
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高中化学选修四鲁科版-第二章 化学平衡常数 化学反应进行的方向课后达标检测
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一、选择题
1.只改变一个影响化学平衡的因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K不变,平衡可能移动
B.平衡向右移动时,K不一定变化
C.K有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K也增大2倍
解析:选D。因改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K不变,A项和B项均正确;K只与温度有关,K发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C项正确;相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,化学平衡常数应为K2,D项错误。
2.下列说法不正确的是( )
A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素,多数能自发进行的反应是放热反应
B.在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大
C.一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热
D.一个反应能否自发进行,与焓变和熵变的共同影响有关
解析:选C。一个反应能否自发进行应由该反应的熵变和焓变共同判断,C项错误。
3.向密闭容器中充入物质A和B,发生反应aA(g)+bB(g)cC(g)。反应过程中,物质A的体积分数和C的体积分数随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )
A.该反应在T1、T3温度时达到化学平衡
B.该反应在T2温度时达到化学平衡
C.该反应的逆反应是放热反应
D.升高温度,平衡向正反应方向移动
解析:选B。T2之前A的体积分数减小,C的体积分数增大,是因为反应未达到平衡,T2之后A的体积分数增大,C的体积分数减小,是因为反应在T2时达到平衡后,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故B项正确,C、D项错误。在T1和T3时,A的体积分数均与C的体积分数相等,但T1时反应没有达到平衡状态,故A项错误。
4.(2019·辽宁六校联考)t ℃时,在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g)2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如表所示,下列说法正确的是( )
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
2 min时浓度/(mol·L-1)
0.08
a
b
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
A. 平衡时,X的转化率为20%
B.t ℃时,该反应的平衡常数为40
C.平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆减小,平衡向正反应方向移动
D.前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03 mol·L-1·min-1
解析:选D。平衡时,X的转化率=×100%=50%,A项错误;t ℃时该反应的平衡常数K==1 600,B项错误;该反应是气体分子数减小的反应,平衡后,增大体系压强,v正、v逆均增大,平衡向正反应方向移动,C项错误;前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应率v(Y)=3v(X)=3×=0.03 mol·
L-1·min-1,D项正确。
5.(2019·天津和平区期末)对反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g) ΔH,反应特点与对应的图像的说法中不正确的是( )
A.图①中,若p1>p2,则该反应在较低温度下有利于自发进行
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0 且a+b=c+d
C.图③中t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率
解析:选C。A.分析图①可知,温度升高,A%增大,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应;若p1>p2,同温下p1时A%低于p2,压强增大,平衡正向移动,则反应前气体分子数大于反应后气体分子数,ΔS<0,则该反应在较低温度下有利于自发进行,A正确;B.图②中,压强增大,A的转化率不变,平衡不移动,则a+b=c+d;若T2>T1,升高温度,A的转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,B正确;C.图③中,t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂,也可能是增大压强(当a+b=c+d时),C错误;D.图④中,T1>T2,若ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率,D正确。
6.在一定条件下发生反应:4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g) ΔH<0,T1时,向体积为2 L的恒容密闭容器中通入NO2和O2,部分实验数据如表所示。下列说法不正确的是( )
时间/s
0
5
10
15
c(NO2)/(mol·L-1)
4.00
2.52
2.00
c3
c(O2)/(mol·L-1)
1.00
c1
c2
0.50
A. 0~5 s内N2O5的平均反应速率为0.148 mol·L-1·s-1
B.其他条件不变,将容器体积压缩一半,则重新达到平衡时c(N2O5)<2.00 mol·L-1
C.设T1时平衡常数为K1,T2时平衡常数为K2,若T1K2
D.T1时平衡常数为0.125,平衡时NO2和O2的转化率均为50%
解析:选B。0~5 s内,v(N2O5)=v(NO2)=×=0.148 mol·
