2020高考化学一轮复习考点规范练20《化学平衡状态化学平衡常数》(含解析)

考点规范练20　化学平衡状态　化学平衡常数

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.对于可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是(　　)

A.达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO)

B.若单位时间内生成x mol NO的同时,消耗x mol NH3,则反应达到平衡状态

C.达到化学平衡时,若增加容器容积,则正反应速率减小,逆反应速率增大

D.化学反应速率关系是2v正(NH3)=3v正(H2O)

2.只改变一个影响因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述正确的是(　　)

A.K值有变化,平衡一定移动

B.平衡向正反应方向移动时,K值一定增大

C.K值不变,平衡不可能移动

D.相同条件下,同一个反应其化学方程式的计量数增大到原来的2倍,K值也增大到原来的2倍

3.已知某密闭容器中存在下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),其他条件不变,平衡时c(CO2)与温度t的关系如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.平衡状态A与C相比,平衡状态A的c(CO)较小

B.在t2时,D点的反应速率:v(逆)>v(正)

C.反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的ΔH>0

D.若t1、t2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1<K2

4.PCl3和PCl5都是重要的化工原料。将PCl3(g)和Cl2(g)充入容积为2 L密闭容器中,在一定条件下发生反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g),并于10 min时达到平衡。有关数据如下:

下列判断不正确的是(　　)

A.10 min内,v(Cl2)=0.04 mol·L-1·min-1

B.升高温度(T1<T2),反应的平衡常数减小,平衡时PCl3的物质的量变化<1

C.当容器中Cl2为1.2 mol时,反应达到平衡

D.平衡后移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,相同条件下再达平衡时,c(PCl5)<0.2 mol·L-1

5.用于净化汽车尾气的反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),已知该反应在570 K时的平衡常数为1×1059,但反应速率极慢。下列说法正确的是(　　)

A.装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO

B.提高尾气净化效率的常用方法是升高温度

C.增大压强,上述平衡右移,故可通过增压的方法提高尾气净化效率

D.提高尾气净化效率的最佳途径是使用高效催化剂

6.下列有关平衡常数的说法中,正确的是(　　)

A.改变条件,反应物的转化率增大,平衡常数也一定增大

B.反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,该反应平衡常数增大

C.对于给定可逆反应,温度一定时,其正、逆反应的平衡常数相等

D.平衡常数为K=的反应,化学方程式为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

7.一定条件下,向一密闭容器中充入一定量的NH3,反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.压强:p1>p2

B.F、G两点对应的平衡常数:KF<KG

C.E点:2v正(NH3)=3v逆(H2)

D.E点:NH3的转化率为

8.氮气是制备含氮化合物的一种重要物质,而氮的化合物用途广泛。两个常见的固氮反应的平衡常数的对数值(lg K)与温度的关系如图所示:

①N2+3H22NH3和②N2+O22NO

根据图中的数据判断下列说法正确的是(　　)

A.反应①和②均为放热反应

B.升高温度,反应①的反应速率减小

C.在标准状况下,利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大

D.在1 000 ℃时,反应①和反应②体系中N2的浓度一定相等

9.以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)

ΔH<0。某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.A点的平衡常数小于B点

B.B点,v正(CO2)=v逆(H2O)

C.A点,H2和H2O物质的量相等

D.其他条件恒定,充入更多H2,v(CO2)不变

10.某温度时,在容积为2 L的密闭容器中,气态物质A、B、E、F的物质的量n随时间t的变化如图甲所示,在一定条件下达到平衡,反应进程中正反应速率随时间的变化情况如图乙所示,在t2、t4时刻分别只改变一个条件(温度、压强或某反应物的量)。下列说法错误的是(　　)

A.t2时刻一定是增大压强

B.平衡状态①和②,平衡常数K一定相同

C.平衡状态①、②和③中,状态③中F的浓度最大

D.t4时刻改变的条件是降低温度

二、非选择题(本题共3个小题,共50分)

11.(2018全国Ⅱ,节选)(16分)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:

(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应:

2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)

2N2O4(g)

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:

①已知:2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)

