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(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练二十三7.3化学平衡常数化学反应进行的方向(含解析)
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这是一份(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练二十三7.3化学平衡常数化学反应进行的方向(含解析)，共18页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
化学平衡常数 化学反应进行的方向
一、选择题
1.(2019·潮州模拟)水的三态的熵值的大小关系正确的是 ( )
A.S(s)>S(l)>S(g) B.S(l)>S(s)>S(g)
C.S(g)>S(l)>S(s) D.S(g)>S(s)>S(l)
【解析】选C。按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s),水分子的排列越来越有序,水分子的运动范围越来越小,故混乱度越来越小,其熵越来越小。
2.(2019·咸阳模拟)下列变化过程中,ΔH<0、ΔS>0的是 ( )
A.2SO32SO2+O2
B.2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)
C.NH4NO3(s)N(aq)+N(aq)
D.Cl22Cl
【解析】选B。乙烷燃烧是放热反应,反应后气体分子数量增加,所以该反应过程中,ΔH<0,ΔS>0。
3.(2019·武汉模拟)在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L-1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L-1
0.05
0.05
0.1
则25 ℃时,反应X+3Y2Z的平衡常数为 ( )
A.500 B.600 C.1 200 D.1 600
【解析】选D。25 ℃,K===
1 600 L2·mol-2,故D正确。
4.(2019·衡水模拟)已知下列反应在常温下均为非自发反应,则在高温下仍为非自发的是 ( )
A.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)
B.Fe2O3(s)+C(s)2Fe(s)+CO2(g)
C.N2O4(g)2NO2(g)
D.6C(s)+6H2O(l)C6H12O6(s)
【解析】选D。在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。对于同一种物质而言, S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反应,都是吸热反应,即ΔH>0,又是熵增反应,即ΔS>0,因此当高温时可能有ΔH-TΔS<0,故在高温下可自发进行,而B也是熵增反应,也是吸热反应,同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应,温度越高,则ΔH-TΔS的值越大,因此在高温下不能自发进行。
5.(2019·西安模拟)反应C(s)+2H2(g)CH4(g)在1 000 K时Kp=9 955.75,当总压为101 Kpa,气体组成是H2 70%,CH4 20%,N2 10%时,上述反应 ( )
A.正向移动 B.逆向移动
C.达到平衡 D.不一定
【解析】选A。Qp== =4.04×10-6 Pa-1,可见Qp
实验编号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
实验Ⅲ
反应温度/℃
700
700
750
达平衡时间/min
40
5
30
n(D)平衡/mol
1.5
1.5
1
化学平衡常数
K1
K2
K3
下列说法正确的是 ( )
A.实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,平衡不移动
B.升高温度能加快反应速率的原理是降低了活化能,使活化分子百分数提高
C.实验Ⅲ达平衡后容器内的压强是实验Ⅰ的倍
D. K3>K2>K1
【解析】选A。实验Ⅲ中,
2A(g)+B(g)2D(g)
起始(mol·L-1) 1 0.5 0
反应(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
平衡(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
化学平衡常数为K===4,温度不变,平衡常数不变,实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,则此时容器中c(A)=1 mol·L-1,
c(B)=0.25 mol·L-1,c(D)=1 mol·L-1,此时浓度商Qc==4=K,平衡不发生移动,故A正确;B.升高温度,增大了分子的能量,增加了活化分子百分数,使反应速率加快,但反应的活化能不变,故B错误;C.根据理想气体状态方程pV=nRT,反应起始时向容器中充入2 mol A和1 mol B,实验Ⅲ达平衡时,n(D)=1 mol,根据反应方程式,则平衡时n(A)=1 mol,n(B)=0.5 mol,实验Ⅰ达平衡时,n(D)=1.5 mol,根据反应方程式,n(A)=0.5 mol,n(B)=0.25 mol,则实验Ⅲ达平衡后容器内的压强与实验Ⅰ达平衡后容器内的压强之比为==
≠,故C错误;D.反应为2A(g)+B(g)2D(g),比较实验Ⅰ和Ⅲ,温度升高,平衡时D的量减少,化学平衡向逆反应方向移动,则 K3
甲
乙
丙
起始物
质的量
n(SO2)/mol
0.4
0.8
0.8
n(O2)/mol
0.24
0.24
0.48
SO2的平衡转化率/%
80
α1
α2
下列判断中,正确的是 ( )
A.甲中反应的平衡常数小于乙
B.该温度下,平衡常数值为400
C.平衡时,丙中c(SO3)是甲中的2倍
D.平衡时,甲中O2的转化率大于乙中O2的转化率
【解析】选B。平衡常数只与温度有关系,A项错误;甲容器中平衡时生成三氧化硫是0.32 mol,剩余二氧化硫是0.08 mol,由于容器的容积是2 L,所以平衡常数是400,选项B正确;丙相当于在甲的基础上增大压强,平衡向正反应方向进行,所以平衡时,丙中c(SO3)大于甲中的2倍,C项错误;乙容器相当于在甲容器的基础上增大SO2的浓度,所以能提高氧气的转化率,D项错误。
8.(新题预测)温度为T K时,将0.40 mol A气体充入2.0 L固定容积的密闭容器中,发生反应A(g)2B(g) ΔH>0,经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的部分数据见下表:
时间/s
0
20
40
80
100
n(A)/mol
0.40
0.20
0.10
n(B)/mol
0
0.24
0.60
0.60
下列说法正确的是 ( )
A.0～40 s的平均反应速率v(B)=0.01 mol·L-1·s-1
B.T K时该反应的平衡常数为3.6
C.相同条件下,若起始时充入0.80 mol A,则达到平衡时c(B)小于0.60 mol·L-1
D.相同条件下,若起始时向容器中充入0.05 mol A、0.70 mol B,则反应达到平衡前v(正)>v(逆)
【解析】选C。0～40 s的平均反应速率v(B)=2v(A)=2×=
0.005 mol·L-1·s-1,A项错误;100 s时反应处于平衡状态,平衡常数K==
=1.8,B项错误;相同条件下,若起始时投入0.80 mol A,则达到的平衡相当于原平衡缩小一半容器体积的效果,平衡向左移动,C项正确;Qc==4.9>1.8,达到平衡前反应逆向进行,故反应达到平衡前v(正)
9.有A、B、C、D四个反应:
反应
A
B
C
D
ΔH/kJ·mol-1
10.5
1.80
-126
-11.7
ΔS/J·mol-1·K-1
30.0
-113.0
84.0
-105.0
则在任何温度下都能自发进行的反应是__________;任何温度下都不能自发进行的反应是__________;另两个反应中,在温度高于__________℃时可自发进行的反应是__________;在温度低于__________℃时可自发进行的反应是__________。