L-1·s-1,A项正确;根据反应物转化的物质的量之比等于化学计量数之比,可得c1=0.63,c2=0.50,c3=2.00,由此可知10 s时达到平衡,平衡时c(N2O5)=1.00 mol·L-1,将容器体积压缩一半,此时c(N2O5)=2.00 mol·L-1,随后平衡正向移动,c(N2O5)>2.00 mol·L-1,B项错误;对于放热反应,温度越高,平衡常数越小,C项正确;达到平衡时c(NO2)=2.00 mol·
L-1,c(O2)=0.50 mol·L-1,c(N2O5)=1.00 mol·L-1,K==0.125,平衡时NO2的转化率为×100%=50%,O2的转化率为×100%=50%,D项正确。
7.(2019·烟台自主练习)已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2,其能量变化随反应过程如图所示。
①2NO(g)N2O2(g) ΔH1,平衡常数K1
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2,平衡常数K2
下列说法中不正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH2<0
B.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=K1/K2
C.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=ΔH1+ΔH2
D.反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率
解析:选B。由题图可知,反应①和反应②的反应物总能量均高于生成物总能量,所以ΔH1<0,ΔH2<0,A项正确;反应①+反应②得2NO(g)+O2(g)2NO2(g),所以K=K1·K2,B项错误;反应①+反应②得2NO(g)+O2(g)2NO2(g),所以ΔH=ΔH1+ΔH2,C项正确;反应速率主要取决于慢反应的反应速率,反应②的活化能大于反应①,所以反应②的反应速率小于反应①,故反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率,D项正确。
8.(2019·衡水中学高三期末)在容积均为1 L的三个密闭容器中,分别放入镍粉并充入1 mol CO,控制在不同温度下发生反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),当反应进行到5 min时,测得Ni(CO)4的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.正反应为吸热反应,平衡常数:K(T1)>K(T2)
B.反应进行到5 min时,b容器中v正(CO)=v逆(CO)
C.达到平衡时,a、b、c中CO的转化率为b>a>c
D.减压或升温可将b中的平衡状态转变成c中的平衡状态
解析:选D。温度越低,反应速率越慢,再结合a、b、c三容器中Ni(CO)4的体积分数可知,a容器中反应未达到平衡,b→c的变化则说明随温度升高,化学平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A错误;反应进行到5 min时,b容器未必达到平衡状态,则b容器中v正(CO)不一定等于v逆(CO),B错误;其他条件相同时,随温度升高,平衡逆向移动,K减小,CO转化率减小,故达到平衡时,CO的转化率为a>b>c,C错误;结合A项分析知,升温可使b中的平衡状态转变为c中的平衡状态,减压平衡逆向移动,导致Ni(CO)4浓度变小,即可使b中的平衡状态转变为c中的平衡状态,D正确。
9.(热点题)在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡时转化率与温度、压强关系如图。下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH>0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应平衡常数为1.64
D.压强为p4时,在Y点:v正
解析:选D。由图像知,压强一定时,温度越高,CH4的平衡转化率越高,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项正确;该反应为气体分子数增加的反应,压强越大,CH4的平衡转化率越小,故p4>p3>p2>p1,B项正确;1 100 ℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02 mol·L-1,c(CO2)=0.02 mol·L-1,c(CO)=0.16 mol·L-1,c(H2)=0.16 mol·L-1,即平衡常数K=≈1.64,C项正确;压强为p4时,Y点反应未达到平衡,需增大CH4的转化率才能达到平衡,此时v正>v逆,D项错误。
10.(2019·遂宁诊断)固定容积为2 L的密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g)zC(g),图1表示T ℃时容器中各物质的量随时间变化的关系,图2表示平衡常数K随温度变化的关系。结合图像判断,下列结论正确的是( )
A.该反应可表示为2A(g)+B(g)C(g) ΔH<0
B.T ℃时该反应的平衡常数K=6.25
C.当容器中气体密度不再变化时,该反应达到平衡状态
D.T ℃,在第6 min时再向体系中充入0.4 mol C,再次达到平衡时C的体积分数大于0.25
解析:选D。A项,由图2知,升高温度,平衡常数逐渐增大,该反应为吸热反应,ΔH>0,错误;B项,根据图1知0~5 min内,A、B、C变化的物质的量分别为0.4 mol、0.2 mol、0.2 mol,该反应可表示为2A(g)+B(g)C(g),反应达到平衡时A、B、C的平衡浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.1 mol·L-1,故T ℃时该反应的平衡常数K==25,错误;C项,根据质量守恒定律知,容器内气体的质量保持不变,容器的容积保持不变,故容器内气体的密度为恒量,不能作为平衡标志,错误;D项,根据图1知T ℃时反应达平衡后C的体积分数为0.25,在第6 min时再向体系中充入0.4 mol C,相当于加压,平衡正向移动,再次达到平衡时,C的体积分数大于0.25,正确。
二、非选择题
11.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度/
(×10-3 mol·L-1)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
(1)该反应的焓变ΔH________0,熵变ΔS________0(填“>”“<”或“=”)。
