新教材高考化学一轮复习课时作业24化学平衡常数化学反应的方向含答案
展开一、单项选择题(本题包括6个小题,每小题只有1个选项符合题意)
1.下列有关化学平衡常数的描述中正确的是( )
A.化学平衡常数的大小取决于化学反应的内因,与其他外界条件无关
B.相同温度下,反应A+B⇌C与反应C⇌A+B的化学平衡常数相同
C.反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH<0的化学平衡常数随温度升高而增大
D.反应A(g)+B(g)⇌2C(g)的平衡常数表达式为K= eq \f(c2(C),c(A)·c(B))
2.某温度下气体反应达到化学平衡状态,平衡常数K= eq \f(c(A)·c2(B),c2(E)·c(F)) ,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增大。下列说法正确的是( )
A.增大c(A)、c(B),K增大
B.降低温度,正反应速率增大
C.该反应的焓变为负值
D.该反应的化学方程式为
2E(g)+F(g)⇌A(g)+2B(g)
3.在2 L密闭容器中充入气体A和B,发生反应A(g)+B(g)⇌C(g)+2D(g) ΔH,所得实验数据如下表。下列说法不正确的是( )
A.ΔH>0
B.500 ℃该反应的平衡常数K=0.16
C.③中达到平衡时,A的转化率大于20%
D.5 min末测得①中n(C)=0.05 ml,则0到5 min内v(D)=0.01 ml·L-1·min-1
4.温度为T1时,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应:2NO2(g) ⇌2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得v正=v(NO2)消耗=k正·c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆·c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
A.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
B.达平衡时,容器Ⅱ中 eq \f(c(O2),c(NO2)) 比容器Ⅰ中的大
C.达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2
下列说法不正确的是( )
A.27 ℃时,该平衡体系中NO2的转化率为 eq \f(8,9)
B.平衡时,NO2的消耗速率为N2O4消耗速率的2倍
C.室温时,将盛有NO2的密闭玻璃球放入冰水中,其颜色会变浅
D.增大NO2的起始量,可增大相同温度下该反应的化学平衡常数
6.常温下,将一定量的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(固体体积忽略不计)发生反应:H2NCOONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g) ΔH,达到平衡时测得c(CO2)=a ml·L-1。温度不变,达到平衡后压缩容器容积至原来的一半,达到新平衡时测得c(NH3)=x ml·L-1。下列说法正确的是( )
A.上述反应达到新平衡时x=2a
B.达到新平衡时,ΔH为原来的2倍
C.混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态
D.上述反应体系中,压缩容器容积过程中n(H2NCOONH4)不变
二、不定项选择题(本题包括4个小题,每小题有1个或2个选项符合题意)
7.在体积可变的密闭容器中投入0.5 ml CO和1 ml H2,不同条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH。实验测得平衡时H2的转化率随温度、压强的变化如图1所示。下列说法错误的是( )
A.Y代表压强,且Y1>Y2;X代表温度,且ΔH<0
B.M点反应物转化率之比α(CO)∶α(H2)=1∶1,N点该比例减小
C.若M、N两点对应的容器体积均为5 L,则N点对应的平衡常数K=100
D.图2中曲线B能正确表示该反应平衡常数的负对数pK(pK=-lg K)与X的关系
8. MTP是一类重要的药物中间体,可以由TOME经环化后合成。其反应式为
为了提高TOME的转化率,反应进行时需及时从溶液体系中移出部分甲醇。TOME的转化率随反应时间的变化如图所示。设TOME的初始浓度为a ml·L-1,反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法错误的是( )
A.X、Y两点的MTP的物质的量浓度相等
B.X、Z两点的瞬时速率大小为v(X)>v(Z)
C.若Z点处于化学平衡,则210 ℃时反应的平衡常数K= eq \f(0.98a×0.98a,0.02a) ml·L-1