【解析】放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行,吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。放热的熵减反应在低温下能自发进行,吸热的熵增反应在高温下可以自发进行,具体温度可以根据ΔH-TΔS=0计算出来。
答案:C B 77 A -161.6 D
10.(2019·潍坊模拟)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
Ⅰ SO2+2H2O+I2H2SO4+2HI
Ⅱ 2HIH2+I2
Ⅲ 2H2SO42SO2+O2+2H2O
(1)分析上述反应,下列判断正确的是________。
a.反应Ⅲ易在常温下进行
b.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
c.循环过程中需补充H2O
d.循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2
(2)一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如上图所示。该温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K= ________。相同温度下,若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,则________是原来的2倍。
a.平衡常数
b.HI的平衡浓度
c.达到平衡的时间
d.平衡时H2的体积分数
【解析】(1)H2SO4沸点较高,在常温下不发生分解;反应Ⅰ中SO2的还原性比HI强;循环过程中H2O分解生成了H2与O2,需补充;循环过程中产生1 mol O2同时产生2 mol H2,c正确。
(2) 2HI(g)H2(g)+I2(g)
初始(mol·L-1): 1 0 0
平衡(mol·L-1): 0.8 0.1 0.1
该反应的平衡常数K1==
=,相同温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K==64。
该温度下,开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,平衡常数不变,HI、H2、I2平衡浓度均为原来的2倍,初始浓度变大,反应速率加快,HI、H2、I2的体积分数均不变,故选b。
答案:(1)c (2)64 b
11.顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:
该反应的速率方程可表示为v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:
(1)已知:t1温度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=________;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。
(2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________ (填曲线编号),平衡常数值K2=________;温度t2________t1(填“小于”“等于”或“大于”),判断理由是________________________________。
【解析】(1)根据v(正)=k(正)c(顺)、k(正)=0.006 s-1,则v(正)=0.006c(顺), v(逆)=k(逆)c(反),k(逆)=0.002 s-1,v(逆)=0.002c(反),达到化学平衡状态时正逆反应速率相等,则0.006c(顺)=0.002c(反),K1=c(反)/c(顺)=0.006÷0.002=3;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),说明断键吸收的能量小于成键释放的能量,即该反应为放热反应,则ΔH小于零。
(2)随着时间的推移,顺式异构体的质量分数不断减小,则符合条件的曲线是B,设顺式异构体的起始浓度为x,该可逆反应左右物质系数相等,均为1,则平衡时,顺式异构体的浓度为0.3x,反式异构体的浓度为0.7x,所以平衡常数值K2=0.7x÷0.3x=7/3,因为K1>K2,放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动,所以温度t2大于t1。
答案:(1)3 小于 (2)B 7/3 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动
12.汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致:
N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH>0
已知该反应在2 404 ℃时,平衡常数K=6.4×10-3。请回答下列问题。
(1)该反应的平衡常数表达式为_____________________________。
(2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2和O2各1 mol,平衡时,N2的转化率是________%(保留整数)。
(3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10-1 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此时反应__________________(填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),理由是__
__________________________________________________________。
(4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中,下图变化趋势正确的是________。
(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量的NO,重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比,此时平衡混合气中NO的体积分数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】(2) N2(g)+O2(g)2NO(g)
起始/mol 1 1 0
变化/mol x x 2x
平衡/mol 1-x 1-x 2x
K==6.4×10-3,得x≈0.04,N2的转化率为×100%=4%。
(3)Qc==9.0×10-4<6.4×10-3,所以反应向正反应方向进行。
(4)由于该反应的正反应是吸热反应,所以升高温度,化学平衡正向移动,化学平衡常数增大,A项正确;加入催化剂,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,但NO的平衡浓度不变,B项错误;升高温度,平衡正向移动,氮气的转化率提高,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,C项正确。
(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量的NO,由于该反应是反应前后气体体积相等的反应,故建立的平衡与原平衡等效,平衡混合气中NO的体积分数不变。
答案:(1)K= (2)4
(3)向正反应方向进行
Qc==9.0×10-4
一、选择题
1.(2019·株洲模拟)下列有关说法不正确的是 ( )
A.铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程
B.冰融化的过程中,熵值增加
C.无热效应的自发过程是不存在的
D.同一物质固态时熵值最小
【解析】选C。自发过程是在一定条件下不需要外力就能进行的过程。铁生锈和氢燃烧均为混乱度减小、有序性增加、稳定性增强、放出热量的自发反应,A项正确;冰融化即有序性减小,混乱度增加,即熵值增加,B项正确;物质由有序转化为无序时,不一定发生热效应,如分子的扩散现象,C项错误;同一物质在固态时有序性最高,混乱度最小,熵值最小,D项正确。
2.放热反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在温度t1时达到平衡,c(CO)1=c(H2O)1 =1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c(CO)2和c(H2O)2,平衡常数为K2,则 ( )
