1、化学平衡常数化学反应进行的方向(B)(45分钟100分)一、选择题(本题包括6小题,每题7分,共42分)1. 利用下列反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是()A.5080 时,适当增大压强,有利于Ni(CO)4的生成B.该反应的平衡常数表达式是K=C.50200 范围内,该反应的平衡常数与温度无关D.利用上述原理提纯粗镍需要消耗大量的CO气体【解析】选A。A中正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动;B中固体和纯液体的浓度为定值,平衡常数表达式中不应该体现Ni的浓度;C中平衡常数与温度相关;D中CO在可逆
2、反应中循环使用。2. 化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志,在常温下,下列反应的平衡常数的数值如下:2NO(g)N2(g)+O2(g)K1=110302H2(g)+O2(g)2H2O(g)K2=210812CO2(g)2CO(g)+O2(g)K3=410-92以下说法正确的是()A.常温下,NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1=c(N2)c(O2)B.常温下,水分解产生O2,此时平衡常数的数值约为510-80C.常温下,NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NOH2OCO2D.以上说法都不正确【解析】选C。A项,应为K1=c(N2)c(O2)/c
3、2(NO),错误;B项,常温下,水分解产生O2,此时平衡常数的数值约为=510-82,错误;C项,平衡常数越大,反应向正向进行的程度越大,正确。【加固训练】下列关于化学平衡常数的说法中,正确的是()A.在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值B.当改变反应物的浓度时,化学平衡常数会发生改变C.化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关D.由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度【解析】选D。化学平衡常数只与温度有关,与浓度、压强、催化剂无关。3.(2018淮南模拟)下列对化学反应预测正确的是()选项化学反应方程式已知条件预测AM(s)X(g)+Y(s)H0它是非自发反应BW(s)+
4、xG(g)2Q(g)H0【解析】选B。根据复合判据:G=H-TS,M(s)X(g)+Y(s),固体分解生成气体,为熵增反应,H0,在高温下,能自发进行,A错误;W(s)+xG(g)2Q(g)H0时,在高温下可能自发进行,C错误;4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s)为熵减反应,常温下能自发进行,说明该反应一定是放热反应,D错误。【加固训练】分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g) H=+163 kJmol-1B.H2O2(l)O2(g)+H2O(l) H=-98 kJmol-1C.HgO(s)Hg(l)+O2(g) H=+91 kJmol-1D
5、.Ag(s)+Cl2(g)AgCl(s) H=-127 kJmol-1【解析】选B。A项,反应是熵减的吸热反应,H0,S0,在任何温度下都不能自发进行,错误;B项,反应是熵增的放热反应,H0, 在任何温度下均能自发进行,正确;C项,反应是熵增的吸热反应,H0,S0,在低温下不能自发进行,错误;D项,反应是熵减的放热反应,H0,S0,在高温下不能自发进行,错误。4.(2018广州模拟)在一定温度下,改变反应物中n(SO2)对反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)HKcKaC.上述图象可以得出SO2的含量越高得到的混合气体中SO3的体积分数越高D.a、b、c三点中,a点时SO2的转化率最高【
6、解析】选D。题图中曲线是SO2的起始物质的量与平衡时SO3的体积分数的关系,因此曲线上的所有点都是在对应条件下平衡时SO3的体积分数,A项错误;由于温度没有变化,不同平衡点的平衡常数相等,B项错误;从曲线图上可以看出平衡时SO3的体积分数随起始时SO2的物质的量的增加先增大后减小,C项错误;反应达到平衡时SO2的转化率随SO2和氧气物质的量比增加而减小,因此a、b、c三点中,a点时SO2的转化率最高,D项正确。5.已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H=Q kJmol-1,850 时在体积为10 L的反应容器中,通入一定量的CO和H2O(g)发生上述反应,CO和H2O(g)