ΔH1=-4.4 kJ·mol-1

2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2=-55.3 kJ·mol-1

则反应N2O5(g)2NO2(g)+O2(g)的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。 

②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×(kPa·min-1),t=62 min时,测得体系中=2.9 kPa,则此时的=　　　　 kPa,v=　　　　　 kPa·min-1。 

③若升高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)63.1 kPa,原因是　  　。 

④25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=　　　　　 kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。 

(2)对于反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:

第一步 N2O5NO2+NO3　　　　快速平衡

第二步 NO2+NO3NO+NO2+O2 慢反应

第三步 NO+NO32NO2 快反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是　　　　(填标号)。 

A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)

B.反应的中间产物只有NO3

C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效

D.第三步反应活化能较高

12.(16分)研究氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时,涉及如下反应:

2NO2(g)+NaCl(g)NaNO3(g)+ClNO(g)　K1　ΔH<0　Ⅰ

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2　ΔH<0　Ⅱ

请回答下列问题:

(1)4NO2(g)+2NaCl(g)2NaNO3(g)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=　　　　(用K1、K2表示)。 

(2)若反应Ⅰ在绝热密闭容器中进行,实验测得NO2(g)的转化率随时间变化的示意图如图所示,t3~t4时刻,NO2(g)的转化率降低的原因是　　　　　　　　　　。 

(3)若反应Ⅱ在恒温、恒容条件下进行,下列能判断该反应一定达到平衡状态的是　　　。 

A.容器内压强不再变化

B.n(ClNO)=n(NO)

C.混合气体密度不变

D.v正(NO)=v逆(ClNO)

(4)在一定温度和压强下,反应Ⅱ达到平衡,当NO和Cl2的比例不同时,对Cl2的转化率及平衡混合物中ClNO的体积分数都有影响。设NO和Cl2起始物质的量之比为x,平衡时Cl2的转化率为a,平衡混合物中ClNO的体积分数为y,判断a、x、y三者的相互关系,用含a和x的代数式表示y,y=　　　　　　　　　　　。 

13.(18分)(1)甲醇制氢方式主要有以下三种。反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　ΔH1=+49.4 kJ·mol-1;反应Ⅱ甲醇分解制氢:

CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH2=+90.6 kJ·mol-1;反应Ⅲ气态甲醇氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气。

①已知CO的燃烧热为283.0 kJ·mol-1,则反应Ⅲ的热化学方程式为 　。 

②该三种制氢方式中,等量的甲醇产生氢气最多的是反应　　　　。(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”) 

(2)实验室模拟反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢,合成气组成n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶1时,体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示。

①该反应的平衡常数表达式为　。 

②当温度为250 ℃、压强为p2时,反应达平衡时H2的体积分数为　　　　　　　　。 

③图中的压强由小到大的顺序是　。 

(3)MFC30燃料电池是以氢气为燃料,Li2CO3与K2CO3混合碳酸盐为电解质的高温型燃料电池,其负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,正极上通入的气体为　。 

考点规范练20　化学平衡状态　化学平衡常数

1.A　A项,4v正(O2)=5v逆(NO)能证明化学反应的正、逆反应速率是相等的,达到了化学平衡状态;B项,单位时间内生成xmolNO,同时消耗xmolNH3,均为正反应速率,不能说明化学反应的正、逆反应速率相等;C项,若增加容器容积即减小压强,正、逆反应速率都减小;D项,反应速率之比等于方程式中各物质的化学计量数之比,因此应是3v正(NH3)=2v正(H2O)。

2.A　K值是温度的函数,K值变化,说明温度发生了改变,则平衡一定发生移动,A项正确;若在其他条件不变时,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,有利于反应正向进行,平衡向右移动,但K值只与温度有关,故K值不变,B项错误;增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,有利于正反应的进行,若体系温度不变,则K值不变,但平衡发生移动,C项错误;相同条件下,同一个反应,其化学方程式的计量数增大到原来的2倍,K值应变为原数值的平方,D项错误。

3.A　由题图可知题给反应正反应吸热,C项正确;升高温度平衡正向移动,CO浓度减小,所以A点CO浓度大,A项错误;由于t2时反应进行到状态D,c(CO2)高于平衡浓度,所以反应向逆反应方向进行,则一定有v(正)<v(逆),B项正确;由于正反应是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,化学平衡常数增大,故K1<K2,D项正确。