A.K2和K1的单位均为mol·L-1
B.K2>K1
C.c(CO)2=c(H2O)2
D.c(CO)1
( )
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
【解析】选A。当此反应在某温度下自发向右进行时,ΔH-TΔS<0,即ΔH- TΔS<-17 kJ·mol-1,因此排除B、C,由于正反应方向是熵增加的反应,即ΔS>0,故只有ΔH>0时,才可能满足条件。
4.298 K时,下列反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)2NO(g),K1=1×10-30
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g),K2=2×10-82
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g), K3=4×10-92
则常温下NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是 ( )
A.① B.② C.③ D.不能判断
【解析】选B。NO分解的K==1030,H2O分解的K==0.5×1082,根据K越大反应进行的越完全、彻底,B项正确。
5.(2019·洛阳模拟)对于可逆反应 SiO2(s)+C(s)+N2(g)Si3N4(s)+CO(g)(未配平) ΔH<0,下列叙述正确的是 ( )
A.该反应的氧化剂为N2,还原产物为CO
B.增加焦炭的用量,生成氮化硅的反应速率增大
C.反应中每生成0.1 mol Si3N4转移的电子为1.2 mol
D.反应的平衡常数可表示为K=,升高温度K减小
【解析】选C。由产物CO可知,SiO2与C化学计量数之比为1∶2 由产物Si3N4可知SiO2与N2化学计量数之比为3∶2,所以SiO2、C、N2化学计量数之比为3∶6∶2,令SiO2的化学计量数为3,结合元素守恒可知Si3N4、CO化学计量数分别为1、6,配平后方程式为3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g) ΔH<0。在氮化硅的合成反应中,氮元素的化合价由0价降低到-3价,所以氮气是氧化剂;碳元素的化合价升高,被氧化成CO,CO是氧化产物,故A错误;增加焦炭的用量,气体的浓度不变,反应速率不变,故B错误;氮元素的化合价总共降低了4×(3-0)=12价,所以每生成1 mol Si3N4,N2得到12 mol电子,当生成0.1 mol Si3N4时转移电子的物质的量为1.2 mol,故C正确;此反应的平衡常数K=,对于放热反应,升高温度,平衡常数减小,故D错误。
6.已知在等温条件下,化学反应方向的判据为:ΔH-TΔS<0反应能正向自发进行;ΔH-TΔS=0反应达平衡状态;ΔH-TΔS>0 反应能逆向自发进行(其中ΔH为焓变,ΔS为熵变,T为热力学温标,单位为K)设反应A(s)D(g)+E(g) ΔH-TΔS=(-4 500+11T)J·mol-1,要防止反应发生,温度必须 ( )
A.高于409 K
B.低于136 K
C.高于136 K而且低于409 K
D.低于409 K
【解析】选A。要防止反应发生,需满足ΔH-TΔS>0的条件,解不等式得T>409 K。
7.(2019·临沂模拟)某温度下,反应2A(g)B(g)+C(g)的平衡常数为1,在容积为2 L的密闭容器中加入A(g),20 s时测得各组分的物质的量如下表
物质
A(g)
B(g)
C(g)
物质的量/mo1
1.2
0.6
0.6
下列说法正确的是 ( )
A.反应前20 s的平均速率为v(A)=0.6 mol·L-1·s-1
B.20 s时,正反应速率等于逆反应速率
C.达平衡时,A(g)的转化率为100%
D.若升高温度,平衡常数将变为0.5,则反应的ΔH<0
【解析】选D。根据题意可知,20 s内消耗A是1.2 mol,所以A的反应速率是=0.03 mol·L-1·s-1,A项错误;20 s时,A、B、C的浓度分别是(mol·L-1) 0.6、0.3、0.3,所以此时=0.25<1,因此平衡向正反应方向移动,B项错误;可逆反应的转化率不可能是100%,C项错误;升高温度,平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,D正确。
8.(2019·成都模拟)利用催化技术可将汽车尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。某温度下,在容积不变的密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间的NO和CO的浓度如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/×10-3 mol·L-1
1.00
0.45
0.25
0.15
0.10
0.10
c(CO)/×10-3 mol·L-1
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
下列说法中不正确的是 ( )
A.2 s内的平均反应速率v(N2)=1.875×10-4 mol·L-1·s-1
B.在该温度下,反应的平衡常数K=5
C.若将容积缩小为原来的一半,NO转化率大于90%
D.使用催化剂可以提高整个过程中单位时间内CO和NO的处理量
【解析】选B。A项,2 s内Δc(NO)=(1-0.25)×10-3 mol·L-1=7.5×10-4 mol·L-1,则Δc(N2)=Δc(NO)=3.75×10-4 mol·L-1,则v(N2)==1.875 ×10-4 mol·L-1·s-1,故A正确;B项,4 s时处于平衡状态,平衡时NO为0.1×
10-3 mol·L-1,则:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
起始量(×10-3mol·L-1): 1 3.6 0 0
变化量(×10-3mol·L-1): 0.9 0.9 0.9 0.45
平衡量(×10-3mol·L-1): 0.1 2.7 0.9 0.45
则平衡常数K===5 000,故B错误;C项,原平衡时NO转化率为=90%,若将容积缩小为原来的一半,增大压强,平衡正向移动,NO转化率增大,故新平衡时NO转化率大于90%,故C正确;D项,使用催化剂加快反应速率,可以提高单位时间内CO和NO的处理量,故D正确。
二、非选择题
9.(2019·广州模拟)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:①CH4(g)C(s)+2H2(g),②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:
①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,
ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1
②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,
ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:
(1)判断该反应高温自发还是低温自发:________(填“高温”或“低温”)。
(2)通过计算判断此反应在常温下能否自发进行______。
(3)求算制取炭黑的允许温度范围________________。
(4)为了提高甲烷的碳化程度,你认为下面四个温度中最合适的是________。
A.905.2 K B.927 K C.1 273 K D.2 000 K
【解析】(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×
298 K=50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应常温下不自发进行。 (3)裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>
927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=
376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>1 709.4 K,即温度高于1 790.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.8～1 790.4 K。
