高考化学一轮新课标通用训练检测考点24 化学平衡常数 化学反应进行的方向.docx
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高考化学一轮新课标通用训练检测考点24化学平衡常数化学反应进行的方向
2020高考化学一轮(新课标通用)训练检测:
考点24 化学平衡常数 化学反应进行的方向
[题组一 基础小题]
1.关于平衡常数,下列说法不正确的是( )
A.平衡常数不随反应物或生成物浓度的改变而改变
B.平衡常数随温度的改变而改变
C.平衡常数不随压强的改变而改变
D.使用催化剂能使平衡常数增大
答案 D
解析 化学平衡常数只随温度的改变而改变。
只要温度不变,对同一可逆反应来说,K值不变。
2.已知反应①:
CO(g)+CuO(s)
CO2(g)+Cu(s)和反应②:
H2(g)+CuO(s)
Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。
则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K=
C.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
答案 B
解析 在书写平衡常数表达式时,纯固体不能表示在平衡常数表达式中,A错误;由于反应③=反应①-反应②,因此平衡常数K=
,B正确;反应③中,温度升高,H2浓度减小,则平衡左移,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此ΔH<0,C错误;对于反应③,在恒温恒容下,若充入惰性气体使压强增大,则平衡不移动,H2的浓度不变,D错误。
3.恒温、恒压下,将1molO2和2molSO2气体充入一体积可变的容器中(状态Ⅰ),发生反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),状态Ⅱ时达平衡,则O2的转化率为( )
A.60%B.40%C.80%D.90%
答案 A
解析 恒温、恒压下,气体的体积之比等于物质的量之比。
设O2的转化率为x,则:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
n(始)/(mol):
210
n(变)/(mol):
2xx2x
n(平)/(mol):
2-2x1-x2x
(2-2x)+(1-x)+2x=3×
,解得x=0.6。
故选A。
4.N2O5是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生下列反应:
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) ΔH>0
T1温度下的部分实验数据为:
t/s
0
500
1000
1500
c(N2O5)/mol·L-1
5.00
3.52
2.50
2.50
下列说法不正确的是( )
A.500s内N2O5的分解速率为2.96×10-3mol·(L·s)-1
B.T1温度下的平衡常数K1=125,1000s时转化率为50%
C.其他条件不变时,T2温度下反应平衡时测得N2O5(g)浓度为2.98mol·L-1,则T1 D.T1温度下的平衡常数为K1,T3温度下的平衡常数为K3,若K1>K3,则T1>T3 答案 C 解析 v(N2O5)= =2.96×10-3mol·(L·s)-1,A正确;1000s后N2O5的浓度不再发生变化,即达到了化学平衡,列出两种量如下: 2N2O5 4NO2+O2 起始(mol·L-1)5.0000 平衡(mol·L-1)2.505.001.25 则K= = =125, α(N2O5)= ×100%=50%,B正确;T2温度下平衡时N2O5的浓度大于T1温度下的,则改变温度使平衡逆向移动了,逆向是放热反应,因降低温度平衡向放热方向移动,故T2 5.在300mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应: Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g),已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表所示: 温度/℃ 25 80 230 平衡常数 5×104 2 1.9×10-5 下列说法不正确的是( ) A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应 B.25℃时反应Ni(CO)4(g) Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5 C.在80℃时,测得某时刻,Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L-1,则此时v(正)>v(逆) D.80℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L-1 答案 C 解析 因为温度升高,平衡常数减小,所以正反应为放热反应,A正确;Ni(CO)4(g) Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)的平衡常数的倒数,所以其应为(5×104)-1=2×10-5,B正确;在80℃时,测得某时刻,Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L-1,此时浓度商为8,所以反应逆向进行,此时v(正)<v(逆),C不正确;80℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,c(CO)=1.0mol·L-1,利用K可求出Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L-1,D正确。 [题组二 高考小题] 6.