4.B　10min内,PCl5的浓度变化量为0.4mol·L-1,故Cl2的浓度变化量为0.4mol·L-1,所以v(Cl2)=0.04mol·L-1·min-1,A项正确;升高温度(T1<T2),反应的平衡常数减小,说明正反应为放热反应,高温不利于反应向正反应方向移动,PCl3的物质的量变化较小,比值大于1,B项错误;平衡时Cl2的浓度为0.6mol·L-1,体积为2L,故Cl2为1.2mol,C项正确;平衡后移走2.0molPCl3和1.0molCl2,压强减小,平衡逆向移动,相同条件下再达平衡时,c(PCl5)<0.2mol·L-1,D项正确。

5.D　因为该反应是可逆反应,且反应速率极慢,在有限的时间内反应不能达到平衡,A项错误;由题干知570K时反应速率极慢,故可推断出升高温度对化学反应速率的影响不大,B项错误;因平衡常数已经较大,增大压强虽然平衡正向移动,但对设备要求更高,故C项错误;高效催化剂可提高反应速率,解决反应极慢的问题,有利于尾气的转化,故D项正确。

6.D　A项,当温度不变时,平衡常数不变;B项,反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,该反应平衡常数变小;C项,对于给定的可逆反应,温度一定时,其正、逆反应的平衡常数互为倒数;D项,可以根据平衡常数的表达式写出反应物和生成物以及各物质的化学计量数。

7.B　相同温度下,压强越大,N2的体积分数越小,所以p2>p1,A项错误;由图像可知该反应为吸热反应,所以温度越高,K越大,B项正确;E点为平衡点,应为3v正(NH3)=2v逆(H2),C项错误;假设E点反应后气体总体积为1L,则N2为0.1L、H2为0.3L,未反应的NH3为0.6L,参加反应的NH3为0.2L,所以氨气的转化率为×100%=25%,D项错误。

8.C　反应①的K值随温度升高而减小,反应①是放热反应,反应②的K值随温度升高而增大,反应②是吸热反应,A项错误;升高温度,两个反应的反应速率都增大,B项错误;在标准状况下,反应①K≈1010,反应②K≈10-30,相差很大,故利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大,C项正确;在1000℃时,反应①、反应②的K值相等,即,而体系中N2的浓度不一定相等,D项错误。

9.C　从图像可知,温度越高氢气的含量越高,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,温度升高平衡常数减小,则平衡常数A点大于B点,A项错误;B点只能说明该温度下,CO2和H2O的浓度相等,不能说明v正(CO2)=v逆(H2O),B项错误;从图像可知,A点H2和H2O的物质的量百分数相等,故物质的量相等,C项正确;其他条件恒定,充入更多H2,反应物浓度增大,正反应速率增大,v(CO2)也增大,D项错误。

10.A　由图甲分析可知,根据变化的量等于化学方程式的化学计量数之比,此温度下该反应的化学方程式为2A(g)+E(g)2B(g)+F(g)。该反应前后体积不变,若改变压强,平衡不会发生移动,故t2时刻不可能是增大压强,A项错误;平衡常数K只与温度有关,平衡状态①和②的温度相同,故K相等,B项正确;平衡状态①、②和③中,状态③向正向反应进行最彻底,F的浓度最大,C项正确;根据方程式知,反应前后气体体积不变,故不可能是压强的变化,t4时刻速率减小,且变化的点不连续,因此是降低温度的结果,D项正确。

11.答案(1)①+53.1　②30.0　6.0×10-2　③大于　温度升高,体积不变,总压强增大;NO2二聚为放热反应,温度升高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强增大　④13.4　(2)AC

