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- 2021-08-24 发布
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第二章 化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡
第3课时 代学平衡常数
1.对于可逆反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),在一定温度下其平衡常数为K,下列条件的变化中能使K发生变化的是( )
A.将C(s)的表面积增大 B.增大体系压强
C.升高体系温度 D.使用合适的催化剂
解析:平衡常数K只与温度有关,与浓度、压强、是否使用催化剂无关。
答案:C
2.在一定条件下,有下列分子数之比相同的可逆反应,其平衡常数K值分别是
①H2+F22HF K=1047;②H2+Cl22HCl K=1017;③H2+Br22HBr K=109;④H2+I22HI K=1。比较K值大小,可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是( )
A.①②③④ B.④②③①
C.①④③② D.无法确定
解析:化学平衡常数越大,表示该反应的正反应进行的程度越大,故A正确。
答案:A
3.已知下列反应的平衡常数:①H2(g)+S(s)H2S(g),K1;②S(s)+O2(g)SO2(g),K2;则反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数是( )
A.K1+K2 B.K1-K2
C.K1×K2 D.
解析:K1=,K2=,第三个反应的平衡常数K3==×=K1×=。
答案:D
4.对于反应2X(g)+Y(g)2Z(g),下列说法中正确的是( )
A.由于K=,随着反应的进行,Z的浓度不断增大,X、Y的浓度不断减小,平衡常数不断增大
B.当温度不变时,增大反应物的浓度,使K变小
C.可逆反应达到平衡时,逆反应便立即停止了
D.温度发生变化,上述反应的K值也发生变化
解析:平衡常数K只与温度有关,D项正确。
答案:D
5.在一定温度下的密闭容器中,加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),达到平衡时测得n(H2)为0.5 mol,下列说法不正确的是( )
A.在该温度下平衡常数K=1
B.平衡常数与反应温度无关
C.CO的转化率为50%
D.其他条件不变改变压强平衡不移动
解析:
由方程式及以上数据判断可得,A、C、D项均正确。平衡常数与反应温度有关,B项错。
答案:B
6. 在一定温度下,将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中,发生如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。
(1)该反应的化学平衡常数表达式K=________。
(2)已知在700 ℃时,该反应的平衡常数K1=0.6,则该温度下反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K2=________,反应 CO2(g)+ H2(g) CO(g)+ H2O(g)的平衡常数K3=________。
(3)已知在830 ℃时,该反应的平衡常数K4=1.0,则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
(4)在830 ℃下,某时刻CO2的物质的量为2 mol,则此时v(正)________v(逆)(填“>”“=”或“<”)。
解析:(1)根据化学平衡常数的概念K=。(2)K2===≈1.67,K3===≈0.77。(3)由于升高温度,该反应的平衡常数增大,故该反应为吸热反应。
所以c(CO)=0.5 mol·L-1,c(H2O)=0.5 mol·L-1,c(CO2)=1 mol·L-1,c(H2)=0.5 mol·L-1故=v(逆)。
答案:(1) (2)1.67 0.77 (3)吸热 (4)>
(时间:40分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括6个小题,每小题8分,共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列关于平衡常数的说法中,正确的是( )
A.在平衡常数表达式中,反应物浓度用起始浓度表示,生成物浓度用平衡浓度表示
B.化学平衡常数较大的可逆反应,所有反应物的转化率一定大
C.可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度
D.平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关
解析:平衡常数中的浓度都是平衡浓度,它仅受温度的影响,A、D错误;化学平衡常数大小可以描述反应的限度,C正确;转化率不但受平衡常数的影响,而且还受自身起始浓度及其他物质浓度的影响,B错误。
答案:C
2.只改变一个影响因素,平衡常数K
与化学平衡移动的关系叙述错误的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.K值变化,平衡一定移动
C.平衡移动,K值可能不变
D.平衡移动,K值一定变化
解析:平衡常数只与温度有关系,温度不变平衡也可能发生移动,则K值不变,平衡可能移动,A正确;K值变化,说明反应的温度一定发生了变化,因此平衡一定移动,B正确;平衡移动,温度可能不变,因此K值可能不变,C正确;平衡移动,温度可能不变,因此K值不一定变化,D错误。
答案:D
3.放热反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)在温度t1时达到平衡,c1(CO)=c1(H2O)=1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。其他条件不变,升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O),平衡常数为K2,则( )
A.若增大CO浓度,K2和K1都增大
B.K2>K1
C.c2(CO)=c2(H2O)
D.c1(CO)>c2(CO)
解析:升高温度,该平衡左移,c2(CO)>c1(CO),K1>K2,因为K只与温度有关,与浓度无关,则增大CO浓度不会影响K1、K2。
答案:C
4.在20 ℃,5.05×105 Pa条件下,密闭容器中进行反应2A(g)+xB(g)4C(g),达平衡时c(A)=1.00 mol·L-1,现将压强减小到1.01×105 Pa,建立平衡后,c(A)=0.18 mol·L-1,
则下列说法正确的是( )
A. x>2
B.若增大该体系的压强,平衡向左移动,化学平衡常数变小
C.若增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数不变
D.反应的平衡常数表达式为K=
解析:由题意假设平衡不移动,则c(A)=0.20 mol·L-1,故减小压强,平衡向正反应方向移动,正反应为气体总体积增大的反应,x=1,A错误;增大该体系的压强,平衡向左移动,C错误;压强对化学平衡常数不影响,化学平衡常数不变,B错误;反应的化学平衡常数表达式是K=,D正确。
