1、1课时规范练 21 化学平衡常数 化学反应进行的方向一、选择题(本题共 8 小题,每小题 7 分,共 56 分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是 ( )A.非自发反应就是不可能发生的反应,自发反应就是能较快进行的反应B.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有的过程D.反应 NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)在低温下能自发进行,说明该反应的 H02.常温下,某反应达到平衡,平衡常数 K= ,恒容时,温度升高,H 2的浓度减小,下列说()(2)(2)(2)法正确的是 ( )A
2、.该反应的焓变为正值B.恒温恒容下,增大压强,H 2的浓度一定减小C.升高温度,逆反应速率减小D.该反应的化学方程式为 CO+H2O CO2+H23.(2018 河南南阳一中高三检测)已知 NO 和 O2转化为 NO2的反应机理如下:2NO(g) N2O2(g)(快) H1K2D.T1时平衡常数为 0.125,平衡时 NO2和 O2的转化率均为 50%5.(2019 宁夏银川一中高三月考)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭容器中,发生反应:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lg K)值随温度( T)的变化曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
3、A.该反应的 H0B.A 点对应状态的平衡常数 K(A)=10-2.294C.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态D.30 时, B 点对应状态的 v(正)p2B.b、 c 两点对应的平衡常数: KcKbC.a 点:2 v(NH3)正 =3v(H2)逆3D.a 点:NH 3的转化率为8.(2019 河北邢台质检)一定温度下,在三个体积均为 2 L 的恒容密闭容器中发生反应:CO 2(g)+H2S(g)COS(g)+H2O(g)。起始物质的量/mol 平衡物质的量/mol容器 温度 来源:学科网ZXXKCO2 H2S H2O平衡常数 607 0.1 0.15 0.05 607 0.2
4、0.3 627 0.1 0.15 610-3下列说法正确的是( )A.该反应为吸热反应B.容器达到平衡时,再充入少量氦气,平衡将向正反应方向移动C.容器达到平衡时,容器中 COS 的物质的量浓度为 0.025 molL-1D.607 K 时,该反应的平衡常数为 0.50二、非选择题(本题共 3 小题,共 44 分)9.(2018 湖北武汉部分学校调研)(14 分)二甲醚是一种清洁能源,用水煤气制取甲醚的原理如下:.CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g).2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)(1)300 和 500 时,反应的平衡常数分别为 K1、 K2,且 K1K2,
5、则其正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)在恒容密闭容器中发生反应:下图能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是 (填“a”或“b”)。 下列说法能表明反应已达平衡状态的是 (填标号)。 A.容器中气体的压强不再变化B.混合气体的密度不再变化C.混合气体的平均相对分子质量不再变化D.v 正 (H2)=2v 正 (CH3OH)(3)500 K 时,在 2 L 密闭容器中充入 4 mol CO 和 8 mol H2,4 min 达到平衡,平衡时 CO 的转化率为80%,且 2c(CH3OH)=c(CH3OCH3),则:04 min,反应的 v(H2)= ,反应的平衡常数 K=
6、。 4反应中 CH3OH 的转化率 = 。 10.(15 分)在工业上常用 CO 与 H2合成甲醇,热化学方程式为 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H=-574.4 kJmol-1。(1)在温度为 T1时,向体积为 2 L 的恒容容器中充入物质的量之和为 3 mol 的 CO 和 H2,发生反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),反应达到平衡时 CH3OH(g)的体积分数(CH 3OH)与起始时 的关(2)()系如图 1 所示。图 1当起始 =2 时,经过 5 min 反应达到平衡,CO 的转化率为 0.6,则 05 min 内平均反应速率(2)()v(H2)= 。若此时再
7、向容器中加入 CO(g)和 CH3OH(g)各 0.4 mol,达到新平衡时 H2的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”)。 当 =3.5 时,反应达到平衡后,CH 3OH 的体积分数可能是图 1 中的 (填“D”“E”或(2)()“F”)点。 (2)在一容积可变的密闭容器中充有 10 mol CO 和 20 mol H2。CO 的平衡转化率 (CO)与温度( T)、压强( p)的关系如图 2 所示。图 2A、B、C 三点对应的平衡常数 KA、 KB、 KC的大小关系为 。 若达到平衡状态 A 时,容器的体积为 10 L,则在平衡状态 B 时容器的体积为 L。 11.(2018 课标全国,
