高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题2 化学反应速率与化学平衡第三单元 化学平衡的移动课时作业
展开题型一 化学平衡常数及其影响因素
1.在一定条件下,已达平衡的可逆反应:2A(g)+B(g)2C(g),下列说法中正确的是( )
A.平衡时,此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系:K= eq \f(c2(C),c2(A)·c(B))
B.改变条件后,该反应的平衡常数K一定不变
C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数随之变化
D.若平衡时增加A和B的浓度,则平衡常数会减小
解析:选A 对于确定的反应,K只与温度有关,改变除温度之外的条件都不会引起K的改变。
2.下列说法正确的是( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和 eq \f(1,2) N2(g)+ eq \f(3,2) H2(g)NH3(g)的平衡常数表达式相同
B.改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K
C.平衡常数K既与温度、反应物本身的性质有关,也与反应物浓度、压强有关
D.从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度
解析:选D 平衡常数只受温度的影响,与浓度、压强无关,不同温度下,化学平衡常数不同。化学方程式的系数不同,化学平衡常数表达式也不一样,故A、B、C错误;平衡常数K越大,反应正向进行的程度越大,故由平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度,D正确。
3.反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1;反应HI(g) eq \f(1,2) H2(g)+ eq \f(1,2) I2(g)的平衡常数为K2,则K1、K2的关系为(平衡常数为同温度下的测定值)( )
A.K1=2K2 B.K1= eq \f(1,K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) )
C.K1=K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) D.K1= eq \f(1,2K2)
解析:选B 反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1,则相同温度下,反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数为 eq \f(1,K1) ,故反应HI(g) eq \f(1,2) H2(g)+ eq \f(1,2) I2(g)的平衡常数K2=,故K1= eq \f(1,K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ) ,故选B。
题型二 化学平衡常数、平衡转化率的计算
4.已知热化学方程式:aX(g)+3Y(s)bZ(g) ΔH<0。现在2 L的密闭容器中加入0.9 ml X和1 ml Y,当Y的物质的量减少0.75 ml时,达到平衡状态,此时X、Z的浓度分别是0.2 ml·L-1和0.5 ml·L-1,该温度下的平衡常数为( )
A. eq \f(25,16) B. eq \f(5,4)
C.35 D.20
解析:选A aX(g)+3Y(s)bZ(g) ΔH<0
开始/ml 0.9 1 0
反应/ml 0.25a 0.75 0.25b
平衡/ml 0.4 0.25 1
所以0.9-0.25a=0.4,0.25b=1,则a=2,b=4,则该温度下的平衡常数K= eq \f(cb(Z),ca(X)) = eq \f(0.54,0.22) = eq \f(25,16) ,故选A。
5.已知合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·ml-1,在恒温恒容的密闭容器中通入2 ml N2和6 ml H2,达平衡时放出热量73.0 kJ,则N2的转化率最接近( )
A.40% B.80%
C.30% D.60%
解析:选A 由热化学方程式可知,消耗的氮气的物质的量为 eq \f(73.0 kJ,92 kJ·ml-1) ≈0.80 ml,则转化率为 eq \f(0.80,2) ×100%=40%,故选A。
6.对于反应2A(g)+xB(g)4C(g)达到平衡时C的浓度为1.5 ml·L-1,当其他条件不变,把体积扩大1倍时,测得C的浓度为0.8 ml·L-1,则x的值为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选A 其他条件不变,把体积扩大1倍时,假定平衡不移动,C的浓度为0.75 ml·L-1,实际C的浓度为0.8 ml·L-1,大于0.75 ml·L-1,说明体积扩大,降低压强,平衡向生成C的方向移动,降低压强,平衡向气体体积增大的方向移动,则:x+2<4,且x为整数,故x=1,故选A。
7.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.反应达平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y2Z,该温度下其平衡常数为1 600
C.改变压强可以改变此反应的平衡常数
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
