2015苏教版本高考化学3
化学平衡常数 化学反应进行的方向
1.下列关于ΔH-TΔS说法中正确的是( )
A.ΔH-TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行
B.ΔH-TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行
C.ΔH-TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行
D.ΔH-TΔS<0的反应,在该条件下一定剧烈反应
解析: ΔH-TΔS判据只适用判断一定温度和压强下的反应能否自发进行,A、B错误,C正确;ΔH-TΔS<0的反应可以自发进行,但不一定是剧烈反应,D错误。
答案: C
2.关于平衡常数,下列说法不正确的是( )
A.平衡常数不随反应物或生成物浓度的改变而改变 B.平衡常数随温度的改变而改变
C.平衡常数不随压强的改变而改变 D.使用催化剂能使平衡常数增大
解析: 化学平衡常数只随温度的改变而改变。只要温度不变,对同一可逆反应来说,K值不变。
答案: D
3.反应①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。在不同温度时K1、K2的值如下表。
温度(K)
K1
K2
973
1.47
2.38
1 173
2.15
1.67
下列说法正确的是( )
A.反应①是放热反应 B.反应②是放热反应
C.反应②在973 K时增大压强,K2增大 D.在常温下反应①一定能自发进行
解析: A项,由表格数据可知,反应①升温,平衡常数增大,则正反应是吸热反应;B项,反应②升温,化学平衡常数减小,则正反应是放热反应,正确;C项,反应②增大压强,K2不变;D项,由于反应①是吸热反应,ΔH>0,ΔS=0,则反应不能自发进行。
答案: B
4.可逆反应:2SO2+O22SO3达到平衡状态时,保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2。下列说法正确的是(K为平衡常数,Qc为浓度商)( )
A.Qc不变,K变大,O2转化率增大 B.Qc不变,K变大,SO2转化率减小
C.Qc变小,K不变,O2转化率减小 D.Qc增大,K不变,SO2转化率增大
解析: 当可逆反应2SO2+O22SO3达到平衡状态时,保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2,平衡向右进行,但O2转化率减小,浓度商Qc变小,K不变。
答案: C
5.某密闭容器中充入一定量SO2、O2发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),测得SO3浓度与反应温度关系如图。下列说法正确的是( )
A.该反应ΔH>0 B.SO2转化率:a>b>c
C.化学反应速率:c>b>a D.平衡常数K:b>c>a
解析: b点c(SO3)最大,且不再变化,故b点为反应平衡点,c点为升温后平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,A项错误;B项转化率b>c>a;C项,温度越高速率越大;D项,温度越高越逆向移动,故a>b>c。
答案: C
6.某温度下,在一个2 L的密闭容器中,加入4 mol A和2 mol B进行如下反应:3A(g)+2B(g)4C(s)+2D(g),反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6 mol C,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,B的平衡转化率是40%
C.增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数增大
D.增加B,平衡向右移动,B的平衡转化率增大
解析: 因为C为固体,不能带入平衡常数表达式中,A错;根据变化的物质的量之比等于化学计量数之比可知,反应生成C的物质的量为1.6 mol,发生反应的B的物质的量为0.8 mol,B的转化率为0.8 mol/2 mol×100%=40%,B对;正反应方向为气体体积减小的反应,增大压强,平衡向右移动,但是温度不变,平衡常数不变,C错;在恒容容器中增加B,B的浓度增大,平衡向右移动,但是B的转化率减小,D错。
答案: B
7.某温度下,将2 mol A和3 mol B充入一密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5 min后达到平衡。已知该温度下其平衡常数K=1,若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍,A的转化率不发生变化,则( )
A.a=3 B.a=2
C.B的转化率为40% D.B的转化率为60%
解析: 温度不变,扩大容器体积(相当于减小压强)时,A的转化率不变,说明反应前后气体的体积不变,即a=1,A错误,B错误;设达平衡时,B的改变量为x mol,则A、B、C、D的平衡量分别为(2-x)mol、(3-x)mol、x mol、x mol,设容器体积为1 L,则平衡常数K=1=,解得:x=1.2,B的转化率为1.2÷3×100%=40%,所以C正确,D错误。
答案: C
8.N2O5是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生下列反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) ΔH>0
T1温度下的部分实验数据为:
t/s
0
500
1 000
1 500
c(N2O5)/mol/L
5.00
3.52
2.50
2.50
下列说法不正确的是( )
A.500 s内N2O5分解速率为2.96×10-3 mol/(L·s)
B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1 000 s时转化率为50%
C.其他条件不变时,T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol/L,则T1
K3,则T1>T3
解析: v(N2O5)=≈2.96×10-3 mol/(L·s),A正确;1 000 s后N2O5的浓度不再发生变化,即达到了化学平衡,列出三种量如下:
2N2O54NO2+O2
起始(mol/L) 5.00 0 0
平衡(mol/L) 2.50 5.00 1.25
则K===125,
α(N2O5)=×100%=50%,B正确;T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的浓度,则改变温度使平衡逆向移动了,逆向是放热反应,则降低温度平衡向放热反应方向移动,即T2K3,则T1>T3,D正确。
答案: C
9.700 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1):
反应时间/min
n(CO)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
0.60
t1
0.80
t2
0.20
下列说法正确的是(双选)( )
A.反应在t1 min内的平均速率为v(H2)=mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O,达到平衡时n(CO2)=0.40 mol
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数增大