(2)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是________(填字母)。
A.2v正(NH3)=v逆(CO2)
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中NH3的体积分数不变
(3)根据表中数据计算,在25.0 ℃时,反应2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K=________。
(4)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25 ℃下达到平衡状态。若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:(1)分析表中数据可知,升高温度,平衡气体总浓度增大,说明平衡正向移动,该反应为吸热反应,则有ΔH>0;该反应是气体体积增大的反应,则有ΔS>0。
(2)达到平衡时,正、逆反应速率相等,则有v正(NH3)=2v逆(CO2),A项不符合题意;因为反应前后气体分子数不相等,未达到平衡前压强一直在变,所以总压强不变时,说明反应达到平衡,B项符合题意;反应未达到平衡前,气体质量一直在变,而容器容积不变,根据ρ=可知,混合气体的密度也在变,所以混合气体的密度不变时,说明反应达到平衡,C项符合题意;反应产物中NH3和CO2的物质的量之比始终为2∶1,密闭容器中NH3的体积分数始终不变,D项不符合题意。
(3)由表中数据可知,在25.0 ℃时,平衡气体的总浓度为4.8×10-3 mol·L-1,则有c(NH3)=3.2×10-3 mol·L-1,c(CO2)=1.6×10-3 mol·L-1,反应2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K=≈6.1×107。
(4)在恒温条件下压缩容器体积,平衡逆向移动,氨基甲酸铵固体的质量增大。
答案:(1)> > (2)BC (3)6.1×107 (4)增大
12.(2019·江西名校学术联盟质量检测)为了缓解温室效应,科学家提出了回收和利用CO2的方案:利用CO2制备CH4。300 ℃时,向2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO2和8 mol H2,发生反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH4,混合气体中CH4的浓度与反应时间的关系如图所示。
(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=________。
②300 ℃时,反应的平衡常数K=________。
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2 mol CO2和8 mol H2,重新达到平衡时CH4的浓度________(填字母)。
A.等于0.8 mol·L-1
B.等于1.6 mol·L-1
C.0.8 mol·L-1
D.大于1.6 mol·L-1
(2)300 ℃时,如果该容器中有1.6 mol CO2、2.0 mol H2、5.6 mol CH4、4.0 mol H2O(g),则v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)已知:200 ℃时,该反应的平衡常数K=61.8。则ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
解析:(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=4v(CH4)=×4=0.32 mol·L-1·min-1。
② CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
1 4 0 0
0.8 3.2 0.8 1.6
0.2 0.8 0.8 1.6
300 ℃时,反应的平衡常数K==25。
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2 mol CO2和8 mol H2,相当于增大压强,平衡正向移动,则重新达到平衡时CH4的浓度大于1.6 mol·L-1。
(2)Qc==14v逆。
(3)200 ℃时,该反应的平衡常数K=61.8,说明升高温度,平衡常数减小,平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH<0。
答案:(1)①0.32 mol·L-1·min-1 ②25 ③D
(2)> (3)<
13.(2019·辽宁五校协作体联考)“绿水青山就是金山银山”。近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题:
(1)已知:N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH1=+180.5 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH3=-221 kJ·mol-1
若某反应的平衡常数表达式为K=,则此反应的热化学方程式为________________________________。
(2)N2O5在一定条件下可发生分解反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),某温度下向恒容密闭容器中加入一定量N2O5,测得N2O5浓度随时间的变化如下表:
t/min
0
1
2
3
4
5
c(N2O5)/
(mol·L-1)
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
①反应开始时体系压强为p0,第2 min时体系压强为p1,则p1∶p0=________。2~5 min内用NO2表示的该反应的平均反应速率为________________。
②一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是________________(填字母)。
a.NO2和O2的浓度比保持不变
b.容器中压强不再变化
c.2v正(NO2)=v逆(N2O5)
d.气体的密度保持不变
(3)Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应:NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g),该反应中正反应速率v正=k正·p(NO2)·p(CO),逆反应速率v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________________(用k正、k逆表示)。
