2021版高考化学一轮复习化学平衡常数　化学反应进行的方向作业 15页

第23讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向 ‎1.高温下,某反应达到平衡状态,平衡常数K=。恒容时,温度升高,H2浓度减小。下列说法正确的是(　A　)‎ A.该反应的焓变为正值 B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小 C.升高温度,逆反应速率减小 D.该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)‎ 解析:根据平衡常数的表达式可得出该反应的化学方程式为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g);升高温度,正、逆反应速率均增大,H2浓度减小,平衡正向移动,说明正反应是吸热的,焓变为正值;在恒温恒容下,增大压强的方法有多种,H2浓度变化不确定。‎ ‎2.下列反应在任意温度下一定能自发进行的是(　D　)‎ A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑‎ B.NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)　ΔH<0‎ C.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0‎ D.X2Y2(s)X2(g)+Y2(g)　ΔH<0‎ 解析:A.反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,错误;B.反应是放热反应,ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,错误;C.反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,错误;D.反应是放热反应,ΔH<0,ΔS>0,任意温度下能自发进行,正确。‎ ‎3.某温度下,在一个‎2 L的密闭容器中,加入4 mol A和2 mol ‎ B,发生反应:‎3A(g)+2B(g)‎4C(s)+2D(g),反应一段时间后达到平衡状态,测得生成1.6 mol C。下列说法正确的是(　B　)‎ A.该反应的化学平衡常数K=‎ B.B的平衡转化率是40%‎ C.增大压强,化学平衡常数增大 D.增加B的量,B的平衡转化率增大 解析:化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体物质,而物质C是固体,A错误;根据化学方程式可知,平衡时B减少的物质的量是 ‎0.8 mol,B的平衡转化率为40%,B正确;化学平衡常数只与温度有关,增大压强时化学平衡常数不变,C错误;增加B的量,平衡向正反应方向移动,A的转化率增大,而B的转化率减小,D错误。‎ ‎4.X、Y、Z三种气体,取X和Y按1∶1的物质的量之比混合,放入密闭容器中发生反应X(g)+2Y(g)2Z(g),达到平衡后,测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3∶2,则Y的转化率最接近于(　D　)‎ A.33% B.40% C.50% D.65%‎ 解析:设开始加入X和Y的物质的量均为a,达到平衡时消耗X的物质的量为b,则消耗Y的物质的量为2b,生成Z的物质的量为2b,列出三段式:‎ ‎　　　　　　X(g)+2Y(g)2Z(g)‎ 起始量 a a 0‎ 变化量 b 2b 2b 平衡量 a-b a-2b 2b 由题意得=,b=,‎ Y的转化率为×100%≈66.7%。‎ ‎5.H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入‎2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。‎ ‎(1)H2S的平衡转化率α1=　　　　%,反应平衡常数K=　　　　。 ‎ ‎(2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为 0.03,H2S 的转化率α2　　　　α1,该反应的ΔH　　　　0。(填“>”“<”或“=”) ‎ ‎(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是　　　　(填标号)。 ‎ A.H2S B.CO‎2 ‎C.COS D.N2‎ 解析:设平衡时H2S转化的浓度为x mol·L-1,列三段式:‎ ‎　　　　　　　　H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)‎ c0(mol·L-1) 0.16 0.04 0 0‎ Δc(mol·L-1) x x x x c平(mol·L-1) 0.16-x 0.04-x x x ‎=0.02,‎ 解得x=0.004,‎ ‎(1)H2S的平衡转化率α1=×100%=×100%=2.5%。