答案:(1)高温 (2)不能自发进行
(3)927.8～1 790.4 K (4)C
10.(2019·郴州模拟)(Ⅰ)已知在448 ℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49,则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为________;反应H2(g)+I2(g)HI(g)的平衡常数 K3为________。
(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中进行化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数和温度的关系如下表所示:
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=________。
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下,平衡浓度符合下式c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为________℃。
(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为:c(CO2) =2 mol·L-1,c(H2)=1.5 mol·L-1,c(CO)=1 mol·L-1,c(H2O)=3 mol·L-1,则下一时刻,反应向________(填“正向”或“逆向”)进行。
【解析】(Ⅰ)第2个反应与第1个反应互为可逆反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化学计量数与第1个反应相比缩小一半,平衡常数也会发生变化得 K3=。(Ⅱ)通过表中K和温度t的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热反应。当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,K=1,此时温度由表中数据可知为830 ℃。判断反应进行的方向时,可根据Qc与K的大小关系判断,此时刻==1>0.9,所以反应向逆反应方向进行。
答案:(Ⅰ) 7 (Ⅱ)(1) (2)吸热 (3)830 (4)逆向
11.合成氨工业的核心反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=Q kJ·mol-1。反应过程中能量变化如图所示,回答下列问题:
(1)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化:
E1________,E2________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(2)在500 ℃、2×107 Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5 mol N2和
1.5 mol H2,充分反应后,放出的热量________(填“<”“>”或“=”)46.2 kJ,理由是__ _______________________。
(3)下列关于该反应的说法中,正确的是________(填字母)。
A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0
(4)将0.45 mol H2(g)和0.15 mol N2(g)放入1 L密闭容器中,在500 ℃、2×107 Pa下达到平衡,测得N2为0.10 mol,H2为0.30 mol,NH3为0.10 mol。则该条件下达到平衡时H2的转化率为________。该温度下的平衡常数K=________。若升高温度,K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)在上述(4)反应条件的密闭容器中,欲提高合成氨的转化率,下列措施可行的是________(填字母)。
A.向容器中按原比例再充入原料气
B.向容器中充入惰性气体
C.改变反应的催化剂
D.分离出氨
【解析】(1)在反应体系中加入催化剂,降低了活化能,故E1和E2均减小。
(3)根据题给的图象可以看出合成氨的反应为放热反应,故ΔH<0;又因为合成氨的反应为气体体积减小的反应,故ΔS<0。
(4)根据“三段法”进行计算:
N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)
起始浓度(mol·L-1): 0.15 0.45 0
改变浓度(mol·L-1): 0.05 0.15 0.10
平衡浓度(mol·L-1): 0.10 0.30 0.10
故达到平衡时H2的转化率为×100%=33.3%。
该温度下,平衡常数K==3.7;若升高温度,平衡向逆反应方向移动,故K值将减小。
(5)向容器中按原比例再充入原料气,相当于增大压强,平衡正向移动;分离出氨气,平衡正向移动;而向容器中再充入惰性气体、改变反应的催化剂均不能使平衡发生移动。
答案:(1)减小 减小
(2)< 此反应为可逆反应,0.5 mol N2和1.5 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于46.2 kJ
(3)D
(4)33.3% 3.7 减小
(5)AD
12.(新题预测)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂,可由NO和Cl2反应得到,化学方程式为:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯,涉及如下反应:
①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)
③2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)
设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、 K3,则K1、K2、 K3之间的关系为____________________________________________________。
(2)300 ℃时,2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。
正反应速率的表达式为v正=k·cn(NOCl)(k为速率常数,只与温度有关),测得速率与浓度的关系如表所示:
序号
c(NOCl)/mol·L-1
v/mol·L-1·s-1
①
0.30
3.60×10-9
②
0.60
1.44×10-8
③
0.90
3.24×10-8
n=________,k=________。
(3)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g),在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示:
①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)=________ mol·L-1·min-1。
②T2时该反应的平衡常数K为________。
③Cl2的平衡转化率为________。
(4)在密闭容器中充入NO(g)和Cl2(g),改变外界条件[温度、压强、、与催化剂的接触面积],NO的转化率变化关系如图B所示。X代表________。
【解析】(1)根据盖斯定律知,①×2-②=③,从而可推知平衡常数之间的关系。
(2)将①②组数据代入表达式计算,==4,解得n=2。再代入任意一组数据可计算出K值。
(3)①10 min时,c(NOCl)=1 mol·L-1,则转化的NO的物质的量为1 mol,则v(NO)==0.1 mol·L-1·min-1。②平衡常数K==2。③Cl2的平衡转化率为×100%=50%。
(4)根据图A,T2下反应速率较大,说明T2大于T1,而T2下达到平衡状态时,c(NOCl)较小,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,故正反应是放热反应。观察图B,随着X的增大,NO的转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,该可逆反应的正反应是气体分子数减小的反应,且正反应是放热反应,X代表压强或。与催化剂的接触面积大小只影响化学反应速率,不会使平衡移动,即不改变转化率。
