2021届一轮复习人教版化学平衡常数化学反应进行的方向作业(1) 12页

化学平衡常数　化学反应进行的方向 ‎[A级　全员必做题]‎ ‎1.T ℃时可逆反应mA(g)＋nB(s)pC(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是(　　)‎ A.K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大 B.若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大 C.K＝ D.如果m＋n＝p，则K＝1‎ 解析　对于一个确定的反应来说，K值只与温度有关，K越大，越有利于平衡向右进行，A正确；温度不变，K值不变，B错误；B是固体，其浓度视为常数，不应出现在计算式中，C错误；由K的计算表达式知D错误。‎ 答案　A ‎2.反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0达到平衡后，只改变一个反应条件，下列所画示意图不正确的是(　　)‎ 解析　A项，升温，化学平衡逆向移动，CH3OH产率降低，正确；B项，升温，CO的转化率降低，不正确；C项，加压，化学平衡正向移动，H2的转化率升高，正确；D项，增大压强，平衡常数不变，正确。‎ 答案　B ‎3.为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否存在一定的限度，取5 mL 0.5 mol·L－1 KI溶液，滴加0.1 mol·L－1 FeCl3溶液5～6滴，充分反应。下列实验操作能验证该反应是否存在限度的是(　　)‎ A.再滴加AgNO3溶液，观察是否有黄色沉淀产生 B.再加入CCl4振荡后，观察下层液体颜色是否变为紫红色 C.再加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀产生 D.再加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加KSCN溶液，观察溶液是否变成血红色 解析　FeCl3溶液和KI溶液的反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。A.无论是否存在反应限度滴加AgNO3溶液都生成沉淀，错误；B.是否变为紫红色，只能说明是否生成碘，不能确定是否存在反应限度，错误；C.反应前后溶液中均存在Cl－，错误；D.滴加KSCN可以知道Fe3＋是否反应完，从而确定反应是否有限度，正确。‎ 答案　D ‎4.O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：‎ 反应①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；‎ 反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；‎ 总反应：2O33O2　ΔH<0　平衡常数为K。‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A.降低温度，总反应K减小 B.K＝K1＋K2‎ C.适当升温，可提高消毒效率 D.压强增大，K2减小 解析　降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。‎ 答案　C ‎5.密闭容器中，由H2和CO直接制备二甲醚(CH3OCH3)，其过程包含以下反应：‎ i.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－90.1 kJ·mol－1‎ ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)‎ ΔH2＝－24.5 kJ·mol－1‎ 当其他条件相同时，由H2和CO直接制备二甲醚的反应中，CO平衡转化率随条件X的变化曲线如图所示。下列说法中正确的是(　　)‎ A.由H2和CO直接制备二甲醚的反应为放热反应 B.条件X为压强 C.X增大，二甲醚的产率一定增大 D.X增大，该反应的平衡常数一定减小 解析　根据盖斯定律，将ⅰ×2＋ⅱ得：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJ·mol－1，因此由H2和CO直接制备二甲醚的反应为放热反应，A项正确；若X表示压强，根据2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)可知，压强越大，CO的平衡转化率越大，与图像不符，B项错误；根据图像可知，X可能是温度，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，二甲醚的产率减小，C项错误；根据图像可知，X可能是CO的浓度，增大CO的浓度，CO的平衡转化率减小，但平衡常数不变，D项错误。‎ 答案　A ‎6.甲、乙两个密闭容器中均发生反应：C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH>0，有关实验数据如下表所示：‎ 容器 容积/L 温度/℃‎ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min 平衡常数 C(s)‎ H2O(g)‎ H2(g)‎ 甲 ‎2‎ T1‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎3.2‎ ‎3.5‎ K1‎ 乙 ‎1‎ T2‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎1.2‎ ‎3‎ K2‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.T12n(H2)乙，因为该反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，说明T1>T2，A项错误；乙容器中反应达平衡时，c(H2O)＝0.8 mol·L－1、c(CO2)＝0.6 mol·L－1、c(H2)＝1.2 mol·L－1，K2＝＝＝1.35，B项正确；容器容积不变，碳为固体，正反应方向气体的质量增大，因此反应正向进行时混合气体的密度增大，C项错误；乙容器中，3 min内H2O减少了1.2 mol，而前1.5 min内反应速率大于后1.5 min内反应速率，故前1.5 min内H2O的物质的量减小的快，反应进行到1.5 min时，n(H2O)<1.4 mol，D项错误。