8、28 节选)(15 分)采用 N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:(1)F.Daniels 等曾利用测压法在刚性反应器中研究了 25 时 N2O5(g)分解反应:2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)52N2O4(g)其中 NO2二聚为 N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强 p 随时间 t 的变化如下表所示 t=时,N 2O5(g)完全分解:t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1研究表明,N 2O5(g)
9、分解的反应速率 v=210-3 (kPamin-1),t=62 min 时,测得体系中25=2.9 kPa,则此时的 = kPa, v= kPamin -1。 2 25若提高反应温度至 35 ,则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p (35 ) 63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是 。 25 时 N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数 Kp= kPa( Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留 1 位小数)。 (2)对于反应 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg 提出如下反应历程:第一步 N 2O5 NO2+NO3 快速平衡第二步 NO 2+
10、NO3 NO+NO2+O2 慢反应第三步 NO+NO 3 2NO2 快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 (填标号)。 A.v(第一步的逆反应) v(第二步反应)B.反应的中间产物只有 NO3C.第二步中 NO2与 NO3的碰撞仅部分有效D.第三步反应活化能较高6课时规范练 21 化学平衡常数 化学反应进行的方向1.C 非自发反应在一定条件下也能发生,自发反应进行的也不一定较快,A 项错误;石墨转化为金刚石, H0,该反应是非自发进行的化学反应,B 项错误;能量判据和熵判据组合而成的复合判据,只要 G= H-T S0,反应就不能自发进行,C 项正确;反应 NH3(
11、s)+HCl(g) NH4Cl(s)在低温下能自发进行 , G= H-T S2.00 molL-1,B 项错误;对于放热反应,温度越高,平衡常数越小,C 项正确;达平衡时 c(NO2)=2.00 molL-1,c(O2)=0.50 molL-1,c(N2O5)=1.00 molL-1,则 K= =0.125,平衡时 NO2的转化率为 100%=50%,O2的转化率1.0022.0040.502.00-14.00-1为 100%=50%,D 项正确。0.50-11.00-15.C -lg K 越大,平衡常数 K 值越小,由图可知,随着温度升高,平衡常数 K 值增大,则升高温度平衡正向移动,正反应
12、为吸热反应, H0,故 A 项正确; A 点对应的-lg K=2.294,则平衡常数 K(A)=10-2.294,故B 项正确;因反应物氨基甲酸铵为固体,则反应体系中气体只有 NH3和 CO2,反应得到 NH3和 CO2的物质的量之比为 21,反应开始后 NH3的体积分数始终不变,所以 NH3的体积分数不变时不能说明反应达到了平衡状态,故 C 项错误;30 时, B 点的浓度商 Qc大于平衡常数 K,反应向逆反应方向进行,则 B 点对应状态的 v(正)p1,A 项错误;由图像可知该反应为吸热反应,所以温度越高, K 越大,B 项正确; a 点为平衡点,应为 3v(NH3)正 =2v(H2)逆
13、,C 项错误; a 点时,假设反应后气体总体积为 1 L,则 N2为 0.1 L、H 2为 0.3 L,未反应的 NH3为 0.6 L,参加反应的 NH3为0.2 L,所以氨气的转化率为 100%=25%,D 项错误。0.20.6+0.28.D 由容器中数据可计算出 607 K 时反应的平衡常数CO 2(g)+H2S(g) COS(g)+H2O(g)c(始)/(mol L-1) 0.05 0.075 0 0c(变)/(mol L-1) 0.025 0.025 0.025 0.025c(平)/(mol L-1) 0.025 0.05 0.025 0.025平衡常数 K= =0.5,D 项正确;对
14、比、可知随温度升高,平衡常数减小,平衡()(2)(2)(2)向逆反应方向移动,说明逆反应是吸热反应,正反应放热,A 项错误;相对于,是成比例的增加投料量,相当于加压,由于题给反应是气体体积不变的反应,所以平衡不移动, c(COS) =2c(COS) =0.05 molL-1,C 项错误;容器平衡时,再充入少量氦气,容器体积不变,各成分浓度不变,平衡不移动,B项错误。9.答案 (1)放热 (2)a AC (3)0.8 molL -1min-1 1.25 80%解析 (1)升高温度平衡常数减小,所以其正反应为放热反应。(2)正反应放热,升高温度平衡向逆反应方向进行,甲醇的体积分数减小,因此能正确反
