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课时规范练21化学平衡常数化学反应进行的方向一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是()A.非自发反应就是不可能发生的反应,自发反应就是能较快进行的反应B.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有的过程D.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在低温下能自发进行,说明该反应的H02.常温下,某反应达到平衡,平衡常数K=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2),恒容时,温度升高,H2的浓度减小,下列说法正确的是()A.该反应的焓变为正值B.恒温恒容下,增大压强,H2的浓度一定减小C.升高温度,逆反应速率减小D.该反应的化学方程式为CO+H2OCO2+H23.(2018河南南阳一中高三检测)已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下:2NO(g)N2O2(g)(快)H10平衡常数K1N2O2(g)+O2(g)2NO2(慢)H20平衡常数K2下列说法正确的是()A.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的H=-(H1+H2)B.2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K=K1/K2C.反应的速率大小决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应速率D.反应过程中的能量变化可用下图表示4.在一定条件下发生反应4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)H0,温度为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/s051015c(NO2)/(molL-1)4.002.522.00c3c(O2)/(molL-1)1.00c1c20.50A.05 s内N2O5的平均反应速率为0.148 molL-1s-1B.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 molL-1C.设T1时平衡常数为K1,T2时平衡常数为K2,若T1K2D.T1时平衡常数为0.125,平衡时NO2和O2的转化率均为50%5.(2019宁夏银川一中高三月考)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭容器中,发生反应:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lgK)值随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法不正确的是()A.该反应的H0B.A点对应状态的平衡常数K(A)=10-2.294C.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态D.30 时,B点对应状态的v(正)p2B.b、c两点对应的平衡常数:KcKbC.a点:2v(NH3)正=3v(H2)逆D.a点:NH3的转化率为8.(2019河北邢台质检)一定温度下,在三个体积均为2 L的恒容密闭容器中发生反应:CO2(g)+H2S(g)COS(g)+H2O(g)。容器温度K起始物质的量/mol平衡物质的量/mol平衡常数CO2H2SH2O6070.10.150.056070.20.36270.10.15610-3下列说法正确的是()A.该反应为吸热反应B.容器达到平衡时,再充入少量氦气,平衡将向正反应方向移动C.容器达到平衡时,容器中COS的物质的量浓度为0.025 molL-1D.607 K时,该反应的平衡常数为0.50二、非选择题(本题共3小题,共44分)9.(2018湖北武汉部分学校调研)(14分)二甲醚是一种清洁能源,用水煤气制取甲醚的原理如下:.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g).2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)(1)300 和500 时,反应的平衡常数分别为K1、K2,且K1K2,则其正反应为(填“吸热”或“放热”)反应。(2)在恒容密闭容器中发生反应:下图能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是(填“a”或“b”)。下列说法能表明反应已达平衡状态的是(填标号)。A.容器中气体的压强不再变化B.混合气体的密度不再变化C.混合气体的平均相对分子质量不再变化D.v正(H2)=2v正(CH3OH)(3)500 K时,在2 L密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H2,4 min达到平衡,平衡时CO的转化率为80%,且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3),则:04 min,反应的v(H2)=,反应的平衡常数K=。