D.190 ℃时,0~150 min之间的MTP的平均反应速率为 eq \f(0.67a,150) ml·L-1·min-1
9.有研究认为,强碱性溶液中反应I-+ClO-===IO-+Cl-分三步进行,其中两步如下:
第一步 ClO-+H2O―→HOCl+OH- K1=3.3×10-10
第三步 HOI+OH-―→IO-+H2O K3=2.3×103
下列说法错误的是( )
A.反应第二步为HOCl+I-―→HOI+Cl-
B.由K可判断反应第三步比第一步快
C.升高温度可以加快ClO-的水解
D.HOCl和HOI都是弱酸
10.在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中,主要发生反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g) ⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7kJ·ml-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ·ml-1
反应Ⅲ:2CO(g)+2H2(g)⇌CO2(g)+CH4(g) ΔH=-247.1kJ·ml-1
向恒压、密闭容器中通入1 ml CO2和4 ml H2,平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应Ⅰ的平衡常数可表示K= eq \f(c(CH4),c(CO2)·c4(H2))
B.图中曲线B表示CO的物质的量随温度的变化
C.提高CO2转化为CH4的转化率,需要研发在低温区高效的催化剂
D.CH4(g) +H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)的ΔH=-205.9kJ·ml-1
三、非选择题
11.硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+ eq \f(1,2) O2(g) eq \(,\s\up7(钒催化剂)) SO3(g) ΔH=-98kJ·ml-1。回答下列问题:
(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α= ,判断的依据是 。影响α的因素有 。
(2)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为 ,平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(3)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为v=k eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(α,α′)-1)) eq \s\up12(0.8) (1-nα′)。式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α′为某时刻SO2转化率,n为常数。在α′=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图(c)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t
12.氮氧化物(NOx)会对生态系统和人体健康造成危害,必须进行治理或综合利用。
(1)一种以沸石笼作为载体对氮氧化物进行催化还原的原理如图1所示,A在沸石笼内转化为B、C、D等中间体的过程如图2所示。
①由A到B的变化过程可表示为 。
②已知:4NH3(g)+5O2(g)⇌4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-907.28 kJ·ml-1;
4NH3(g)+3O2(g)⇌2N2(g)+6H2O(g) ΔH2=-1 269.02 kJ·ml-1。
则脱除NO的总反应的热化学方程式为 。
③下列关于催化剂的说法正确的是 (填标号)。
A.能增大反应速率和改变反应的焓变
B.能增大NH3还原NOx反应的平衡常数
C.具有选择性,能降低特定反应的活化能
(2)在温度为500 K时,向盛有食盐的恒容密闭容器中加入NO2、NO和Cl2,发生如下两个反应:
Ⅰ.2NO2(g)+NaCl(s)⇌NaNO3(s)+NOCl(g) ΔH3
Ⅱ.2NO(g)+Cl2(g)⇌2NOCl(g)ΔH4
①下列关于恒温恒容密闭容器中进行的反应 Ⅰ 和 Ⅱ 的说法正确的是 (填标号)。
a.ΔH3和ΔH4不再变化,说明反应达到平衡状态
b.反应体系中混合气体的颜色保持不变,说明反应Ⅰ达到平衡状态
c.同等条件下,反应 Ⅰ 的速率远远大于反应Ⅱ,说明反应 Ⅰ 的活化能小,ΔH3<ΔH4
d.达平衡后,向反应体系中再通入一定量的NOCl(g),混合气体中NO2(g)和NO(g)的物质的量分数均减小
