2025届高考化学一轮总复习课时跟踪练40化学平衡常数化学反应的方向与调控
展开1.CH4消除NO2的反应为CH4(g)+2NO2(g)⇌N2(g)+2H2O(g)+CO2(g) ΔH<0。下列说法正确的是( )
A.正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.平衡时,升高温度,v正增大,v逆减小
C.平衡常数K= eq \f(c(CH4)·c2(NO2),c(N2)·c2(H2O)·c(CO2))
D.该反应在任何温度下都可自发进行
解析:选D。A.该反应为放热反应,正反应的活化能小于逆反应的活化能,故A错误;B.平衡时,升高温度,正、逆反应速率均增大,故B错误;C.由化学方程式可知,平衡常数K= eq \f(c(N2)·c2(H2O)·c(CO2),c(CH4)·c2(NO2)) ,故C错误;D.该反应为气体分子数增加的反应,ΔS>0,且ΔH<0,故ΔH-TΔS<0,该反应在任何温度下都可自发进行,故D正确。
2.哈伯法合成氨:N2(g)+3H2(g) eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d8(催化剂)) 2NH3(g),新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行。下列有关哈伯法合成氨反应的说法正确的是( )
A.若该反应能自发进行,则ΔH>0
B.选用高效催化剂,可降低该反应的ΔH
C.其他条件不变,增大起始n(N2)∶n(H2)的比值,可提高H2的平衡转化率
D.提高体系的压强可增大反应的化学平衡常数
解析:选C。A.该反应为熵减反应,若该反应能自发进行,则ΔH<0,故A错误;B.催化剂不能改变反应的ΔH,故B错误;C.其他条件不变,增大起始n(N2)∶n(H2)的比值,相当于氢气量不变时,增加氮气的用量,平衡正向移动,可提高H2的平衡转化率,故C正确;D.化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,故D错误。
3.开发 CO2催化加氢合成甲醇技术是有效利用 CO2资源,实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。某温度下,在恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.01 kJ·ml-1。下列有关说法正确的是( )
A.增大体系的压强,平衡逆向移动
B.升高反应温度有利于提高H2的平衡转化率
C.平衡后再通入适量 CO2,平衡正向移动,CO2的转化率增大
D.加入合适的催化剂,能提高单位时间内 CH3OH的产量
解析:选D。A.该反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,故A错误;B.该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,H2的平衡转化率减小,故B错误;C.平衡后再通入适量 CO2,c(CO2)增大,平衡虽正向移动,但 CO2的转化率减小,故C错误;D.加入合适的催化剂,能降低反应的活化能,增大反应速率,提高单位时间内 CH3OH的产量,故D正确。
4.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①2C(s)+O2(g)===2CO(g),反应②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g),反应①②的反应趋势与温度的关系如下图所示。下列说法错误的是( )
A.反应②的ΔS<0,ΔH<0
B.983 K是反应趋势变化的转折点
C.L1对应反应①
D.当温度低于983 K时,过量焦炭的氧化产物以CO2为主
解析:选C。A项,反应②为反应前后气体分子数减小的反应,ΔS<0,燃烧反应属于放热反应,ΔH<0,A正确;B项,ΔG越小,说明反应的趋势越大,983 K时两反应的ΔG相等,所以983 K是反应趋势变化的转折点,B正确;C项,反应①的ΔS>0,ΔG和T成反比,所以斜率小于0,L2对应反应①,C错误;D项,当温度低于983 K时,L1的ΔG更小,所以以反应②为主,产物以CO2为主,D正确。
5.(2024·广州高三阶段训练)甲酸甲酯水解的化学方程式为HCOOCH3(l)+H2O(l)⇌HCOOH(l)+CH3OH(l) ΔH>0。在一定温度下,甲酸甲酯转化率随反应时间(t)的变化如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.微热可促进甲酸甲酯水解
B.反应过程中,CH3OH起催化作用
C.50 min时,n(HCOOH)=0.239 ml
D.该反应的平衡常数K≈0.143
解析:选B。A.甲酸甲酯的水解为吸热反应,微热,温度升高,平衡正向移动,促进其水解,A正确;B.CH3OH为生成物,B错误;C.50 min时,甲酸甲酯的转化率为22.9%,n(HCOOH)=1.00×22.9%+0.01=0.239 ml,C正确;D.设甲酸甲酯水解平衡时的体积为V L,列“三段式”:
K= eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.25,V)))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.76,V))),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.76,V)))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1.75,V)))) ≈0.143,D正确。
向一容积可变的密闭容器中充入等物质的量的A、B,发生反应:2A(g)+2B(g)⇌3C(s)+4D(g),在不同压强下,该反应的平衡常数随温度变化见下表。下列判断正确的是( )
A.c>a,g>f
B.正反应是放热反应
C.2.0 MPa、800 ℃时,A的转化率最小
D.1.5 MPa、300 ℃时,B的转化率为50%
解析:选D。A.平衡常数只与温度相关,温度不变,K不变,所以g=f,故A错误;B.由表格中的数据可知,平衡常数随温度升高而增大,升高温度,平衡正向移动,故该反应的正反应是吸热反应,故B错误;C.因为正反应为吸热反应,所以相同压强、800 ℃时,A的转化率最大,而反应前后气体的分子数相等,所以800 ℃时,三种压强下A的转化率相同,故C错误;D.1.5 MPa、300 ℃时,平衡常数b=16,设起始充入的n(A)=n(B)=1 ml,平衡时体积为V L,B的物质的量的变化量为x ml,达平衡时,A、B、D的物质的量分别为(1-x)ml、(1-x)ml、2x ml,可得K= eq \f((\f(2x,V))4,(\f(1-x,V))2·(\f(1-x,V))2) =16,解得x=0.5,故B的转化率为 eq \f(0.5 ml,1 ml) ×100%=50%,故D正确。
7.我国在H2和CO合成CH3OH的研究中取得重大突破。向某密闭容器中,按物质的量为2∶1的比例充入H2和CO,发生反应:2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g) ΔH。测得不同压强下CH3OH(g)的平衡体积分数随温度变化关系如上图所示。下列说法错误的是( )
A.p1>p2
B.该反应的焓变ΔH>0
C.N点时对应该反应的Kp= eq \f(25,2p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) )
D.M、N两点使用不同催化剂时,正反应速率可能相等
解析:选B。A.该反应为气体分子数减小的反应,同一温度下,压强越大,平衡正向进行的程度越大,CH3OH(g)的平衡体积分数越高,结合题图可知,p1>p2,A项正确;B.温度升高,CH3OH(g)的平衡体积分数减小,说明该反应为放热反应,ΔH<0,B项错误;C.N点时对应该反应的平衡常数与M点相同,设起始充入2 ml H2和1 ml CO,达到平衡时消耗x ml CO,列“三段式”:
M点CH3OH(g)的平衡体积分数即物质的量分数为40%,故 eq \f(x,2-2x+1-x+x) =0.4,解得x= eq \f(2,3) ,平衡时总物质的量为3 ml-2× eq \f(2,3) ml= eq \f(5,3) ml,p(H2)= eq \f(2,5) p2,p(CO)= eq \f(1,5) p2,p(CH3OH)= eq \f(2,5) p2,该反应的Kp= eq \f(p(CH3OH),p2(H2)·p(CO)) = eq \f(\f(2,5)p2,(\f(2,5)p2)2×\f(1,5)p2) = eq \f(25,2p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ) ,C项正确;D.M、N两点使用不同催化剂时,催化剂活性不同,速率不同,压强也不同,正反应速率可能相等,D项正确。
8.在密闭容器中发生反应:2A(g)+B(g)⇌2C(g),往密闭容器中以n(A)∶n(B)=2∶1的比例通入两种反应物,15 min后A在四种不同温度下的转化率见下表,且T1
B.T温度时(T2
D.T4温度反应15 min后,若c(B)=0.5 ml·L-1,则T4温度时的平衡常数是4.5
解析:选D。A.15 min后A在四种不同温度下的转化率为单位时间内的转化率,该转化率与速率有关,根据表格数据可知,随着温度升高,速率增大,T1、T2温度下15 min时未达平衡,T3、T4温度下15 min时反应已经达到平衡,为平衡转化率,平衡转化率随温度升高而减小,故该反应为放热反应,A错误;B.由A中分析和表格数据可知,T温度时(T2
9.(2024·汕头金禧中学高三阶段训练)试运用所学知识,研究CO等气体的性质,请回答下列问题:
生产水煤气过程中有以下反应:
①C(s)+CO2(g)⇌2CO(g) ΔH1;
②CO(g)+H2O(g) ⇌ H2(g)+CO2(g) ΔH2;
③C(s)+ H2O(g) ⇌CO(g)+ H2(g) ΔH3。
(1)反应③的平衡常数表达式为K=__________________________;