(2018·江苏高考)(双选)一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下: 容器1 容器2 容器3 反应温度 T/K 700 700 800 反应物 投入量 2molSO2、 1molO2 4molSO3 2molSO2、 1molO2 平衡v正(SO2) /mol·L-1·s-1 v1 v2 v3 平衡c(SO3) /mol·L-1 c1 c2 c3 平衡体系 总压强p/Pa p1 p2 p3 物质的平衡 转化率α α1(SO2) α2(SO3) α3(SO2) 平衡常数K K1 K2 K3 下列说法正确的是( ) A.v1<v2,c2<2c1 B.K1>K3,p2>2p3 C.v1<v3,α1(SO2)>α3(SO2) D.c2>2c3,α2(SO3)+α3(SO2)<1 答案 CD 解析 对比容器的特点,将容器1和容器2对比,将容器1和容器3对比。 容器2中加入4molSO3等效于在相同条件下反应物投入量为4molSO2和2molO2,容器2中起始反应物物质的量为容器1的两倍,容器2相当于在容器1达平衡后增大压强,将容器的体积缩小为原来的一半,增大压强化学反应速率加快,v2>v1,增大压强平衡向正反应方向移动,平衡时c2>2c1,p2<2p1,α1(SO2)+α2(SO3)<1,容器1和容器2温度相同,K1=K2;容器3相当于在容器1达到平衡后升高温度,升高温度化学反应速率加快,v3>v1,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡时c3<c1,p3>p1,α3(SO2)<α1(SO2),K3<K1。 根据上述分析,v2>v1,c2>2c1,A错误;K3<K1,p2<2p1,p3>p1,则p2<2p3,B错误;v3>v1,α3(SO2)<α1(SO2),C正确;c2>2c1,c3<c1,则c2>2c3,α1(SO2)+α2(SO3)<1,α3(SO2)<α1(SO2),则α2(SO3)+α3(SO2)<1,D正确。 7.(2015·天津高考)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应: X(g)+mY(g) 3Z(g),平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。 在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。 下列叙述不正确的是( ) A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1 D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4mol·L-1 答案 D 解析 运用三段式求算m。 设转化的X的物质的量为nmol。 X(g)+mY(g) 3Z(g) 起始(mol)120 转化(mol)nmn3n 平衡(mol)(1-n)(2-mn)3n 据: (1-n)∶(2-mn)∶3n=30%∶60%∶10% 求得: n=0.1,m=2。 由m=2知,A项正确;二次平衡时温度相同,故平衡常数不变,则B项正确;由m和n的数值及起始量可计算出X、Y二者的平衡转化率都为10%,C项正确;第二次平衡时,c(Z)= =0.2mol·L-1,D项错误。 8.(2015·安徽高考)汽车尾气中NO产生的反应为: N2(g)+O2(g) 2NO(g)。 一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。 下列叙述正确的是( ) A.温度T下,该反应的平衡常数K= B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小 C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂 D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0 答案 A 解析 A选项正确,达平衡时,c(N2)=c(O2)=c1mol·L-1,c(NO)=2(c0-c1)mol·L-1;B选项错误,因反应前后容器体积不变,且反应中无固态(或液态)物质参加或生成,故混合气体的密度始终不变;C选项错误,催化剂只能改变到达平衡的时间,不会破坏平衡,即加入催化剂时氮气的平衡浓度不会改变;D选项错误,若曲线b对应的条件改变是升高温度,达新平衡时c(N2)减小,则平衡正向移动,故该反应应为吸热反应,即ΔH>0。 [题组三 模拟小题] 9.(2019·天津河东区调研)下列说法不正确的是( ) A.ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行 B.NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57kJ·mol-1能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向 C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂可以改变化学反应进行的速率 答案 C 解析 反应的ΔH<0、ΔS>0,则始终存在ΔH-TΔS<0,在任何温度下该反应都能自发进行,A正确。 反应NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0,则高温下存在ΔH-TΔS<0,若该反应能自发进行,说明体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向,B正确。 ΔH、ΔS都与反应的自发性有关,但要根据ΔH-TΔS判断反应的自发性,不能将ΔH或ΔS单独作为反应自发性的判据,C错误。 在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂可以改变反应的活化能,从而改变反应速率,D正确。 10.(2019·上海八校联考)一定条件下合成乙烯: 6H2(g)+2CO2(g) CH2===CH2(g)+4H2O(g),已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。 下列说法正确的是( ) A.生成乙烯的速率: v(M)一定小于v(N) B.化学平衡常数: KN>KM C.当温度高于250℃时,升高温度,平衡向逆反应方向移动,从而使催化剂的催化效率降低 D.若投料比n(H2)∶n(CO2)=3∶1,则图中M点时,乙烯的体积分数为7.7% 答案 D 解析 由题中图像可知,其他条件不变时升高温度,CO2平衡转化率减小,即平衡逆向移动,所以正反应是放热反应。 