解析:选C X、Y、Z三种物质变化的浓度之比为(0.1 ml·L-1-0.05 ml·L-1)∶(0.2 ml·L-1-0.05 ml·L-1)∶0.1 ml·L-1=1∶3∶2,故化学方程式为X+3Y2Z,K= eq \f(c2(Z),c(X)·c3(Y)) = eq \f(0.12,0.05×0.053) =1 600。平衡常数K只与温度有关,与压强无关,C项错误。
8.CO可用于合成甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
(1)图1是反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①该反应的焓变ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1________(填“>”“<”或“=”)K2。在T1温度下,往容积为1 L的密闭容器中充入1 ml CO和2 ml H2,经测得CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。则该反应的平衡常数为________。
(2)在容积为1 L的恒容容器中,分别研究在230 ℃、250 ℃和270 ℃三种温度下合成甲醇的规律。如图3是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 ml)与CO平衡转化率的关系,则曲线z对应的温度是________℃;该温度下上述反应的化学平衡常数为________。曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为________。
解析:(1)①根据先拐先平温度高可知:T2>T1,温度越高,CO的转化率越小,说明升温平衡逆向移动,所以ΔH<0;
②对于放热反应,温度越高,平衡逆向移动,化学平衡常数越小,所以K1>K2,在T1温度下,平衡状态下CO的浓度为0.25 ml·L-1,CH3OH(g)的浓度为0.75 ml·L-1,列三段式,
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量/(ml·L-1) 1 2 0
变化量/(ml·L-1) 0.75 1.5 0.75
平衡量/(ml·L-1) 0.25 0.5 0.75
K= eq \f(0.75,0.25×0.52) =12。
(2)该反应为放热反应,温度越高,CO的转化率越小,所以曲线z对应的温度为270 ℃,由图像可知当270 ℃时,CO的转化率为50%,此时n(H2)∶n(CO)=1.5,则
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/(ml·L-1) 1 1.5 0
转化/(ml·L-1) 0.5 1 0.5
平衡/(ml·L-1) 0.5 0.5 0.5
K= eq \f(c(CH3OH),c(CO)·c2(H2)) = eq \f(0.5,0.5×0.52) =4,a、b点在等温线上,温度高于c点的温度,所以K1=K2
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) ΔH<0,升高温度,该反应平衡常数增大
C.对于给定的可逆反应,温度一定时,其正、逆反应的平衡常数相等
D.CO2+H2 eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(高温)) CO+H2O的平衡常数表达式为K= eq \f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2))
解析:选D 化学平衡常数只与温度有关,改变条件反应物转化率增大时温度不一定改变,则化学平衡常数不一定增大,故A错误;该反应的正反应是放热反应,升高温度化学平衡常数减小,故B错误;温度一定时,正、逆反应的化学平衡常数互为倒数,不一定相等,故C错误;该反应平衡常数表达式为K= eq \f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2)) ,故D正确。
10.O3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。常温常压下发生的反应如下:
反应① O3O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1;
反应② [O]+O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2;
总反应:2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。
下列叙述正确的是( )
A.降低温度,总反应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:选C 降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误;K1= eq \f(c(O2)·c([O]),c(O3)) 、K2= eq \f(c2(O2),c([O])·c(O3)) 、K= eq \f(c3(O2),c2(O3)) =K1·K2,B项错误;升高温度,反应①平衡向右移动,c([O])增大,可提高消毒效率,C项正确;压强增大,K2不变,D项错误。
11.向2 L的密闭容器中充入1 ml A和1 ml B,反应A(g)+B(g)C(g)+D(g) ΔH的平衡常数(K)和温度(T)的关系如下。800 ℃时,经5 s反应达到平衡状态,此时B的平均反应速率v(B)=0.04 ml·L-1·s-1。下列说法不正确的是( )
A.平衡时,c(B)为0.6 ml·L-1
B.800 ℃时平衡常数X= eq \f(4,9)
C.ΔH>0
D.900 ℃该反应达到平衡状态时,A的物质的量为0.5 ml