答案:(1)K2· K3=
(2)2 4.0×10-8 L· mol-1·s-1
(3)①0.1 ②2 ③50% (4)压强或
化学平衡常数 化学反应进行的方向
一、选择题
1.(2019·潮州模拟)水的三态的熵值的大小关系正确的是 ( )
A.S(s)>S(l)>S(g) B.S(l)>S(s)>S(g)
C.S(g)>S(l)>S(s) D.S(g)>S(s)>S(l)
【解析】选C。按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s),水分子的排列越来越有序,水分子的运动范围越来越小,故混乱度越来越小,其熵越来越小。
2.(2019·咸阳模拟)下列变化过程中,ΔH<0、ΔS>0的是 ( )
A.2SO32SO2+O2
B.2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)
C.NH4NO3(s)N(aq)+N(aq)
D.Cl22Cl
【解析】选B。乙烷燃烧是放热反应,反应后气体分子数量增加,所以该反应过程中,ΔH<0,ΔS>0。
3.(2019·武汉模拟)在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L-1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L-1
0.05
0.05
0.1
则25 ℃时,反应X+3Y2Z的平衡常数为 ( )
A.500 B.600 C.1 200 D.1 600
【解析】选D。25 ℃,K===
1 600 L2·mol-2,故D正确。
4.(2019·衡水模拟)已知下列反应在常温下均为非自发反应,则在高温下仍为非自发的是 ( )
A.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)
B.Fe2O3(s)+C(s)2Fe(s)+CO2(g)
C.N2O4(g)2NO2(g)
D.6C(s)+6H2O(l)C6H12O6(s)
【解析】选D。在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。对于同一种物质而言, S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反应,都是吸热反应,即ΔH>0,又是熵增反应,即ΔS>0,因此当高温时可能有ΔH-TΔS<0,故在高温下可自发进行,而B也是熵增反应,也是吸热反应,同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应,温度越高,则ΔH-TΔS的值越大,因此在高温下不能自发进行。
5.(2019·西安模拟)反应C(s)+2H2(g)CH4(g)在1 000 K时Kp=9 955.75,当总压为101 Kpa,气体组成是H2 70%,CH4 20%,N2 10%时,上述反应 ( )
A.正向移动 B.逆向移动
C.达到平衡 D.不一定
【解析】选A。Qp== =4.04×10-6 Pa-1,可见Qp
实验编号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
实验Ⅲ
反应温度/℃
700
700
750
达平衡时间/min
40
5
30
n(D)平衡/mol
1.5
1.5
1
化学平衡常数
K1
K2
K3
下列说法正确的是 ( )
A.实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,平衡不移动
B.升高温度能加快反应速率的原理是降低了活化能,使活化分子百分数提高
C.实验Ⅲ达平衡后容器内的压强是实验Ⅰ的倍
D. K3>K2>K1
【解析】选A。实验Ⅲ中,
2A(g)+B(g)2D(g)
起始(mol·L-1) 1 0.5 0
反应(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
平衡(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
化学平衡常数为K===4,温度不变,平衡常数不变,实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,则此时容器中c(A)=1 mol·L-1,
c(B)=0.25 mol·L-1,c(D)=1 mol·L-1,此时浓度商Qc==4=K,平衡不发生移动,故A正确;B.升高温度,增大了分子的能量,增加了活化分子百分数,使反应速率加快,但反应的活化能不变,故B错误;C.根据理想气体状态方程pV=nRT,反应起始时向容器中充入2 mol A和1 mol B,实验Ⅲ达平衡时,n(D)=1 mol,根据反应方程式,则平衡时n(A)=1 mol,n(B)=0.5 mol,实验Ⅰ达平衡时,n(D)=1.5 mol,根据反应方程式,n(A)=0.5 mol,n(B)=0.25 mol,则实验Ⅲ达平衡后容器内的压强与实验Ⅰ达平衡后容器内的压强之比为==
≠,故C错误;D.反应为2A(g)+B(g)2D(g),比较实验Ⅰ和Ⅲ,温度升高,平衡时D的量减少,化学平衡向逆反应方向移动,则 K3
甲
乙
丙
起始物
质的量
n(SO2)/mol
0.4
0.8
0.8
n(O2)/mol
0.24
0.24
0.48
SO2的平衡转化率/%
80
α1
α2
下列判断中,正确的是 ( )
A.甲中反应的平衡常数小于乙
B.该温度下,平衡常数值为400
C.平衡时,丙中c(SO3)是甲中的2倍
D.平衡时,甲中O2的转化率大于乙中O2的转化率
【解析】选B。平衡常数只与温度有关系,A项错误;甲容器中平衡时生成三氧化硫是0.32 mol,剩余二氧化硫是0.08 mol,由于容器的容积是2 L,所以平衡常数是400,选项B正确;丙相当于在甲的基础上增大压强,平衡向正反应方向进行,所以平衡时,丙中c(SO3)大于甲中的2倍,C项错误;乙容器相当于在甲容器的基础上增大SO2的浓度,所以能提高氧气的转化率,D项错误。
8.(新题预测)温度为T K时,将0.40 mol A气体充入2.0 L固定容积的密闭容器中,发生反应A(g)2B(g) ΔH>0,经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的部分数据见下表:
时间/s
0
20
40
80
100
n(A)/mol
0.40
0.20
0.10
n(B)/mol
0
0.24
0.60
0.60
下列说法正确的是 ( )
A.0～40 s的平均反应速率v(B)=0.01 mol·L-1·s-1
B.T K时该反应的平衡常数为3.6
C.相同条件下,若起始时充入0.80 mol A,则达到平衡时c(B)小于0.60 mol·L-1
D.相同条件下,若起始时向容器中充入0.05 mol A、0.70 mol B,则反应达到平衡前v(正)>v(逆)
【解析】选C。0～40 s的平均反应速率v(B)=2v(A)=2×=
0.005 mol·L-1·s-1,A项错误;100 s时反应处于平衡状态,平衡常数K==
=1.8,B项错误;相同条件下,若起始时投入0.80 mol A,则达到的平衡相当于原平衡缩小一半容器体积的效果,平衡向左移动,C项正确;Qc==4.9>1.8,达到平衡前反应逆向进行,故反应达到平衡前v(正)
9.有A、B、C、D四个反应:
反应
A
B
C
D
ΔH/kJ·mol-1
10.5
1.80
-126
-11.7
ΔS/J·mol-1·K-1
30.0
-113.0
84.0
-105.0
则在任何温度下都能自发进行的反应是__________;任何温度下都不能自发进行的反应是__________;另两个反应中,在温度高于__________℃时可自发进行的反应是__________;在温度低于__________℃时可自发进行的反应是__________。
【解析】放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行,吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。放热的熵减反应在低温下能自发进行,吸热的熵增反应在高温下可以自发进行,具体温度可以根据ΔH-TΔS=0计算出来。
答案:C B 77 A -161.6 D
10.(2019·潍坊模拟)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
