化学平衡常数 化学反应进行的方向.docx

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化学平衡常数化学反应进行的方向

化学平衡常数 化学反应进行的方向1.(2017·临沂期末)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,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

,D项错误。

[答案] D

2.(2017·大连重点中学联考)一定温度下,在一个容积为1L的密闭容器中,充入1molH2(g)和1molI2(g),发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g),经充分反应达到平衡后,生成的HI(g)占气体体积的50%,该温度下,在另一个容积为2L的密闭容器中充入1molHI(g)发生反应HI(g)

H2(g)+

I2(g),则下列判断正确的是(  )

A.后一反应的平衡常数为1

B.后一反应的平衡常数为0.5

C.后一反应达到平衡时,H2(g)的平衡浓度为0.25mol·L-1

D.后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡浓度0.5mol·L-1

[解析] 前一反应达平衡时c(H2)=c(I2)=0.5mol·L-1,c(HI)=1mol·L-1,则平衡常数K1=

=4,而后一反应的平衡常数K2=

=0.5,A项错误,B项正确;设后一反应达平衡时c(H2)=xmol·L-1,则平衡时c(I2)=xmol·L-1,c(HI)=(0.5-2x)mol·L-1,K2=

=0.5,解得x=0.125,故平衡时c(HI)=0.25mol·L-1,C项错误,D项错误。

[答案] B

3.活性炭可处理大气污染物NO,反应原理:

C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。

T℃时,在2L密闭容器中加入0.100molNO和2.030mol活性炭(无杂质),平衡时活性炭物质的量是2.000mol。

下列说法不合理的是(  )

A.该温度下的平衡常数:

K=

B.达到平衡时,NO的转化率是60%

C.3min末达到平衡,则v(NO)=0.01mol·L-1·min-1

D.升高温度有利于活性炭处理更多的污染物NO

[解析] 利用三段式分析。

C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)

起始物质的量(mol)2.0300.10000

转化物质的量(mol)0.0300.0600.0300.030

平衡物质的量(mol)2.0000.040.0300.030

平衡时各物质的浓度:

c(NO)=0.02mol·L-1,c(N2)=0.015mol·L-1,c(CO2)=0.015mol·L-1。

A项,该温度下的平衡常数:

K=

,正确;B项,达到平衡时,NO的转化率:

×100%=60%,正确;C项,3min末达到平衡,则v(NO)=

=0.01mol·L-1·min-1,正确;D项,不知道反应是放热反应还是吸热反应,无法确定温度对该反应限度的影响,错误。

[答案] D

4.某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应:

X(g)+mY(g)3Z(g)平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。

在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。

下列叙述不正确的是(  )

A.m=2

B.两次平衡的平衡常数相同

C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1

D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4mol·L-1

[解析] A项,由题意可知两种条件下X、Y、Z的初始物质的量不同,而最终平衡状态相同,则两种条件下建立的平衡为温度、容积不变时的等效平衡,故满足反应前后气态物质计量数之和相等,则1+m=3,m=2,正确;B项,温度不变,平衡常数不变,正确;C项,X、Y的初始物质的量之比为1∶2,根据方程式可知参加反应的X、Y的物质的量之比也为1∶2,故X与Y的平衡转化率之比为1∶1,正确;D项,由方程式可知该反应反应前后气体的物质的量不变,所以第二次平衡时气体的总物质的量为4mol,则Z的物质的量为4mol×10%=0.4mol,Z的浓度为0.4mol÷2L=0.2mol·L-1,错误。

[答案] D

5.(2017·大连双基测试)将一定量的氨基甲酸铵置于恒容的密闭真空容器中(固体体积忽略不计),使其达到化学平衡:

H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。

实验测得不同温度下的平衡数据列于下表

温度/℃

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

平衡总压强/kPa

5.7

8.3

12.0

17.1

24.0

平衡气体总

浓度/10-3mol/L

2.4

3.4

4.8

6.8

9.4

下列有关叙述正确的是(  )

