平衡逆向移动,v(逆)v(正),C项错误;再充入G(g),相当于对该反应加压,反应正向移动,G(g)的百分含量增大,D项正确。【加固训练】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下列说法错误的是()
3、A.反应达到平衡时,X的转化率为50%B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1 600C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大D.改变温度可以改变此反应的平衡常数【解析】选C。X、Y的反应量分别为0.05 molL-1、0.15 molL-1,Z的生成量为0.1 molL-1,则该反应的化学方程式为X+3Y2Z。显然X的转化率为50%;平衡常数K= =1 600;平衡常数仅受温度的影响,不受压强、浓度的影响,所以C项错误,D项正确。4.甲醇汽油是一种新能源清洁燃料,工业上可用CO和H2制取甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=bkJmol-1,曲线、是CO
4、的转化率与反应物投料比及温度的图象,下列有关叙述不正确的是 ()A.bKAC.若反应的c(CO)始=1 molL-1、投料比为0.5,A点的平衡常数KA=1D.降低温度和增大压强都可以提高CO转化率【解析】选B。由图象可知,一氧化碳转化率随温度升高而减小,说明平衡逆向移动,正反应为放热反应,b0,A正确;A、B点温度相同,故平衡常数相同,B错误;若反应的c(CO)始=1 molL-1、投料比为0.5,则c(H2)始=2 molL-1, CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)起始量(molL-1) 1 2 0变化量(molL-1) 0.5 1 0.5平衡量(molL-1) 0.5 1 0.5A
5、点的平衡常数KA=0.5/(0.512)=1,C正确;该反应正向放热且气体的物质的量减小,故降低温度和增大压强都可以使平衡正向进行,提高CO转化率,D正确。5.一定温度下,在密闭容器中X、Y、Z、W四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示,下列说法不正确的是()物质XYZW初始浓度/molL-10.50.500平衡浓度/molL-10.10.10.40.4A.反应达到平衡时,X的体积分数为10%B.该温度下反应的平衡常数K=16C.保持温度不变增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动D.若X、Y的初始浓度均为0.8 molL-1,则相同条件下达到平衡,W的浓度为0.64 molL-1【解析】选
6、C。根据表中所给数据,可得反应方程式为X(g)+Y(g)Z(g)+W(g),反应达到平衡时,X的体积分数为100%=10%,A选项正确;K=16,B选项正确;这是一个反应前后气体分子数不变的反应,增大压强正、逆反应速率都增大,但平衡不移动,C选项错误;设达平衡时W的浓度为c molL-1(0c0.8),则16=,解得c=0.64,D选项正确。6.在两个固定体积均为1 L密闭容器中以不同的氢碳比充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)H。CO2的平衡转化率(CO2)与温度的关系如图所示。下列说法正确的是 ()A.该反应在常温下不可能自发进
7、行B.氢碳比,X2.0C.若起始时,CO2、H2浓度分别为0.5 molL-1、1.0 molL-1,则可得P点,对应温度的平衡常数的值为512D.向处于P点状态的容器中,按2414的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,再次平衡后(CO2)减小【解析】选C。由图可知,随温度升高,CO2的平衡转化率减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,即H0,另外据反应可知S2.0,B错误;由图可知,P点平衡时二氧化碳转化率为0.50,氢碳比为2.0,根据三段式可计算出此时的平衡常数为512,C正确;向处于P点状态的容器中,按2414的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,此时平衡正向
8、移动,再次平衡后,(CO2)增大,D错误。【互动探究】(1)其他条件不变的情况下,增大容器的体积CO2的转化率将_。提示:减小。该反应正向气体的物质的量减小,增大容器的体积,压强减小,平衡逆向移动,CO2的转化率减小。(2)CO2和H2的转化率相等时,X=_。提示:3。当CO2和H2的物质的量之比等于化学计量数之比时,两者的转化率相等,即X=3。7.(能力挑战题)化学平衡状态、的相关数据如表:编号化学方程式平衡常数温度979 K1 173 KFe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)K11.472.15CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K21.62bFe(s)+H2O(g)
