2020届一轮复习通用版四十二)突破1个高考难点化学平衡常数及其计算作业

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2020届一轮复习通用版四十二)突破1个高考难点化学平衡常数及其计算作业

跟踪检测(四十二)突破1个高考难点——化学平衡常数及其计算 ‎1.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:‎ 反应① O3O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1;‎ 反应② [O]+O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2;‎ 总反应:2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。‎ 下列叙述正确的是(  )‎ A.降低温度,总反应K减小 B.K=K1+K2‎ C.适当升温,可提高消毒效率 D.压强增大,K2减小 解析:选C 降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误;K1=、K2=、K==K1·K2,B项错误;升高温度,反应①平衡向右移动,反应②平衡向左移动,c([O])增大,可提高消毒效率,C项正确;对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。‎ ‎2.将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中,发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法中不正确的是(  )‎ A.该反应的ΔH>0‎ B.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态 C.A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10-2.294‎ D.30 ℃时,B点对应状态的v正K,反应向逆反应方向进行,‎ v正0,T1温度下的部分实验数据:‎ t/s ‎0‎ ‎500‎ ‎1 000‎ ‎1 500‎ c(N2O5)/(mol·L-1)‎ ‎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-1·s-1‎ B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1 000 s时N2O5的转化率为50%‎ C.其他条件不变时,T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5的浓度为2.98 mol·L-1,则T1K3,则T1>T3‎ 解析:选C v(N2O5)==2.96×10-3 mol·L-1·s-1,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,列出三段式:‎ ‎      2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)‎ 起始/(mol·L-1) 5.00   0    0‎ 转化/(mol·L-1) 2.50 5.00 1.25‎ 平衡/(mol·L-1) 2.50 5.00 1.25‎ 则K===125,α(N2O5)=×100%=50%,B正确;1 000 s时,T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5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。‎ ‎6.T1 ℃时,向容器为2 L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生如下反应A(g)+2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据如下表:‎ 反应时间/min n(A)/mol n(B)/mol ‎0‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎10‎ ‎0.50‎ ‎30‎ ‎0.20‎ 下列说法错误的是(  )‎ A.前10 min内反应的平均速率为 v(C)=0.025 0 mol·L-1·min-1‎ B.其他条件不变,起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),达到平衡时n(C)<0.25 mol C.其他条件不变时,向平衡体系中再充入0.50 mol A,与原平衡相比,达到平衡时B的转化率增大,A的体积分数增大 D.温度为T2 ℃时(T1>T2),上述反应的平衡常数为20,则该反应的正反应为放热反应 解析:选D 前10 min内消耗0.50 mol A,同时生成0.50 mol C,则有v(C)==0.025 0 mol·L-1·min-1,A正确。10 min时,反应的n(B)=2n(A)=2×(1.00 mol-0.50 mol)=1.00 mol,则10 min时,B的物质的量为0.20 mol,与30 min时B的物质的量相等,则反应10 min时已达到平衡状态;其他条件不变,若起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),将容积缩小为原来的时与原平衡等效,达到平衡时n(C)=0.25 mol,但扩大容积,恢复到原体积,压强减小,平衡逆向移动,故达到平衡时n(C)<0.25 mol,B正确。其他条件不变时,向平衡体系中再充入0.50 mol A,平衡正向移动,与原平衡相比,达到平衡时B的转化率增大,A的体积分数增大,C正确。由上述分析可知,10 min时n(A)=0.50 mol,此时达到平衡状态,A、B、C的浓度(mol·L-1)分别为0.25、0.10和0.25,则有K(T1)===100>K(T2)=20,说明升高温度,平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,D错误。‎ ‎7.工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),对其研究如下:‎ ‎(1)已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1,N—H键的键能为391 kJ·mol-1,N≡N键的键能是945.6 kJ·mol-1,则上述反应的ΔH=________。‎ ‎(2)上述反应的平衡常数K的表达式为______________________________________。‎ 若反应方程式改写为N2(g)+H2(g)NH3(g),在该温度下的平衡常数K1=______‎ ‎(用K表示)。‎ ‎(3)在773 K时,分别将2 mol N2和6 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中,随着反应的进行,气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表:‎ t/min ‎0‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎25‎ ‎30‎ n(H2)/mol ‎6.00‎ ‎4.50‎ ‎3.60‎ ‎3.30‎ ‎3.03‎ ‎3.00‎ ‎3.00‎ n(NH3)/mol ‎0‎ ‎1.00‎ ‎1.60‎ ‎1.80‎ ‎1.98‎ ‎2.00‎ ‎2.00‎ ‎①该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3 mol·L-1、3 mol·L-1、3 mol·L-1,则此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。