15、映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是 a。正反应体积减小,容器中气体的压强不再变化能表明反应已达平衡状态,A 正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此混合气体的密度不再8变化不能说明达到平衡状态,B 错误;混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值,质量不变,但气体物质的量是变化的,所以混合气体的平均相对分子质量不再变化可以说明达到平衡状态,C 正确; v 正 (H2)=2v 正 (CH3OH)均表示正反应方向,不能说明达到平衡状态,D 错误。(3)4 min 达到平衡,平衡时 CO 的转化率为 80%,则消耗 CO 是
16、3.2 mol,因此消耗氢气是 6.4 mol,H2浓度变化是 3.2 molL-1,所以 04 min,反应的 v(H2)=3.2 molL-14 min=0.8 molL-1min-1。剩余 CO 是 0.4 molL-1,氢气是 0.8 molL-1,最初生成甲醇是 1.6 molL-1,设分解的甲醇是 x molL-1,则生成二甲醚是 0.5x molL-1,所以根据 2c(CH3OH)=c(CH3OCH3)有0.5x=2(1.6-x),解得 x=1.28,所以根据方程式可知反应的平衡常数 K= =1.25。反0.320.40.82应中 CH3OH 的转化率 =1.28/1.6100%
17、=80%。10.答案 (1)0.12 molL -1min-1 增大 F (2) KA=KBKC 2解析 (1) =2,因为 n(CO)+n(H2)=3 mol,则 n(H2)=2 mol,n(CO)=1 mol,05 min 内转化的(2)()n(CO)=0.6 mol,则有CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)起始/(mol L-1) 0.5 1 0转化/(mol L-1) 0.3 0.6 0.3平衡/(mol L-1) 0.2 0.4 0.3v(H2)=0.6 molL-15 min=0.12 molL-1min-1,K= 。再向容器中加入 CO (g)和0.30.20.42CH3
18、OH(g)各 0.4 mol 时,体系的浓度商 Qc= ,Qc v(逆),0.3+0.2(0.2+0.2)0.42H2的转化率将增大。反应物按方程式中各物质的化学计量数比投料时产物的体积分数最大,否则都会使产物的体积分数减小,故应选 F 点。(2)平衡常数只与温度有关,CO 与 H2反应生成 CH3OH 的反应为放热反应,则升高温度,平衡常数减小,则 KCKC。达到平衡状态 A 时,容器的体积为 10 L,状态 A 与 B 的平衡常数相同,状态 A 时CO 的转化率是 0.5,则平衡时 CO 的物质的量是 10 mol(1-0.5)=5 mol,浓度是 0.5 molL-1,c(H2)=1 m
19、olL-1,生成甲醇的物质的量是 5 mol,浓度是 0.5 molL-1,所以平衡常数 KA=1;设状态 B 时容器的体积是 V L,状态 B 时 CO 的转化率是 0.8,则平衡时,CO 的物质的量浓度为 molL-1,氢气的2物质的量浓度是 molL-1,生成甲醇的物质的量浓度是 molL-1,KB= =1,解得 V=2。4 882(4)2911.答案 (1)30.0 6.010 -2 大于 温度提高,体积不变,总压强提高;NO 2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 13.4 (2)AC解析 (1)依据反应:N 2O5(g) 2NO2(g)+ O2(g)及气
20、体的物质的量与其形成的压强成正比,生成的O2的压强 p(O2)=2.9 kPa,则剩余 N2O5形成的压强 p(N2O5)=35.8 kPa-2.9 kPa2=30.0 kPa。则N2O5的分解速率 v=210-330.0=6.010-2kPamin-1。若提高反应温度至 35 ,由于体积不变,但温度提高,总压强增大;且 2NO2(g) N2O4(g)为放热反应,温度升高,平衡左移,气体的物质的量增大,总压强提高,所以 N2O5完全分解后体系压强大于 63.1 kPa。 t=时,体系的总压强为 63.1 kPa 为平衡时的总压强,此时 N2O5完全分解,生成的氧气的压强为: p(O2)= =1
21、7.9 kPa。若 NO2不生35.8 2成 N2O4,则此时的总压应为 35.8 kPa=89.5 kPa,而实际压强为 63.1 kPa,压强差为:89.5 kPa-63.1 kPa=26.4 kPa2NO2 N2O4 压强差2 1 126.4 kPa 26.4 kPa则剩余 NO2的分压为:63.1 kPa- p(O2)-p(N2O4)=18.8 kPa由此可求反应 N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数为 =13.4 kPa。(18.8 )226.4 (2)第一步反应快,能够快速平衡,而第二步反应是慢反应,故第一步反应的逆反应速率大于第二步反应,A 项正确;根据第二步和第三步可知中间产物有 NO、NO 3,B 项错误;根据第二步反应是慢反应可知,说明该步的反应物有效碰撞低,C 项正确;活化能越低反应越易发生,第三步反应快说明该步反应的活化能较低,D 项错误。
