高考化学一轮复习第7章化学反应速率化学平衡第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向习题.docx
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高考化学一轮复习第7章化学反应速率化学平衡第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向习题
化学平衡常数化学反应进行的方向
(时间:
45分钟)
一、选择题
1.下列对熵的理解不正确的是( )
A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小
B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大
C.与外界隔离的体系,自发过程将导致体系的熵减小
D.25℃、1.01×105Pa时,2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增的反应
解析:
体系都有从有序自发转变为无序的倾向,此过程为熵增过程,故C错误。
答案:
C
3.下列有关说法不正确的是( )
A.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
B.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
C.一定温度下,反应MgCl2(l)===Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0,ΔS>0
D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
解析:
A项,根据该反应中各物质的聚集状态可知,该反应的ΔS<0,在室温下该反应能自发进行,则该反应为放热反应,正确;B项,不能自发进行说明该反应ΔG=ΔH-TΔS>0,该反应ΔS>0,ΔH>0,错误;C项,该反应吸热,ΔH>0,反应物为液体,有气态物质生成,所以ΔS>0,正确;D项,该反应常温下不能自发进行,则ΔH-TΔS>0,又因为反应熵增即ΔS>0,则可判断ΔH>0,正确。
答案:
B
3.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
5.00
3.52
2.50
2.50
下列说法不正确的是( )
A.500s内N2O5分解速率为2.96×10-3mol/(L·s)
B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1000s时转化率为50%
C.其他条件不变时,T2温度下反应到1000s时测得N2O5(g)浓度为2.98mol/L,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 解析: v(N2O5)= ≈2.96×10-3mol/(L·s),A正确;1000s后N2O5的浓度不再发生变化,即达到了化学平衡,列出三种量如下: 2N2O5 4NO2+O2 起始(mol/L) 5.00 0 0 平衡(mol/L) 2.50 5.00 1.25 则K= = =125,α(N2O5)= ×100%=50%,B正确;T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的浓度,则改变温度使平衡逆向移动了,逆向是放热反应,则降低温度平衡向放热反应方向移动,即T2 答案: C 4.T℃时,在VL恒容密闭容器中加入足量的TaS2(s)和1molI2(g),发生反应TaS2(s)+2I2(g) TaI4(g)+S2(g) ΔH>0。 tmin时生成0.1molTaI4。 下列说法中正确的是( ) A.0~tmin内,v(I2)= mol·L-1·min-1 B.若T℃时反应的平衡常数K=1,则平衡时I2的转化率为 C.图中制备TaS2晶体过程中循环使用的物质是S2(g) D.图中T1端得到纯净TaS2晶体,则温度T1>T2 解析: A选项,Δc(I2)=2Δc(TaI4)=2× ,错误;B选项,依据三段式进行计算: TaS2(s)+2I2(g) TaI4(g)+S2(g) 0 0 2x x x -2x x x K= =1,x= ,B选项正确;由反应方程式知,右端升高温度平衡右移,生成气体TaI4,在左端降低温度反应逆向进行,生成纯净的TaS2(s),循环利用的是I2(g),C、D选项错误。 答案: B 5.(2015·安徽高考调研)可逆反应A(g)+2B(g) 3C(g)+4D(g) ΔH>0,在恒容密闭容器中达到平衡后,改变某一条件,下列图象正确的是( ) 解析: 该反应是吸热反应,升温平衡正向移动,则平衡常数K应增大,A错;增大压强平衡逆向移动,则B的转化率降低,B错;催化剂不能使化学平衡发生移动,则D的产率不变,C错;化学平衡常数只受温度影响,与反应物的量无关,D正确。 答案: D 6.O3也是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。 O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。 常温常压下发生反应如下: 反应① O3 O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1; 反应② [O]+O3 2O2 ΔH<0 平衡常数为K2; 总反应: 2O3 3O2 ΔH<0 平衡常数为K。 下列叙述正确的是( ) A.降低温度,K减小 B.K=K1+K2 C.适当升温,可提高消毒效率 D.压强增大,K2减小 解析: A项,降温,总反应平衡右移,K应增大,错误;B项,K1= 、K2= 、K= =K1·K2,错误;C项,升温,反应①右移,c([O])增大,提高消毒效率,正确;D项,对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,错误。 答案: C 7.