化学平衡的移动和化学反应进行的方向.docx

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化学平衡的移动和化学反应进行的方向

配餐作业（二十三）　

化学平衡的移动和化学反应进行的方向

1．（2018·河北石家庄测试）下列反应在任何温度下均能自发进行的是（　　）

A．2N2（g）＋O2（g）===2N2O（g）ΔH＝＋163kJ·mol－1

B．Ag（s）＋

Cl2（g）===AgCl（s）ΔH＝－127kJ·mol－1

C．HgO（s）===Hg（l）＋

O2（g）ΔH＝＋91kJ·mol－1

D．H2O2（l）===

O2（g）＋H2O（l）ΔH＝－98kJ·mol－1

解析　当ΔH＜0，ΔS＞0，反应在任何温度下均有ΔH－TΔS＜0，故反应自发进行。

A、C项中的ΔH＞0，不符合要求；B项中的ΔS＜0，不符合要求；D项中的ΔH＜0，ΔS＞0，符合要求。

答案　D

2．（2018·杭州模拟）反应2AB（g）C（g）＋3D（g）在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为（　　）

A．ΔH＜0，ΔS＞0　　　　B．ΔH＜0，ΔS＜0

C．ΔH＞0，ΔS＞0D．ΔH＞0，ΔS＜0

解析　由反应方程式可看出反应后气体物质的量增加，ΔS＞0。

又由于反应能自发进行的前提是ΔH－TΔS＜0，该反应在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，说明ΔH＞0。

答案　C

3．（2018·沧州质量监测）已知反应X（g）＋3Y（g）2Z（g）　ΔH的能量变化如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．ΔH＝E2－E1

B．更换高效催化剂，E3不变

C．恒压下充入一定量的氦气n（Z）减少

D．压缩容器，c（X）减小

解析　ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝E1－E2，故A项错误；更换高效催化剂，降低反应活化能，反应速率加快，该反应中（E3－E2）为活化能，E2为反应物的总能量，E2不变，活化能降低，则E3减小，故B项错误；恒压下充入一定量的氦气，容器体积增大，反应体系的分压减小，平衡向气体分子数增多的方向移动，则n（Z）减少，故C项正确；压缩容器体积，压强增大，平衡向右移动，n（X）减小。

压缩容器，体积减小，各物质的浓度都增大，平衡移动只能减弱这种改变，而不能消除，故c（X）还是比原来大，故D项错误。

答案　C

4．（2018·东北师大附中高三摸底考试）如图是关于反应A2（g）＋3B2（g）2C（g）　ΔH<0的平衡移动图象，影响平衡移动的原因是（　　）

A．升高温度，同时加压

B．降低温度，同时减压

C．增大反应物浓度，同时使用催化剂

D．增大反应物速度，同时减小生成物浓度

解析　升高温度，同时加压，正逆反应速率都增大，逆反应速率应在原速率的上方，故A项错误；降低温度，同时减压正逆反应速率都降低，正反应速率应在原速率的下方，故B项错误；增大反应浓度，同时使用催化剂，正逆反应速率都增大，逆反应速率应在原速率的上方，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，故C项错误；增大反应物浓度，同时减小生成物浓度，瞬间正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动，图象符合，故D项正确。

答案　D

5．（2018·孝感统考）将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应：

X（g）＋3Y（g）2Z（g）　ΔH<0并达到平衡。

当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是（　　）

选项

改变条件

新平衡与原平衡比较

A.

升高温度

X的转化率变小

B.

增大压强（减小体积）

X的浓度变小

C.

充入一定量Y

Y的转化率增大

D.

使用适当催化剂

X的体积分数变小

解析　升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即逆向移动，X的转化率将变小，A项正确；增大压强，平衡向正反应方向移动，但X转化的不如增加的多，X的浓度反而增大，故B项错误；增大一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，而其本身的转化率将降低，故C项错误；催化剂只能改变反应速率，不影响平衡状态，故各物质的体积分数不变，D项错误。

答案　A

6．（2018·河南洛阳统考）对于可逆反应A（g）＋2B（g）2C（g）　ΔH>0，下列图象中正确的是（　　）

A.B.C.D.