反应中CH3OH的转化率=。10.(15分)在工业上常用CO与H2合成甲醇,热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=-574.4 kJmol-1。(1)在温度为T1时,向体积为2 L的恒容容器中充入物质的量之和为3 mol的CO和H2,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应达到平衡时CH3OH(g)的体积分数(CH3OH)与起始时n(H2)n(CO)的关系如图1所示。图1当起始n(H2)n(CO)=2时,经过5 min反应达到平衡,CO的转化率为0.6,则05 min内平均反应速率v(H2)=。若此时再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol,达到新平衡时H2的转化率将(填“增大”“减小”或“不变”)。当n(H2)n(CO)=3.5时,反应达到平衡后,CH3OH的体积分数可能是图1中的(填“D”“E”或“F”)点。(2)在一容积可变的密闭容器中充有10 mol CO和20 mol H2。CO的平衡转化率(CO)与温度(T)、压强(p)的关系如图2所示。图2A、B、C三点对应的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为。若达到平衡状态A时,容器的体积为10 L,则在平衡状态B时容器的体积为L。11.(2018课标全国,28节选)(15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:t/min040801602601 3001 700p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=210-3pN2O5(kPamin-1),t=62 min时,测得体系中pO2=2.9 kPa,则此时的pN2O5= kPa,v= kPamin-1。若提高反应温度至35 ,则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35 )63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是。25 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课时规范练21化学平衡常数化学反应进行的方向1.C非自发反应在一定条件下也能发生,自发反应进行的也不一定较快,A项错误;石墨转化为金刚石,H0,该反应是非自发进行的化学反应,B项错误;能量判据和熵判据组合而成的复合判据,只要G=H-TS0,反应就不能自发进行,C项正确;反应NH3(s)+HCl(g)NH4Cl(s)在低温下能自发进行,G=H-TS0,从方程式知TS0,说明H2.00 molL-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;达平衡时c(NO2)=2.00 molL-1,c(O2)=0.50 molL-1,c(N2O5)=1.00 molL-1,则K=1.0022.0040.50=0.125,平衡时NO2的转化率为2.00molL-14.00molL-1100%=50%,O2的转化率为0.50molL-11.00molL-1100%=50%,D项正确。5.C-lgK越大,平衡常数K值越小,由图可知,随着温度升高,平衡常数K值增大,则升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,H0,故A项正确;A点对应的-lgK=2.294,则平衡常数K(A)=10-2.294,故B项正确;因反应物氨基甲酸铵为固体,则反应体系中气体只有NH3和CO2,反应得到NH3和CO2的物质的量之比为21,反应开始后NH3的体积分数始终不变,所以NH3的体积分数不变时不能说明反应达到了平衡状态,故C项错误;30 时,B点的浓度商Qc大于平衡常数K,反应向逆反应方向进行,则B点对应状态的v(正)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;a点为平衡点,应为3v(NH3)正=2v(H2)逆,C项错误;a点时,假设反应后气体总体积为1 L,则N2为0.1 L、H2为0.3 L,未反应的NH3为0.6 L,参加反应的NH3为0.2 L,所以氨气的转化率为0.20.6+0.2100%=25%,D项错误。8.D由容器中数据可计算出607 K时反应的平衡常数CO2(g)+H2S(g)COS(g)+H2O(g)c(始)/(molL-1)0.050.07500c(变)/(molL-1)0.0250.0250.0250.025c(平)/(molL-1)0.0250.050.0250.025平衡常数K=c(COS)c(H2O)c(CO2)c(H2S)=0.5,D项正确;对比、可知随温度升高,平衡常数减小,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应是吸热反应,正反应放热,A项错误;相对于,是成比例的增加投料量,相当于加压,由于题给反应是气体体积不变的反应,所以平衡不移动,c(COS)=2c(COS)=0.05 molL-1,C项错误;容器平衡时,再充入少量氦气,容器体积不变,各成分浓度不变,平衡不移动,B项错误。