‎ 答案　B ‎7.已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2，其能量变化随反应过程的图示如下。‎ ‎①2NO(g)N2O2(g)　ΔH1，平衡常数K1‎ ‎②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH2，平衡常数K2‎ 下列说法中不正确的是(　　)‎ A.ΔH1<0，ΔH2<0‎ B.2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝K1/K2‎ C.表示2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2‎ D.反应②的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率 解析　由题图可知反应①和反应②的反应物总能量高于生成物总能量，所以ΔH1<0，ΔH2<0，A项正确；反应①＋反应②得2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，所以K＝K1×K2，B项错误；反应①＋反应②得2NO(g)＋O2(g)2NO2‎ ‎(g)，所以ΔH＝ΔH1＋ΔH2，C项正确；反应速率主要取决于慢反应的反应速率，反应②的活化能大于反应①，所以反应②的反应速率小于反应①，故反应②的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率，D项正确。‎ 答案　B ‎8.恒温、恒压下，将1 mol O2和2 mol SO2气体充入一体积可变的容器中(状态Ⅰ)，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，状态Ⅱ时达平衡，则O2的转化率为(　　)‎ A.60% B.40%‎ C.80% D.90%‎ 解析　恒温、恒压下，气体的体积比等于物质的量之比。设O2的转化率为x。‎ 有(2－2x)＋(1－x)＋2x＝3×，解得x＝0.6。‎ 答案　A ‎9.在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表。‎ 温度/℃‎ ‎25‎ ‎80‎ ‎230‎ 平衡常数 ‎5×104‎ ‎2‎ ‎1.9×10－5‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应 B.25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为0.5‎ C.在某条件下达到平衡，测得Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L－1，则此时温度高于80 ℃‎ D.80 ℃达到平衡时，保持体积不变，往体系中充入少量的Ni(CO)4‎ ‎，再次达到平衡后CO的体积分数减小 解析　A项，化学平衡常数只受温度的影响，根据表格中数据，随着温度的升高，平衡常数减小，因此正反应是放热反应，故错误；B项，Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，化学平衡常数的表达式为K1＝，Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，化学平衡常数的表达式为K2＝，K2＝＝＝2×10－5，故错误；C项，化学平衡常数为＝8>2，因此温度低于80 ℃，故错误；D项，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，达到平衡后CO的体积分数减小，故D正确。‎ 答案　D ‎10.TiO2和TiCl4均为重要的工业原料。已知：‎ Ⅰ.TiCl4(g)＋O2(g)TiO2(s)＋2Cl2(g)‎ ΔH1＝－175.4 kJ·mol－1‎ Ⅱ.2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)TiCl4(g)与CO(g)反应生成TiO2(s)、C(s)和氯气的热化学方程式为____________________________________________________________________。‎ 升高温度，对该反应的影响为___________________________________。‎ ‎(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能表示为E kJ·mol－1，则E________220.9(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎(3)t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入1 mol TiCl4和2 mol O2，发生反应Ⅰ。5 min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。‎ ‎①0～5 min内，用Cl2表示的反应速率v(Cl2)＝________。‎ ‎②TiCl4的平衡转化率α＝________。‎ ‎③下列措施，既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率的是________(填选项字母)。‎ A.缩小容器容积 B.加入催化剂 C.分离出部分TiO2 D.增大O2浓度 ‎④t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和一定量O2的混合气体，发生反应Ⅰ，两种气体的平衡转化率(α)与起始的物质的量之比的关系如图所示：‎ 能表示TiCl4平衡转化率的曲线为________(填“L1”或“L2”)；M点的坐标为________。