全国通用版2022版高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡3化学平衡常数化学反应进行的方向2课时作业含解析

化学平衡常数　化学反应进行的方向(A)

(45分钟　100分)

一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)

1.下列反应在任意温度下一定能自发进行的是 (　　)

A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑

B.NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)　ΔH<0

C.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0

D.X2Y2(s)X2(g)+Y2(g)　ΔH<0

【解析】选D。反应是吸热反应ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,故A错误;反应是放热反应ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,故B错误;反应是吸热反应ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,故C错误;反应是放热反应ΔH<0,ΔS>0,任意温度下能自发进行,故D正确。

【易错提醒】反应自发进行的判断误区

(1)反应能否自发进行,需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。

(2)复合判据ΔH-TΔS<0的反应不一定能够实际发生。

(3)自发反应的熵不一定增大,非自发反应的熵也不一定减小。

2. Cl2合成有机物时会产生副产物HCl。利用反应4HCl(g)+

O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)可实现氯的循环利用。如图是反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。当该反应达平衡时,下列叙述正确的是              (　　)

A.该反应平衡常数的表达式K=

B.及时分离出H2O,平衡正向移动,这是正反应速率逐渐增大的缘故

C.若向恒容平衡体系内再加入1 mol O2,则达新平衡时,HCl的转化率增大

D.随温度升高,该反应的平衡常数K值会变大

【解析】选C。该反应平衡常数的表达式K= ,A项错误;分离出H2O,平衡会正向移动,原因是逆反应速率随c(H2O)的减小而减小,正反应速率大于逆反应速率,B项错误;向恒容平衡体系内再加入1 mol O2,平衡正向移动,使HCl的转化率增大,C项正确;由温度对HCl平衡转化率影响的曲线可知,该反应是放热反应,温度升高使平衡逆向移动,平衡常数K值会变小,D项错误。

3.将E(s)和F(g)加入密闭容器中,在一定条件下发生反应:

E(s)+4F(g)G(g),已知该反应的平衡常数如表所示。下列说法正确的是

 (　　)

A.上述反应是熵增反应

B.25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数是0.5

C.在80 ℃时,测得某时刻F、G的浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)

D.恒温恒容下,向容器中再充入少量G(g),达新平衡时,G的体积百分含量将增大

【解析】选D。由化学方程式可知,该反应为反应后气体分子总数减小的反应,故该反应为熵减反应,A项错误;正反应和逆反应的平衡常数互为倒数,故25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数是2×10-5,B项错误;80 ℃时,浓度商为=8>2,平衡逆向移动,v(逆)>v(正),C项错误;再充入G(g),相当于对该反应加压,反应正向移动,G(g)的百分含量增大,D项正确。

【加固训练】

　　在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:

下列说法错误的是 (　　)

A.反应达到平衡时,X的转化率为50%

B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1 600

C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大

D.改变温度可以改变此反应的平衡常数

【解析】选C。X、Y的反应量分别为0.05 mol·L-1、0.15 mol·L-1,Z的生成量为0.1 mol·L-1,则该反应的化学方程式为X+3Y2Z。显然X的转化率为50%;平衡常数K= =1 600;平衡常数仅受温度的影响,不受压强、浓度的影响,所以C项错误,D项正确。

4.甲醇汽油是一种新能源清洁燃料,工业上可用CO和H2制取甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=bkJ·mol-1,曲线Ⅰ、Ⅱ是CO的转化率与反应物投料比及温度的图象,下列有关叙述不正确的是             

 (　　)

A.b<0

B.平衡常数KB>KA

C.若Ⅱ反应的c(CO)始=1 mol·L-1、投料比为0.5,A点的平衡常数KA=1

D.降低温度和增大压强都可以提高CO转化率

【解析】选B。由图象可知,一氧化碳转化率随温度升高而减小,说明平衡逆向移动,正反应为放热反应,b<0,A正确;A、B点温度相同,故平衡常数相同,B错误;若Ⅱ反应的c(CO)始=1 mol·L-1、投料比为0.5,则c(H2)始=2 mol·L-1,