D.温度升高至800 ℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应
解析: A项,反应到t1 min时消耗的CO为0.40 mol,则生成的H2也为0.40 mol,则用H2表示该反应的平均速率为v(H2)== mol·L-1·min-1;B项,由于CO、H2O的化学计量数相同,向容器中充入1.20 mol CO、0.60 mol H2O与充入0.60 mol CO、1.20 mol H2O反应的结果是相同的,生成CO2的物质的量均为0.40 mol;C项,再向平衡体系中充入H2O(g),平衡正向移动,CO的转化率增大,但由于H2O的总量增加,本身的转化率下降,所以H2O的体积分数增大;D项,700 ℃时该反应的平衡常数K=1,温度升高到800 ℃时K变为0.64,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应。
答案: BC
10.在0.5 L的密闭容器中,一定量的氮气与氢气进行如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=a kJ·mol-1,其化学平衡常数K与温度的关系如下:
温度/℃
200
300
400
K
1.0
0.86
0.5
请回答下列问题。
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式:________,a______(填“大于”、“小于”或“等于”)0。
(2)400 ℃时,2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数为_______,测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时,该反应的v正(N2)______ (填“大于”、“小于”或“等于”)v逆(N2)。
解析: (1)根据平衡常数的定义可写出该反应的平衡常数表达式为K=。由表中数据可知,温度升高,平衡常数减小,即平衡逆向移动,故正反应为放热反应,所以a<0。
(2)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)与2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数互为倒数,故400 ℃时2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数K=1/0.5=2。当氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时,三者的浓度分别为6 mol·L-1、4 mol·L-1、2 mol·L-1,此时的浓度商Qc==v逆(N2)。
答案: (1)K= 小于 (2)2 大于
11.面对目前世界范围内的能源危机,甲醇作为一种较好的可再生能源,具有广泛的应用前景。
(1)已知在常温常压下反应的热化学方程式:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41 kJ·mol-1
写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式:______________。
(2)在容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡时的转化率与温度、压强的关系如图所示。
①p1________p2(填“大于”、“小于”、“等于”);
②在其他条件不变的情况下,再增加a mol CO与2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),平衡常数__________。
(3)已知在T ℃时,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=0.32,在该温度下,已知c始(CO)=1 mol·L-1,c始(H2O)=1 mol·L-1,某时刻经测定CO的转化率为10%,则该反应________(填“已经”或“没有”)达到平衡,原因是________________。此时刻v正______v逆(填“>”或“<”)。
解析: (1)由盖斯定律,方程式①-②得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=ΔH1-ΔH2=-90 kJ·mol-1-(-41 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1。(2)由图像可知,相同温度下,p2下CO的转化率大于p1下CO的转化率,由方程式①可知,增大压强平衡右移,故p1v逆。
答案: (1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49 kJ·mol-1
(2)①小于 ②增大 不变
(3)没有 此时==0.012 3<0.32 >
12.美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气,其生产流程如图所示:
(1)此流程的第Ⅱ步反应为:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),该反应的化学平衡常数表达式为K=____________;反应的平衡常数随温度的变化如表所示。
温度/℃
400
500
830
1 000
平衡常数K
10
9
1
0.6
从上表可以推断:此反应是__________(填“吸”或“放”)热反应。
在830 ℃下,若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H2O均为1 mol,则达到平衡后CO的转化率为________。
(2)此流程的第Ⅱ步反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),在830 ℃时,以下表的物质的量(单位为mol)投入恒容反应器发生上述反应,其中反应开始时,向正反应方向进行的有________(填实验编号)。
实验编号
n(CO)
n(H2O)
n(H2)
n(CO2)
A
1
5
2
3
B
2
2
1
1
C
0.5
2
1
1
(3)在一个不传热的固定容积的容器中,判断此流程的第Ⅱ步反应达到平衡的标志是________(填序号)。
①体系的压强不再发生变化 ②混合气体的密度不变 ③混合气体的平均相对分子质量不变 ④各组分的物质的量浓度不再改变 ⑤体系的温度不再发生变化 ⑥v(CO2正)=v(H2O逆)
(4)下图表示此流程的第Ⅱ步反应在时刻t1达到平衡,在时刻t2分别因改变某个条件而发生变化的情况:图中时刻t2发生改变的条件是____________(写出两种)。
解析: (1)由平衡常数定义可直接写出反应的平衡常数表达式;由表中数据可知,升高温度,K变小,说明反应逆向进行,即正反应为放热反应;在830 ℃时,K=1,故可利用K可求出平衡时CO转化0.5 mol,即CO的转化率为50%。
(2)将表中数据带入K的表达式,只有B组数据K<1(830 ℃,K=1),故起始时反应正向进行的只有B组。
(3)因反应是气体体积不变的反应,故在体积固定的密闭容器中进行该反应,无论是否平衡,混合气体密度、平均相对分子质量、容器内压强等都不变;④⑥说法由平衡态定义可知一定能说明反应达到平衡;体系的温度不再发生变化,间接地说明各反应物质的浓度不变。
(4)在t2时CO2与CO在原平衡态的基础上分别为增多和减少,说明反应正向移动,故可采取方式有降低温度或增加水蒸气的量或减少氢气的量等。
答案: (1) 放 50% (2)B (3)④⑤⑥
(4)降低温度或增加水蒸气的量或减少氢气的量