7、浓度变化如图所示,下列叙述错误的是 ()A.850 时,04 min时平均反应速率v(CO)= 0.03 molL-1min-1B.850 时,起始时CO和H2O(g)共为1 mol,其中水蒸气的体积分数为x,则平衡时CO的转化率为y=xC.该反应在500 时进行,平衡常数为9,则Q0D.该反应能够自发进行是由熵判据决定的【解析】选D。根据图象可知,04 min时,CO的浓度从0.20 molL-1减小到0.08 molL-1,则反应速率为v(CO)=0.03 molL-1min-1,A正确;由图知850 时,K=1,起始时CO和H2O(g)共为1 mol,其中水蒸气的体积分数为x,所以H2O
8、(g)的物质的量为xmol,CO的物质的量为(1-x)mol;设平衡时CO转化了a,根据平衡常数表达式可以得出K=计算出a=x-x2,则CO的转化率y=x,B正确;计算知850 的K=1,500 时K=9,该反应放热,Q0,C正确;自发反应有能量降低的趋势,该反应为放热反应,有向正反应方向自发进行的趋势,故不仅仅由熵判据决定的,D错误。6.一定温度下,在一个容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g),经充分反应达到平衡后,生成的HI(g)的体积分数为50%,在该温度下,在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol
9、HI(g)发生反应HI(g)H2 (g)+I2(g),则下列判断正确的是()A.后一反应的平衡常数为1B.后一反应的平衡常数为0.5C.后一反应达到平衡时,H2的平衡浓度为0.25 molL-1D.后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡浓度为0.5 molL-1【解析】选B。一定温度下,将H2和I2各1 mol的气态混合物充入1 L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后生成的HI(g)的气体占总体积的50%,设转化的氢气为x mol,依据化学平衡三段式列式为 H2+I22HI起始量(molL-1) 1 1 0变化量(molL-1) x x 2x平衡量(molL-1) 1-x 1-x 2xHI(g)的
10、体积分数为50%,则100%=50%,解得x=0.5。故K=4,该温度下,在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g)H2(g)+I2(g),等效为充入H2和I2各0.5 mol,又该反应为气体体积不变的反应,故与原平衡成比例等效,则新平衡时氢气为0.5 mol=0.25 mol,HI(g)为1 mol=0.5 mol。根据平衡常数只与温度有关,结合正反应与逆反应的平衡常数成倒数关系,故2HIH2+I2的平衡常数为,又同一反应平衡常数与系数成幂次方关系,故后一反应的平衡常数为=0.5,故A错误,B正确;根据以上计算后一反应达到平衡时,H2的平衡浓度为=0.125
11、 molL-1,故C错误;根据以上计算后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡浓度为=0.25 molL-1,故D错误。二、非选择题(本题包括3小题,共58分)7.(19分)已知:反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2,不同温度下K1、K2的值如下表所示:温度K1K2973 K1.472.381 173 K2.151.67(1)从表中数据可以推断:反应是_(填“吸”或“放”)热反应。(2)现有反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),写出该反应的平衡常数K3的表达式:_。(3)根据反应与
12、,可推导出K1、K2与K3之间的关系式。据此关系式及表中数据,也能推断出反应是吸热反应还是放热反应。欲使反应在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采用的措施有_(填序号)。A.缩小反应容器容积B.扩大反应容器容积C.降低温度D.升高温度E.使用合适的催化剂F.设法减少CO的量【解析】(1)反应的平衡常数随温度的升高而增大,说明温度升高,平衡正向移动,反应的正反应为吸热反应。(2)K1= ,K2=,K3=。(3)当973 K时,K3=0.62,而当1 173 K时,K3=1.29,反应的平衡常数随温度升高而增大,故反应的正反应为吸热反应,升高温度,可使平衡正向移动;由于该反应前后气体分子数不
13、变,改变容器体积,不能使平衡发生移动;使用催化剂也不能使平衡发生移动;减少生成物的量,能使平衡正向移动。答案:(1)吸(2)K3=(3)D、F8.(19分)高炉炼铁是冶炼铁的主要方法,发生的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) H=a kJmol-1。(1)已知:Fe2O3(s)+3C(石墨,s)2Fe(s)+3CO(g)H1=+489.0 kJmol-1C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g) H2=+172.5 kJmol-1,则a=_。(2)冶炼铁的反应的平衡常数表达式为K=_,温度升高后,K值_(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)在T 时,该反应的平