Ⅰ SO2+2H2O+I2H2SO4+2HI
Ⅱ 2HIH2+I2
Ⅲ 2H2SO42SO2+O2+2H2O
(1)分析上述反应,下列判断正确的是________。
a.反应Ⅲ易在常温下进行
b.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
c.循环过程中需补充H2O
d.循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2
(2)一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如上图所示。该温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K= ________。相同温度下,若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,则________是原来的2倍。
a.平衡常数
b.HI的平衡浓度
c.达到平衡的时间
d.平衡时H2的体积分数
【解析】(1)H2SO4沸点较高,在常温下不发生分解;反应Ⅰ中SO2的还原性比HI强;循环过程中H2O分解生成了H2与O2,需补充;循环过程中产生1 mol O2同时产生2 mol H2,c正确。
(2) 2HI(g)H2(g)+I2(g)
初始(mol·L-1): 1 0 0
平衡(mol·L-1): 0.8 0.1 0.1
该反应的平衡常数K1==
=,相同温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K==64。
该温度下,开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,平衡常数不变,HI、H2、I2平衡浓度均为原来的2倍,初始浓度变大,反应速率加快,HI、H2、I2的体积分数均不变,故选b。
答案:(1)c (2)64 b
11.顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:
该反应的速率方程可表示为v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:
(1)已知:t1温度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=________;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。
(2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________ (填曲线编号),平衡常数值K2=________;温度t2________t1(填“小于”“等于”或“大于”),判断理由是________________________________。
【解析】(1)根据v(正)=k(正)c(顺)、k(正)=0.006 s-1,则v(正)=0.006c(顺), v(逆)=k(逆)c(反),k(逆)=0.002 s-1,v(逆)=0.002c(反),达到化学平衡状态时正逆反应速率相等,则0.006c(顺)=0.002c(反),K1=c(反)/c(顺)=0.006÷0.002=3;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),说明断键吸收的能量小于成键释放的能量,即该反应为放热反应,则ΔH小于零。
(2)随着时间的推移,顺式异构体的质量分数不断减小,则符合条件的曲线是B,设顺式异构体的起始浓度为x,该可逆反应左右物质系数相等,均为1,则平衡时,顺式异构体的浓度为0.3x,反式异构体的浓度为0.7x,所以平衡常数值K2=0.7x÷0.3x=7/3,因为K1>K2,放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动,所以温度t2大于t1。
答案:(1)3 小于 (2)B 7/3 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动
12.汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致:
N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH>0
已知该反应在2 404 ℃时,平衡常数K=6.4×10-3。请回答下列问题。
(1)该反应的平衡常数表达式为_____________________________。
(2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2和O2各1 mol,平衡时,N2的转化率是________%(保留整数)。
(3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10-1 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此时反应__________________(填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),理由是__
__________________________________________________________。
(4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中,下图变化趋势正确的是________。
(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量的NO,重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比,此时平衡混合气中NO的体积分数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】(2) N2(g)+O2(g)2NO(g)
起始/mol 1 1 0
变化/mol x x 2x
平衡/mol 1-x 1-x 2x
K==6.4×10-3,得x≈0.04,N2的转化率为×100%=4%。
(3)Qc==9.0×10-4<6.4×10-3,所以反应向正反应方向进行。
(4)由于该反应的正反应是吸热反应,所以升高温度,化学平衡正向移动,化学平衡常数增大,A项正确;加入催化剂,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,但NO的平衡浓度不变,B项错误;升高温度,平衡正向移动,氮气的转化率提高,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,C项正确。
(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量的NO,由于该反应是反应前后气体体积相等的反应,故建立的平衡与原平衡等效,平衡混合气中NO的体积分数不变。
答案:(1)K= (2)4
(3)向正反应方向进行
Qc==9.0×10-4
一、选择题
1.(2019·株洲模拟)下列有关说法不正确的是 ( )
A.铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程
B.冰融化的过程中,熵值增加
C.无热效应的自发过程是不存在的
D.同一物质固态时熵值最小
【解析】选C。自发过程是在一定条件下不需要外力就能进行的过程。铁生锈和氢燃烧均为混乱度减小、有序性增加、稳定性增强、放出热量的自发反应,A项正确;冰融化即有序性减小,混乱度增加,即熵值增加,B项正确;物质由有序转化为无序时,不一定发生热效应,如分子的扩散现象,C项错误;同一物质在固态时有序性最高,混乱度最小,熵值最小,D项正确。
2.放热反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在温度t1时达到平衡,c(CO)1=c(H2O)1 =1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c(CO)2和c(H2O)2,平衡常数为K2,则 ( )
A.K2和K1的单位均为mol·L-1
B.K2>K1
C.c(CO)2=c(H2O)2
D.c(CO)1
( )
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