(4)如图是密闭反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后,在200 ℃、400 ℃、600 ℃下,合成NH3反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线,已知该反应为放热反应。
①曲线a对应的温度是________。
②M点对应的H2的转化率是________。
解析:(1)若某反应的平衡常数表达式为K=,则其化学方程式为2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),将题中3个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由②×2-①-③,可得:2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1×2-180.5 kJ·mol-1-(-221 kJ·mol-1)=-746.5 kJ·mol-1。(2)①根据题表中数据及三段式法有:
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)
开始/(mol·L-1) 1.00 0 0
转化/(mol·L-1) 0.50 1.00 0.25
2 min时/(mol·L-1) 0.50 1.00 0.25
该反应在恒温恒容条件下发生,反应前后气体的压强之比等于物质的量之比,也等于物质的量浓度之比,所以p1∶p0=(0.50+1.00+0.25)∶1.00=7∶4。2~5 min内,v(N2O5)==0.11 mol·L-1·min-1,v(NO2)=2v(N2O5)=0.22 mol·L-1·min-1。②反应过程中NO2和O2的浓度比始终保持不变,a项不能说明反应已经达到化学平衡状态;该反应在反应前后气体分子数不相等,反应过程中容器中压强为变量,容器中压强不再变化可以说明反应已经达到化学平衡状态,b项符合题意;v正(NO2)=2v逆(N2O5)时,正、逆反应速率相等,而2v正(NO2)=v逆(N2O5)时,正、逆反应速率不相等,c项不能说明反应已经达到化学平衡状态;反应物和生成物全为气体,气体总质量不变,而容器恒容,故反应过程中气体密度始终不变,d项不能说明反应已经达到化学平衡状态。(3)Kp=,v正=k正·p(NO2)·p(CO),v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),平衡时正、逆反应速率相等,即k正·p(NO2)·p(CO)=k逆·p(NO)·p(CO2),则=,故Kp=。(4)①合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NH3的产率降低,NH3的物质的量分数减小,曲线a、b、c中,在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高,其反应温度最低,所以曲线a对应的温度为200 ℃。②M点NH3的物质的量分数为60%,设NH3为0.6a mol,则N2、H2共为0.4a mol,因为反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料,故M点时H2为0.3a mol,结合N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知,转化的H2的物质的量为0.9a mol,所以M点对应H2的转化率=×100%=75%。
答案:(1)2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5 kJ·mol-1
(2)①7∶4(或1.75∶1) 0.22 mol·L-1·min-1 ②b
(3)
(4)①200 ℃ ②75%
一、选择题
1.只改变一个影响化学平衡的因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K不变,平衡可能移动
B.平衡向右移动时,K不一定变化
C.K有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K也增大2倍
解析:选D。因改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K不变,A项和B项均正确;K只与温度有关,K发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C项正确;相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,化学平衡常数应为K2,D项错误。
2.下列说法不正确的是( )
A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素,多数能自发进行的反应是放热反应
B.在同一条件下不同物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大
C.一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热
D.一个反应能否自发进行,与焓变和熵变的共同影响有关
解析:选C。一个反应能否自发进行应由该反应的熵变和焓变共同判断,C项错误。
3.向密闭容器中充入物质A和B,发生反应aA(g)+bB(g)cC(g)。反应过程中,物质A的体积分数和C的体积分数随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )
A.该反应在T1、T3温度时达到化学平衡
B.该反应在T2温度时达到化学平衡
C.该反应的逆反应是放热反应
D.升高温度,平衡向正反应方向移动
解析:选B。T2之前A的体积分数减小,C的体积分数增大,是因为反应未达到平衡,T2之后A的体积分数增大,C的体积分数减小,是因为反应在T2时达到平衡后,升高温度,平衡向逆反应方向移动,故B项正确,C、D项错误。在T1和T3时,A的体积分数均与C的体积分数相等,但T1时反应没有达到平衡状态,故A项错误。
4.(2019·辽宁六校联考)t ℃时,在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g)2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如表所示,下列说法正确的是( )
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
2 min时浓度/(mol·L-1)
0.08
a
b
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