解析(1)①由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可得反应:N2O5(g)2NO2(g)+O2(g),则该反应的ΔH=-4.4kJ·mol-1÷2-(-55.3kJ·mol-1)=+53.1kJ·mol-1。②依据反应:N2O5(g)2NO2(g)+O2(g)及气体的物质的量与其形成的压强成正比,生成的O2的压强p(O2)=2.9kPa,则剩余N2O5形成的压强p(N2O5)=35.8kPa-2.9kPa×2=30.0kPa。则N2O5的分解速率v=2×10-3×30.0kPa·min-1=6.0×10-2kPa·min-1。③若升高反应温度至35℃,由于体积不变,但温度升高,总压强增大,且2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2=-55.3kJ·mol-1为放热反应,温度升高,平衡左移,气体的物质的量增大,总压强增大,所以N2O5完全分解后体系压强p∞大于63.1kPa。④当t=∞时,体系的总压强为63.1kPa,此时N2O5完全分解,生成的氧气的压强为p(O2)==17.9kPa。若NO2不生成N2O4,则此时的总压强应为35.8kPa×=89.5kPa,而实际压强为63.1kPa,压强差为89.5kPa-63.1kPa=26.4kPa

2NO2N2O4　压强差

2　　　　1 1

　　26.4kPa　26.4kPa

则平衡时NO2的分压为63.1kPa-p(O2)-p(N2O4)=18.8kPa

由此可求反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数为≈13.4kPa。

(2)根据第一步能“快速平衡”及第二步“慢反应”可判断A项正确;反应的中间产物有NO3及NO,B项错误;根据第二步反应:NO2+NO3NO+NO2+O2可知,部分NO2没有参加反应,C项正确;第三步为“快反应”,则该步反应的活化能较低,D项错误。

12.答案(1)

(2)反应为放热反应且反应容器为绝热容器,随着反应的进行,体系的温度升高,故再次达平衡时的转化率会降低

(3)AD

(4)×100%

解析(1)反应4NO2(g)+2NaCl(g)2NaNO3(g)+2NO(g)+Cl2(g)可由2×Ⅰ-Ⅱ得到,则K=/K2。

(2)根据反应Ⅰ2NO2(g)+NaCl(g)NaNO3(g)+ClNO(g)　ΔH<0,因该反应为放热反应且反应容器为绝热容器,所以随着反应的进行,体系的温度升高,故再次达到平衡时的转化率会降低。

(3)根据反应Ⅱ2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)ΔH<0,在恒温、恒容条件下进行。容器的容积不变,但气体的物质的量发生变化,因此压强不再变化,能判断反应达到平衡状态,A正确;平衡时各物质物质的量之间没有必然联系,n(ClNO)=n(NO)不能判断反应达到平衡状态,B错误;容器的容积和气体的质量均不变,因此混合气体密度始终不变,不能判断反应达到平衡状态,C错误;v正(NO)=v逆(ClNO)能判断反应达到平衡状态,D正确。

(4)　　　　2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)

起始(mol) x 1 0

反应(mol) 2a a 2a

平衡(mol) x-2a 1-a 2a

平衡混合物中ClNO的体积分数等于物质的量分数,即

y=×100%。

13.答案(1)①CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)

ΔH=-192.4 kJ·mol-1　②Ⅰ

(2)①K=　②67.6%或0.676或0.68　③p1<p2<p3

(3)H2+C-2e-H2O+CO2　O2(或空气)和CO2

解析(1)已知反应ⅠCH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　ΔH1=+49.4kJ·mol-1①;反应ⅡCH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH2=+90.6kJ·mol-1②;由CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1可知:CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0kJ·mol-1③。由盖斯定律,②+③得反应Ⅲ的热化学方程式为CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)　ΔH=-192.4kJ·mol-1;1mol甲醇在反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中产生氢气的物质的量分别为3mol、2mol、2mol,产生H2最多的是反应Ⅰ。

(2)①反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　ΔH1=+49.4kJ·mol-1的平衡常数表达式为K=。

②　　　CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)

起始/mol 1 1 0 0

反应/mol 0.82 0.82 0.82 3×0.82

平衡/mol 0.18 0.18 0.82 2.46

反应达平衡时H2的体积分数为

×100%=67.6%。

③由反应方程式CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)可知,相同温度时,减小压强,平衡正向移动,CH3OH转化率增大。由图像可以看出,温度一定,从p3到p1,CH3OH转化率增大,故压强由小到大的顺序是p1<p2<p3。

(3)燃料电池中通入燃料的电极是负极,通入氧化剂的电极是正极,负极是H2作还原剂,电极反应式为H2+C-2e-H2O+CO2,正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2-4e-2C,故正极要不断通入O2(或空气)和CO2。