解析:选A 根据B的平均反应速率,则Δc(B)=v(B)×Δt=0.04 ml·L-1·s-1×5 s=0.2 ml·L-1,则c(B)=0.5 ml·L-1-0.2 ml·L-1=0.3 ml·L-1,故A错误;平衡时c(A)=0.3 ml·L-1,c(B)=0.3 ml·L-1,c(C)=c(D)=0.2 ml·L-1,所以K= eq \f(c(C)·c(D),c(A)·c(B)) = eq \f(0.2×0.2,0.3×0.3) = eq \f(4,9) ,故B正确;根据700 ℃和900 ℃的平衡常数分析,温度升高,K增大,说明温度升高有利于反应正向进行,则ΔH>0,故C正确。
12.将固体NH4I置于密闭容器中,在某温度下发生下列反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g),②2HI(g)H2(g)+I2(g),当反应达到平衡时,测得c(H2)=0.5 ml·L-1,c(HI)=4 ml·L-1,则反应①的平衡常数为( )
A.4 B.16
C.20 D.25
解析:选C 平衡时c(HI)=4 ml·L-1,HI分解生成的H2的浓度为0.5 ml·L-1,NH4I分解生成的HI的浓度为4 ml·L-1+2×0.5 ml·L-1=5 ml·L-1,所以NH4I分解生成的NH3的浓度为c(NH3)=5 ml·L-1,所以反应①的平衡常数为K=c(NH3)·c(HI)=5×4=20,故选C。
13.已知某化学反应的平衡常数表达式为K= eq \f(c(CO2)·c(H2),c(CO)·c(H2O)) ,其平衡常数K和温度的关系如下表:
下列有关叙述错误的是( )
A.该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
B.上述反应的正反应是放热反应
C.如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 ml,5 min后,温度升高到830 ℃,此时测得CO2的物质的量为0.4 ml,则该反应达到平衡状态
D.某温度下,若平衡浓度符合下列关系式: eq \f(c(CO2),3c(CO)) = eq \f(c(H2O),5c(H2)) ,则此时的温度是1 000 ℃
解析:选C 根据平衡常数表达式知,A项正确;该反应的平衡常数随着温度的升高而减小,故该反应的正反应是放热反应,B项正确;由n(CO2)=0.4 ml可推知,该状态下,n(H2)=0.4 ml、n(H2O)=0.6 ml、n(CO)=0.6 ml,Q= eq \f(4,9) <1.00,故该反应没有达到化学平衡状态,C项错误;将所给关系式进行变化,可知该条件下平衡常数K=0.60,D项正确。
14.将6 ml A和5 ml B混合于4 L密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)nC(g)+2D(g),5 s后反应达到平衡状态,生成2 ml D和2 ml C,则下列结论中不正确的是( )
A.该温度下反应的化学平衡常数为 eq \f(4,27)
B.n=2
C.平衡时B的浓度为1 ml·L-1
D.平衡时B的转化率为50%
解析:选D 生成C、D的物质的量相等,则C、D的化学计量数也相等,故n=2,设转化的B的物质的量为x ml,则有:
3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)
初始/ml 6 5 0 0
转化/ml 3x x 2x 2x
平衡/ml 6-3x 5-x 2x 2x
根据题意得2x=2,x=1。平衡时B的浓度c(B)= eq \f((5-1)ml,4 L) =1 ml·L-1,转化率α(B)= eq \f(1 ml,5 ml) ×100%=20%。K= eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))\s\up12(2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)))\s\up12(3)×1) = eq \f(4,27) 。
15.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:
TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) ΔH>0(Ⅰ)
(1)反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K=______________。
(2)若K=1,向某恒容密闭容器中加入1 ml I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为________。
解析:(1)根据题意反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K= eq \f(c(TaI4)·c(S2),c2(I2)) ;
(2)若K=1,设I2的平衡转化率为x,则参加反应的为x ml,平衡时生成TaI4和S2各0.5x ml,剩余I2为(1-x)ml,根据K= eq \f(c(TaI4)·c(S2),c2(I2)) = eq \f(0.5x×0.5x,(1-x)2) =1,
解得:x≈66.7%;
答案:(1) eq \f(c(TaI4)·c(S2),c2(I2)) (2)66.7%物质
X
Y
Z
初始浓度/(ml·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(ml·L-1)
0.05
0.05
0.1
温度/℃
700
800
900
平衡常数
0.1
X
1
温度/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
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