A. 平衡时,X的转化率为20%
B.t ℃时,该反应的平衡常数为40
C.平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆减小,平衡向正反应方向移动
D.前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03 mol·L-1·min-1
解析:选D。平衡时,X的转化率=×100%=50%,A项错误;t ℃时该反应的平衡常数K==1 600,B项错误;该反应是气体分子数减小的反应,平衡后,增大体系压强,v正、v逆均增大,平衡向正反应方向移动,C项错误;前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应率v(Y)=3v(X)=3×=0.03 mol·
L-1·min-1,D项正确。
5.(2019·天津和平区期末)对反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g) ΔH,反应特点与对应的图像的说法中不正确的是( )
A.图①中,若p1>p2,则该反应在较低温度下有利于自发进行
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0 且a+b=c+d
C.图③中t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率
解析:选C。A.分析图①可知,温度升高,A%增大,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应;若p1>p2,同温下p1时A%低于p2,压强增大,平衡正向移动,则反应前气体分子数大于反应后气体分子数,ΔS<0,则该反应在较低温度下有利于自发进行,A正确;B.图②中,压强增大,A的转化率不变,平衡不移动,则a+b=c+d;若T2>T1,升高温度,A的转化率降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,B正确;C.图③中,t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂,也可能是增大压强(当a+b=c+d时),C错误;D.图④中,T1>T2,若ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率,D正确。
6.在一定条件下发生反应:4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g) ΔH<0,T1时,向体积为2 L的恒容密闭容器中通入NO2和O2,部分实验数据如表所示。下列说法不正确的是( )
时间/s
0
5
10
15
c(NO2)/(mol·L-1)
4.00
2.52
2.00
c3
c(O2)/(mol·L-1)
1.00
c1
c2
0.50
A. 0~5 s内N2O5的平均反应速率为0.148 mol·L-1·s-1
B.其他条件不变,将容器体积压缩一半,则重新达到平衡时c(N2O5)<2.00 mol·L-1
C.设T1时平衡常数为K1,T2时平衡常数为K2,若T1
D.T1时平衡常数为0.125,平衡时NO2和O2的转化率均为50%
解析:选B。0~5 s内,v(N2O5)=v(NO2)=×=0.148 mol·
L-1·s-1,A项正确;根据反应物转化的物质的量之比等于化学计量数之比,可得c1=0.63,c2=0.50,c3=2.00,由此可知10 s时达到平衡,平衡时c(N2O5)=1.00 mol·L-1,将容器体积压缩一半,此时c(N2O5)=2.00 mol·L-1,随后平衡正向移动,c(N2O5)>2.00 mol·L-1,B项错误;对于放热反应,温度越高,平衡常数越小,C项正确;达到平衡时c(NO2)=2.00 mol·
L-1,c(O2)=0.50 mol·L-1,c(N2O5)=1.00 mol·L-1,K==0.125,平衡时NO2的转化率为×100%=50%,O2的转化率为×100%=50%,D项正确。
7.(2019·烟台自主练习)已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2,其能量变化随反应过程如图所示。
①2NO(g)N2O2(g) ΔH1,平衡常数K1
②N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2,平衡常数K2
下列说法中不正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH2<0
B.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=K1/K2
C.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH=ΔH1+ΔH2
D.反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率
解析:选B。由题图可知,反应①和反应②的反应物总能量均高于生成物总能量,所以ΔH1<0,ΔH2<0,A项正确;反应①+反应②得2NO(g)+O2(g)2NO2(g),所以K=K1·K2,B项错误;反应①+反应②得2NO(g)+O2(g)2NO2(g),所以ΔH=ΔH1+ΔH2,C项正确;反应速率主要取决于慢反应的反应速率,反应②的活化能大于反应①,所以反应②的反应速率小于反应①,故反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率,D项正确。
8.(2019·衡水中学高三期末)在容积均为1 L的三个密闭容器中,分别放入镍粉并充入1 mol CO,控制在不同温度下发生反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),当反应进行到5 min时,测得Ni(CO)4的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.正反应为吸热反应,平衡常数:K(T1)>K(T2)
B.反应进行到5 min时,b容器中v正(CO)=v逆(CO)
C.达到平衡时,a、b、c中CO的转化率为b>a>c
D.减压或升温可将b中的平衡状态转变成c中的平衡状态
解析:选D。温度越低,反应速率越慢,再结合a、b、c三容器中Ni(CO)4的体积分数可知,a容器中反应未达到平衡,b→c的变化则说明随温度升高,化学平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A错误;反应进行到5 min时,b容器未必达到平衡状态,则b容器中v正(CO)不一定等于v逆(CO),B错误;其他条件相同时,随温度升高,平衡逆向移动,K减小,CO转化率减小,故达到平衡时,CO的转化率为a>b>c,C错误;结合A项分析知,升温可使b中的平衡状态转变为c中的平衡状态,减压平衡逆向移动,导致Ni(CO)4浓度变小,即可使b中的平衡状态转变为c中的平衡状态,D正确。