14、衡常数K=64,在2 L恒容密闭容器甲和乙中,分别按下表所示加入物质,反应经过一段时间后达到平衡。Fe2O3COFeCO2甲/mol1.01.01.01.0乙/mol1.02.01.01.0甲容器中CO的平衡转化率为_。下列说法正确的是_(填字母)。a.若容器内气体密度恒定,表示反应达到平衡状态b.甲容器中CO的平衡转化率大于乙容器中的c.甲、乙容器中,CO的平衡浓度之比为23d.增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率【解析】(1)根据盖斯定律,由-3得Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)H=(489.0-172.53)kJmol-1=-28.5 kJmol-1,故a=-
15、28.5。(2)固体物质不能写入平衡常数表达式中,故K=。由于该反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数将减小。(3)设平衡时,反应用去x mol CO,则平衡时CO、CO2的物质的量分别为(1-x) mol、(1+x) mol。因化学方程式中两气体物质的化学计量数相等,所以可将物质的量直接代入平衡常数表达式中,得=64,解得x=0.6,即CO的平衡转化率为60%,平衡时CO的浓度为0.2 molL-1。由于该反应有固体参加和生成,故只要平衡发生移动,气体的质量就会发生变化,密度也就改变,所以当气体密度恒定时,反应一定达到平衡状态,a项正确;根据题给数据,可求得乙容器中平衡时CO的转化率
16、为70%,浓度为0.3 molL-1,故b项错误、c项正确。Fe2O3是固体,增加它的量对平衡无影响,故d项错误。答案:(1)-28.5(2)减小(3)60%a、c9.(20分)(能力挑战题)(1)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H”“=”或“c(2)a、c(3)25%0.05 molL-1min-1【加固训练】用NH3催化还原NxOy可以消除氮氧化物的污染。已知反应:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l)H1反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)H2(且|H1|=2|H2|)反应:4NH3(g)+6NO2(g)5N2(g
17、)+3O2(g)+6H2O(l)H3反应和反应在不同温度时的平衡常数及其大小关系如表所示。温度/K反应反应已知:K1K1,K2K2298K1K2398K1K2(1)推测反应是_反应(填“吸热”或“放热”)。(2)相同条件下,反应在2 L密闭容器内进行,选用不同的催化剂,反应产生N2的物质的量随时间的变化如图甲所示。计算04 min在A催化剂作用下,反应速率v(NO)=_。下列说法正确的是_(填字母)。a.该反应的活化能大小顺序为Ea(A)Ea(B)Ea(C)b.增大压强能使反应速率加快,是因为增加了活化分子百分数c.单位时间内HO键与NH键断裂的数目相等时,说明反应已经达到平衡状态d.若在恒容
18、绝热的密闭容器中发生反应,当K值不变时,说明反应达到平衡状态(3)一定条件下,反应达到平衡时体系中n(NO)n(O2)n(NO2)=212。在其他条件不变时,再充入NO2气体,分析NO2体积分数(NO2)的变化情况(填“变大”“变小”或“不变”):恒温恒压容器,(NO2)_;恒温恒容容器,(NO2)_。(4)一定温度下,反应在容积可变的密闭容器中达到平衡,此时容积为3 L,c(N2)与反应时间t变化曲线X如图乙所示,若在t1 min时改变一个条件,曲线X变为曲线Y或曲线Z。则:变为曲线Y改变的条件是_;变为曲线Z改变的条件是_。【解析】(1)分析表中数据可知,对反应和反应,温度升高时,K值减小
19、,平衡逆向移动,故两个反应都是放热反应,即H10,H20。反应-反应3得反应,则H3=H1-3H2=2H2-3H2=-H2,因为H20,反应是吸热反应。(2)v(NO)=v(N2)=0.375 molL-1min-1。相同时间内生成的N2越多,则活化分子数越多,活化能越低,a项错误;增大压强能使反应速率加快,是因为增加了单位体积内的活化分子数,活化分子的百分数不变,b项错误;单位时间内HO键与NH键断裂的数目相等时,说明正反应速率等于逆反应速率,反应已经达到平衡状态,c项正确;若在恒容绝热的密闭容器中发生反应,当K值不变时,说明反应中放出的热量和吸收的热量相等,反应达到平衡状态,d项正确。(3)恒温恒压容器中的平衡是等效平衡,(NO2)不变;恒温恒容容器中,再充入NO2气体,相当于增大压强,平衡正向移动,(NO2)变大。(4)曲线Y比曲线X先达到平衡,但平衡状态相同,改变的条件是加入催化剂;曲线Z,N2的浓度由2 molL-1瞬间增大到3 molL-1,容器体积应由3 L减小到2 L,改变的条件是将容器的体积快速压缩至2 L。答案:(1)吸热(2)0.375 molL-1min-1cd(3)不变变大(4)加入催化剂将容器体积快速压缩至2 L