‎ 解析　(1)已知：Ⅰ.TiCl4(g)＋O2(g)TiO2(s)＋2Cl2(g)　‎ ΔH1＝－175.4 kJ·mol－1‎ Ⅱ.2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1，用Ⅰ－Ⅱ，TiCl4(g)＋2CO(g)===TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)　ΔH＝－175.4 kJ·mol－1－(－220.9 kJ·mol－1)＝＋45.5 kJ·mol－1；升高温度，反应速率加快，平衡正向移动，反应物的转化率增大；‎ ‎(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能表示为E，正反应是放热反应，则E>220.9 kJ·mol－1；‎ ‎(3)①0～5 min内，用Cl2表示的反应速率v(Cl2)＝2v(TiCl4)＝2×0.2 mol/(10 L×5 min)＝0.008 mol·L－1·min－1；②TiCl4的平衡转化率α＝0.2 mol/1 mol×100%＝20%；③A.缩小容器容积，反应速率加快，平衡不移动，故A错误；B.加入催化剂平衡不移动，故B错误；C.分离出部分TiO2速率变慢，故C错误；D.增大O2浓度既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率，故D正确；故选D。④随TiCl4浓度的增加，TiCl4转化率越来越小，能表示TiCl4平衡转化率的曲线为L2；M点表示n(TiCl4)/n(O2)＝方程式的计量数比＝1时，TiCl4的转化率与O2的转化率相同，即a＝1；由t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入1 mol TiCl4和2 mol O2，发生反应Ⅰ。5 min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。平衡时四种物质的浓度分别为0.08 mol·L－1 TiCl4、0.18 mol·L－1O2，0.04 mol·L－1 Cl2‎ ‎，平衡常数K＝＝；t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和3 mol O2的混合气体时，n(TiCl4)/n(O2)＝方程式的计量数比，M点两物质的转化率相等，设转化率为x，则平衡时四种物质的浓度分别为：0.3(1－x)mol·L－1TiCl4、0.3(1－x)mol·L－1O2，0.6 x mol·L－1Cl2，温度不变，平衡常数不变，＝，解得x＝1/7。‎ 答案　(1)TiCl4(g)＋2CO(g)===TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)　ΔH＝＋45.5 kJ·mol－1　反应速率加快，平衡正向移动，反应物的转化率增大　(2)>‎ ‎(3)①0.008 mol·L－1·min－1　②20%　③D　④L2　 ‎[B级　拔高选做题]‎ ‎11.T1℃时，在一容积为2 L的密闭容器中发生反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。向密闭容器中加入NO和足量的活性炭，反应进行到不同时间时测得各物质的物质的量如下：‎ 时间 ‎0 min ‎10 min ‎20 min ‎30 min ‎40 min ‎50 min n(NO)/mol ‎3.0‎ ‎1.6‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ a a n(N2)/mol ‎0‎ ‎0.7‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ ‎1.2‎ n(CO2)/mol ‎0‎ ‎0.7‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎0.3‎ ‎0.3‎ 结合表中数据判断，下列说法正确的是(　　)‎ A.30 min时改变的条件一定是充入氮气 B.在10～20 min内，v(CO2)＝0.03 mol·L－1·min－1‎ C.若升温至T2℃时，该反应的平衡常数K＝0.062 5，则ΔH>0‎ D.容器中混合气体的密度保持不变，标志着该反应达到化学平衡状态 解析　A项，根据题意知，T1℃时平衡常数K＝＝1，可得＝1，a＝0.6，则30 min时改变条件导致平衡右移，且CO2的量减小，因此30 min时改变的条件是减小二氧化碳的量，错误；B项，在10～20 min内，v(CO2)＝‎ ‎0.015 mol·L－1·min－1，错误；C项，T1℃时，K＝1，若升温至T2℃‎ 时，反应的平衡常数K＝0.062 5，K减小，则升温使平衡左移，说明逆反应为吸热反应，则ΔH<0，错误；D项，由题意可知，反应前后容器中气体体积不变，反应前后气体质量发生变化，因此容器中混合气体的密度保持不变时，可以说明反应已达到化学平衡状态，正确。‎ 答案　D ‎12.一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.生成乙烯的速率：v(M)一定小于v(N)‎ B.化学平衡常数：KN>KM C.当温度高于250 ℃时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，从而使催化剂的催化效率降低 D.若投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数为7.7%‎ 解析　由题中图像可知，其他条件不变时升高温度，CO2平衡转化率减小，即平衡逆向移动，所以正反应是放热反应。M点催化剂催化效率高、N点温度高，所以无法确定M、N两点的反应速率，A项错误；正反应是放热反应，所以温度越高化学平衡常数越小，B项错误；催化剂只改变反应速率而不能改变平衡移动，催化剂催化效率与平衡移动无关，催化效率降低是由温度变化引起的，C项错误；若开始投入6x mol H2、2x mol CO2，则达平衡时n(H2)＝3x mol、n(CO2)＝x mol、n(CH2===CH2)＝0.5x mol、n(H2O)＝2x mol，所以平衡时乙烯的体积分数为×100%＝7.7%，D项正确。