9.(热点题)在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L-1 CO2、0.1 mol·L-1CH4,在一定条件下发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡时转化率与温度、压强关系如图。下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH>0
B.压强:p4>p3>p2>p1
C.1 100 ℃时该反应平衡常数为1.64
D.压强为p4时,在Y点:v正
10.(2019·遂宁诊断)固定容积为2 L的密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g)zC(g),图1表示T ℃时容器中各物质的量随时间变化的关系,图2表示平衡常数K随温度变化的关系。结合图像判断,下列结论正确的是( )
A.该反应可表示为2A(g)+B(g)C(g) ΔH<0
B.T ℃时该反应的平衡常数K=6.25
C.当容器中气体密度不再变化时,该反应达到平衡状态
D.T ℃,在第6 min时再向体系中充入0.4 mol C,再次达到平衡时C的体积分数大于0.25
解析:选D。A项,由图2知,升高温度,平衡常数逐渐增大,该反应为吸热反应,ΔH>0,错误;B项,根据图1知0~5 min内,A、B、C变化的物质的量分别为0.4 mol、0.2 mol、0.2 mol,该反应可表示为2A(g)+B(g)C(g),反应达到平衡时A、B、C的平衡浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.1 mol·L-1,故T ℃时该反应的平衡常数K==25,错误;C项,根据质量守恒定律知,容器内气体的质量保持不变,容器的容积保持不变,故容器内气体的密度为恒量,不能作为平衡标志,错误;D项,根据图1知T ℃时反应达平衡后C的体积分数为0.25,在第6 min时再向体系中充入0.4 mol C,相当于加压,平衡正向移动,再次达到平衡时,C的体积分数大于0.25,正确。
二、非选择题
11.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度/
(×10-3 mol·L-1)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
(1)该反应的焓变ΔH________0,熵变ΔS________0(填“>”“<”或“=”)。
(2)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是________(填字母)。
A.2v正(NH3)=v逆(CO2)
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中NH3的体积分数不变
(3)根据表中数据计算,在25.0 ℃时,反应2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K=________。
(4)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25 ℃下达到平衡状态。若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:(1)分析表中数据可知,升高温度,平衡气体总浓度增大,说明平衡正向移动,该反应为吸热反应,则有ΔH>0;该反应是气体体积增大的反应,则有ΔS>0。
(2)达到平衡时,正、逆反应速率相等,则有v正(NH3)=2v逆(CO2),A项不符合题意;因为反应前后气体分子数不相等,未达到平衡前压强一直在变,所以总压强不变时,说明反应达到平衡,B项符合题意;反应未达到平衡前,气体质量一直在变,而容器容积不变,根据ρ=可知,混合气体的密度也在变,所以混合气体的密度不变时,说明反应达到平衡,C项符合题意;反应产物中NH3和CO2的物质的量之比始终为2∶1,密闭容器中NH3的体积分数始终不变,D项不符合题意。
(3)由表中数据可知,在25.0 ℃时,平衡气体的总浓度为4.8×10-3 mol·L-1,则有c(NH3)=3.2×10-3 mol·L-1,c(CO2)=1.6×10-3 mol·L-1,反应2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K=≈6.1×107。
(4)在恒温条件下压缩容器体积,平衡逆向移动,氨基甲酸铵固体的质量增大。
答案:(1)> > (2)BC (3)6.1×107 (4)增大
12.(2019·江西名校学术联盟质量检测)为了缓解温室效应,科学家提出了回收和利用CO2的方案:利用CO2制备CH4。300 ℃时,向2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO2和8 mol H2,发生反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH4,混合气体中CH4的浓度与反应时间的关系如图所示。
(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=________。
②300 ℃时,反应的平衡常数K=________。
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2 mol CO2和8 mol H2,重新达到平衡时CH4的浓度________(填字母)。
A.等于0.8 mol·L-1
B.等于1.6 mol·L-1
C.0.8 mol·L-1
(2)300 ℃时,如果该容器中有1.6 mol CO2、2.0 mol H2、5.6 mol CH4、4.0 mol H2O(g),则v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)已知:200 ℃时,该反应的平衡常数K=61.8。则ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
解析:(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=4v(CH4)=×4=0.32 mol·L-1·min-1。
② CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
1 4 0 0
0.8 3.2 0.8 1.6
0.2 0.8 0.8 1.6