‎ 反应平衡常数K==≈2.8×10-3。‎ ‎(2)620 K时水的物质的量分数大于610 K时水的物质的量分数,说明升温化学平衡向右移动,H2S的转化率增大,即α2>α1,该反应为吸热反应,即ΔH>0。‎ ‎(3)恒容密闭容器,充入CO2可使H2S转化率增大,充入H2S、COS使H2S的转化率减小,充入N2无影响。‎ 答案:(1)2.5　2.8×10-3　(2)>　>　(3)B ‎6.将E(g)和F(g)加入密闭容器中,在一定条件下发生反应E(s)+‎4F(g)G(g),已知该反应的平衡常数如表所示。下列说法正确的是(　D　)‎ 温度/℃‎ ‎25‎ ‎80‎ ‎230‎ 平衡常数 ‎5×104‎ ‎2‎ ‎1.9×10-5‎ A.上述反应是熵增反应 B‎.25 ℃‎时,反应G(g)E(s)+‎4F(g)的平衡常数是0.5‎ C.在‎80 ℃‎时,测得某时刻F、G的浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v正>v逆 D.恒温恒容下,向容器中再充入少量G(g),达到新平衡时,G的体积百分含量将增大 解析: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2×10-5,B项错误;‎80 ℃‎时,Qc==8>2,平衡逆向移动,v逆>v正,C项错误;恒温恒容再充入G(g),可以假设先恒温、恒压等效平衡,G的体积百分含量不变,然后再压缩至原来体积,平衡右移,G的体积分数增大,D项正确。‎ ‎7.将1 mol N2和 3 mol H2充入体积可变的恒温密闭容器中,在‎380 ℃‎下发生反应:‎ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)‎ 平衡时,体系中氨的体积分数(NH3)随压强变化的情况如下表:‎ 压强/MPa ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎ (NH3)‎ ‎0.30‎ ‎0.45‎ ‎0.54‎ ‎0.60‎ 下列说法正确的是(　C　)‎ A.10 MPa时,H2的转化率为75%‎ B.20 MPa时,NH3的物质的量浓度是10 MPa时的1.5倍 C.40 MPa时,若容器的体积为V L,则平衡常数K=‎ D.30 MPa时,若向容器中充入惰性气体,则平衡向正反应方向移动 解析:　　　　N2(g)+3H2(g)2NH3(g)‎ 开始(mol) 1 3 0‎ 反应(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1-x 3-3x 2x ‎10MPa时,2x=0.30×(4-2x),解得x=,H2‎ 的转化率为46%,故A错误;20 MPa时,2x=0.45×(4-2x),解得x=,NH3的物质的量浓度是10MPa时的÷=(倍),故B错误;40 MPa时,2x=0.60×(4-2x),解得x=0.75,若容器的体积为V L,则平衡常数K==,故C正确;30 MPa时,若向容器中充入惰性气体,容器的体积增大,相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,故D错误。‎ ‎8.(2020·辽宁六校联考)t ℃时,在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g)2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如表所示,下列说法正确的是(　D　)‎ 物质 X Y Z 初始浓度/(mol·L-1)‎ ‎0.1‎ ‎0.2‎ ‎0‎ ‎2 min时浓度/(mol·L-1)‎ ‎0.08‎ a b 平衡浓度/(mol·L-1)‎ ‎0.05‎ ‎0.05‎ ‎0.1‎ A.平衡时,X的转化率为20%‎ B.t ℃时,该反应的平衡常数为40‎ C.平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆减小,平衡向正反应方向移动 D.前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=‎ ‎0.03 mol·L-1·min-1‎ 解析:平衡时,X的转化率=×100%=50%,A项错误;t ℃‎ 时,该反应的平衡常数K==1 600,B项错误;该反应是气体分子数减小的反应,平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆增大,平衡向正反应方向移动,C项错误;前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=3v(X)=3×=0.03 mol·L-1·min-1,D项正确。