②若向2 L恒容密闭容器中加入0.2 ml NO和0.1 ml Cl2发生反应Ⅱ,起始总压强为p。10分钟后反应达到平衡,用NOCl(g)表示的平均反应速率v平(NOCl)=0.008 ml·L-1·min-1。则NO的平衡转化率α= ,该反应的平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
课时作业24 化学平衡常数 化学反应的方向
1.解析:化学平衡常数内因由反应物本身的性质决定,外因只受温度影响,A项错;同温下,同一反应的正、逆反应的平衡常数互为倒数,一般不相等,B项错;该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,C项错。
答案:D
2.解析:平衡常数K只随温度变化,不随浓度变化,A不正确;降低温度,正、逆反应速率均减小,B不正确;降温,F的浓度增大,表明平衡逆向移动,正反应是吸热反应,则焓变为正值,C不正确;根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物,E、F为反应物,且对应指数为其化学方程式前的计量数,D正确。
答案:D
3.解析:由①②中数据可知,其他条件相同时,温度升高,达到平衡时C的物质的量减少,所以正反应是放热反应,即ΔH<0,A错误;由②中数据可知达平衡时n(A)=0.32 ml、n(B)=0.02 ml、n(C)=0.08 ml、n(D)=0.16 ml,所以c(A)=0.16 ml·L-1、c(B)=0.01 ml·L-1、c(C)=0.04 ml·L-1、c(D)=0.08 ml·L-1,则化学平衡常数K= eq \f(0.04×0.082,0.16×0.01) =0.16,B正确;②中达到平衡时,A的转化率为20%,而③中起始投入量是②的一半,由于正反应是气体分子数增大的反应,③相对于②来说,相当于减压,平衡正向移动,所以③中达到平衡时A的转化率比②中大,即大于20%,C正确;由于5 min末测得①中n(C)=0.05 ml,所以n(D)=0.1 ml,则v(D)= eq \f(\f(0.1 ml,2 L),5 min) =0.01 ml·L-1·min-1,D正确。
答案:A
4.解析:由Ⅰ中数据可计算温度T1时反应的平衡常数。
2NO2(g)⇌2NO(g)+O2(g)
起始/ml·L-1 0.6 0 0
转化/ml·L-1 0.4 0.4 0.2
平衡/ml·L-1 0.2 0.4 0.2
平衡后气体总物质的量:n(气体)=(0.2 ml·L-1+0.4 ml·L-1+0.2 ml·L-1)×1 L=0.8 ml。
K= eq \f(c2(NO)·c(O2),c2(NO2)) = eq \f(0.42×0.2,0.22) =0.8。A项,容器Ⅱ中,Q= eq \f(c2(NO)·c(O2),c2(NO2)) = eq \f(0.52×0.2,0.32)
答案:C
5.解析:由表中数据可知,27 ℃反应达到平衡时,NO2和N2O4的物质的量之比为1∶4,假设平衡时N2O4为4 ml,则NO2为1 ml,由化学方程式可知,反应消耗的NO2为8 ml,则起始时NO2为8 ml+1 ml=9 ml,则NO2的转化率为 eq \f(8,9) ,A正确;平衡时,正、逆反应速率相等,由化学方程式可知,NO2的消耗速率为N2O4消耗速率的2倍,B正确;由表中数据可知,温度升高,NO2的平衡转化率降低,则2NO2(g)⇌N2O4(g)的正反应为放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,NO2的浓度减小,气体颜色变浅,C正确;某反应的化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,D错误。
答案:D
6.解析:当c(CO2)=a ml·L-1时,c(NH3)=2a ml·L-1,温度不变时平衡常数不变,该反应的平衡常数K=c2(NH3)·c(CO2),压缩容器容积至原来的一半,达到新平衡时各组分浓度与原平衡相同,即x=2a,A正确;ΔH只与反应的始态和终态有关,与平衡移动无关,该反应的ΔH始终不变,B错误;反应物中没有气体,则混合气体的平均相对分子质量始终不变,不能由此判断反应达到平衡状态,C错误;压缩容器容积过程中平衡逆向移动,n(H2NCOONH4)增大,D错误。
答案:A
7.解析:可逆反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)是气体分子数减小的反应,其他条件不变时,增大压强,平衡正向移动,H2的平衡转化率增大,则Y表示压强,且Y1>Y2,X代表温度,根据题图可知,其他条件不变时,升高温度,H2的平衡转化率减小,即平衡逆向移动,则ΔH<0,A项正确;因为反应开始投入0.5 ml CO和1 ml H2,即按照化学计量数之比投料,故在反应开始后的任何一个时刻,转化率之比α(CO)∶α(H2)=1∶1,B项错误;根据题图可知M点时H2的平衡转化率为50%,列出三段式:
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