‎ 答案　D ‎13.‎ 煤炭是重要的化工原料，但属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：‎ ‎(1)煤的干馏。煤的干馏反应中ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎(2)煤的液化。原理是C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l)　ΔH＝b kJ·mol－1。则反应C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝________kJ·mol－1。‎ ‎(3)煤的气化。原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g)　ΔH。‎ 在1 L密闭容器中投入1 mol碳，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示。‎ ‎①有关图1、图2的说法正确的有________(填标号)。‎ a.p1<6 MPa b.T1<1 000 K c.ΔH<0‎ d.工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好 ‎②图2中A点对应的平衡常数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)煤生产水煤气和半水煤气。‎ ‎①工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，要求气体中(CO＋H2)与N2的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，C(s)＋O ‎2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是 ‎____________________________________________________________________。‎ ‎②煤炭化工中有反应为CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)。在400 ℃时，反应物的物质的量均为1 mol，在绝热恒容条件下开始反应，下列不能说明反应达到平衡状态的有________(填标号)。‎ a.体系的压强不再发生变化 b.混合气体的密度不变 c.混合气体的平均相对分子质量不变 d.各组分的物质的量浓度不再改变 e.体系的温度不再发生变化 f.v正(CO)＝v逆(H2O)‎ ‎③如图是反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是_____________________________________________________________________‎ ‎(写出1种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t4～t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质名称(假设各物质状态均保持不变)。‎ 解析　(1)煤的干馏是在隔绝空气的条件下加强热使煤分解，生产的产物中有煤焦油等液体、焦炉气等气体，混乱度增大，故ΔS>0。(2)根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)，故该反应的ΔH＝(a＋b)kJ·mol－1。(3)①该反应为反应前后气体分子数减小的反应，压强增大，平衡正向移动，碳的转化率增大，故p1<6 MPa，a项正确；根据图1可知，温度升高，碳的转化率减小，平衡逆向移动，则ΔH<0，图2中T1时碳的转化率大于1 000 K时的转化率，则T1<1 000‎ ‎ K，b、c项正确；压强增大，碳的转化率增大，但增大的幅度较小，并且增大压强耗费较大，故不是压强越高，经济效益越好，d项错误。②A点对应的碳的平衡转化率为50%，则生成0.5 mol CH4，剩余0.5 mol碳和1 mol H2，由于碳为固体，则p(H2)＝×4.5 MPa＝3 MPa，p(CH4)＝×4.5 MPa＝1.5 MPa，故Kp＝＝＝。(4)①要维持体系热量平衡，需要吸收的热量与放出的热量相等。②a项，虽然反应前后气体分子数不变，但由于绝热恒容容器中反应过程有温度变化，故压强也在变化，因此体系的压强不再发生变化可以说明反应达到平衡状态；b项，混合气体总质量不变，容器容积不变，故混合气体密度始终不变，不能说明反应是否达到平衡状态；c项，混合气体总质量不变，气体的总物质的量不变，故混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明反应是否达到平衡状态；d项，物质的量浓度不变说明反应达到平衡状态；e项，反应在绝热恒容条件下进行，体系的温度不变，可以说明反应达到平衡状态；f项，v正(CO)＝v逆(H2O)代表两个反应方向，且符合化学计量数之比，说明正逆反应速率相等，可以说明反应达到平衡状态。③在t2时刻CO的浓度减小、CO2的浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO2的浓度没有发生突变，所以可以通过降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现；t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，则容积变为原来的一半，瞬时浓度分别变为原来的2倍，由于反应前后气体分子数相等，故平衡不移动。‎ 答案　(1)>　(2)(a＋b)　(3)①abc　②　(4)①前者是吸热反应，通入空气后发生的反应是放热反应，可维持体系的热量平衡　②bc　③降低温度(或增大水蒸气的量、减少氢气的量)‎