高三备考化学专题能力提升练化学平衡常数与转化率.docx

1、高三备考化学专题能力提升练化学平衡常数与转化率专题能力提升练 十三化学平衡常数与转化率A组一、选择题(本题包括4小题,每小题6分,共24分)1.加热N2O5依次发生的分解反应为N2O5(g)N2O3(g)+O2(g)N2O3(g)N2O(g)+O2(g)在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5,加热到t ,达到平衡状态后O2为9 mol,N2O3为3.4 mol。则t 时反应的平衡常数为 ()A.10.7 B.8.5 C.9.6 D.10.2【解析】选B。N2O5(g)N2O3(g)+O2(g)xxxN2O3(g)N2O(g)+O2(g) y y y由题意解之,x=6.2 mol,y

2、=2.8 mol,则K =8.5。2.已知:2Cr+2H+Cr2+H2O。25 时,调节初始浓度为1.0 molL-1的Na2CrO4溶液的pH,测定平衡时溶液中c(Cr2)和c(H+),获得下图所示的曲线。下列说法不正确的是 ()A.平衡时,pH越小,c(Cr2)越大B.A点Cr的平衡转化率为50%C.A点Cr转化为Cr2的平衡常数K=1014D.平衡时,若溶液中c(Cr2)=c(Cr),则c(H+)2.010-7 molL-1【解析】选D。A项,从题给图象看,pH越小,平衡时c(Cr2)越大;B项,A点c(Cr2)=0.25 molL-1,反应的c(Cr)=0.25 molL-12=0.5

3、 molL-1,Cr的平衡转化率为50%;C项,A点时,平衡常数K =1014;D项,若溶液中c(Cr2)=c(Cr),则二者约为0.33 molL-1,此时,c(H+)0,H2的物质的量随时间的变化如图所示,下列有关说法中正确的是()A.平衡时,I2蒸气的体积分数为25%B.若在1.5 min时降低温度,则反应将向左进行C.平衡后若升高温度,v(正)增大,v(逆)减小D.平衡后向容器中加入一定量的H2后,平衡向左移动,H2的体积分数减小【解析】选A。该反应反应前后气体体积不变,由图可知,平衡时n(H2)=0.4 mol,则有n(I2)=0.4 mol,故I2蒸气的体积分数为100%=25%,

4、A正确;1.5 min时反应未达到平衡状态,降低温度,反应向吸热的正反应方向进行,反应速率减慢,但反应仍向右进行,直至平衡,B错误;平衡后若升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(正)增大的程度大于v(逆),平衡向右移动,C错误;平衡后加入H2,平衡向左移动,根据勒夏特列原理可知,达到新平衡后,c(H2)仍比原来大,则新平衡后H2的体积分数增大,D错误。二、非选择题(本题共26分)5.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用,合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题,请回答:(1)在一容积为2 L的密闭容器中通入0.2 mol的N2和0.

5、6 mol的H2,在一定条件下发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,若在5分钟时反应达到平衡,此时测得NH3的物质的量为0.2 mol。则前5分钟的平均反应速率v(N2)=_。平衡时H2的转化率为_。(2)平衡后,若要提高H2的转化率,可以采取的措施有_。A.加入催化剂 B.增大容器体积C.降低反应体系的温度 D.加入一定量N2(3)若在0.5 L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示:T/200300400KK1K20.5请完成下列问题:试比较K1、K2的大小, K 1_ K 2(填“”或

6、“=”);下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_(填序号字母)。A.容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为132B.v(H2)正=3v(H2)逆C.容器内压强保持不变D.混合气体的密度保持不变400 时,反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数为_。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3 mol、2 mol和 1 mol时,则该反应的v(N2)正_v(N2)逆(填“”或“=”)。(4)根据化学反应速率和化学平衡理论,联系合成氨的生产实际,你认为下列说法不正确的是_。A.化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品B.勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产