A.在低温下该反应能自发进行

B.15℃时,该反应的化学平衡常数约为2.0

C.当混合气体平均相对分子质量不变时,该反应达到化学反应限度

D.恒温条件下,向原平衡体系中再充入2molNH3和1molCO2,达平衡后CO2浓度不变

[解析] 反应H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)的ΔS>0,温度升高平衡时总浓度增大,说明正方向吸热,即ΔH>0,根据ΔG=ΔH-TΔS可知在高温下该反应才能自发进行,A项错误;15.0℃时,总浓度为2.4×10-3mol/L,容器内气体的浓度之比为2∶1,故NH3和CO2的浓度分别为1.6×10-3mol/L、0.8×10-3mol/L,代入平衡常数表达式:

K=(1.6×10-3)2×0.8×10-3=2.048×10-9,B项错误;反应混合气体中NH3和CO2的比值始终是2∶1,混合气体平均相对分子质量始终是定值,无法判断反应达到平衡状态,C项错误;恒温条件下,平衡常数不变,且K=c2(NH3)×c(CO2),反应混合气体中NH3和CO2的比值始终是2∶1,故重新平衡时CO2的浓度不变,D项正确。

[答案] D

6.(2017·山西五校联考)向一300mL的恒容密闭容器中加入一种多孔粉块状物质R,并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应:

R(s)+4CO(g)R(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

下列说法不正确的是(  )

A.物质R做成多孔状可增大接触面积,加快化学反应速率

B.25℃时反应R(CO)4(g)R(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5

C.80℃时,测得某时刻R(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)

D.80℃时反应达到平衡,测得n(CO)=0.3mol,则R(CO)4的平衡浓度为2mol·L-1

[解析] 物质R做成多孔状,增大了接触面积,可以加快化学反应速率,A项正确;25℃时反应R(s)+4CO(g)R(CO)4(g)的平衡常数为5×104,相同温度下,对于同一可逆反应的正、逆反应平衡常数互为倒数,故25℃时反应R(CO)4(g)R(s)+4CO(g)的平衡常数为

=2×10-5,B项正确;浓度商Qc=

=8,大于80℃的平衡常数2,故反应向逆反应方向进行,故v(正)<v(逆),C项错误;80℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,c(CO)=

=1mol/L,故c[R(CO)4]=K·c4(CO)=2×14mol/L=2mol/L,D项正确。

[答案] C

7.

(2017·郴州质检)在一定温度下,向2L恒容密闭容器中充入1molA,发生A(g)B(g)+C(g)反应。

反应过程中c(C)随时间变化的曲线如下图所示,下列说法不正确的是(  )

A.反应在0~50s的平均速率v(C)=1.6×10-3mol/(L·s)

B.该温度下,反应的平衡常数K=0.025

C.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(B)=0.11mol/L,则该反应的ΔH<0

D.反应达平衡后,再向容器中充入1molA,该温度下再达到平衡时,0.1mol/L

[解析] 在前50秒,C的浓度变化量为0.08mol/L,所以反应速率=0.08/50=1.6×10-3mol/(L·s),A项正确;在250秒到平衡,C的浓度为0.10mol/L,根据方程式计算,平衡时A的浓度为0.4mol/L,B的浓度为0.1mol/L,则平衡常数=0.1×0.1/0.4=0.025,B项正确;保持其他条件不变,升温,平衡时B的浓度比原来多,则说明平衡正向移动,即正反应为吸热反应,C项错误;再充入1molA,相对于加压到原来的2倍压强,平衡逆向移动,C的浓度比原来的浓度大,但小于原来的2倍,D项正确。

[答案] C

8.(2017·资阳模拟)一定温度下,有两个体积均为2L的恒容密闭容器I和II,向I中加入1molCO和2molH2,向II中加入2molCO和4molH2,均发生下列反应并建立平衡:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

测得不同温度下CO平衡转化率如右图所示。

下列说法正确的是(  )