解析　升高温度，化学反应速率增大，达到平衡的时间缩短，因正反应为吸热反应，故平衡正向移动，A的转化率增大，平衡时A的百分含量减小，A项正确，C项错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，因为正反应为吸热反应，所以正反应速率增大的程度大于逆反应速率增大的程度，B项错误；该反应的正反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，v（正）>v（逆），D项错误。

答案　A

7．对于aA（g）＋bB（g）cC（g）的平衡体系，压强不变，加热时体系中混合气体对H2的相对密度增大，下列说法正确的是（　　）

A．a＋b＞c，正反应放热

B．a＋b＞c，正反应吸热

C．a＋b＜c，逆反应放热

D．a＋b＝c，正反应吸热

解析　压强不变下加热时混合气体对H2的相对密度增大，而气体的总质量不变，说明加热时平衡向气体物质的量减小的方向移动，只有B项符合题意。

答案　B

8．下列事实能用勒夏特列原理来解释的是（　　）

A．SO2氧化为SO3，往往需要使用催化剂2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）

B．500℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH<0

C．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深H2（g）＋I2（g）2HI（g）

D．实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO

解析　加入催化剂有利于加快反应速率，但不会引起平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，A项错误；合成氨的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，500℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应，是从反应速率不能太低和催化剂的活性两方面考虑，不能用平衡移动原理解释，B项错误；在H2（g）＋I2（g）2HI（g）平衡中，增大压强，浓度增加，颜色加深，平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，C项错误；氯气和水的反应是可逆反应，饱和氯化钠溶液中氯离子浓度大，化学平衡逆向进行，减小氯气溶解度，实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气，能用勒夏特列原理解释，D项正确。

答案　D

9．（2018·湖南六校联考）德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨，反应原理为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1。

（1）在恒温恒容条件下，向反应平衡体系中充入氮气，达到新平衡时，c（H2）将________（填“增大”“减小”“不变”或“无法判断”，下同），c（N2）·c3（H2）将________。

（2）工业上可用CH4与水蒸气制氢气：

CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）。

在200℃时2L的密闭容器中，将1molCH4和1molH2O（g）混合，达平衡时CH4的转化率为80%。

则200℃时该反应的平衡常数K＝________（保留一位小数）。

（3）如图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积比为1∶3时，平衡混合物中氨的体积分数。

若分别用vA（NH3）和vB（NH3）表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA（NH3）________（填“>”“<”或“＝”）vB（NH3）。

解析　

（1）恒温恒容条件下，向反应平衡体系中充入氮气，平衡将向正反应方向移动，故达到新平衡时，c（H2）减小。

温度不变，平衡常数K＝

不变，达到平衡后，c（NH3）增大，K不变，故c（N2）·c3（H2）也会增大。

（2）根据三段式法进行计算：

　　　CH4（g）＋H2O（g）CO（g）　＋　3H2（g）

0.50.500

0.5×80%0.5×80%0.5×80%0.5×80%×3

0.10.10.41.2

则平衡常数K＝

＝

＝69.1。

（3）由题图可知，B所处的温度和压强均大于A，故vA（NH3）

答案　

（1）减小　增大　

（2）69.1　（3）<

【方法技巧】

对于同一个化学反应，平衡常数只受温度的影响，而转化率则受浓度、温度、压强等外界因素的影响。

平衡常数与转化率之间存在一定的关系，用平衡常数可以计算转化率，用转化率也可以计算平衡常数。

这类计算的基本方法都是“三段式”法。

10．当温度高于500K时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇，这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。

回答下列问题：

（1）该反应的化学方程式为_____________________；

其平衡常数表达式为K＝_____________________。

（2）在恒容密闭容器中，判断上述反应达到平衡状态的依据是________（双选；填选项字母）。

a．体系压强不再改变

b．H2的浓度不再改变

c．气体的密度不随时间改变

d．单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3∶1

（3）在一定压强下，测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中，起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。

根据图中数据分析：

①降低温度，平衡向________方向移动。

②在700K、起始投料比

＝1.5时，H2的转化率为________。

③在500K、起始投料比

＝2时，达到平衡后H2的浓度为amol·L－1，则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为________。

解析　

（1）由题给信息可得到该反应的化学方程式为2CO2＋6H2

C2H5OH＋3H2O；该反应的平衡常数表达式为K＝

。

（2）该反应为气体分子数减小的化学反应，当体系的压强不再改变时，反应达到平衡状态，另外氢气的浓度不再变化，也能说明反应达到平衡状态；由于在500K时，所有物质均为气体，故在恒容状态下气体的密度恒为定值，密度不变不能说明反应达到平衡状态；根据化学方程式可知，任何单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比均为3∶1。

（3）①由图中信息可知，其他条件不变时，升高温度，CO2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即降低温度，平衡将向正反应方向移动。