7、品C.催化剂的使用是提高产品产率的有效方法D.正确利用化学反应速率和化学反应限度理论都可以提高化工生产的综合经济效益【解析】(1)根据反应速率的定义:单位时间内物质的量浓度变化量来表示,根据方程式的计量数比可以计算出反应消耗的c(N2)为0.05 molL-1,则5分钟之内v(N2)=0.01 molL-1min-1,反应消耗氢气的物质的量为0.3 mol,转化率为100%=50%。(2)加入催化剂平衡不移动;增大容器的体积,压强减小,平衡逆向移动,氢气的转化率降低;降低温度平衡正向进行,氢气转化率增大;加入氮气,平衡正向进行,氢气转化率增大。(3)该反应放热,温度越高平衡常数越小;该反应随着

8、反应的进行,压强一直在发生变化,容器内压强不变说明达到平衡状态;根据所给的数据可以算出平衡常数,将3 mol、2 mol和1 mol求出浓度带入Qc表达式可知平衡正向进行。(4)催化剂不能使平衡移动,它只能提高单位时间内的产率。答案:(1)0.01 molL-1min-150%(2)C、D(3)C2(4)C【加固训练】氨气是一种重要的化工产品,是生产铵盐、尿素等的原料。(1)现有如下合成氨的途径2NH3(g)N2(g)+3H2(g)H=+92.4 kJmol-1在恒容密闭容器中达到平衡的标志有_。单位时间内生成3n mol H2的同时生成2n mol NH3用NH3、N2、H2表示反应速率比为

9、213混合气体的密度不再改变混合气体的压强不再改变混合气体平均相对分子质量不再改变(2)工业上常用CO2和NH3通过如下反应合成尿素CO(NH2)2,反应方程式如下:CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)H”“=”或“80 min时v逆(H2O)。相当于加压,平衡右移,所以CO2的转化率增大。30 min:(NH3)=100%=20%,70 min:(NH3)=100%=30%。答案:(1)(2)增大(如下图所示)BB组一、选择题(本题包括1小题,共6分)1.如图,关闭活塞K,向A中充入1 mol X、1 mol Y,向B中充入2 mol X、2 mol Y,此时A、

10、B的容积都是a L。在相同温度和催化剂存在的条件下,使两容器均发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)+W(g)Hv(A)B.A容器X的转化率为80%C.平衡时的压强:2p (A)=p (B)D.平衡时Y的体积分数:A2p(A),C选项错误;两者在起始状态下是成比例的关系,即在等温等压条件下为等效平衡,则压缩A的体积,增大压强,平衡逆向移动,所以原平衡状态中,A中Y的体积分数小于B,D选项正确。二、非选择题(本题包括2小题,共44分)2.(22分)燃煤能排放大量的CO、CO2、SO2,PM2.5(可入肺颗粒物)污染也跟冬季燃煤密切相关。SO2、CO、CO2也是对环境影响较大的气体,对它们的合理控制

11、、利用是优化我们生存环境的有效途径。(1)如图所示,利用电化学原理将SO2转化为重要化工原料C若A为SO2,B为O2,则负极的电极反应式为_;(2)有一种用CO2生产甲醇燃料的方法:CO2+3H2CH3OH+H2O已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=-a kJmol-1;2H2(g)+O2(g)2H2O(g) H=-b kJmol-1;H2O(g)H2O(l) H=-c kJmol-1;CH3OH(g)CH3OH(l) H=-d kJmol-1,则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为_;(3)光气(COCl2)是一种重要的化工原料,用于农药、医药、聚酯类材

12、料的生产,工业上通过Cl2(g)+CO(g)COCl2(g)制备。左图为此反应的反应速率随温度变化的曲线,右图为在1 L密闭容器中进行模拟实验研究各物质的浓度随时间变化的曲线。据此回答下列问题:06 min内,反应的平均速率v(Cl2)=_;若保持温度不变,在第7 min向体系中加入这三种物质各2 mol,则平衡_移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”);若将初始投料浓度变为c(Cl2)=0.7 molL-1、c(CO)=0.5 molL-1、c(COCl2)=_molL-1,保持反应温度不变,则最终达到化学平衡时,Cl2的体积分数与上述第6 min时Cl2的体积分数相同;随温度升高

