届高考化学总复习第7章化学反应速率和化学平衡第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向配套练习新人教版Word文档格式.docx
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L-1、c(C)=1.0mol·
L-1,则K=________。
答案 K=
0.0625
2.教材知识拓展
一定温度下,分析下列三个反应的平衡常数的关系
①N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) K1
②
N2(g)+
H2(g)
NH3(g) K2
③2NH3(g)
N2(g)+3H2(g) K3
(1)K1和K2,K1=________。
(2)K1和K3,K1=________。
解析 化学反应方向改变或化学计量数改变,化学平衡常数均发生改变。
答案
(1)K
(2)
3.(溯源题)[2017·
课标全国Ⅰ,28(3)]近期发现,H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。
回答下列问题:
H2S与CO2在高温下发生反应:
H2S(g)+CO2(g)
COS(g)+H2O(g)。
在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L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620K重复试验,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.H2SB.CO2
C.COSD.N2
解析
H2O%=
=0.02,x=0.01。
H2S的转化率为
100%=2.5%。
=2.8×
10-3。
(2)水的物质的量分数增大,说明平衡正向移动,H2S的转化率增大;
温度升高,平衡正向移动,说明正反应是吸热反应。
(3)增大H2S浓度,平衡正向移动,CO2转化率增大,H2S转化率降低,A错误;
同理,增大CO2浓度,H2S转化率增大,CO2转化率降低,B正确;
增大COS浓度,平衡向逆反应方向移动,H2S转化率降低,C错误;
加入不反应的N2,反应物、生成物浓度均不变,平衡不移动,H2S转化率不变,D错误。
答案
(1)2.5 2.8×
10-3
(2)>
>
(3)B
探源:
本考题源于教材RJ选修4P29“例1”及拓展,对化学平衡常数的理解及运用进行了考查。
题组一 化学平衡常数的理解及表示方法
1.(2018·
邢台期末联考)只改变一个影响化学平衡的因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.平衡向右移动时,K值不一定变化
C.K值有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K值也增大两倍
解析 因改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K值不变,K只与温度有关,A项和B项均正确;
K值只与温度有关,K值发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C项正确;
相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K值应该变为[K(原)]2,D项错误。
答案 D
2.(2018·
潍坊质检)某温度下,在一个2L的密闭容器中,加入4molX和2molY进行如下反应:
3X(g)+2Y(g)
4Z(s)+2W(g),反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6molZ,则下列说法正确的是( )
A.该反应的化学平衡常数表达式是K=
B.此时,Y的平衡转化率是40%
C.增大该体系的压强,化学平衡常数增大
D.增加Y,Y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Z是固体,A错误;
根据化学方程式可知,平衡时减少的Y的物质的量是1.6mol×
=0.8mol,所以Y的转化率为
100%=40%,B正确;
平衡常数只与温度有关,增大压强时平衡常数不变,C错误;
增加Y后平衡右移,X的转化率增大,而Y的转化率减小,D错误。
答案 B
3.无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。
N2O4与NO2转换的热化学方程式为:
N2O4(g)
2NO2(g) ΔH=+24.4kJ/mol。
(1)平衡常数K可用反应体系中气体物质的分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×
物质的量分数[例如:
p(NO2)=p总×
x(NO2)]。
写出上述反应平衡常数Kp的表达式________(用p总、各气体物质的量分数x表示);
影响Kp的因素为________。
(2)上述反应中,正反应速率v正=k正·
p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·
p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________(以k正、k逆表示)。
解析
(1)Kp=
=
,与化学平衡常数K一样,影响Kp的因素为温度。
(2)Kp=
,达到平衡时,v正=v逆,即k正·
p(N2O4)=k逆·
p2(NO2),
,故Kp=
答案
(1)
(其他合理答案亦可) 温度
(2)
题组二 化学平衡常数及转化率的求算
4.(2018·
安徽省“江淮十校”高三第一次联考)300℃时,将气体X和气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中,发生反应:
X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<
0,一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的数据如下表:
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
下列说法正确的是( )
A.前2min的平均反应速率v(X)=2.0×
10-2mol/(L·
min)
B.其他条件不变,再充入0.1molX和0.1molY,再次平衡时Y的转化率不变
C.当v逆(Y)=2v正(Z)时,说明反应达到平衡
D.该反应在250℃时的平衡常数小于1.44