M点催化剂催化效率高、N点温度高,所以无法确定M、N两点的反应速率,A项错误;正反应是放热反应,所以温度越高化学平衡常数越小,B项错误;催化剂只改变反应速率而不能改变平衡移动,催化剂催化效率与平衡移动无关,催化效率降低是由温度变化引起的,C项错误;若开始投入6xmolH2、2xmolCO2,则达平衡时n(H2)=3xmol、n(CO2)=xmol、n(CH2===CH2)=0.5xmol、n(H2O)=2xmol,所以平衡时乙烯的体积分数为 ×100%≈7.7%,D项正确。 11.(2018·合肥一检)一定条件下进行反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),ΔH<0。 现有三个体积相同的密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,按如图所示投料,并在400℃条件下开始反应。 达到平衡时,下列说法正确的是( ) A.容器Ⅰ、Ⅲ中平衡常数相同 B.容器Ⅱ、Ⅲ中正反应速率相同 C.SO3的体积分数: Ⅱ<Ⅲ D.容器Ⅰ中SO2的转化率与容器Ⅱ中SO3的转化率之和小于1 答案 D 解析 容器Ⅰ是绝热容器,反应过程中温度升高,平衡逆向进行,平衡常数减小,容器Ⅰ、Ⅲ中平衡常数不相同,A错误;容器Ⅲ是恒压容器,反应过程中压强小于容器Ⅱ,反应速率小,容器Ⅱ、Ⅲ中正反应速率不相同,B错误;容器Ⅱ是恒温恒容,容器Ⅲ是恒温恒压,随着反应的进行,容器Ⅱ中压强大于容器Ⅲ,平衡正向进行,三氧化硫含量增大,SO3的体积分数: Ⅱ>Ⅲ,C错误;若容器Ⅱ恒温恒容,容器Ⅰ也是恒温恒容时,达到相同的平衡状态,二氧化硫的转化率和三氧化硫的转化率之和为1,但实际上容器Ⅰ是绝热恒容,随反应进行温度升高,平衡逆向移动,二氧化硫的转化率减小,因此容器Ⅰ中SO2的转化率与容器Ⅱ中SO3的转化率之和小于1,D正确。 12.(2018·辽宁双基测试)将一定量的氨基甲酸铵置于恒容的密闭真空容器中(固体体积忽略不计),使其达到化学平衡: H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。 实验测得不同温度下的平衡数据列于表中: 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/(10-3mol/L) 2.4 3.4 4.8 6.8 9.4 下列有关叙述正确的是( ) A.在低温下该反应能自发进行 B.15℃时,该反应的化学平衡常数约为2.0 C.当混合气体平均相对分子质量不变时,该反应达到化学反应限度 D.恒温条件下,向原平衡体系中再充入2molNH3和1molCO2,达平衡后CO2浓度不变 答案 D 解析 根据平衡数据,温度升高,平衡总压强增大,平衡气体总浓度升高,说明平衡向正反应方向移动,正反应是吸热反应,ΔH>0,根据ΔG=ΔH-TΔS,因为ΔH>0,ΔS>0,所以高温下反应能自发进行,A错误;15℃时平衡气体总浓度为2.4×10-3mol/L,则平衡浓度c(NH3)= ×2.4×10-3mol/L=1.6×10-3mol/L,c(CO2)= ×2.4×10-3mol/L=0.8×10-3mol/L,K=c2(NH3)×c(CO2)≈2×10-9,B错误;总质量和总物质的量都是相同比例变化,所以平均相对分子质量始终不变,无法判断该反应是否达到平衡,C错误;温度不变,化学平衡常数不变,即c(CO2)·c2(NH3)不变,所以恒温、恒容条件下,向原平衡体系中再充入2molNH3和1molCO2,平衡逆向移动,达平衡后CO2浓度不变,D正确。 故选D。 [题组一 基础大题] 13.25℃时,在体积为2L的密闭容器中,气态物质A、B、C的物质的量n(mol)随时间t的变化如图所示,已知达到平衡后,降低温度,A的转化率增大。 (1)根据上图数据,写出该反应的化学方程式: ___________________。 此反应的平衡常数的表达式K=____________,从反应开始到第一次平衡时的平均速率v(A)为________。 (2)在5~7min内,若K值不变,则此处曲线变化的原因是____________。 (3)下图表示此反应的反应速率v和时间t的关系图: 各阶段的平衡常数如下表所示: t2~t3 t4~t5 t5~t6 t7~t8 K1 K2 K3 K4 K1、K2、K3、K4之间的关系为________(用“>”“<”或“=”连接)。 A的转化率最大的一段时间是________。 答案 (1)A+2B 2C 0.05mol·L-1·min-1 (2)增大压强 (3)K1>K2=K3=K4 t2~t3 解析 (1)由图中曲线变化情况可知: A和B是反应物,C是生成物,再由物质的量的变化值可得化学计量数之比。 (2)根据已知反应达平衡后,降低温度,A的转化率增大,说明正反应是放热反应。 在5~7min内,K值不变,说明平衡移动不是由温度引起的,因此此处条件只能是增大压强。 (3)根据速率—时间图分析,t3处改变的条件是升温,t5处改变的条件是使用催化剂,t6处改变的条件是减压,因此有K1>K2=K3=K4,A的转化率最大的一段时间是t2~t3。 [题组二 高考大题] 14.(2018·全国卷Ⅱ节选)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。 回答下列问题: (1)CH4CO2催化重整反应为: CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。 某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为________mol2·L-2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表: ①由上表判断,催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”),理由是___________________________________________________________________。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催 化剂表面的积碳量随温度的变化关系如右图所示。 升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。 A.K积、K消均增加 B.v积减小,v消增加 C.K积减小,K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大 ②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。 