13、,该反应平衡常数变化的趋势是_;(填“增大”“减小”或“不变”)比较第8 min反应温度T(8)与第15 min反应温度T(15)的高低:T(8)_T(15)(填“”或“=”)。【解析】(1)SO2作负极,O2作正极,根据氧化还原反应的规律,可以写出SO2-2e-+2H2O4H+S(2)根据盖斯定律可求得CH3OH(l)燃烧热H=-(b+2c-a-d)kJmol-1(3)v(Cl2)=0.15 molL-1min -1将所给数值代入平衡常数表达式,可知QcK,平衡正向进行;根据等效平衡建立的规律,将产物的量折算成反应物,可知若想建立相同的平衡,需要加入COCl20.5 molL-1;根据v -

14、T图象可知温度升高,平衡向逆反应方向进行,说明正反应放热,随温度升高,该反应平衡常数减小;根据图象可知10 min时改变的是温度,T(8)T(15)。答案:(1)SO2-2e-+2H2O4H+S(2)CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-(b+2c-a-d) kJmol-1(3)0.15 molL-1min-1向正反应方向0.5减小3.(22分)氮氧化物的排放是形成臭氧层空洞、酸雨、雾霾的重要成因之一。SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法,反应原理为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)H0(1)氮氧化物破坏臭氧层的原理为NO+O3NO2

15、+O2、NO2+ONO+O2,常温下反应的平衡常数为K 1,反应的平衡常数为K 2,则反应O3+O2O2的平衡常数K =_(用K 1、K 2表示)。氮氧化物在该反应中的作用是_。(2)SCR法除NO时,投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是_、_。该方法可能发生副反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),减少副反应的主要措施是_、_。(写出两条)(3)其他条件相同,在甲、乙两种催化剂作用下,NO转化率与温度的关系如图。工业上选择催化剂乙的原因是_;在催化剂甲作用下,图中M点处(对应温度为210 )NO的转化率_(填“可能是”“一定是”或“一定不是”)该温度下的平衡

16、转化率。温度高于210 时,NO转化率降低的原因可能是_。(4)消除汽车尾气中的NO时,可用尿素CO(NH2)2还原NO,既安全又高效,且产物都是空气中的成分。与SCR法相比,等物质的量的尿素与氨气可消除的NO物质的量之比为_(不考虑副反应)。【解析】(1)由+可得O3+O2O2,则有K = K 1K 2。由该反应可知,氮氧化物(NO、NO2)在O3转化为O2的过程中起到了催化作用。(2)SCR法除NO的反应为气体总分子数增加的放热反应,投料比一定时,降低温度、减小压强或分离产物(N2、H2O)均能使平衡正向移动,从而提高NO的平衡转化率。选择合适的催化剂可减少副反应的发生,因为副反应中氧气的

17、需求量大,所以控制O2的量可使副反应进行程度减小。(3)由图象可知,催化剂乙在较低温度下时NO的转化率超过90%,且相同温度时乙催化剂的催化效率高于甲催化剂。由于催化剂不能使化学平衡状态发生移动,NO的平衡转化率与催化剂的种类无关,图中M点NO的转化率低于210 时乙催化剂下NO的转化率,故M点NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率。高于210 时,催化剂的活性降低、副反应增多,均可能导致NO的转化率降低。(4)用尿素CO(NH2)2还原NO的反应产物都是空气中的成分,据原子守恒推知产物为N2、CO2和H2O,该反应中1 molCO(NH2)2失去6 mol电子,可还原3 mol NO。SCR法中1 mol NH3参与反应时被还原的NO为1 mol,故等物质的量的尿素和氨气可消除NO的物质的量之比为3 mol1 mol=31。答案:(1)K1K 2催化作用(2)降低温度减小压强选择合适的催化剂控制O2用量(3)低温下有很强的催化活性(或在较大的温度范围内有较高的催化活性)一定不是催化剂活性降低、副反应增多(任写一个)(4)31