解析 A.前2min的平均反应速率v(X)=v(Y)=(0.04/10/2)mol/(L·
min)=2.0×
10-3mol/(L·
min),故A错误;
B.其他条件不变,再充入0.1molX和0.1molY,相当于加压,加压平衡不移动,再次平衡时Y的转化率不变,故B正确;
C.当v逆(Y)=2v正(Z)时,反应未达到平衡,故C错误;
D.该反应在300℃时,平衡常数为1.44,降温平衡右移,250℃时的平衡常数大于1.44,故D错误。
5.(2018·
山东名校联盟期末联考)氮和碳一样也存在一系列氢化物如NH3、N2H4、N3H5、N4H6等。
(1)上述氮的系列氢化物的通式为________;
N3H5的电子式为________。
(2)已知4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=akJ/mol K1①;
4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) ΔH2=bkJ/mol K2②;
写出N2与O2反应生成1molNO气体的热化学方式程式为_______________________________________________________________;
该反应式的平衡常数表达式K=________(用K1、K2表示)。
(3)已知NH3·
H2O为一元弱碱,N2H4·
H2O为二元弱碱,在水溶液中的一级电离方程式表示为N2H4·
H2O+H2O
N2H5·
H2O++OH-,则可溶性盐盐酸肼(N2H6Cl2)第一步水解的离子方程式为_________________________________________;
溶液中离子浓度由大到小的顺序为_____________________________________。
(4)如图所示,隔板Ⅰ固定不动,活塞Ⅱ可自由移动,M、N两个容器均发生如下反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
①向M、N中,各通入2molN2和6molH2。
初始M、N容积相同,并保持温度不变。
则到达平衡时H2的转化率α(H2)为M________N(填“>”“=”“<”)。
②若在某条件下,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)在容器N中达到平衡,测得容器中含有1.0molN2、0.4molH2、0.2molNH3,此时容积为2.0L。
则此条件下的平衡常数为________。
解析
(1)氮的系列氢化物的通式为NnHn+2;
N3H5电子式为
(1)[①-②]÷
4得:
1/2N2(g)+1/2O2(g)===NO(g) ΔH=(a-b)/4kJ·
mol-1,K=[NO]/[[N2]1/2·
[O2]1/2]=(K1/K2)1/4。
(3)由题目所给信息可知N2H
分2步水解,N2H
+H2O
H2O++H+(主要),N2H5·
H2O++H2O
N2H4·
H2O+H++H2O,因而离子浓度的大小顺序为[Cl-]>[N2H
]>[H+]>[N2H5·
H2O+]>[OH-]。
(4)①由于隔板Ⅰ固定不动,活塞Ⅱ可自由移动,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)是总体积减小的反应,活塞Ⅱ向左移动。
向M、N中,各通入2molN2和6molH2,N容器相当于在M容器达平衡的基础上再缩小容器的体积,平衡将右移,平衡时α(H2)为M<N。
②K=0.12/[0.5×
0.23]=2.5mol-2·
L2
答案
(1)NnHn+2
(2)1/2N2(g)+1/2O2(g)===NO(g) ΔH=(a-b)/4kJ·
mol-1 (K1/K2)1/4
(3)N2H
H2O++H+
[Cl-]>[N2H
H2O+]>[OH-]
(4)< 2.5mol-2·
【方法技巧】
压强平衡常数的含义及计算技巧
Kp含义:
在化学平衡体系中,各气体物质的分压替代浓度,计算的平衡常数叫压强平衡常数。
单位与表达式有关。
计算技巧:
第一步,根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度;
第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积分数;
第三步,根据分压计算分式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×
该气体的体积分数(或物质的量分数);
第四步,根据平衡常数计算公式代入计算。
例如,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),压强平衡常数表达式为Kp=
[审读说明]
题目类型:
类型一:
从表格信息总结规律
类型二:
从图中信息总结规律
类型三:
从题中信息总结规律并作图
类型四:
从题中信息总结规律并分析原因
分析方法:
1.提取什么?
审清题,明确目标,并做好标注。
2.怎么提取?
分析变化趋势和斜率变化。
3.答题模板:
其他条件不变,随着自变量(横坐标)变化(增大或减少),XX因变量(纵坐标)逐渐(增大/减少)。
或者就横坐标、自变量分区作答(非单调曲线)。
写规律时的原则:
先整体后局部。
分析原因型分析方法:
答题模板:
什么因素的改变使什么平衡向什么方向移动,结果是什么。
作图策略:
分析图表信息,确定横竖坐标,做好“三点一变化”:
起点、终点、转折点和变化趋势。
[模型解题]
【案例1】 用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g)
1/4CaS(s)+CO2(g)
ΔH1=-47.3kJ·
mol-1
②CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)
ΔH2=+210.5kJ·
mol-1
③CO(g)
1/2C(s)+1/2CO2(g)
ΔH3=-86.2kJ·
反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见下图,结合各反应的ΔH,归纳lgK~T曲线变化规律:
a)_____________________________________________________________;
b)_____________________________________________________________。
审读指导
1.审题(图)时目标是什么?
2.K的含义?
lgK的含义?
哪些量与K变化趋势一致?
(以反应①为例)
3.该反应的自变量?
因变量?
4.变化趋势和斜率变化如何?
受什么因素影响?