上述反应中ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为ΔH3=____________。
(2)在一定容积的密闭容器中,进行反应②,能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________(填字母)。
A.容器中压强不变
B.混合气体中 c(CO)不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
(3)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示,ΔH2________ 0(填“<”或“>”)。
在500 ℃时,把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器,达到平衡时c(CO)=0.005 ml/L、c(H2)=0.015 ml/L,则CO的平衡转化率为________。
(4)对于反应2NO2(g)⇌N2O4(g) ΔH<0,当温度为T1、T2时,平衡体系中N2O4的体积分数随压强变化曲线如下图所示。则T1________T2(填“>”或“<”);增大压强,平衡________(填“正”或“逆”)向移动;B、C两点的平衡常数B________C(填“>”或“<”)。
解析:(1)反应③的平衡常数表达式为K= eq \f(c(CO)·c(H2),c(H2O)) ;根据盖斯定律,反应③=反应①+反应②,ΔH3=ΔH1+ΔH2。
(2)A.反应前后气体分子数不变,说明压强始终保持不变,不能判断反应是否达到平衡状态,故A错误;B.反应过程中CO不断减少,当c(CO)不变时,说明反应达到平衡状态,故B正确;C.v正(H2)=v逆(H2O),说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故C正确;D.反应进行中某时刻c(CO2)可能恰好等于c(CO),不能说明反应达到平衡状态,故D错误。
(3)升高温度,化学平衡常数减小,说明平衡逆向移动,ΔH2<0;达到平衡时c(CO)=0.005 ml/L、c(H2)=0.015 ml/L,参与反应的CO与生成的H2的物质的量相等,故CO的平衡转化率为 eq \f(0.015 ml,0.005 ml+0.015 ml) ×100%=75%。
(4)该反应的正反应是放热反应,相同压强下,由C到A,四氧化二氮的体积分数增大,平衡正向移动,故T1<T2;该反应的正反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动;该反应的正反应是放热反应,温度越高,平衡常数越小,故B、C两点的平衡常数B>C。
答案:(1) eq \f(c(CO)·c(H2),c(H2O)) ΔH1+ΔH2
(2)BC (3)< 75% (4)< 正 >
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10.(2024·梅州段考)某温度下,发生反应N2(g)+2(g)⇌2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如右图所示。下列说法正确的是( )
A.将1 ml N2和3 ml H2置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量小于92.4 kJ
B.平衡状态由A到B时,平衡常数K(A)
D.反应建立平衡后分离出部分NH3时,浓度商Q大于平衡常数K
解析:选A。A.该反应为可逆反应,加入的1 ml N2和3 ml H2 不可能完全反应生成2 ml NH3,所以反应放出的热量小于92.4 kJ,A正确;B.从状态A到状态B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,K(A)=K(B),B错误;C.该反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,NH3的产率增大,C错误;D.反应建立平衡后分离出部分NH3时,生成物的浓度减小,所以浓度商Q小于平衡常数K,D错误。
11.工业上以硫(S)与CH4为原料制备CS2,在500 ℃以上发生反应:4S(g)+CH4(g)⇌CS2(g)+2H2S(g) ΔH。在2 L密闭容器中充入1 ml CH4(g)和4 ml S(g),发生上述反应,测得平衡体系中硫蒸气的体积分数和温度的关系见下表。下列说法错误的是( )
A.在580 ℃达到平衡时,CH4的转化率为70%
B.该反应660 ℃的平衡常数Kc=0.25
C.上述反应的正反应为吸热反应
D.起始充入1 ml CS2和2 ml H2S,620 ℃平衡时w(S)=0.420
解析:选C。A.根据反应列“三段式”:
由表中数据可知,580 ℃时w(S)= eq \f(4-4x,5-2x) =0.333,解得x≈0.7,α(CH4)= eq \f(0.7 ml,1 ml) ×100%=70%,A项正确;B.660 ℃时,w(S)= eq \f(4-4x,5-2x) =0.500,解得x=0.5,平衡时n(S)=2 ml、n(CH4)=0.5 ml、n(CS2)=0.5 ml、n(H2S)=1.0 ml,c(S)=1 ml·L-1、c(CH4)=0.25 ml·L-1、c(CS2)=0.25 ml·L-1、c(H2S)=0.5 ml·L-1,故Kc= eq \f(c(CS2)·c2(H2S),c4(S)·c(CH4)) =0.25,B项正确;C.由题表数据可知,随着温度的升高硫蒸气的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,故正反应为放热反应,C项错误;D.恒温恒容条件下,在2 L容器中充入1 ml CS2和2 ml H2S等效于充入 1 ml CH4和4 ml S,D项正确。
12.25 ℃,向40 mL 0.05 ml/L的FeCl3溶液中加入10 mL 0.15 ml/L的KSCN溶液,发生反应Fe3++3SCN-⇌Fe(SCN)3,混合溶液中 c(Fe3+)随反应时间(t)的变化如下图所示(混合溶液的体积变化和盐类的水解影响可忽略不计)。下列说法正确的是( )
A.在该反应过程中,A点的正反应速率小于B点的逆反应速率
B.E点对应的坐标为(0,0.04)
C.该反应的平衡常数K= eq \f(0.04-m,m(3m-0.09))
D.t4 min时向溶液中加入50 mL 0.1 ml/L KCl溶液,平衡不移动
解析:选B。A.由题图可知,A点反应物浓度大于B点反应物浓度,A和B两点均没有达到平衡状态,在该反应过程中,A点的正反应速率大于B点的逆反应速率,A错误;B.混合后Fe3+的浓度为0.04 ml/L,因此E点坐标为(0,0.04),B正确;C.由题图可知,平衡时Fe3+的浓度为m ml/L,Fe(SCN)3的浓度为(0.04-m) ml/L,SCN-的浓度为0.01 L×0.15 ml/L÷0.05 L-3×(0.04-m) ml/L=(3m-0.09) ml/L,该反应的平衡常数K= eq \f(0.04-m,m(3m-0.09)3) ,C错误;D.t4 min时向溶液中加入50 mL 0.1 ml/L KCl溶液,溶液总体积增大一倍,反应物和生成物浓度均减小一半,根据Q与K的关系可知,平衡逆向移动,D错误。
13.硫酸工业中,将SO2氧化为SO3是生产工艺中的重要环节。温度为T1条件下,在三个容积均为1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH<0。实验测得v正=k正·c2(SO2)·c(O2),v逆=k逆·c2(SO3)。
已知:k正、k逆为速率常数,仅受温度的影响。
下列说法错误的是( )
A.达到平衡时,平衡常数和速率常数的关系:K= eq \f(k正,k逆)
B.若容器Ⅱ中达到平衡时 eq \f(c(SO3),c(SO2)) =1,则x=0.85
C.容器Ⅲ中达到平衡时,c(O2)<0.25 ml·L-1
D.当温度升高为T2时,k正、k逆分别增大m倍和n倍,则m
0.5-2×(x-0.8)=0.3+2×(x-0.8),解得x=0.85,B项正确;C.容器Ⅲ中Q= eq \f(c2(SO3),c2(SO2)·c(O2)) = eq \f(0.22,0.32×0.25) ≈1.78>K,此时反应向逆反应方向进行,达到平衡时c(O2)>0.25 ml·L-1,C项错误;D.该反应的ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,k逆增大的幅度更大,故n>m,D项正确。
14.一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物,具有强氧化性,可与金属直接反应,也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题。
(1)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体受热时部分分解为 BaCl2(s)、Pt(s)和 Cl2(g),t ℃时平衡常数K′p=1.0×106 Pa-2。氯铂酸钡固体受热分解时的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)在某一特制的恒容密闭容器中加入过量BaPtCl6,抽真空后,用一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。t ℃时,碘蒸气的初始压强为10.0 kPa。t ℃时,反应Cl2(g)+I2(g)⇌2ICl(g) ΔH<0达到平衡时,测得容器中总压强为 16.0 kPa。
①p(I2)=________kPa。
②下列关于反应Cl2(g)+I2(g)⇌2ICl(g) ΔH<0的说法正确的是________(填字母)。
a.该反应的平衡常数表达式为 eq \f(c(Cl2)·c(I2),c2(ICl))
b.该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和
c.加入合适的催化剂,ΔH的值保持不变
(3)—定温度下,恒容密闭容器中,发生如下反应:
反应1 I2(g)⇌2I(g) ΔH1 Kp1=200;