(2015·天津卷)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 解析: A.根据再次加入1molZ(g),平衡后,X、Y、Z的体积分数不变,可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,因此m=2。 B.由于温度没有变化,故两次平衡的平衡常数不变。 C.因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物,因此二者的平衡转化率相等。 D.该反应前后气体分子数不变,因此反应后气体的物质的量与反应前一样,都为4mol,而平衡后Z的体积分数为10%,故平衡时Z的物质的量为4mol×10%=0.4mol,容器体积为2L,则Z的浓度为0.2mol·L-1。 答案: D 二、非选择题 8.(高考组合题) (1)(2014·北京卷)2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)。 在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线(如图)。 ①比较p1、p2的大小关系: ____________。 ②随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是____________。 解析: 反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的正反应为气体总分子数减小的反应,在温度相同时,增大压强,平衡正向移动,NO的平衡转化率增大,结合NO的平衡转化率与压强的变化曲线可知,p1 由图可知,压强一定时,温度升高,NO的平衡转化率降低,说明平衡逆向移动,则该反应的正向ΔH<0,所以随着温度升高,该反应平衡常数减小。 答案: ①p1 (2)(2014·重庆卷)储氢还可借助有机物,如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢: 在某温度下,向恒容密闭容器中加入环己烷,其起始浓度为amol·L-1,平衡时苯的浓度为bmol·L-1,该反应的平衡常数K=____________。 解析: 平衡时,H2浓度为3bmol·L-1,环己烷的浓度为(a-b)mol·L-1,则K= = = mol3·L-3。 答案: mol3·L-3 (3)(2014·山东卷)研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ΔH1<0 (Ⅰ) 2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g) K2 ΔH2<0 (Ⅱ) ①4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=____________(用K1、K2表示)。 ②为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。 测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=___________mol,NO的转化率α1=_____________。 其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2____α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。 若要使K2减小,可采取的措施是________。 解析: ①观察题给的三个方程式可知,题目所求的方程式可由(Ⅰ)×2-(Ⅱ)得到,故该反应的平衡常数K= 。 ②由题给数据可知,n(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1×10min×2L=0.15mol。 2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g) 起始/mol 0.2 0.1 0 转化(10min内)/mol 0.15 0.075 0.15 平衡/mol 0.05 0.025 0.15 故n(Cl2)=0.025mol, NO的转化率α1= ×100%=75%。 其他条件保持不变,由恒容条件(2L)改为恒压条件,因该反应是气体分子数减小的反应,平衡正向移动,NO的转化率增大,即α2>α1;平衡常数只是温度的函数,故由恒容条件改为恒压条件时平衡常数不变;要使平衡常数减小,平衡应逆向移动,因为反应(Ⅱ)是放热反应,故应升高温度。 答案: ①K /K2 ②2.5×10-2 75% > 不变 升高温度 9.(2015·湖南衡阳六校联考)如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2是当前科学家研究的重要课题。 (1)科学家利用H2和CO2生产甲醇燃料。 为探究该反应原理,进行如下实验: 某温度下,在容积为2L的密闭容器中充入1molCO2和3.25molH2,在一定条件下反应,测得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化关系如图所示。 ①从反应开始到3min时,氢气的平均反应速率v(H2)=________。 ②下列措施中一定能使CO2的转化率增大的是______(填字母)。 A.在原容器中再充入1molCO2 B.在原容器中再充入1molH2 C.在原容器中充入1molHe D.使用更有效的催化剂 E.缩小容器的容积 F.将水蒸气从体系中分离出 (2)科学家还利用氢气在一定条件下与二氧化碳反应生成乙醇燃料,其热化学反应方程式为2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH=akJ·mol-1,在一定压强下,测得该反应的实验数据如表所示。 请根据表中数据回答下列问题。 ①上述反应的a__________0(填“大于”或“小于”)。 ②恒温下,向反应体系中加入固体催化剂,则反应产生的热量________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ③增大 的值,则生成乙醇的物质的量________(填“增大”“减小”“不变”或“不能确定”)。 解析: (1)①从反应开始到3min时,v(CO2)=(1.00mol-0.5mol)÷2L÷3min= mol·L-1·s-1,根据反应的化学方程式: CO2+3H2 CH3OH+H2O,化学计量数之比等于化学反应速率之比,则v(H2)=0.25mol·L-1·min-1。 ②在原容器中再充入1molH2,平衡右移;缩小容器的容积,压强增大,平衡右移;将水蒸气从体系中分离出,减小了水蒸气的浓度,平衡右移。 (2)①上述反应中,升高温度,CO2的转化率降低,则逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,a<0。 ②恒温下,向反应体系中加入固体催化剂,反应产生的热量不变,催化剂不能使平衡移动,不改变ΔH的大小。 答案: (1)①0.25mol·L-1·min-1 ②BEF (2)①小于 ②不变 ③不能确定 10.苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8),其反应原理是C8H10(g) C8H8(g)+H2(g) ΔH=+125kJ·mol-1 Ⅰ.某温度下,将0.40mol苯乙烷,充入2L真空密闭容器中发生反应,测定不同时间该容器内物质的量,得到数据如下表: 时间/min 0 10 20 30 40 n(C8H10)/mol 0.40 0.30 0.26 n2 n3 n(C8H8)/mol 0.00 0.10 n1 0.16 0.16 (1)当反应进行到20min时,该段时间内H2的平均反应速率是________________________。 (2)该温度下,该反应的化学平衡常数是________。 (3)若保持其他条件不变,用0.40molH2(g)和0.40molC8H8(g)合成C8H10(g),当有30kJ热量放出时,该反应中H2的转化率是________。 此时,该反应是否达到了平衡状态? ________(填“是”或“否”)。 Ⅱ.工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(不参与反应),C8H10(g)的平衡转化率与水蒸气的用量、体系的温度、压强的关系如图Ⅰ、图Ⅱ所示。 (4)由图Ⅰ可知,T1_______T2(填“大于”“小于”或“等于”)。 (5)由图Ⅱ可知,当其他条件不变时,水蒸气的用量越大,C8H10的平衡转化率将________(填“越大”“越小”或“不变”),原因是__________________。 解析: (1)v(H2)=v(C8H10)= =0.0035mol·L-1·min-1 (2) C8H10(g) C8H8(g)+H2(g) 起始/mol·L-1 0.20 0 0 平衡/mol·L-1 0.12 0.08 0.08 K= = (3) C8H8(g)+H2(g) C8H10(g) 起始/mol 0.40 0.40 0 某时刻/mol 0.40-x 0.40-x x 125kJ·mol-1×x=30kJ x=0.24mol α(H2)= ×100%=60% Q= = = ,所以处于平衡状态。 (4)升温,平衡右移,C8H10的平衡转化率增大,所以T1大于T2。 (5)随着水蒸气的加入,扩大了容器的容积,相当于对反应体系减小压强,平衡右移,转化率增大。 答案: (1)0.0035mol·L-1·min-1 (2)4/75或0.053 (3)60% 是 (4)大于 (5)越大 随着水蒸气的加入,扩大了容器的容积,相当于对反应体系减小压强(或使得浓度商Q<K)平衡右移,转化率增大 11.在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度进行如下反应: A(g) B(g)+C(g) ΔH=+85.1kJ·mol-1 反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表: 时间t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30 总压强p/100kPa 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53 回答下列问题: (1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为_____________。 (2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为________________。 平衡时A的转化率为________,列式并计算反应的平衡常数K________________。 (3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n(总)=________________mol,n(A)=________________mol。 ②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算: a=________。 反应时间t/h 0 4 8 16 c(A)/(mol·L-1) 0.10 a 0.026 0.0065 分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律,得出的结论是____________,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为________mol·L-1。 解析: 通过分析表格中数据,根据压强之比等于物质的量之比入手解决相关问题。 (1)要提高A的转化率,应通过改变条件使平衡正向移动,可以从浓度、温度、压强三个方面考虑,可从容器中分离出B、C或扩大容器的体积(降低压强)或升高温度。 (2)相同条件下,在密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比,设反应后气体的总物质的量为x,则有 = ,故x= mol,而气体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的量,故A的转化率为 ×100%= ×100%,将表中的数据代入公式中可得平衡时A的转化率为 ×100%≈94.1%;根据化学方程式列出平衡三段式,注意三段式中使用的都是浓度,即可求得平衡常数。 (3)结合 (2)的解析可知n(A)=0.10mol- mol=0.10× mol;根据表中的数据,可知a=0.10× mol·L-1≈0.051mol·L-1,通过表中的数据可知,在达到平衡前每间隔4h,A的浓度减少约一半,故反应在12h时,A的浓度为0.5×0.026mol·L-1=0.013mol·L-1。 答案: (1)升高温度、降低压强 (2) ×100% 94.1% A(g) B(g) + C(g) 起始: 0.10 0 0 转化: 0.10×94.1% 0.10×94.1% 0.1×94.1% 平衡: 0.10×(1-94.1%) 0.10×94.1% 0.1×94.1% K= ≈1.5mol·L-1 (3)①0.10× 0.10×(2- ) ②0.051 达到平衡前每间隔4h,c(A)减少约一半 0.013 热点专题讲座(七) 化学平衡问题中常用的学科思想 在化学平衡问题中,运用某些学科思想能够很好地解决问题,其中比较常用的学科思想有: 极值思想、虚拟思想和转化思想(等效思想法)。 一、极值思想 可逆性是化学平衡的前提,反应达到平衡状态时应是反应物和生成物共存的状态,每种物质的量不为0(可逆反应“不为0”原则)。 但在处理化学平衡问题时,特别是在确定某些范围或在范围中选择合适的量时,往往可用极限分析法推断,即假设反应不可逆,则最多生成产物多少,有无反应物剩余。 虽然这样的极值点是不可能达到的,却可以帮助我们确定某些数值的范围。 该方法常用来判断混合物的组成,平衡混合物中各组分含量的范围等。 极端假设法解题的关键是将问题合理假设成某种“极值状态”,从而进行极端分析。 一般来说,对于混合物成分的确定,常把混合物看做某单一组分进行讨论;对于化学平衡来说,常假设可逆反应向某一反应方向进行到底,再进行讨论。 【例1】 将1molCO和1molH2O(g)充入某固定容积的反应器中,在某条件下达到平衡: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),此时有 的CO转化为CO2,在相同条件下,若将1molCO2、1molH2和1molH2O(g)充入同一反应容器中,当达到平衡后,混合气体中CO2的体积分数可能为( ) A.22.2%B.27.5% C.33.3%D.36.8% 解析: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 起始/mol 1 1 0 0 平衡/mol 反应达到平衡时CO2的体积分数为 ×100%=33.3%。 当加入1molCO2、1molH2和1molH2O(g)时体现的关系为 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 起始/mol 0 1 1 1 转化/mol 1 2 0 0 与前一种情况相比,由于H2O(g)量的增加,达到平衡时CO的反应量应大于 mol,但小于1mol,CO2的生成量应大于 mol,小于1mol,因此平衡时CO2的体积分数应大于 ×100%=22.2%,而小于 ×100%=33.3%,故正确答案为B。 答案: B 二、虚拟思想 所谓虚拟思想,就是在分析或解决问题时,根据需要和可能,虚拟出能方便解题的对象,并以此为中介,实现由条件向结论转化的思维方法。 即把一种状态与另一种状态平衡时的情况(如转化率、物质的量浓度及含量等)进行比较,可以假设一个中间转化过程,便于比较。 【例2】 一定量的混合气体在密闭容器中发生反应: mA(g)+nB(g) pC(g)达到平衡时,维持温度不变,将气体体积缩小到原来的1/2,当达到新的平衡时,气体C的浓度变为原平衡时的1.9倍,则下列说法正确的是( ) A.m+n>pB.m+n C.平衡向正反应方向移动D.C的质量分数增加 解析: 当气体体积缩小到原来的1/2,假设平衡未发生移动(虚拟出一种中间状态),则C的浓度为原平衡时的2倍,而事实上平衡发生了移动,平衡移动的结果是C的浓度为原平衡时的1.9倍,则可认为由虚拟中间状态向逆反应方向发生了移动。 答案: B 三、转化思想(等效思维法) 通过变换思维角度,对题目作适当假设、代换或转化,使问题得以简化,以找出解题途径的思维方法。 它是数学上等价转化思想在化学解题中的应用。 由于化学平衡存在等效法——即某可逆反应在一定条件下达到化学平衡后,采用不同的方法改变外界条件,会导致平衡移动过程中某些方面的等效性,以此推出在其它方面也有等效法,从而将思维从陌生转换到熟悉,这样处理不仅思路清晰,还有助于培养学生以此及彼的联想思维能力。 【例3】 在一恒温恒容的密闭容器中,发生反应: 2A(g)+B(g) nC(g)。 Ⅰ.若在容器中充入2molA和1molB作为起始物质,达平衡后C的体积分数为x%。 Ⅱ.若在Ⅰ达到平衡后,再在容器中充入2molA和1molB,平衡向________反应方向移动,达到新平衡后C的体积分数为y%,则(均填“>”“<”或“=”): (1)当n>3时,x%________y%; (2)当n=3时,x%________y%; (3)当n<3时,x%________y%。 解析: 比较两个化学平衡可知: Ⅱ分两次共加入4molA和2molB,即起始浓度Ⅱ恰好为Ⅰ的2倍,根据勒夏特列原理,增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动,则达新平衡后C的物质的量增大,但混合气体总物质的量也增大,因而达新平衡后C的体积分数如何改变一时难以确定。 思维转换: 平衡Ⅱ中A、B起始浓
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