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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H0D.若t1、t2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1K24.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:物质PCl3(g)Cl2(g)PCl5(g)初始浓度/(molL-1)2.01.00平衡浓度/(molL-1)c1c20.4下列判断不正确的是()A.10 min内,v(Cl2)=0.04 molL-1min-1B.升高温度(T1T2),反应的平衡常数减小,平衡时PCl3的物质的量变化n(T1)n(T2)1C.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 molL-15.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11059,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COB.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)Hp2B.F、G两点对应的平衡常数:KFKGC.E点:2v正(NH3)=3v逆(H2)D.E点:NH3的转化率为138.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:N2+3H22NH3和N2+O22NO根据图中的数据判断下列说法正确的是()A.反应和均为放热反应B.升高温度,反应的反应速率减小C.在标准状况下,利用反应固氮和利用反应固氮反应程度相差很大D.在1 000 时,反应和反应体系中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)Hv(第二步反应)B.反应的中间产物只有NO3C.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)K1H02NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)K2H0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,t3t4时刻,NO2(g)的转化率降低的原因是。(3)若反应在恒温、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。反应甲醇水蒸气重整制氢:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H1=+49.4 kJmol-1;反应甲醇分解制氢:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H2=+90.6 kJmol-1;反应气态甲醇氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气。已知CO的燃烧热为283.0 kJmol-1,则反应的热化学方程式为。该三种制氢方式中,等量的甲醇产生氢气最多的是反应。(填“”“”或“”)(2)实验室模拟反应甲醇水蒸气重整制氢,合成气组成n(CH3OH)n(H2O)=11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。该反应的平衡常数表达式为。当温度为250 、压强为p2时,反应达平衡时H2的体积分数为。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.AA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.AK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K1K2,D项正确。4.B10min内,PCl5的浓度变化量为0.4molL-1,故Cl2的浓度变化量为0.4molL-1,所以v(Cl2)=0.04molL-1min-1,A项正确;升高温度(T1T2),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0.6molL-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)0.2molL-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.DA项,当温度不变时,平衡常数不变;B项,反应2NO2(g)N2O4(g)Hp1,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0.20.6+0.2100%=25%,D项错误。8.C反应的K值随温度升高而减小,反应是放热反应,反应的K值随温度升高而增大,反应是吸热反应,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K1010,反应K10-30,相差很大,故利用反应固氮和利用反应固氮反应程度相差很大,C项正确;在1000时,反应、反应的K值相等,即c2(NH3)c(N2)c3(H2)=c2(NO)c(N2)c(O2),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,平衡状态和的温度相同,故K相等,B项正确;平衡状态、和中,状态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)+53.130.06.010-2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13.4(2)AC解析(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)+12O2(g),则该反应的H=-4.4kJmol-12-(-55.3kJmol-1)=+53.1kJmol-1。依据反应:N2O5(g)2NO2(g)+12O2(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-2.9kPa2=30.0kPa。则N2O5的分解速率v=210-330.0kPamin-1=6.010-2kPamin-1。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)H2=-55.3kJmol-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。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)=35.8kPa2=17.9kPa。若NO2不生成N2O4,则此时的总压强应为35.8kPa52=89.5kPa,而实际压强为63.1kPa,压强差为89.5kPa-63.1kPa=26.4kPa2NO2N2O4压强差21126.4kPa26.4kPa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(18.8kPa)226.4kPa13.4kPa。(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)K12K2(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)2ax+1-a100%解析(1)反应4NO2(g)+2NaCl(g)2NaNO3(g)+2NO(g)+Cl2(g)可由2-得到,则K=K12/K2。(2)根据反应2NO2(g)+NaCl(g)NaNO3(g)+ClNO(g)H0,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2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)H0,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)x10反应(mol)2aa2a平衡(mol)x-2a1-a2a平衡混合物中ClNO的体积分数等于物质的量分数,即y=2ax+1-a100%。13.答案(1)CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)H=-192.4 kJmol-1(2)K=c(CO2)c3(H2)c(CH3OH)c(H2O)67.6%或0.676或0.68p1p2p3(3)H2+CO32-2e-H2O+CO2O2(或空气)和CO2解析(1)已知反应CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H1=+49.4kJmol-1;反应CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H2=+90.6kJmol-1;由CO的燃烧热为283.0kJmol-1可知:CO(g)+12O2(g)CO2(g)H=-283.0kJmol-1。由盖斯定律,+得反应的热化学方程式为CH3OH(g)+12O2(g)CO2(g)+2H2(g)H=-192.4kJmol-1;1mol甲醇在反应、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。(2)反应甲醇水蒸气重整制氢:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H1=+49.4kJmol-1的平衡常数表达式为K=c(CO2)c3(H2)c(CH3OH)c(H2O)。CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)起始/mol1100反应/mol0.820.820.8230.82平衡/mol0.180.180.822.46反应达平衡时H2的体积分数为2.460.18+0.18+0.82+2.46100%=67.6%。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p1p2p3。(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+CO32-2e-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-2CO32-,故正极要不断通入O2(或空气)和CO2。
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