人教版高考化学一轮复习限时集训23化学反应的方向和限度含答案

化学反应的方向和限度

(建议用时：40分钟)

1．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＝＋185.57 kJ·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

2．在体积固定的绝热密闭容器中，可逆反应NO2(g)＋SO2(g)NO(g)＋SO3(g)　ΔH<0达到平衡状态的标志是(　　)

A．NO2、SO2、NO和SO3四种气体的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1

B．生成n mol SO2的同时消耗n mol SO3

C．容器中气体压强不再变化

D．密闭容器中气体的密度不再发生变化

C　[绝热容器，气体压强不变说明温度不再变化，说明达到平衡状态，C正确。]

3．反应2CrO(黄色，aq)＋2H＋(aq)Cr2O(橙色，aq)＋H2O(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1(c>0)，某温度下，平衡常数K＝9.5×104。在该温度下，取50 mL溶液进行实验，部分测定数据如表所示：

已知Pb2＋可以与CrO反应生成沉淀。下列说法错误的是(　　)

A．0.03 s时，v正(CrO)＝2v逆(Cr2O)

B．溶液pH不变说明该反应已达到平衡状态

C．反应放热2.5×10－3c kJ时，CrO的转化率为50%

D．0.04 s时加入足量的Pb(NO3)2可使溶液由橙色变为黄色

D　[0.02 s时，n(Cr2O)＝4.73×10－3 mol,0.04 s时，n(Cr2O)＝4.75×10－3 mol，说明反应在0.03 s时已达到化学平衡状态，正、逆反应速率相等，v正(CrO)＝2v逆(Cr2O)，A正确；溶液pH不变，说明溶液中H＋浓度不变，各组分浓度不变，可逆反应已达到平衡状态，B正确；若0.01 mol CrO完全反应，放出0.005c kJ热量。反应放热2.5×10－3c kJ时，CrO转化了50%，C正确；0.04 s时加入足量的Pb(NO3)2，Pb2＋将CrO沉淀，平衡向逆反应方向移动，但使溶液显黄色的为CrO，CrO浓度减小了，溶液不会变成黄色，D错误。]

4．(2021·无锡模拟)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1可用于工业合成氨。在容积固定不变的密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2发生反应。下列叙述正确的是(　　)

A．该反应达到平衡时，放出的热量等于92.4 kJ

B．达到平衡后向容器中通入1 mol氦气，平衡不移动

C．降低温度和缩小容器体积均可使该反应的平衡常数增大

D．常温常压下，有22.4 L的N2反应时转移了6 mol电子

B　[反应为可逆反应，不能完全转化，则加入1 mol N2和3 mol H2发生反应达到平衡时，放出的热量小于92.4 kJ，故A错误；容积不变，通入1 mol氦气，反应体积中各物质的浓度不变，则平衡不移动，故B正确；该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，K增大，而K只与温度有关，缩小容器体积平衡常数K不变，故C错误；常温常压下，气体摩尔体积不等于22.4 L/mol,22.4 L的氮气不是1 mol，故转移电子不是6 mol，故D错误。]

5．已知T1温度下在容积为10 L的密闭容器中发生可逆反应X(g)＋Y(g)2Z(g)＋2W(s)　ΔH，起始时充入15 mol X与15 mol Y,10 min时反应达到平衡状态，测得平均速率v(Z)＝0.12 mol·L－1·min－1。下列有关说法正确的是(　　)

A．T1温度下该反应的平衡常数为2.56

B．平衡时再充入一定量的X，平衡正向移动，X的转化率增大

C．若T2>T1，T2时K＝1.52，则该反应的ΔH>0

D．若其他条件不变，T3温度下，K＝1.96，则Y的平衡转化率约为41.3%

D　[根据Z的反应速率可知平衡时c(Z)＝1.2 mol·L－1，则平衡时，c(X)＝0.9 mol·L－1，c(Y)＝0.9 mol·L－1，W为固体，平衡常数K＝＝≈1.78，A项错误；平衡时，再充入一定量的X，平衡正向移动，但X的转化率减小，Y的转化率增大，B项错误；温度升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0，C项错误；T3温度下，K＝1.96，则

　　　　　　　X(g)＋　Y(g)2Z(g)＋2W(s)