答案:D
5.在高温、催化剂条件下,某反应达到平衡,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.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+H2OCO2+H2
解析:因为该可逆反应的化学平衡常数K=,可得出该反应的化学方程式为CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),D项错误;由于恒容时,温度升高,氢气浓度减小,说明平衡向正反应方向移动,故正反应为吸热反应,即焓变为正值,
A项正确;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,恒温恒容下,如充入惰性气体使压强增大,H2浓度不变,B项错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,C项错误。
答案:A
6.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
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
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1 600
C.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:温度为25 ℃,增大压强,平衡常数不变,C项错误。
答案:C
二、非选择题(本题包括3个小题,共52分)
7.(15分)已知Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH=a kJ·mol-1,平衡常数为K。测得在不同温度下,K值如下表:
温度/℃
500
700
900
K
1.00
1.47
2.40
(1)若500 ℃时进行上述反应,CO2起始浓度为2 mol·L-1,CO的平衡浓度为________。
(2)方程式中的a________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)700 ℃时上述反应达到平衡,要使得该平衡向右移动,其他条件不变时,可以采取的措施有( )
A.缩小反应器体积 B.通入CO2
C.升高温度到900 ℃ D.使用合适的催化剂
解析:(1)设500 ℃时CO的平衡浓度为x mol·L-1,则
则K===1,解得x=1。故CO的平衡浓度为1 mol·L-1。(2)由表格中数据可知,温度越高K值越大,推知温度升高平衡向正方向移动,故此反应的正反应为吸热反应,即a大于0。(3)A项,缩小反应器体积,平衡不移动,错误;B项,通入CO2,平衡向右移动,正确;C项,升高温度时,平衡向右移动,正确;D项,使用催化剂不会使平衡发生移动,错误。
答案:(1)1 mol·L-1 (2)大于 (3)BC
8.(20分)煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
试回答下列问题:
(1)在800 ℃发生上述反应,以表中的物质的量投入恒容反应器,其中向正反应方向移动的是________(选填A、B、C、D、E)。
选项
n(CO)
n(H2O)
n(H2)
n(CO2)
A
1
5
2
3
B
2
2
1
1
C
3
3
0
0
D
0.5
2
1
1
E
3
1
2
1
(2)在1 L密闭容器中通入10 mol CO和10 mol水蒸气,在500 ℃下经过30 s达到平衡,则30 s内CO的平均反应速率为________。
(3)已知在一定温度下,C(s)+CO2(g)2CO(g) 平衡常数K,K的表达式为________。
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) 平衡常数K1,
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) 平衡常数K2,
则K、K1、K2之间的关系是________。
解析:(1)反应在同一容器内进行,体积相同,方程式中各物质的化学计量数都是1,所以在计算中均可用物质的量数值代替浓度数值,800 ℃时反应平衡常数为1。A项,K===1.2,大于1,反应向逆反应进行,错误;B项,K===0.25,小于1,反应向正反应进行,正确;C项,开始只有CO、H2,反应向正反应进行,正确;D项,K===1,处于平衡状态,错误;E项,K===,小于1,反应向正反应进行,正确。
(2)在1 L密闭容器中通入10 mol CO和10 mol水蒸气,在
500 ℃下经过30 s达到平衡,设CO的浓度变化量为c,用三段式法表示出平衡时各组分的浓度:
代入500 ℃时反应平衡常数,有K===9,解得c=7.5 mol·L-1,则30 s内CO的平均反应速率==0.25 mol·L-1·s-1。
(3)已知在一定温度下,C(s)+CO2(g)2CO(g),K的表达式为K=;反应 C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数K1=;反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数K2=;K==。
答案:(1)BCE (2)0.25 mol·L-1·s-1 (3)K= K=
9.(17分)乙醇是重要的化工产品和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇:
①2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)(298 K时,K1=2.95×1011)。
②2CO(g)+4H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g)(298 K时,K2
=1.71×1022)。
(1)写出反应①的平衡常数表达式K=________。
(2)条件相同时,反应①与反应②相比,转化程度更大的是________。
(3)在一定压强下,测得反应①的实验数据如下表:
500
600
700
800
1.5
45
33
20
12
2
60
43
28
15
3
83
62
37
22
根据表中数据分析:
a.温度升高,K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
b.提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)],对生成乙醇________(填“有利”或“不利”)。
解析:(1)根据平衡常数的定义知反应①的K=。(2)因K2=1.71×1022>K1=2.95×1011,由平衡常数的意义知反应②进行得更彻底,转化率更高。(3)分析表格中数据发现,在n(H2)/n(CO2)相同时,随着温度的升高,CO2的转化率降低,所以K值减小。分析表格中数据发现,在温度相同时,随n(H2)/n(CO2)值的增大,CO2的转化率升高,有利于生成乙醇。
答案:(1) (2)反应② (3)减小 有利
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