答案 a)放热反应的lgK随温度升高而下降
b)放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大
【案例2】 研究表明:
在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。
(1)为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学根据反应8NH3(g)+6NO2(g)
7N2(g)+12H2O(g) ΔH<0设计了如下表所示三组实验,请完善表格中的数据。
实验
编号
温度
/℃
c(NH3)初始
/(mol·
L-1)
c(NO2)初始
催化剂的比
表面积/(m2·
g-1)
Ⅰ
350
8.0×
10-3
6.0×
120
Ⅱ
80
Ⅲ
150
(2)请在给出的坐标图中,画出上表Ⅱ、Ⅲ实验中NO2浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明实验编号。
(1)探究温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响时,根据控制单一变量原则,三组实验中NH3、NO2的初始浓度应相同,结合Ⅰ、Ⅲ中温度不同,Ⅰ、Ⅱ中催化剂比表面积不同,则Ⅰ、Ⅱ应温度相同。
(2)Ⅱ中的催化剂比表面积比Ⅰ中的小,达到平衡的时间比Ⅰ长,Ⅱ、Ⅲ中的催化剂比表面积相同,Ⅲ的反应温度较低,则达到平衡用时最长,又由题意知,该反应为放热反应,降低温度会使平衡正向移动,故平衡时Ⅲ中的c(NO2)要比Ⅰ、Ⅱ中的c(NO2)小。
答案
(1)①
(2)
考点二 化学反应进行的方向
★☆☆ 难度:
★☆☆)
1.自发过程
(1)含义
在一定条件下,不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2.化学反应方向
(1)判据
(2)一般规律:
①ΔH<
0,ΔS>
0的反应任何温度下都能自发进行;
②ΔH>
0,ΔS<
0的反应任何温度下都不能自发进行;
③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,温度对反应的方向起决定性作用。
当ΔH<
0时低温下反应能自发进行;
当ΔH>
0时,高温下反应能自发进行。
说明:
对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。
1.教材基础判断正误
(1)放热过程均可以自发进行,吸热过程均不能自发进行( )
(2)CaCO3
CaO+CO2↑是一个熵增的过程( )
(3)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素( )
(4)ΔH<0、ΔS>0时,反应一定能自发进行( )
(5)吸热且熵增加的反应,当温度升高时,反应一定能自发进行( )
(6)-10℃的水结成冰,可用熵变的判据来解释反应的自发性( )
(7)(2015·
天津高考)Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行( )
(8)(2014·
天津高考)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应( )
(9)(2014·
江苏高考)2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0( )
(10)(2013·
江苏高考)反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0( )
(11)(2012·
江苏高考)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0( )
(12)(2011·
江苏高考)一定温度下,反应MgCl2(l)===Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0( )
答案
(1)×
(2)√ (3)×
(4)√ (5)×
(6)×
(7)√ (8)√ (9)×
(10)√ (11)×
(12)√
2.(RJ选修4·
P361改编)下列过程的熵变的判断不正确的是( )
A.溶解少量食盐于水中,ΔS>0
B.纯碳和氧气反应生成CO(g),ΔS>0
C.H2O(g)变成液态水,ΔS>0
D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g),ΔS>0
答案 C
题组 焓变、熵变与化学反应方向的判断
1.反应2AB(g)===C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,反应后体系中物质的总能量升高,则该反应的ΔH、ΔS应为( )
A.ΔH<
0B.ΔH<
C.ΔH>
0D.ΔH>
解析 该反应中气体的物质的量增加,ΔS>
0。
反应后体系中物质的总能量升高,说明正反应是吸热反应,ΔH>
2.下列说法中,正确的是( )
A.反应产物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH<0
B.已知反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)平衡常数为K,则2H2(g)+2I2(g)
4HI(g)的平衡常数为2K
C.ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行
D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,不能改变化学反应进行的方向
解析 ΔH=生成物能量和-反应物能量和,当反应产物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH>0,A错误;
因为相同温度下,化学计量数变为原来的n倍,则化学平衡常数为原来的n次方,所以反应2H2(g)+2I2(g)
4HI(g)的平衡常数为K2,B错误;
根据ΔG=ΔH-TΔS判断,对于ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时ΔG<0,反应能自发进行,C错误;
催化剂只改变反应速率,不改变化学反应进行的方向,D正确。
3.
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)===2C(s)+O2(g)
已知该反应的ΔH>
0,简述该设想能否实现的依据:
__________________
__________________________________________________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式如下:
2NO+2CO
2CO2+N2。
反应能够自发进行,则反应的ΔH________0(填“>
”或“=”)。
解析
(1)2CO(g)===2C(s)+O2(g),该反应是焓增、熵减的反应。
根据ΔG=ΔH-TΔS,ΔG>
0,不能实现。
(2)该反应为熵减反应,能自发进行说明ΔH<
答案
(1)该反应是焓增、熵减的反应,任何温度下均不自发进行
(2)<
【规律总结】
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH-TΔS
反应情况
-
+
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
低温为正高温为负
低温时非自发,高温时自发
低温为负高温为正
低温时自发,高温时非自发
[试题分析]
(2016·
课标全国Ⅲ,27)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NO,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝,回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为________。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323K,NaClO2溶液浓度为5×
10-3mol·
L-1。
反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
NO
Cl-
c/(mol·
8.35×
10-4
6.87×
10-6
1.5×
1.2×
10-5
3.4×
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________________________________________。
增加压强,NO的转化率________(填“提高”、“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐________(填“增大”、“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。
原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是__________________________________________________________。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”、“不变”或“减小”)。
②反应ClO
+2SO
===2SO
+Cl-的平衡常数K表达式为___________________________________________