【解析】选A。当此反应在某温度下自发向右进行时,ΔH-TΔS<0,即ΔH- TΔS<-17 kJ·mol-1,因此排除B、C,由于正反应方向是熵增加的反应,即ΔS>0,故只有ΔH>0时,才可能满足条件。
4.298 K时,下列反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)2NO(g),K1=1×10-30
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g),K2=2×10-82
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g), K3=4×10-92
则常温下NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是 ( )
A.① B.② C.③ D.不能判断
【解析】选B。NO分解的K==1030,H2O分解的K==0.5×1082,根据K越大反应进行的越完全、彻底,B项正确。
5.(2019·洛阳模拟)对于可逆反应 SiO2(s)+C(s)+N2(g)Si3N4(s)+CO(g)(未配平) ΔH<0,下列叙述正确的是 ( )
A.该反应的氧化剂为N2,还原产物为CO
B.增加焦炭的用量,生成氮化硅的反应速率增大
C.反应中每生成0.1 mol Si3N4转移的电子为1.2 mol
D.反应的平衡常数可表示为K=,升高温度K减小
【解析】选C。由产物CO可知,SiO2与C化学计量数之比为1∶2 由产物Si3N4可知SiO2与N2化学计量数之比为3∶2,所以SiO2、C、N2化学计量数之比为3∶6∶2,令SiO2的化学计量数为3,结合元素守恒可知Si3N4、CO化学计量数分别为1、6,配平后方程式为3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g) ΔH<0。在氮化硅的合成反应中,氮元素的化合价由0价降低到-3价,所以氮气是氧化剂;碳元素的化合价升高,被氧化成CO,CO是氧化产物,故A错误;增加焦炭的用量,气体的浓度不变,反应速率不变,故B错误;氮元素的化合价总共降低了4×(3-0)=12价,所以每生成1 mol Si3N4,N2得到12 mol电子,当生成0.1 mol Si3N4时转移电子的物质的量为1.2 mol,故C正确;此反应的平衡常数K=,对于放热反应,升高温度,平衡常数减小,故D错误。
6.已知在等温条件下,化学反应方向的判据为:ΔH-TΔS<0反应能正向自发进行;ΔH-TΔS=0反应达平衡状态;ΔH-TΔS>0 反应能逆向自发进行(其中ΔH为焓变,ΔS为熵变,T为热力学温标,单位为K)设反应A(s)D(g)+E(g) ΔH-TΔS=(-4 500+11T)J·mol-1,要防止反应发生,温度必须 ( )
A.高于409 K
B.低于136 K
C.高于136 K而且低于409 K
D.低于409 K
【解析】选A。要防止反应发生,需满足ΔH-TΔS>0的条件,解不等式得T>409 K。
7.(2019·临沂模拟)某温度下,反应2A(g)B(g)+C(g)的平衡常数为1,在容积为2 L的密闭容器中加入A(g),20 s时测得各组分的物质的量如下表
物质
A(g)
B(g)
C(g)
物质的量/mo1
1.2
0.6
0.6
下列说法正确的是 ( )
A.反应前20 s的平均速率为v(A)=0.6 mol·L-1·s-1
B.20 s时,正反应速率等于逆反应速率
C.达平衡时,A(g)的转化率为100%
D.若升高温度,平衡常数将变为0.5,则反应的ΔH<0
【解析】选D。根据题意可知,20 s内消耗A是1.2 mol,所以A的反应速率是=0.03 mol·L-1·s-1,A项错误;20 s时,A、B、C的浓度分别是(mol·L-1) 0.6、0.3、0.3,所以此时=0.25<1,因此平衡向正反应方向移动,B项错误;可逆反应的转化率不可能是100%,C项错误;升高温度,平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,D正确。
8.(2019·成都模拟)利用催化技术可将汽车尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。某温度下,在容积不变的密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间的NO和CO的浓度如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/×10-3 mol·L-1
1.00
0.45
0.25
0.15
0.10
0.10
c(CO)/×10-3 mol·L-1
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
下列说法中不正确的是 ( )
A.2 s内的平均反应速率v(N2)=1.875×10-4 mol·L-1·s-1
B.在该温度下,反应的平衡常数K=5
C.若将容积缩小为原来的一半,NO转化率大于90%
D.使用催化剂可以提高整个过程中单位时间内CO和NO的处理量
【解析】选B。A项,2 s内Δc(NO)=(1-0.25)×10-3 mol·L-1=7.5×10-4 mol·L-1,则Δc(N2)=Δc(NO)=3.75×10-4 mol·L-1,则v(N2)==1.875 ×10-4 mol·L-1·s-1,故A正确;B项,4 s时处于平衡状态,平衡时NO为0.1×
10-3 mol·L-1,则:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
起始量(×10-3mol·L-1): 1 3.6 0 0
变化量(×10-3mol·L-1): 0.9 0.9 0.9 0.45
平衡量(×10-3mol·L-1): 0.1 2.7 0.9 0.45
则平衡常数K===5 000,故B错误;C项,原平衡时NO转化率为=90%,若将容积缩小为原来的一半,增大压强,平衡正向移动,NO转化率增大,故新平衡时NO转化率大于90%,故C正确;D项,使用催化剂加快反应速率,可以提高单位时间内CO和NO的处理量,故D正确。
二、非选择题
9.(2019·广州模拟)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:①CH4(g)C(s)+2H2(g),②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:
①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,
ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1
②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,
ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:
(1)判断该反应高温自发还是低温自发:________(填“高温”或“低温”)。
(2)通过计算判断此反应在常温下能否自发进行______。
(3)求算制取炭黑的允许温度范围________________。
(4)为了提高甲烷的碳化程度,你认为下面四个温度中最合适的是________。
A.905.2 K B.927 K C.1 273 K D.2 000 K
【解析】(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×
298 K=50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应常温下不自发进行。 (3)裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>
927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=
376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>1 709.4 K,即温度高于1 790.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.8～1 790.4 K。
答案:(1)高温 (2)不能自发进行
(3)927.8～1 790.4 K (4)C