‎ ‎②由上表中的实验数据计算得到“浓度-时间”的关系可用下图中的曲线表示,表示c(N2)t的曲线是___________________________________________________________。‎ 在此温度下,若起始充入4 mol N2和12 mol H2,则反应刚达到平衡时,表示c(H2)t 的曲线上相应的点为____________________________________________________________。‎ 解析:(1)根据ΔH=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能),知ΔH=945.6 kJ·mol-1+436 kJ·mol-1×3-391 kJ·mol-1×6=-92.4 kJ·mol-1。‎ ‎(2)该反应的平衡常数K=,‎ K1===K。‎ ‎(3)①该温度下,25 min时反应处于平衡状态,平衡时c(N2)=1 mol·L-1、c(H2)=3 mol·L-1、c(NH3)=2 mol·L-1,则K==。在该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2和NH3的浓度均为3 mol·L-1,则Q===<K,反应向正反应方向进行,故v正大于v逆;②起始充入4 mol N2和12 mol H2,相当于将充入2 mol N2和6 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器,假设平衡不移动,则平衡时c(H2)=6 mol·L-1,而“压缩”后压强增大,反应速率加快,平衡正向移动,故平衡时3 mol·L-1<c(H2)<6 mol·L-1,且达到平衡的时间缩短,故对应的点为B。‎ 答案:(1)-92.4 kJ·mol-1 (2)K= K(或) (3)①大于 ②乙 B ‎8.甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛,某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。‎ ‎(1)已知:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)‎ ΔH1=-890.3 kJ·mol-1‎ C2H2(g)+O2(g)===2CO2(g)+H2O(l)‎ ΔH2=-1 299.6 kJ·mol-1‎ ‎2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH3=-571.6 kJ·mol-1‎ 则甲烷气相裂解反应:2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的ΔH=________。‎ ‎(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃‎ ‎)的关系如图所示。‎ ‎①T1 ℃时,向2 L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=c(CH4)。该反应达到平衡时,CH4的转化率为________。‎ ‎②对上述平衡状态,若改变温度至T2 ℃,经10 s后再次达到平衡,c(CH4)=2c(C2H4),则10 s内C2H4的平均反应速率v(C2H4)=________,上述变化过程中T1________(填“>”或“<”)T2,判断理由是____________________________________________________。‎ ‎(3)若容器中发生反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g),列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K=________(用平衡分压代替平衡浓度);若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大,则该条件是________(填字母)。‎ A.可能减小了C2H2的浓度 B.一定是升高了温度 C.可能增大了反应体系的压强 D.可能使用了催化剂 解析:(1)将三个已知的热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由①×2-②-③×可得热化学方程式2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) ΔH=+376.4 kJ·mol-1。(2)①设达到平衡时,甲烷转化了x mol·L-1,根据“三段式”法进行计算:‎ ‎       2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)‎ 起始/(mol·L-1) 0.15    0    0‎ 转化/(mol·L-1) x 0.5x x 平衡/(mol·L-1) 0.15-x 0.5x x 则有0.15-x=0.5x,解得x=0.1,故CH4的转化率为×100%≈66.7%。②由图像判断出该反应为吸热反应,因重新达到平衡后甲烷的浓度增大,故反应逆向移动,则T1 ℃→T2 ℃为降温过程,即T1>T2。结合①的计算结果,设重新达到平衡时,甲烷的浓度变化了y mol·L-1,根据“三段式”法进行计算:‎ ‎       2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)‎ 起始/(mol·L-1)  0.05    0.05   0.1‎ 转化/(mol·L-1) y 0.5y y 平衡/(mol·L-1) 0.05+y 0.05-0.5y 0.1-y 则有0.05+y=2×(0.05-0.5y),解得y=0.025。则v(C2H4)==0.001 25 mol·L-1·s-1。‎ ‎(3)由题图中数据可知,平衡时各物质分压如下:‎ ‎2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)‎ ‎ 1×103  1×10-1 1×104‎ 平衡常数K==1×105。平衡常数只与温度有关,由题给图像可知该反应为吸热反应,则升高温度可使化学平衡常数增大。‎ 答案:(1)+376.4 kJ·mol-1‎ ‎(2)①66.7% ②0.001 25 mol·L-1·s-1 > 从题给图像判断出该反应为吸热反应,对比T1 ℃和T2 ℃两种平衡状态,由T1 ℃到T2 ℃,CH4浓度增大,说明平衡逆向移动,则T1>T2‎ ‎(3)1×105 B ‎9.Ⅰ.某压强下工业合成氨生产过程中,N2与H2按体积比为1∶3投料时,反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示,其中一条是经过一定时间反应后的曲线,另一条是平衡时的曲线。‎ ‎(1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”);由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。‎ ‎(2)图甲中a点,容器内气体n(N2)∶n(NH3)=________,图甲中b点,v(正)________v(逆)(填“>”“=”或“<”)。‎ Ⅱ.