在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如右图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________。 答案 (1) (2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 解析 (1)某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行催化重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,根据方程式可知 CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) 10.500 0.250.250.50.5 0.750.250.50.5 所以平衡常数为 mol2·L-2= mol2·L-2。 (2)①根据表中数据可知相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大,所以催化剂X劣于Y。 正反应均是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向进行,因此K积、K消均增加,A正确,C错误;升高温度反应速率均增大,B错误;积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低,这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,D正确。 ②根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时,生成速率随p(CO2)的升高而降低,根据图像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。 15.(2016·全国卷Ⅲ)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。 回答下列问题: (1)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度为323K,NaClO2溶液浓度为5×10-3mol·L-1。 反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。 由实验结果可知,脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。 原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是___________________________________________________________________。 (2)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。 ①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”“不变”或“减小”)。 ②反应ClO +2SO 2SO +Cl-的平衡常数K表达式为________________________。 (3)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。 从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是____________________________________________________________________。 答案 (1)大于 NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高 (2)①减小 ② (3)形成CaSO4沉淀,反应平衡向产物方向移动,SO2转化率提高 解析 (1)由实验结果可知,在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多,因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。 原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同外,还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。 (2)①根据平衡分压-lgpeT图可知,反应温度升高,SO2和NO的平衡分压增大,这说明反应向逆反应方向进行,因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小;②根据平衡常数的定义,反应ClO +2SO 2SO +Cl-的平衡常数K表达式为: 。 (3)ClO-把SO2或SO 氧化为SO ,从化学平衡原理分析可知,Ca2+与SO 结合生成微溶的硫酸钙,促使平衡向正反应方向进行,因此Ca(ClO)2相比NaClO具有较好的烟气脱硫效果。 [题组三 模拟大题] 16.(2019·山东日照联考)氮的化合物在生产、生活中广泛存在。 (1)键能是气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。 已知下列化学键的键能如表所示: 化学键 N≡N O===O N—N N—H O—H 键能/(kJ·mol-1) 946 497 193 391 463 写出1mol气态肼(H2N—NH2)燃烧生成氮气和水蒸气的热化学方程式: ____________________________。 (2)用焦炭还原NO的反应为2NO(g)+C(s) N2(g)+CO2(g),向容积均为1L的甲、乙、丙三个恒容恒温(反应温度分别为400℃、400℃、T℃)容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO,测得各容器中n(NO)随反应时间t的变化情况如表所示。 t/min 0 10 20 30 40 n(NO)(甲容器)/mol 2.00 1.50
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