10.(2019·郴州模拟)(Ⅰ)已知在448 ℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49,则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为________;反应H2(g)+I2(g)HI(g)的平衡常数 K3为________。
(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中进行化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数和温度的关系如下表所示:
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=________。
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下,平衡浓度符合下式c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为________℃。
(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为:c(CO2) =2 mol·L-1,c(H2)=1.5 mol·L-1,c(CO)=1 mol·L-1,c(H2O)=3 mol·L-1,则下一时刻,反应向________(填“正向”或“逆向”)进行。
【解析】(Ⅰ)第2个反应与第1个反应互为可逆反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化学计量数与第1个反应相比缩小一半,平衡常数也会发生变化得 K3=。(Ⅱ)通过表中K和温度t的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热反应。当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,K=1,此时温度由表中数据可知为830 ℃。判断反应进行的方向时,可根据Qc与K的大小关系判断,此时刻==1>0.9,所以反应向逆反应方向进行。
答案:(Ⅰ) 7 (Ⅱ)(1) (2)吸热 (3)830 (4)逆向
11.合成氨工业的核心反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=Q kJ·mol-1。反应过程中能量变化如图所示,回答下列问题:
(1)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化:
E1________,E2________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(2)在500 ℃、2×107 Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5 mol N2和
1.5 mol H2,充分反应后,放出的热量________(填“<”“>”或“=”)46.2 kJ,理由是__ _______________________。
(3)下列关于该反应的说法中,正确的是________(填字母)。
A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0
(4)将0.45 mol H2(g)和0.15 mol N2(g)放入1 L密闭容器中,在500 ℃、2×107 Pa下达到平衡,测得N2为0.10 mol,H2为0.30 mol,NH3为0.10 mol。则该条件下达到平衡时H2的转化率为________。该温度下的平衡常数K=________。若升高温度,K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)在上述(4)反应条件的密闭容器中,欲提高合成氨的转化率,下列措施可行的是________(填字母)。
A.向容器中按原比例再充入原料气
B.向容器中充入惰性气体
C.改变反应的催化剂
D.分离出氨
【解析】(1)在反应体系中加入催化剂,降低了活化能,故E1和E2均减小。
(3)根据题给的图象可以看出合成氨的反应为放热反应,故ΔH<0;又因为合成氨的反应为气体体积减小的反应,故ΔS<0。
(4)根据“三段法”进行计算:
N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)
起始浓度(mol·L-1): 0.15 0.45 0
改变浓度(mol·L-1): 0.05 0.15 0.10
平衡浓度(mol·L-1): 0.10 0.30 0.10
故达到平衡时H2的转化率为×100%=33.3%。
该温度下,平衡常数K==3.7;若升高温度,平衡向逆反应方向移动,故K值将减小。
(5)向容器中按原比例再充入原料气,相当于增大压强,平衡正向移动;分离出氨气,平衡正向移动;而向容器中再充入惰性气体、改变反应的催化剂均不能使平衡发生移动。
答案:(1)减小 减小
(2)< 此反应为可逆反应,0.5 mol N2和1.5 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于46.2 kJ
(3)D
(4)33.3% 3.7 减小
(5)AD
12.(新题预测)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂,可由NO和Cl2反应得到,化学方程式为:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯,涉及如下反应:
①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)
③2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)
设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、 K3,则K1、K2、 K3之间的关系为____________________________________________________。
(2)300 ℃时,2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。
正反应速率的表达式为v正=k·cn(NOCl)(k为速率常数,只与温度有关),测得速率与浓度的关系如表所示:
序号
c(NOCl)/mol·L-1
v/mol·L-1·s-1
①
0.30
3.60×10-9
②
0.60
1.44×10-8
③
0.90
3.24×10-8
n=________,k=________。
(3)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g),在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示:
①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)=________ mol·L-1·min-1。
②T2时该反应的平衡常数K为________。
③Cl2的平衡转化率为________。
(4)在密闭容器中充入NO(g)和Cl2(g),改变外界条件[温度、压强、、与催化剂的接触面积],NO的转化率变化关系如图B所示。X代表________。
【解析】(1)根据盖斯定律知,①×2-②=③,从而可推知平衡常数之间的关系。
(2)将①②组数据代入表达式计算,==4,解得n=2。再代入任意一组数据可计算出K值。
(3)①10 min时,c(NOCl)=1 mol·L-1,则转化的NO的物质的量为1 mol,则v(NO)==0.1 mol·L-1·min-1。②平衡常数K==2。③Cl2的平衡转化率为×100%=50%。
(4)根据图A,T2下反应速率较大,说明T2大于T1,而T2下达到平衡状态时,c(NOCl)较小,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,故正反应是放热反应。观察图B,随着X的增大,NO的转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,该可逆反应的正反应是气体分子数减小的反应,且正反应是放热反应,X代表压强或。与催化剂的接触面积大小只影响化学反应速率,不会使平衡移动,即不改变转化率。
答案:(1)K2· K3=
(2)2 4.0×10-8 L· mol-1·s-1
(3)①0.1 ②2 ③50% (4)压强或
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