以工业合成氨为原料,进一步合成尿素的反应原理为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。‎ 工业生产时,需要原料气带有水蒸气,图乙中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比时,CO2的平衡转化率与氨碳比之间的关系。‎ ‎(1)写出该反应的化学平衡常数表达式:________________________________________________________________________。‎ ‎(2)曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是________,判断依据是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)测得B点氨气的平衡转化率为40%,则x1=_______。‎ 解析:Ⅰ.(1)曲线Ⅱ表示随着反应的进行,NH3的体积分数逐渐增大,但反应达到平衡状态后继续升温,氨气的体积分数减小,这表明平衡后升高温度,平衡逆向移动,故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应,故随着温度的升高,平衡逆向移动,NH3的体积分数会逐渐降低,故曲线Ⅰ表示该反应平衡时的曲线。‎ ‎(2)设反应前N2、H2的物质的量分别为1 mol、3 mol,a点时消耗N2的物质的量为x mol。‎ ‎      N2+3H22NH3‎ n(初始)/mol 1 3 0‎ n(变化)/mol x 3x 2x n(平衡)/mol 1-x 3-3x 2x =50%,解得x=,此时n(N2)∶n(NH3)=∶=1∶4。由图甲知,b点后NH3的体积分数仍在增大,说明反应仍在向正反应方向进行,此时v(正)>v(逆)。‎ Ⅱ.(2)当氨碳比一定时,水碳比越大,说明原料气中含水蒸气越多,故二氧化碳的转化率越小,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中对应的水碳比最大的是曲线Ⅲ。‎ ‎(3)B点二氧化碳的平衡转化率为60%,氨气的平衡转化率是40%,设NH3、CO2的起始物质的量分别为x mol、y mol,则x mol×40%×=y mol×60%,解得=3,即x1=3。‎ 答案:Ⅰ.(1)Ⅰ 放热 (2)1∶4 >‎ Ⅱ.(1)K= ‎(2)Ⅲ 当氨碳比相同时,水碳比越大,CO2的平衡转化率越小 (3)3‎ ‎10.甲醚又称二甲醚,简称DME,熔点-141.5 ℃,沸点-24.9 ℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下:‎ ‎①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)‎ ΔH1=-90.0 kJ·mol-1‎ ‎②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)若由合成气(CO、H2)制备1 mol CH3OCH3(g),且生成H2O(l),整个过程中放出的热量为244 kJ,则ΔH2=________kJ·mol-1。[已知:H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1]‎ ‎(2)有人模拟该制备原理,500 K时,在2 L的密闭容器中充入2 mol CO和6 mol H2,5 min达到平衡,平衡时CO的转化率为60%,c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1,用H2表示反应①‎ 的速率是________ mol·L-1·min-1,可逆反应②的平衡常数K2=________。若在500 K时,测得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH),此时反应②的v正______v逆(填“>”“<”或“=”)。‎ ‎(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,下列说法正确的是________。‎ A.在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小 B.容器中CH3OCH3的体积分数增大 C.容器中混合气体的平均相对分子质量减小 D.达到新平衡后体系的压强增大 ‎(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入CO(g)和H2(g)进行反应①,平衡时CO(g)和H2(g)的转化率如图所示,则a=________(填数值)。‎ 解析:(1)已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.0 kJ·mol-1,②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2,③H2O(l)===H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol-1。由合成气(CO、H2)制备1 mol CH3OCH3(g),且生成H2O(l),整个过程中放出的热量为244 kJ,可写出热化学方程式为④2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l) ΔH4=-244 kJ·mol-1。根据盖斯定律可知反应④=①×2+②-③,则ΔH4=2ΔH1+ΔH2-ΔH3,所以ΔH2=ΔH4+ΔH3-2ΔH1=-20.0 kJ·mol-1。‎ ‎(2)       CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)‎ 起始量/(mol·L-1) 1 3 0‎ 转化量/(mol·L-1) 0.6 1.2 0.6‎ 平衡量/(mol·L-1) 0.4 1.8 0.6‎ 所以,用H2表示反应①的速率是v(H2)===0.24 mol·L-1·min-1。‎ ‎       2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)‎ 起始量/(mol·L-1) 0.6 0 0‎ 转化量/(mol·L-1) 0.4 0.2 0.2‎ 平衡量/(mol·L-1) 0.2 0.2 0.2‎ 所以,可逆反应②的平衡常数K2==1。‎ 若500 K时,测得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH),n(CH3OCH3)=n(H2O),Q=‎ =4>K2,此时反应②向逆反应方向进行,所以v正<v逆。‎ ‎(3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,由于平衡常数只受温度影响,正反应为放热反应,说明反应体系的温度升高了,正、逆反应速率都增大,化学平衡向逆反应方向移动,逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大;由于反应前后气体分子数不变,容器中混合气体的平均相对分子质量不变;平衡逆向移动,所以容器中CH3OCH3的体积分数减小;虽然气体分子数不变,但是温度比原平衡升高使得达到新平衡后体系的压强增大。综上所述,A、D正确。‎ ‎(4)转化率=×100%,不同反应物的变化量之比等于化学计量数之比,所以当反应物的起始量之比等于化学计量数之比时,不同反应物的转化率必然相等,所以 a=2。‎ 答案:(1)-20.0 (2)0.24 1 < (3)AD (4)2‎
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