A.该反应的ΔH>0

B.N点化学平衡常数K=0.59

C.L、M两点容器内压强:

P(M)>2P(L)

D.向N点平衡体系中再加入1molCH3OH,建立新平衡时被分解的CH3OH物质的量大于0.4mol

[解析] 由图象分析可知,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应中CO转化率随温度升高减小,说明升温逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;根据化学平衡三段式列式计算M点平衡浓度,CO的转化率为60%,

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),

起始量(mol/L)120

变化量(mol/L)0.61.20.6

平衡量(mol/L)0.40.80.6

计算平衡常数K=

=2.34,平衡常数随温度变化,M、N点温度相同,化学平衡常数相同,B项错误;L、M两点容器内压强之比等于气体的物质的量之比等于1∶2,P(M)=2P(L),但温度升高,M点压强增大,P(M)>2P(L),C项正确;N点平衡体系中再加入1molCH3OH,相当于Ⅰ中再加入1molCO和2molH2,最后达到平衡状态和Ⅱ中加入2molCO和4molH2的平衡状态相同,甲醇最后平衡状态为1.2mol,CO转化率60%,则相当于逆向进行甲醇分解率为40%,加入1mol甲醇增大压强平衡正向进行,则分解率小于40%,分解的甲醇小于0.4mol,D项错误。

[答案] C

9.(2017·湖南十校联考)在某温度T℃时,将N2O4、NO2分别充入两个各为1L的密闭容器中。

反应过程中浓度变化如下:

2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0

下列说法不正确的是(  )

A.平衡时,Ⅰ、Ⅱ中反应物的转化率α(N2O4)>α(NO2)

B.平衡后,升高相同温度,以N2O4表示的反应速率v(Ⅰ)<v(Ⅱ)

C.平衡时,Ⅰ、Ⅱ中上述正反应的平衡常数K(Ⅰ)=K(Ⅱ)

D.平衡后,升高温度,Ⅰ、Ⅱ中气体颜色都将加深

[解析] Ⅰ中,α(N2O4)=(0.100mol·L-1-0.040mol·L-1)÷0.100mol·L-1=0.6,Ⅱ中α(NO2)=(0.100mol·L-1-0.0716mol·L-1)÷0.100mol·L-1=0.284,故Ⅰ、Ⅱ中反应物的转化率α(N2O4)>α(NO2),A正确;由表格数据可知,平衡时c(N2O4):

Ⅰ>Ⅱ,故以N2O4表示反应速率v(Ⅰ)>v(Ⅱ),升高相同温度,以N2O4表示的反应速率v(Ⅰ)>v(Ⅱ),B错误;平衡常数只与温度有关,温度相同,平衡常数相同,故K(Ⅰ)=K(Ⅱ),C正确;因为2NO2N2O4(g) ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,NO2浓度增大,颜色变深,D正确。

[答案] B

10.(2017·吉林质检)在一定条件下,将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生如下反应:

3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。

2min末该反应达到平衡,生成0.8molD,并测得C的浓度为0.2mol·L-1。

下列判断错误的是(  )

A.平衡常数约为0.3

B.B的转化率为40%

C.A的平均反应速率为0.3mol·L-1·min-1

D.若混合气体的相对分子质量不变则表明该反应达到平衡状态

[解析] 平衡时生成的C的物质的量为0.2mol·L-1×2L=0.4mol,物质的量之比等于化学计量数之比,故0.4mol∶0.8mol=x∶2,解得x=1,依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度;

3A(g)+B(g)C(g)+2D(g)

起始量(mol·L-1)1.50.500

变化量(mol·L-1)0.60.20.20.4

平衡量(mol·L-1)0.90.30.20.4

K=

≈0.146,A错误;2min末该反应达到平衡,生成0.8molD,由方程式3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)可知,参加反应的B的物质的量为0.8mol×