反应2 Cl2(g)+I2(g)⇌2ICl(g) ΔH2 Kp2;
反应3 ICl(g)⇌I(g)+Cl(g) ΔH3 Kp3;
反应4 Cl2(g)⇌2Cl(g) ΔH4 Kp4。
①ΔH1=____________(用含ΔH2、ΔH3、ΔH4的代数式表示)。
②T ℃时,向1 L恒容密闭容器中充入1 ml I2(g)和1 ml Cl2(g),只发生反应1和反应2,实验测得起始时总压强为300 kPa;反应达到平衡后,总压强为330 kPa,ICl的物质的量分数为20%。Kp是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数。反应在T ℃达到平衡时,c(I2)=___________________________ml·L-1,
Cl2的转化率为________,Kp2=________(保留三位有效数字)。
解析:(1)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体受热时部分分解为BaCl2(s)、Pt(s)和Cl2(g),t ℃时平衡常数K′p=1.0×106 Pa-2,说明该反应为可逆反应,根据氧化还原反应原理可得,氯铂酸钡固体受热分解时的化学方程式为BaPtCl6 eq \(,\s\up7(△)) BaCl2+Pt+2Cl2↑。
(2)①t ℃时反应BaPtCl6(s) eq \(,\s\up7(△)) BaCl2(s)+Pt(s)+2Cl2(g)的平衡常数K′p=1.0×106 Pa-2,故平衡时p(Cl2)=1.0 kPa,抽真空后,通入碘蒸气,发生反应Cl2(g)+I2(g)⇌2ICl(g),反应消耗Cl2,导致剩余BaPtCl6不断分解,p(Cl2) 始终为1.0 kPa,设起始到平衡共消耗了分压为x kPa 的I2(g),列“三段式”:
平衡时,测得容器中总压强为16.0 kPa,故(10.0-x+1.0+2x) kPa=16.0 kPa,解得x=5.0 kPa,故平衡时 p(I2)=10.0 kPa-5.0 kPa=5.0 kPa。②a.该反应的平衡常数表达式为K= eq \f(c2(ICl),c(Cl2)·c(I2)) ,选项a错误;b.Cl2(g)+I2(g)⇌2ICl(g)为放热反应,故该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和,选项b正确;c.催化剂能改变反应的活化能,但不能改变反应的焓变,故ΔH的值保持不变,选项c正确。
(3)①根据盖斯定律,由反应2+反应3×2-反应4得反应1:I2(g)⇌2I(g) ΔH1=ΔH2+2ΔH3-ΔH4。②T ℃时,向1 L恒容密闭容器中充入1 ml I2(g)和1 ml Cl2(g),只发生反应1和反应2,实验测得起始时总压强为300 kPa;反应达到平衡后,总压强为330 kPa,反应2为气体体积不变的反应,总压增大是由于反应1为气体体积增大的反应,根据总压变化可知,气体总物质的量增加 eq \f(330 kPa-300 kPa,300 kPa) ×100%=10%,设氯气减少的物质的量为x ml,列“三段式”(假设反应分步进行):
eq \f(2x,1-x+0.8-x+2x+0.4) ×100%=20%,解得x=0.22,平衡时c(I2)=0.58 ml·L-1,Cl2的转化率为 eq \f(0.22 ml,1 ml) ×100%=22%;反应2达到平衡时,Cl2、I2、ICl的浓度分别为0.78 ml·L-1、0.58 ml·L-1、0.44 ml·L-1,Kp2= eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.44,2.2)×330 kPa))\s\up12(2),\f(0.58,2.2)×330 kPa×\f(0.78,2.2)×330 kPa) ≈0.428。
答案:(1)BaPtCl6 eq \(,\s\up7(△)) BaCl2+Pt+2Cl2↑
(2)①5.0 ②bc
(3)①ΔH2+2ΔH3-ΔH4 ②0.58 22% 0.428组分
初始物质的量/ml
HCOOCH3
1.00
H2O
1.99
HCOOH
0.01
CH3OH
0.52
温度/℃
压强/MPa
1.0
1.5
2.0
300
a
b
16
516
c
64
d
800
160
f
g
温度
T1
T2
T3
T4
转化率
10%
70%
70%
60%
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
温度/℃
560
580
600
620
640
660
w(S)
0.286
0.333
0.378
0.420
0.462
0.500
容器
编号
起始浓度/(ml·L-1)
平衡浓度/(ml·L-1)
c(SO2)
c(O2)
c(SO3)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0.3
0
0.2
Ⅱ
0.5
x
0.3
Ⅲ
0.3
0.25
0.2
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