起始/(mol·L－1)               1.5       1.5     0

转化/(mol·L－1)                x        x      2x

平衡/(mol·L－1)              1.5－x    1.5－x    2x

平衡常数K＝＝1.96，解得x≈0.62，则Y的平衡转化率为×100%≈41.3%，D项正确。]

6．有Ⅰ、Ⅱ两个体积均为2 L的恒容密闭容器，按不同投料比进行反应：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH，在不同温度(T)下达到平衡时，HCl的平衡转化率与投料比和T的关系如表所示。

下列说法正确的是(　　)

A．ΔH＞0

B．a>0.2

C．Ⅱ容器中，300 ℃条件下反应达到平衡时，反应的平衡常数K＝400

D．若Ⅰ容器中反应在300 ℃条件下需5 min达到平衡，则0～5 min内v(Cl2)＝0.016 mol·L－1·min－1

D　[由题表可知，其他条件相同时，升高温度，HCl的平衡转化率减小，平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0，故A错误；根据题表中数据可知，相同温度下，Ⅱ中反应达平衡时HCl转化率大于Ⅰ中，起始时两容器中n(HCl)相同，在相同温度下增大氧气的浓度可以提高HCl的转化率，比较Ⅰ、Ⅱ中数据可知a<0.2，故B错误；Ⅱ容器中起始时氯化氢是0.8 mol，氧气是0.2 mol,300 ℃条件下达平衡时HCl的转化率为80%，列出三段式：

K＝＝800，故C错误；若Ⅰ容器中反应在300 ℃条件下需要5 min达到平衡，则0～5 min内消耗氯化氢0.32 mol，生成氯气0.16 mol，所以v(Cl2)＝＝0.016 mol·L－1·min－1，故D正确。]

7．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：

已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。

下列说法正确的是    (　　)

A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动

B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%

C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动

D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总

B　[A项，恒压通入惰性气体，相当于减压，平衡右移，错误；C项，T ℃时CO2与CO的体积比为1∶1，通入等体积的CO2与CO，压强不变时，平衡不移动，错误；D项，Kp＝＝23.04p总，错误。]

8．(2020·日照模拟)氢能作为一种清洁高效的二次能源，在未来能源格局中发挥着重要作用。已知：常温下，2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.68 kJ·mol－1，ΔH－TΔS＝＋474.38 kJ·mol－1。回答下列问题：

(1)常温下，水的分解不能自发进行的热力学依据是                                                      

                                                     。

(2)将CoFe2O4负载在Al2O3上，产氧温度在1 200 ℃，产氢温度在1 000 ℃时，可顺利实现水的分解，氢气产量高且没有明显的烧结现象。循环机理如下，过程如图1所示，不考虑温度变化对反应ΔH的影响。

第Ⅰ步：CoFe2O4(s)＋3Al2O3(s)CoAl2O4(s)＋2FeAl2O4(s)＋O2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1

第Ⅱ步：CoAl2O4(s)＋2FeAl2O4(s)＋H2O(g)CoFe2O4(s)＋3Al2O3(s)＋H2(g)　ΔH＝b kJ·mol－1

图1　　　　　　　图2

①a＋b        285.84(填“>”“<”或“＝”)。第Ⅰ步反应中化合价有变化的元素为        (填名称)。

②第Ⅱ步反应v正＝k正·c(H2O)，v逆＝k逆·c(H2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。1 000 ℃时，在体积为1 L的B反应器中加入2 mol H2O发生上述反应，测得H2O(g)和H2物质的量浓度随时间的变化如图2所示，则60 min内，v(CoFe2O4)＝

         g·min－1(保留2位小数)。a点时v正∶v逆＝        (填最简整数比)；平衡时，体系压强为10 kPa，则Kp＝        。

[解析]　(1)由题给已知信息知ΔH－TΔS＝＋474.38 kJ·mol－1>0，反应不能自发进行。(2)①第Ⅰ步反应与第Ⅱ步反应相加可得反应H2O(g)H2(g)＋O2(g)　ΔH＝(a＋b)kJ·mol－1，由于H2O(g)H2O(l)过程放热，因此a＋b<285.84。分析第Ⅰ步反应可知，Fe元素的化合价由＋3降低至＋2，O元素的化合价由－2升高至0；②根据图2分析可知，反应进行到60 min达到平衡，60 min内，H2的物质的量变化量为1.6 mol·L－1×1 L＝1.6 mol，则CoFe2O4的质量变化量为1.6 mol×235 g·mol－1＝376 g，则v(CoFe2O4)＝≈6.27 g·min－1，当反应达到平衡状态时，v正＝v逆，即k正·c(H2O)＝k逆·c(H2)，＝＝＝4，a点时，c(H2)＝c(H2O)，则v正∶v逆＝k正∶k逆＝4∶1；平衡时，体系压强为10 kPa，p(H2)＝10 kPa×＝8 kPa，p(H2O)＝10 kPa×＝2 kPa，则Kp＝＝4。