起始量/ml 0.5 1 0
转化量/ml 0.25 0.5 0.25
平衡量/ml 0.25 0.5 0.25
M点对应的化学平衡常数K= eq \f(c(CH3OH),c(CO)·c2(H2)) = eq \f(0.05,0.05×0.12) =100,因为M点与N点温度相同,故K(M)=K(N)=100,C项正确;反应的ΔH<0时,升高温度,平衡常数K减小,即pK增大,曲线A能正确表示该反应平衡常数的负对数与温度的关系,D项错误。
答案:BD
8.解析:由图知X、Y两点反应物的转化率相等,则MTP的物质的量浓度相等,A正确;由图知,X点曲线斜率大于Z点,则X、Z两点的瞬时速率大小为v(X)>v(Z) ,因为Z点转化率已达98%,反应物浓度极小,则反应速率下降,B正确;由题知,反应过程中甲醇不断从体系中移走,若Z点处于化学平衡,则210 ℃时甲醇的浓度不等于0.98a ml·L-1,则反应的平衡常数K不等于 eq \f(0.98a×0.98a,0.02a) ml·L-1,C错误;190 ℃时,0~150 min之间的MTP的浓度减少了0.67 ml·L-1,则其平均反应速率为 eq \f(0.67a,150) ml·L-1·min-1,D正确。
答案:C
9.解析:总反应-第一步反应-第三步反应可得第二步反应为HOCl+I-―→HOI+Cl-,A正确;平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度,但不能判断反应速率大小,B错误;升高温度可以加快反应速率,C正确;ClO-在水溶液中发生水解,说明HOCl为弱酸,根据题目所给方程式可知第三步反应中HOI以分子形式参与反应,说明HOI也是弱酸,D正确。
答案:B
10.解析:化学平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,反应Ⅰ的平衡常数K= eq \f(c(CH4)·c2(H2O),c(CO2)·c4(H2)) ,故A错误;反应物CO2的量逐渐减小,故图中曲线A表示CO2的物质的量变化曲线,由反应Ⅱ和Ⅲ可知,温度升高反应Ⅱ正向移动,反应Ⅲ逆向移动,CO的物质的量增大,故曲线C为CO的物质的量变化曲线,则曲线B为CH4的物质的量变化曲线,故B错误;反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,降低温度有利于反应Ⅰ正向移动,反应Ⅱ逆向移动,所以要提高 CO2转化为CH4的转化率,需要研发在低温区高效的催化剂,故C正确;-(反应Ⅱ+反应Ⅲ)得到目标反应,则CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)的ΔH=-[41.2 kJ·ml-1+(-247.1 kJ·ml-1)] =205.9 kJ·ml-1,故D错误。
答案:C
11.解析:(1)反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应,其他条件相同时,增大压强,平衡正向移动,SO2平衡转化率增大,则图中p1=5.0 MPa,p3=0.5 MPa。由图可知,反应在5.0 MPa、550 ℃时SO2的平衡转化率α=0.975。温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率α,温度一定时,压强越大,α越大;压强一定时,温度越高,α越小。(2)假设原气体的物质的量为100 ml,则SO2、O2和N2的物质的量分别为2mml、mml和q ml,2m+m+q=100,利用“三段式法”计算:
SO2(g) + eq \f(1,2) O2(g)⇌SO3(g)
起始量/ml 2m m 0
转化量/ml 2mα mα 2mα
平衡量/ml 2m×(1-α)m×(1-α) 2mα
平衡时混合气体的总物质的量为2m×(1-α) ml+m×(1-α) ml+2m αml+q ml=(3m-mα+q ) ml,SO3的物质的量分数为 eq \f(2mα ml,(3m-mα+q) ml) ×100%= eq \f(2mα,100-mα) ×100%,则平衡时SO3的压强为 eq \f(2mα,100-mα) p。平衡时,SO2、O2的压强分别为 eq \f(2m(1-α),100-mα) p、 eq \f(m(1-α),100-mα) p,则平衡常数Kp= eq \f(\f(2mα,100-mα)p,\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(2m(1-α),100-mα)p))·\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(m(1-α),100-mα)p))\s\up12(0.5)) = eq \f(α,(1-α)1.5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(m,100-mα)p))\s\up12(0.5)) 。(3)在α′=0.90时,SO2催化氧化的反应速率为v=k( eq \f(α,0.90) -1)0.8·(1-0.90n)。升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。t<tm时,k增大对v的提高大于α引起的降低;t>tm后,k增大对v的提高小于α引起的降低。