=0.4mol,故B的转化率为

×100%=40%,B正确;2min内生成0.8molD,故2min内D的反应速率v(D)=

=0.2mol·L-1·min-1,速率之比等于化学计量数之比,故v(A)=

v(D)=

×0.2mol·L-1·min-1=0.3mol·L-1·min-1,C正确;因为该反应前后气体体积变小,而反应前后气体质量守恒,所以相对分子质量在反应进行过程中是变化的,当相对分子质量不变时则说明反应达到平衡状态,D正确。

[答案] A

11.(2017·郴州质检三)在容积均为1L的三个密闭容器中,分别放入铁粉并充入1molCO,控制在不同温度下发生反应:

Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(g),当反应进行到5min时,测得CO的体积分数与温度的关系如图所示。

下列说法一定正确的是(  )

A.反应进行到5min时,b容器中v(正)=v(逆)

B.正反应为吸热反应,平衡常数:

K(T1)>K(T2)

C.b中v(正)大于a中v(逆)

D.达到平衡时,a、b、c中CO的转化率为b>c>a

[解析] 5min时,b容器中的反应不一定是平衡状态,则v(正)、v(逆)不一定相等,A项错误;温度越高,反应速率越快,根据b、c两点可知,升高温度,平衡逆向移动,说明正反应为放热反应,B项错误;b的温度高于a,因此b中v(正)大于a中v(逆),C项正确;根据B的分析,正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的转化率降低,达到平衡时,a、b、c中CO的转化率为a>b>c,D项错误。

[答案] C

12.(2017·烟台模拟)研究氮氧化物的反应机理,对于消除对环境的污染有重要意义。

升高温度绝大多数的化学反应速率增大,但是2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的速率却随着温度的升高而减小。

某化学小组为研究该特殊现象的实质原因,查阅资料知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步:

①2NO(g)N2O2(快) ΔH1<0

v1正=k1正c2(NO) v1逆=k1逆c(N2O2)

②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢) ΔH2<0

v2正=k2正c(N2O2)c(O2) v2逆=k2逆c2(NO2)

请回答下列问题:

(1)反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=________kJ·mol-1(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。

一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,请写出k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K=________,升高温度,K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的速率是反应②。

反应①的活化能E1与反应②的活化能E2的大小关系为E1________(填“>”“<”或“=”)E2。

根据速率方程分析,升高温度该反应速率减小的原因是________。

A.k2正增大,c(N2O2)增大

B.k2正减小,c(N2O2)减小

C.k2正增大,c(N2O2)减小

D.k2正减小,c(N2O2)增大

由实验数据得到v2正~c(O2)的关系可用下图表示。

当x点升高到某一温度时,反应重新达到平衡,则变为相应的点为________(填字母)。

[解析] 

(1)①2NO(g)N2O2(g) ΔH1<0,②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2<0,根据盖斯定律,将①+②,得:

2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2;2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,平衡常数K=

×

×

,平衡时,v2正=v2逆,v1正=v1逆,因此K=

;该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,K值减小。

(2)反应的活化能越小,反应速率越快,决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反应②,反应②速率较慢,活化能较大,即E1<E2;根据速率方程,A项,k2正增大,c(N2O2)增大,v2正增大,与题意不符,错误;B项,k2正减小,c(N2O2)减小,v2正减小,与题意符合,正确;C项,k2增大,c(N2O2)减小,v2正的变化无法判断,与题意不符,错误;D项,k2正减小,c(N2O2)增大,v2正的变化无法判断,与题意不符,错误;根据上述分析,升高温度,v2正减小,平衡向逆反应方向移动,c(O2)增大,因此当x点升高到某一温度时,c(O2)增大,v2正减小,符合条件的为点a。

[答案] 

(1)ΔH1+ΔH2 

 减小 

(2)< B a

13.(2017·保定一模)雾霾天气严重影响人们的生活和健康。

其中首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5,其主要来源为燃煤、机动车尾气等。

因此改善能源结构、机动车限号等措施能有效减少PM2.5、SO2、NOx等污染。

请回答下列问题:

(1)汽车尾气中有NOx和CO生成:

①已知汽缸中生成NO的反应为:

N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH>0,在恒温、恒容密闭容器中,下列说法中,能说明该反应达到化学平衡状态的是________。

A.混合气体的密度不再变化

B.混合气体的压强不再变化

C.N2、O2、NO的物质的量之比为1∶1∶2

D.氧气的转化率不再变化

(2)为减少SO2的排放,常采取的措施有:

①将煤转化为清洁气体燃料。

已知:

H2(g)+1/2O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1

C(s)+1/2O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1,写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式________。

②洗涤含SO2的烟气。

下列可作为洗涤含SO2的烟气的洗涤剂的是_____。

A.浓氨水

B.碳酸氢钠饱和溶液

C.FeCl2饱和溶液

D.酸性CaCl2饱和溶液

(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。

某研究性小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。

若不使用CO,温度超过775K,发现NO的分解率降低,其可能的原因为________,在n(NO)/n(CO)=1的条件下,为更好的除去NOx物质,应控制的最佳温度在________K左右。

(4)车辆排放的氮氧化物、煤燃烧产生的二氧化硫是导致雾霾天气的“罪魁祸首”。

活性炭可处理大气污染物NO。

在5L密闭容器中加入NO和活性炭(假设无杂质),一定条件下生成气体E和F。

当温度分别在T1℃和T2℃时,测得各物质平衡时物质的量(n/mol)如下表:

物质

温度℃

活性炭

NO

E

F

初始

3.000

0.10

0

0

T1

2.960

0.020

0.040

0.040

T2

2.975

0.050

0.025

0.025

①写出NO与活性炭反应的化学方程式________。

②若T1<T2,则该反应的ΔH________O(填”>”、“<”或“=”)。

③上述反应T1℃时达到化学平衡后再通入0.1molNO气体,则达到新化学平衡时NO的转化率为________。

[解析] 

(1)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,混合气体的密度不再变化不能说明反应达到平衡状态,A项错误;反应前后体积不变,因此混合气体的压强始终不变,不能据此说明反应达到平衡状态,B项错误;N2、O2、NO的物质的量之比为1∶1∶2不能说明正逆反应速率相等,不能据此说明反应达到平衡状态,C项错误;氧气的转化率不再变化说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,D项正确。

(2)①已知:

ⅰ.H2(g)+1/2O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1,ⅱ.C(s)+1/2O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1,利用盖斯定律,将ⅱ-ⅰ可得C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=(-110.5kJ·mol-1)-(-241.8kJ·mol-1)=+131.3kJ·mol-1;②洗涤含SO2的烟气,根据酸性氧化物的性质选浓氨水和碳酸氢钠饱和溶液,答案选AB;(3)由于该反应是放热反应,升高温度反应更有利于向逆反应方向进行,所以若不使用CO,温度超过775℃,NO的分解率降低;根据曲线I可知在n(NO)/n(CO)=1的条件下,温度为870℃左右时转化率最高,因此应控制最佳温度在870℃左右。

(4)①由表中数据可知,C、NO、E、F的化学计量数之比为(3.000-2.960)∶(0.10-0.020)∶0.040∶0.040=1∶2∶1∶1,反应中C被氧化,结合原子守恒可知,生成物为N2与CO2,且该反应为可逆反应,反应方程式为C+2NON2+CO2;②若T1<T2,升高温度NO转化率降低,正反应是放热反应,则该反应的ΔH<0;③反应C+2NON2+CO2是一个气体体积不变的反应,而反应物只有一种,故加入NO气体,建立的平衡和原平衡为等效平衡,原平衡中NO转化率为(0.10-0.020)/0.10×100%=80%,则达到新平衡时NO的转化率为80%。

[答案] 

(1)D 

(2)①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1 ②AB (3)NO分解反应是放热反应,升高温度不利于反应进行(只写升高温度不利于反应进行也得满分,其他合理说法也得分) 870 (4)①C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g) ②< ③80%

 

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