　　　　　　    CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol·L-1)  1     2       0

变化量(mol·L-1)  0.5   1       0.5

平衡量(mol·L-1)  0.5   1     0.5

A点的平衡常数KA=0.5/(0.5×12)=1,C正确;该反应正向放热且气体的物质的量减小,故降低温度和增大压强都可以使平衡正向进行,提高CO转化率,D正确。

5.一定温度下,在密闭容器中X、Y、Z、W四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示,下列说法不正确的是              (　　)

A.反应达到平衡时,X的体积分数为10%

B.该温度下反应的平衡常数K=16

C.保持温度不变增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动

D.若X、Y的初始浓度均为0.8 mol·L-1,则相同条件下达到平衡,W的浓度为

0.64 mol·L-1

【解析】选C。根据表中所给数据,可得反应方程式为X(g)+Y(g)Z(g)+W(g),反应达到平衡时,X的体积分数为×100%=10%,A选项正确;

K==16,B选项正确;这是一个反应前后气体分子数不变的反应,增大压强正、逆反应速率都增大,但平衡不移动,C选项错误;设达平衡时W的浓度为

c mol·L-1(0<c<0.8),则16=,解得c=0.64,D选项正确。

6.在两个固定体积均为1 L密闭容器中以不同的氢碳比

充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如图所示。下列说法正确的是

  (　　)

A.该反应在常温下不可能自发进行

B.氢碳比,X<2.0

C.若起始时,CO2、H2浓度分别为0.5 mol·L-1、1.0 mol·L-1,则可得P点,对应温度的平衡常数的值为512

D.向处于P点状态的容器中,按2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,再次平衡后α(CO2)减小

【解析】选C。由图可知,随温度升高,CO2的平衡转化率减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,即ΔH<0,另外据反应可知ΔS<0,则ΔH-TΔS可能小于0,因此常温下该反应可能自发进行,A错误;氢碳比越大,二氧化碳的转化率越大,故X>2.0,B错误;由图可知,P点平衡时二氧化碳转化率为0.50,氢碳比为2.0,根据三段式可计算出此时的平衡常数为512,C正确;向处于P点状态的容器中,按2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,此时平衡正向移动,再次平衡后,α(CO2)增大,D错误。

【互动探究】

(1)其他条件不变的情况下,增大容器的体积CO2的转化率将__________。 

提示:减小。该反应正向气体的物质的量减小,增大容器的体积,压强减小,平衡逆向移动,CO2的转化率减小。

(2)CO2和H2的转化率相等时,X=___________。 

提示:3。当CO2和H2的物质的量之比等于化学计量数之比时,两者的转化率相等,即X=3。

7.(能力挑战题)化学平衡状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的相关数据如表:

根据以上信息判断,下列结论错误的是 (　　)

A.a>b

B.增大压强,平衡状态Ⅱ不移动

C.升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动

D.反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应

【解析】选C。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数分别为K1=,K2=,

K3=,同温度下,K2=,K3=K1·K2,979 K时,平衡常数a=1.47×1.62≈2.38, 1 173 K时平衡常数b=≈0.78。计算分析可知a>b, A正确;反应Ⅱ 是气体体积不变的反应,增大压强平衡不移动,B正确;反应Ⅲ平衡常数随温度升高而减小,平衡逆向进行,C错误;反应Ⅱ 的平衡常数随温度升高而减小,说明正反应为放热反应,反应Ⅲ平衡常数随温度升高而减小,说明正反应为放热反应,D正确。

二、非选择题(本题包括3小题,共58分)

8.(19分)在体积为1 L的密闭容器中,进行如下化学反应:

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),化学平衡常数K与温度T的关系如下表:

回答下列问题:

(1)升高温度,化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 

(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。 

a.c(CO2)=c(CO)

b.K不变

c.容器中的压强不变

d.v正(H2)=v正(CO2)

e.c(H2)保持不变

(3)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),此时的温度为________;在此温度下,若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O,则此时反应所处的状态为________(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。 