9.答案 (1)放热(2)aAC(3)0.8 molL-1min-11.2580%解析 (1)升高温度平衡常数减小,所以其正反应为放热反应。(2)正反应放热,升高温度平衡向逆反应方向进行,甲醇的体积分数减小,因此能正确反映体系中甲醇体积分数随温度变化情况的曲线是a。正反应体积减小,容器中气体的压强不再变化能表明反应已达平衡状态,A正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此混合气体的密度不再变化不能说明达到平衡状态,B错误;混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值,质量不变,但气体物质的量是变化的,所以混合气体的平均相对分子质量不再变化可以说明达到平衡状态,C正确;v正(H2)=2v正(CH3OH)均表示正反应方向,不能说明达到平衡状态,D错误。(3)4 min达到平衡,平衡时CO的转化率为80%,则消耗CO是3.2 mol,因此消耗氢气是6.4 mol,H2浓度变化是3.2 molL-1,所以04 min,反应的v(H2)=3.2 molL-14 min=0.8 molL-1min-1。剩余CO是0.4 molL-1,氢气是0.8 molL-1,最初生成甲醇是1.6 molL-1,设分解的甲醇是x molL-1,则生成二甲醚是0.5x molL-1,所以根据2c(CH3OH)=c(CH3OCH3)有0.5x=2(1.6-x),解得x=1.28,所以根据方程式可知反应的平衡常数K=0.320.40.82=1.25。反应中CH3OH的转化率=1.28/1.6100%=80%。10.答案 (1)0.12 molL-1min-1增大F(2)KA=KBKC2解析 (1)n(H2)n(CO)=2,因为n(CO)+n(H2)=3 mol,则n(H2)=2 mol,n(CO)=1 mol,05 min内转化的n(CO)=0.6 mol,则有CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)起始/(molL-1)0.510转化/(molL-1)0.30.60.3平衡/(molL-1)0.20.40.3v(H2)=0.6 molL-15 min=0.12 molL-1min-1,K=0.30.20.42。再向容器中加入CO (g)和CH3OH(g)各0.4 mol时,体系的浓度商Qc=0.3+0.2(0.2+0.2)0.42,Qcv(逆),H2的转化率将增大。反应物按方程式中各物质的化学计量数比投料时产物的体积分数最大,否则都会使产物的体积分数减小,故应选F点。(2)平衡常数只与温度有关,CO与H2反应生成CH3OH的反应为放热反应,则升高温度,平衡常数减小,则KCKC。达到平衡状态A时,容器的体积为10 L,状态A与B的平衡常数相同,状态A时CO的转化率是0.5,则平衡时CO的物质的量是10 mol(1-0.5)=5 mol,浓度是0.5 molL-1,c(H2)=1 molL-1,生成甲醇的物质的量是5 mol,浓度是0.5 molL-1,所以平衡常数KA=1;设状态B时容器的体积是V L,状态B时CO的转化率是0.8,则平衡时,CO的物质的量浓度为2V molL-1,氢气的物质的量浓度是4V molL-1,生成甲醇的物质的量浓度是8V molL-1,KB=8V2V(4V)2=1,解得V=2。11.答案 (1)30.06.010-2大于温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高13.4(2)AC解析 (1)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)=2.9 kPa,则剩余N2O5形成的压强p(N2O5)=35.8 kPa-2.9 kPa2=30.0 kPa。则N2O5的分解速率v=210-330.0=6.010-2kPamin-1。若提高反应温度至35 ,由于体积不变,但温度提高,总压强增大;且2NO2(g)N2O4(g)为放热反应,温度升高,平衡左移,气体的物质的量增大,总压强提高,所以N2O5完全分解后体系压强大于63.1 kPa。t=时,体系的总压强为63.1 kPa为平衡时的总压强,此时N2O5完全分解,生成的氧气的压强为:p(O2)=35.8 kPa2=17.9 kPa。若NO2不生成N2O4,则此时的总压应为35.8 kPa=89.5 kPa,而实际压强为63.1 kPa,压强差为:89.5 kPa-63.1 kPa=26.4 kPa2NO2N2O4压强差 2 1126.4 kPa26.4 kPa则剩余NO2的分压为:63.1 kPa-p(O2)-p(N2O4)=18.8 kPa由此可求反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数为(18.8 kPa)226.4 kPa=13.4 kPa。(2)第一步反应快,能够快速平衡,而第二步反应是慢反应,故第一步反应的逆反应速率大于第二步反应,A项正确;根据第二步和第三步可知中间产物有NO、NO3,B项错误;根据第二步反应是慢反应可知,说明该步的反应物有效碰撞低,C项正确;活化能越低反应越易发生,第三步反应快说明该步反应的活化能较低,D项错误。
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