②700K时，当氢气与二氧化碳的起始投料比

＝1.5时，由图象可知二氧化碳的转化率为20%，由化学方程式：

2CO2＋6H2

C2H5OH＋3H2O，可计算出氢气的转化率为40%。

③设起始时c（CO2）＝xmol·L－1，则起始时c（H2）＝2xmol·L－1，有

　　　　　　2CO2＋6H2

C2H5OH＋3H2O

起始（mol·L－1）:

x2x00

转化（mol·L－1）:

0.6x1.8x0.3x0.9x

平衡（mol·L－1）:

0.4x0.2x0.3x0.9x

0．2x＝amol·L－1，则0.3x＝1.5amol·L－1。

答案　

（1）2CO2＋6H2

C2H5OH＋3H2O

（2）ab

（3）①正反应（或右）　②40%　③1.5amol·L－1

11．（2018·佛山质检）甲醇水蒸气重整制氢（SRM）系统简单，产物中H2含量高、CO含量低（CO会损坏燃料电池的交换膜），是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。

反应如下：

反应Ⅰ（主）：

CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）　ΔH1＝＋49kJ/mol

反应Ⅱ（副）：

H2（g）＋CO2（g）CO（g）＋H2O（g）　ΔH2＝＋41kJ/mol

温度高于300℃则会同时发生反应Ⅲ：

CH3OH（g）CO（g）＋2H2（g）　ΔH3

（1）计算反应Ⅲ的ΔH3＝________。

（2）反应Ⅰ能够自发进行的原因是____________，升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点是__________。

（3）下图为某催化剂条件下CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高，CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是______（填选项字母）。

A．反应Ⅱ逆向移动

B．部分CO转化为CH3OH

C．催化剂对反应Ⅱ的选择性低

D．催化剂对反应Ⅲ的选择性低

②随着温度的升高，CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是_________________________。

③写出一条能提高CH3OH转化率而降低CO生成率的措施

__________________________________________________。

（4）250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00molCH3OH和1.32molH2O充分反应（已知此条件下可忽略反应Ⅲ），平衡时测得H2为2.70mol，CO有0.030mol，试求反应Ⅰ中CH3OH的转化率为____________，反应Ⅱ的平衡常数为________________（结果保留两位有效数字）。

解析　

（1）反应Ⅰ加上反应Ⅱ得到：

CH3OH（g）CO（g）＋2H2（g）　ΔH3＝＋90kJ/mol。

（2）反应自发进行的要求是ΔG＝ΔH－TΔS＜0，此反应的ΔH＞0，所以反应自发进行的原因就是ΔS＞0，即反应为熵增反应。

升温会促进反应Ⅲ的发生，提高CO的含量，而CO会损坏该电池的交换膜。

（3）①工业生产中，一般不会等待反应达到平衡后再进行下一道工序，多数都是反应进行一段时间就将体系取出，所以一般来说，反应的速度越快，取出的体系就越接近应该达到的平衡态。

随着反应温度的升高，速度加快，但是CO的生成率并没有接近反应的平衡态，说明该反应使用的催化剂对于反应Ⅱ几乎没有加速作用，所以C项正确，D项错误；三个反应都吸热，所以升温都正向移动，不会促进CO转化为甲醇，选项A、B都错误。

②由①的叙述可以得到答案为升温反应速率加快。

③加入水蒸气，可以提高甲醇的转化率，同时使反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，从而降低了CO的生成率。

加入更合适的催化剂，最好只催化反应Ⅰ，不催化反应Ⅱ，这样也能达到目的。

（4）达到平衡时CO有0.03mol，根据反应Ⅱ得到参与反应的氢气为0.03mol，所以反应Ⅰ生成的氢气为2.73mol（平衡剩余氢气2.7mol），根据反应Ⅰ，消耗的甲醇为0.91mol，所以甲醇转化率为91%。

根据反应Ⅰ的数据，消耗的水为0.91mol，生成的CO2为0.91mol，则剩余1.32－0.91＝0.41mol水，在反应Ⅱ中应该消耗0.03molCO2，生成0.03molCO和0.03mol水，所以达到平衡时，水为0.41＋0.03＝0.44mol，CO2为0.91－0.03＝0.88mol。

所以反应Ⅱ的平衡常数为（设容器

体积为V）K＝

＝

＝5.6×10－3。

答案　

（1）＋90kJ/mol

（2）反应Ⅰ为熵增加的反应　CO含量升高，损坏燃料电池的交换膜

（3）①C　②升温反应速率加快

③其他条件不变，提高n（水）/n（甲醇）的比例（或其他条件不变，选择更合适的催化剂）

（4）91%　5.6×10－3