300 ℃时,反应的平衡常数K==25。
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2 mol CO2和8 mol H2,相当于增大压强,平衡正向移动,则重新达到平衡时CH4的浓度大于1.6 mol·L-1。
(2)Qc==14
(3)200 ℃时,该反应的平衡常数K=61.8,说明升高温度,平衡常数减小,平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH<0。
答案:(1)①0.32 mol·L-1·min-1 ②25 ③D
(2)> (3)<
13.(2019·辽宁五校协作体联考)“绿水青山就是金山银山”。近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题:
(1)已知:N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH1=+180.5 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH3=-221 kJ·mol-1
若某反应的平衡常数表达式为K=,则此反应的热化学方程式为________________________________。
(2)N2O5在一定条件下可发生分解反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),某温度下向恒容密闭容器中加入一定量N2O5,测得N2O5浓度随时间的变化如下表:
t/min
0
1
2
3
4
5
c(N2O5)/
(mol·L-1)
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
①反应开始时体系压强为p0,第2 min时体系压强为p1,则p1∶p0=________。2~5 min内用NO2表示的该反应的平均反应速率为________________。
②一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是________________(填字母)。
a.NO2和O2的浓度比保持不变
b.容器中压强不再变化
c.2v正(NO2)=v逆(N2O5)
d.气体的密度保持不变
(3)Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应:NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g),该反应中正反应速率v正=k正·p(NO2)·p(CO),逆反应速率v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________________(用k正、k逆表示)。
(4)如图是密闭反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后,在200 ℃、400 ℃、600 ℃下,合成NH3反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线,已知该反应为放热反应。
①曲线a对应的温度是________。
②M点对应的H2的转化率是________。
解析:(1)若某反应的平衡常数表达式为K=,则其化学方程式为2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),将题中3个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由②×2-①-③,可得:2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1×2-180.5 kJ·mol-1-(-221 kJ·mol-1)=-746.5 kJ·mol-1。(2)①根据题表中数据及三段式法有:
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)
开始/(mol·L-1) 1.00 0 0
转化/(mol·L-1) 0.50 1.00 0.25
2 min时/(mol·L-1) 0.50 1.00 0.25
该反应在恒温恒容条件下发生,反应前后气体的压强之比等于物质的量之比,也等于物质的量浓度之比,所以p1∶p0=(0.50+1.00+0.25)∶1.00=7∶4。2~5 min内,v(N2O5)==0.11 mol·L-1·min-1,v(NO2)=2v(N2O5)=0.22 mol·L-1·min-1。②反应过程中NO2和O2的浓度比始终保持不变,a项不能说明反应已经达到化学平衡状态;该反应在反应前后气体分子数不相等,反应过程中容器中压强为变量,容器中压强不再变化可以说明反应已经达到化学平衡状态,b项符合题意;v正(NO2)=2v逆(N2O5)时,正、逆反应速率相等,而2v正(NO2)=v逆(N2O5)时,正、逆反应速率不相等,c项不能说明反应已经达到化学平衡状态;反应物和生成物全为气体,气体总质量不变,而容器恒容,故反应过程中气体密度始终不变,d项不能说明反应已经达到化学平衡状态。(3)Kp=,v正=k正·p(NO2)·p(CO),v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),平衡时正、逆反应速率相等,即k正·p(NO2)·p(CO)=k逆·p(NO)·p(CO2),则=,故Kp=。(4)①合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NH3的产率降低,NH3的物质的量分数减小,曲线a、b、c中,在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高,其反应温度最低,所以曲线a对应的温度为200 ℃。②M点NH3的物质的量分数为60%,设NH3为0.6a mol,则N2、H2共为0.4a mol,因为反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料,故M点时H2为0.3a mol,结合N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知,转化的H2的物质的量为0.9a mol,所以M点对应H2的转化率=×100%=75%。
答案:(1)2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5 kJ·mol-1
(2)①7∶4(或1.75∶1) 0.22 mol·L-1·min-1 ②b
(3)
(4)①200 ℃ ②75%
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