答案:(1)0.975 该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa 反应物的起始浓度(组成)、温度、压强
(2) eq \f(2mαp,100-mα) eq \f(α,(1-α)1.5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(m,100-mα)p))\s\up12(0.5))
(3)升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。当t<tm,k增大对v的提高大于α引起的降低;当t>tm,k增大对v的提高小于α引起的降低
12.解析:(1)①由题图1可知,沸石笼中是Cu(NH3) eq \\al(\s\up11(+),\s\d4(2)) 与O2的反应,由题图2可知,B为[(NH3)2Cu—O—O—Cu(NH3)2]2+,故由A到B的变化过程可表示为2Cu(NH3) eq \\al(\s\up11(+),\s\d4(2)) +O2===[(NH3)2Cu—O—O—Cu(NH3)2]2+。②由题图1知脱除NO的总反应的热化学方程式为4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)⇌4N2(g)+6H2O(g) ΔH,由盖斯定律可得,ΔH=2ΔH2-ΔH1=-1 630.76 kJ·ml-1。③催化剂能增大反应速率,但不能改变反应的焓变和平衡常数,A、B项错误;催化剂对反应有选择性,能降低反应的活化能,C项正确。(2)①a项,ΔH是恒值,不能作为判断反应达到平衡状态的依据,错误;b项,NO2为红棕色气体,反应体系中混合气体的颜色保持不变,说明c(NO2)不变,反应Ⅰ达到平衡状态,正确;c项,反应的活化能大小与焓变大小没有联系,错误;d项,达平衡后再通入一定量的 NOCl(g),尽管平衡逆向移动,但这种转化的量比增加的NOCl(g)的量小,故混合气体中NO2(g)和NO(g)的物质的量分数均减小,正确。②NOCl(g)表示的平均反应速率v平(NOCl)=0.008 ml·L-1·min-1,则生成的n(NOCl)=0.008 ml·L-1·min-1×10 min×2 L=0.16 ml,列三段式如下:
2NO(g)+Cl2(g)⇌2NOCl(g)
起始量/ml 0.2 0.1 0
转化量/ml 0.16 0.08 0.16
平衡量/ml 0.04 0.02 0.16
则NO的平衡转化率α= eq \f(0.16 ml,0.2 ml) ×100%=80%;设平衡时体系压强为p′,则 eq \f(0.3 ml,0.22 ml) = eq \f(p,p′) ,p′= eq \f(2.2,3) p。则p(NO)= eq \f(0.04 ml,0.22 ml) p′= eq \f(0.4p,3) ,p(Cl2)= eq \f(0.2p,3) ,p(NOCl)= eq \f(1.6p,3) ,则该反应的平衡常数Kp= eq \f(p2(NOCl),p2(NO)·p(Cl2)) = eq \f(240,p) 。
答案:(1)①2Cu(NH3) eq \\al(\s\up11(+),\s\d4(2)) +O2===[(NH3)2Cu—O—O—Cu(NH3)2]2+
②4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)⇌4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 630.76 kJ·ml-1
③C (2)①bd ②80% eq \f(240,p) 实验编号
温度/℃
起始时物质的量/ml
平衡时物质的量/ml
n(A)
n(B)
n(C)
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
容器
编号
物质的起始浓度/(ml·L-1)
物质的平衡浓度/(ml·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
t/℃
27
35
49
70
NO2/%
20
25
40
66
N2O4/%
80
75
60
34
2024届人教版高考化学一轮复习课练22化学平衡常数、化学反应的方向作业含答案: 这是一份2024届人教版高考化学一轮复习课练22化学平衡常数、化学反应的方向作业含答案,共21页。试卷主要包含了反应,下列有关化学反应的描述正确的是,下列判断不正确的是等内容,欢迎下载使用。
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