‎ ‎9.(2020·安徽皖江名校联盟联考)科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为2Fe3O4(s)‎ ‎6FeO(s)+O2(g)　ΔH=a kJ/ mol。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是(　B　)‎ A.a>0‎ B.压强p1>p2‎ C.升高温度,该反应的平衡常数增大 D.将体系中O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率 解析:根据图像分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率升高,该反应为吸热反应,ΔH>0,即a>0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率降低,故p1”“<”或“=”)v逆。 ‎ ‎(4)若某温度下反应①从开始到平衡CO和CH3OH的浓度变化如图1‎ 所示,则用H2浓度变化表示此段时间内该反应的平均速率v(H2)=‎ ‎　 。 ‎ 若某温度下反应①中H2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图2所示,则平衡状态由A变到B时,平衡常数KA　　　　(填“>”“<”或“=”)KB。 ‎ 解析:(1)根据反应②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)可知,该反应平衡常数的表达式为K2=,随温度升高,平衡常数增大,说明正反应为吸热反应。某温度下,‎5c(CO2)·c(H2)=‎2c(CO)·c(H2O),则K=‎ ‎==2.50,平衡常数只与温度有关,温度一定,平衡常数为定值,所以此时对应的温度为‎800 ℃‎。‎ ‎(2)化学平衡常数只与温度有关,与反应物和生成物的浓度无关,所以只要在‎500 ℃‎,平衡常数的数值都是 1.0,平衡常数只与温度有关,压强的改变不影响平衡常数,且反应②是反应前后气体分子数不变的可逆反应,压强的改变也不会影响平衡。‎ ‎(3)根据三反应之间的关系,③=②+①,故K3=K1·K2;根据反应③在 ‎500 ℃‎时的浓度值,可知此时其Q=0.88,小于化学平衡常数值,说明反应在正向进行,故正反应速率大于逆反应速率。‎ ‎(4)根据图1,10 min时达到平衡,此段时间内用CO表示的化学反 应速率为0.075 mol·(L·min)-1,则用氢气表示反应速率为 ‎0.15 mol·(L·min)-1;化学平衡常数只与温度有关,故在图2中温度不变时,平衡常数保持不变。‎ 答案:(1)　吸热　800 ℃　(2)等于　不　不变　(3)K1·K2　>　(4)0.15 mol·(L·min)-1　=‎ ‎11.某温度下,向‎4.0 L恒容密闭容器中充入2.0 mol PCl5,反应PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:‎ 时间/s ‎0‎ ‎50‎ ‎150‎ ‎250‎ ‎350‎ n(PCl3)/mol ‎0‎ ‎0.32‎ ‎0.38‎ ‎0.40‎ ‎0.40‎ 下列说法正确的是(　D　)‎ A.反应在前50 s的平均反应速率为v(PCl3)=0.0064mol/(L·s)‎ B.若保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11 mol/L,则反应的ΔH<0‎ C.相同温度下,起始时向该容器中充入4.0 mol PCl3、4.0 mol Cl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%‎ D.相同温度下,起始时向该容器中充入2.0 mol PCl5、0.40 mol PCl3和0.40 mol Cl2,达到平衡前v(正)>v(逆)‎ 解析:由表中数据可得反应在前50 s的平均反应速率为v(PCl3)=‎ ‎=0.001 6 mol/(L·s),A项错误;升高温度,平衡时c(PCl3)=‎ ‎0.11 mol/L,大于题表中PCl3的平衡浓度:=0.1 mol/L,说明升温 平衡正向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,B项错误;由表中信息可知,原平衡时PCl3的物质的量为0.40 mol,根据“三段式”得 ‎　　　　　　　　　PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)‎ 起始量(mol) 2.0 0 0‎ 转化量(mol) 0.40 0.40 0.40‎ 平衡量(mol) 1.60 0.40 0.40‎ 若起始充入2.0 mol PCl3、2.0 mol Cl2,‎ 与上述平衡等效,平衡状态相同,‎ PCl3的转化量为2.0 mol-0.40 mol=1.60 mol,转化率为×100%=80%,若充入4.0 mol PCl3、4.0 mol Cl2,相当于两平衡叠加,压强增大,平衡逆向进行,PCl3转化率将变大,即大于80%,C项错误;因该温度下三者量为1.60 mol、0.40 mol、0.40 mol时平衡,所给量相当于在此平衡体系中充入0.4 mol PCl5,平衡正向移动,故v(正)>v(逆),D项正确。‎ ‎12.硫酸是基础化工的重要产品,硫酸的消费量可作为衡量一个国家工业发展水平的标志。生产硫酸的主要反应为SO2(g)+O2(g)‎ SO3(g)。‎ ‎(1)恒温恒容下,平衡体系中SO3的体积分数(SO3)和y与SO2、O2的物质的量之比[n(SO2)/n(O2)]的关系如图1,则b点n(SO2)/n(O2)=　　　　;y为　　　　(填字母)。 ‎ A.平衡常数 B.SO3的平衡产率 C.O2的平衡转化率 D.SO2的平衡转化率 ‎(2)Kp是以各气体平衡分压代替浓度平衡常数Kc中各气体的浓度的平衡常数。在400～‎650 ℃‎时,Kp与温度T(K)的关系为lg Kp=-‎ ‎4.645 5,则在此条件下SO2转化为SO3反应的ΔH　　　　(填“>‎‎0”‎ 或“<‎0”‎)。 ‎ ‎(3)①该反应的催化剂为V2O5,其催化反应过程为 SO2+V2O5SO3+V2O4　K1‎ O2+V2O4V2O5　K2‎ 则在相同温度下2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数K=　　　　‎ ‎(以含K1、K2的代数式表示)。 ‎ ‎②V2O5加快反应速率的原因是  ‎ ‎ 　, ‎ 其催化活性与温度的关系如图2。‎ ‎(4)在7.0% SO2、11% O2、82% N2(数值均为气体体积分数)时,SO2平衡转化率与温度、压强的关系如图3,则列式计算‎460 ℃‎、1.0 atm下,SO2(g)+O2(g)SO3(g)的Kp=　　　　(已知:各气体的分压=总压×各气体的体积分数)。 ‎ ‎(5)综合第(3)、(4)题图给的信息,工业生产最适宜的温度范围为　　‎ ‎　　,压强通常采用常压的原因是　  ‎ ‎ 　。 ‎ 解析:(1)根据图1可知,随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,(SO3)逐渐增大,当两者恰好完全反应时,(SO3)达到最大值;随着n(SO2)/n(O2)的继续增大,(SO3)又逐渐减小,故b点n(SO2)/n(O2)=2。温度不变,平衡常数不变,A不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,(SO3)先逐渐增大后又逐渐减小,SO3的平衡产率也是先增大后逐渐减小,B不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,平衡不断向正反应方向移动,O2的平衡转化率逐渐增大,C不符合题意;随着n(SO2)/n(O2)的逐渐增大,平衡不断向正反应方向移动,但是SO2的平衡转化率逐渐减小,D符合题意。‎ ‎(2)lg Kp=-4.645 5,随着温度T的增大而减小,则Kp随着温度T的增大而减小,说明升高温度,平衡逆向移动,正反应为放热反应。‎ ‎(3)①根据盖斯定律,将两方程式相加后再乘以2得2SO2(g)+O2(g)‎ ‎2SO3(g),则K=(K1×K2)2。‎ ‎②催化剂降低反应的活化能,活化分子百分数增大,有效碰撞几率提高,反应速率加快。‎ ‎(4)各气体的分压=总压×各气体的体积分数,起始时SO2的分压为0.070 atm,O2的分压为0.11 atm,SO3的分压为0 atm,平衡时,SO2的分压为0.070×(1-0.97) atm=0.002 1 atm,O2的分压为(0.11-0.070×‎ ‎0.97×)atm=0.076 atm,SO3的分压为0.070×0.97 atm=0.067 9 atm,‎ Kp==117。‎ ‎(5)根据图2,催化剂在‎500 ℃‎左右催化活性最高,根据图3,增大压强,SO2的平衡转化率增大不明显,常压下SO2的平衡转化率已经很高,再增大压强,对设备要求较高。‎ 答案:(1)2　D　(2)<0　(3)①(K1×K2)2‎ ‎②降低反应的活化能,活化分子百分数增大,有效碰撞几率提高　(4)117‎ ‎(5)400～‎500 ℃‎　常压下SO2的平衡转化率已经很高,再增大压强,对设备要求较高