9、FeO(s)+H2(g)K3a1.68根据以上信息判断,下列结论错误的是()A.abB.增大压强,平衡状态不移动C.升高温度平衡状态向正反应方向移动D.反应、均为放热反应【解析】选C。反应、的平衡常数分别为K1=,K2=,K3=,同温度下,K2=,K3=K1K2,979 K时,平衡常数a=1.471.622.38, 1 173 K时平衡常数b=0.78。计算分析可知ab, A正确;反应 是气体体积不变的反应,增大压强平衡不移动,B正确;反应平衡常数随温度升高而减小,平衡逆向进行,C错误;反应 的平衡常数随温度升高而减小,说明正反应为放热反应,反应平衡常数随温度升高而减小,说明正反应为放热反应,
10、D正确。二、非选择题(本题包括3小题,共58分)8.(19分)在体积为1 L的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),化学平衡常数K与温度T的关系如下表:T/7008008501 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题:(1)升高温度,化学平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。a.c(CO2)=c(CO)b.K不变c.容器中的压强不变d.v正(H2)=v正(CO2)e.c(H2)保持不变(3)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O),此时的
11、温度为_;在此温度下,若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O,则此时反应所处的状态为_(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。【解析】(1)由表格数据可得,随着温度升高,平衡常数增大,说明化学平衡向正反应方向移动;(2)a.达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO),反之相等时也不一定处于平衡状态,不正确;b.温度不变K不变,不正确;c.此反应不论是否平衡,压强均不改变,故不正确;d.v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致,故不能判断是否达到平衡;e.达到平衡时,各种反应物、生成物的浓度保持不变。
12、(3)由c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O),则计算出K=1.0,即此时温度为850 ,此温度下=0.94”“=”或“”“=”或“0,据H-TS知,吸热的熵增反应在高温下能自发进行。(3)升高温度K2减小,说明升温平衡逆向移动,反应是放热反应。升温平衡逆向移动,v(逆)大于v(正),H2的体积分数减小,A错,B正确;温度越高,反应速率越快,则T2T1,C正确;铁为固体,其含量不影响平衡转化率和反应速率,D正确。答案:(1)50%0.5 molL-1min-1(2)1.50(3)B、C、D10.(20分)(能力挑战题)无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。N2O4与N
13、O2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)H=+24.4 kJmol-1(1)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中,下述现象能说明反应达到平衡的是_。a.v正(N2O4)=2v逆(NO2)b.体系颜色不变c.气体平均相对分子质量不变d.气体密度不变达到平衡后,保持体积不变升高温度,再次达到平衡时,则混合气体颜色_(填“变深”“变浅”或“不变”),判断理由是_。(2)平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压物质的量分数例如:p(NO2)=p总x(NO2)。写出上述反应平衡常数K表达式:_(用p总、各气体物质的量分数x表示);影响K的因
14、素为_。(3)上述反应中,正反应速率v(正)=k正p(N2O4),逆反应速率v(逆)=k逆p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为_(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa),已知该条件下,k正=4.8104 s-1,当N2O4分解10%时,v(正)=_kPas-1。【解析】(1)=,不是化学计量数之比,a错误;颜色不变,说明c(NO2)不变,b正确;=,均是气体,m(气)不变,平均相对分子质量不变,说明n(气)不变,达到平衡,c正确;气体的质量不变,容器体积不变,密度始终不变,d错误。该反应正反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,c(NO2)增大,颜色加深。(2)K=,将c(NO2)、c(N2O4)换成p(NO2)、p(N2O4),影响平衡常数的因素只有温度。(3)Kp=,达到平衡时v(正)=v(逆),Kp=。设N2O4 为1 mol,分解减少0.1 mol,剩余0.9 mol,生成NO2为0.2 mol,v(正)=k正p(N2O4)=4.8104 s-1100 kPa=3.9106 kPas-1。答案:(1)b、c变深正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深(2)p总x2(NO2)/x(N2O4)温度(3)k正/k逆3.9106