【解析】(1)由表格数据可得,随着温度升高,平衡常数增大,说明化学平衡向正反应方向移动;(2)a.达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO),反之相等时也不一定处于平衡状态,不正确;b.温度不变K不变,不正确;c.此反应不论是否平衡,压强均不改变,故不正确;d.v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致,故不能判断是否达到平衡;e.达到平衡时,各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(CO2)·

c(H2)=c(CO)·c(H2O),则计算出K=1.0,即此时温度为850 ℃,此温度下=≈0.94<1.0,故反应向正反应方向进行中。

答案:(1)正反应　(2)e　(3)850 ℃　向正反应方向进行中

9.(19分)(2018·湘潭模拟)已知

Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)　K1①

Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)　K2②

H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)　K3③

又已知不同温度下,K1、K2值如下:

(1)若500 ℃时进行反应①,CO2起始浓度为2 mol·L-1,2分钟后建立平衡,则CO2转化率为__________,用CO表示的速率为__________。 

(2)900 ℃进行反应③,其平衡常数K3为______(求具体数值),焓变ΔH____0(填“>”“=”或“<”),若已知该反应仅在高温时正反应自发进行,则ΔS______0(填“>”“=”或“<”)。 

(3)下列图象符合反应②的是__________(填序号)(图中v是速率,φ为混合物中H2的体积百分含量)。 

【解析】(1)设CO2的转化率为x,则

                Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)

起始浓度mol·L-1   2                  0

转化浓度mol·L-1   2x                 2x

平衡浓度mol·L-1   2-2x               2x

K==1.00,则x=0.5=50%,

v(CO)==0.5 mol·L-1·min-1。

(2)反应③=反应①-反应②,则反应③的化学平衡常数表达式为K3====1.50根据表中数值可知温度升高K1增大,K2减小,所以K3增大,则ΔH>0,据ΔH-TΔS知,吸热的熵增反应在高温下能自发进行。

(3)升高温度K2减小,说明升温平衡逆向移动,反应②是放热反应。升温平衡逆向移动,v(逆)大于v(正),H2的体积分数减小,A错,B正确;温度越高,反应速率越快,则T2>T1,C正确;铁为固体,其含量不影响平衡转化率和反应速率,D正确。

答案:(1)50%　0.5 mol·L-1·min-1

(2)1.50　>　>　(3)B、C、D

10.(20分)(能力挑战题)无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)　ΔH=+24.4 kJ·mol-1

(1)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中,下述现象能说明反应达到平衡的是___________________________。 

a.v正(N2O4)=2v逆(NO2)

b.体系颜色不变

c.气体平均相对分子质量不变

d.气体密度不变

达到平衡后,保持体积不变升高温度,再次达到平衡时,则混合气体颜色_______

(填“变深”“变浅”或“不变”),判断理由是________________。 

(2)平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数[例如:p(NO2)=p总×x(NO2)]。写出上述反应平衡常数K表达式: __________(用p总、各气体物质的量分数x表示);影响K的因素为_____________________。 

(3)上述反应中,正反应速率v(正)=k正·p(N2O4),逆反应速率v(逆)=k逆·p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa),已知该条件下,k正=4.8×104 s-1,当N2O4分解10%时,v(正)=________kPa·s-1。 

【解析】(1)=,不是化学计量数之比,a错误;颜色不变,说明c(NO2)不变,b正确;=,均是气体,m(气)不变,平均相对分子质量不变,说明n(气)不变,达到平衡,c正确;气体的质量不变,容器体积不变,密度始终不变,d错误。该反应正反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,c(NO2)增大,颜色加深。

(2)K=,将c(NO2)、c(N2O4)换成p(NO2)、p(N2O4),影响平衡常数的因素只有温度。

(3)Kp==,达到平衡时v(正)=v(逆),Kp=。设N2O4 为1 mol,分解减少0.1 mol,剩余0.9 mol,生成NO2为0.2 mol,v(正)=k正·p(N2O4)=4.8×

104 s-1··100 kPa=3.9×106 kPa·s-1。

答案:(1)b、c　变深　正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深

(2)p总·x2(NO2)/x(N2O4)　温度

(3)k正/k逆　3.9×106