[答案]　(1)反应的ΔH－TΔS>0，所以不能自发进行　(2)①<　铁、氧　②6.27　4∶1　4

9．(2020·淮安检测)汽车尾气中CO、NO2在一定条件下可以发生反应：4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－1 200 kJ·mol－1。在一定温度下，向容积固定为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和NO2，NO2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

(1)0～10 min内该反应的平均速率v(CO)＝        ，从11 min起其他条件不变，压缩容器的容积变为1 L，则n(NO2)的变化曲线可能为图中的

        (填字母)。

(2)恒温恒容条件下，不能说明该反应已达到平衡状态的是        (填字母)。

A．容器内混合气体颜色不再变化

B．容器内的压强保持不变

C．2v逆(NO2)＝v正(N2)

D．容器内混合气体密度保持不变

[答案]　(1)0.03 mol/(L·min)　d　(2)CD

10．已知CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，在恒容密闭容器中以＝加入CO和H2合成甲醇，测得起始压强p0＝102 kPa。CO的平衡转化率[α(CO)]随温度的变化曲线如图所示，R点时反应的平衡常数KR＝        (kPa)－2(用平衡分压代替平衡浓度计算，p分＝p总×物质的量分数)，R、P两点平衡常数大小：KR      (填“>”“＝”或“<”)Kp。

[解析]　R点时CO的平衡转化率为0.50，设起始加入的CO为x mol，列三段式得：

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始/mol　      x　　　2x　　　　  0

转化/mol　     0.50x　1.0x　　   　0.50x

平衡/mol　     0.50x　1.0x　　　   0.50x

故平衡时体系的压强为102 kPa×＝68 kPa，平衡常数KR＝＝＝(kPa)－2；不同温度的转化率越大，K越大，故KR>Kp。

[答案]　(kPa)－2　>

11．(2020·威海模拟)在体积可变的密闭容器中投入0.5 mol CO和1 mol H2，不同条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。实验测得平衡时H2的转化率随温度、压强的变化如图1所示。下列说法错误的是(　　)

图1　　　　　　　　图2

A．Y代表压强，且Y1>Y2；X代表温度，且ΔH<0

B．M点反应物转化率之比α(CO)∶α(H2)＝1∶1，N点该比例减小

C．若M、N两点对应的容器体积均为5 L，则N点对应的平衡常数K＝100

D．图2中曲线A能正确表示该反应平衡常数的负对数pK(pK＝－lg K)与X的关系

B　[可逆反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是气体分子数减小的反应，其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，H2的平衡转化率增大，则Y表示压强，且Y1>Y2，X代表温度，根据题图可知，其他条件不变时，升高温度，H2的平衡转化率减小，即平衡逆向移动，则ΔH<0，A项正确；因为反应开始投入0.5 mol CO和1 mol H2，即按照化学计量数之比投料，故在反应开始后的任何一个时刻，转化率之比α(CO)∶α(H2)＝1∶1，B项错误；根据题图可知M点时H2的平衡转化率为50%，列出三段式：

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始量/mol                    0.5      1          0

转化量/mol                    0.25     0.5        0.25

平衡量/mol                    0.25     0.5        0.25

M点对应的化学平衡常数K＝＝＝100，因为M点与N点温度相同，故K(M)＝K(N)＝100，C项正确；反应的ΔH<0时，升高温度，平衡常数K减小，即pK增大，曲线A能正确表示该反应平衡常数的负对数与温度的关系，D项正确。]

12．T ℃时，向一个容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2，发生如下反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反应过程中测得的部分数据如表。下表说法不正确的是(　　)

A.若其他条件不变，升高温度，平衡时c(CH3OH)＝0.05 mol·L－1，则该反应的ΔH<0

B．在前10 min内该反应的平均反应速率v(H2)＝0.006 mol·L－1·min－1

C．T ℃时，该反应的平衡常数为2.5×103

D．相同温度下，若起始时向该容器中只充入0.3 mol CH3OH(g)，达到平衡时CH3OH(g)的转化率小于20%

B　[30 min时Δn(H2)＝0.40 mol－0.08 mol＝0.32 mol，Δn(CO)＝Δn(H2)＝0.16 mol，n(CO)＝0.20 mol－0.16 mol＝0.04 mol，说明20 min时反应处于平衡状态。列出三段式：

CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol)  0.20   0.40   0

转化(mol)   0.16   0.32   0.16

平衡(mol)    0.04   0.08  0.16

可知反应达到平衡时，c(CH3OH)＝＝0.08 mol·L－1。若保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(CH3OH)＝0.05 mol·L－1<0.08 mol·L－1，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，ΔH<0，故A正确；在前10 min内该反应的平均反应速率v(CO)＝＝0.006 mol·L－1·min－1，v(H2)＝2v(CO)＝0.012 mol·L－1·min－1，故B错误；T ℃时，该反应的平衡常数K＝＝2.5×103，故C正确；一定条件下，起始充入0.20 mol CH3OH(g)达到的平衡状态与起始充入0.20 mol CO、0.40 mol H2达到的平衡状态相同，此时甲醇的平衡转化率为×100%＝20%，由于现在加入的是0.3 mol CH3OH(g)，CH3OH(g)的转化率减小，即平衡时CH3OH(g)的转化率小于20%，故D正确。]

13．(2020·盐城统考)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源。

已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－99 kJ·mol－1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41 kJ·mol－1

回答下列问题：

(1)写出CO和H2反应生成CO2和CH3OCH3(g)的热化学方程式：                          。

(2)在一定温度(T ℃)下，向恒容密闭容器中通入一定量CH3OH气体，只发生反应②。气体混合物中CH3OCH3的物质的量分数[φ(CH3OCH3)]与反应时间(t)的有关数据如表所示。

①该温度下，反应②的平衡常数K＝        (用分数表示)。

②反应速率v＝v正－v逆，其中v正＝k正·φ2(CH3OH)、v逆＝k逆·φ(CH3OCH3)·φ(H2O)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关。15 min时，＝        (结果保留2位小数)。

(3)在密闭容器中发生反应③，平衡常数为K。pK(pK＝－lg K)与温度的关系如图所示，图中曲线        (填“a”或“b”)能反映平衡常数变化趋势。

[解析]　(2)①根据表中数据可知，80 min时反应②达到平衡，设CH3OH初始浓度为1 mol·L－1，达到平衡时CH3OCH3的浓度为x mol·L－1，则：

φ(CH3OCH3)＝＝0.1，解得x＝0.1，则平衡常数K＝＝＝。②15 min时，CH3OCH3和H2O的物质的量分数均为0.05，CH3OH的物质的量分数为1－0.05－0.05＝0.9，故＝，反应达到平衡时v正＝v逆，则＝K，且K正、K逆只与温度有关，则＝K×＝×≈5.06。

(3)反应③的正反应为放热反应→升高温度→平衡逆向移动→平衡常数K减小→pK增大→曲线a正确。

[答案]　(1)3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH＝－263 kJ·mol－1　(2)①　②5.06　(3)a

14．三氧化钼(MoO3)是石油工业中常用的催化剂，也是搪瓷釉药的颜料，该物质常使用辉钼矿(主要成分为MoS2)通过一定条件来制备。回答下列相关问题：

(1)已知：①MoS2(s)Mo(s)＋S2(g)　 ΔH1；

②S2(g)＋2O2(g)2SO2(g)　 ΔH2；

③2Mo(s)＋3O2(g)2MoO3(s)　ΔH3

则2MoS2(s)＋7O2(g)2MoO3(s)＋4SO2(g)　ΔH＝       

(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。

(2)若在恒温恒容条件下仅发生反应MoS2(s)Mo(s)＋S2(g)

①下列说法正确的是        (填字母)。

a．气体的密度不变，则反应一定达到了平衡状态

b．气体的相对分子质量不变，反应不一定处于平衡状态

c．增加MoS2的量，平衡正向移动

②达到平衡时S2(g)的浓度为1.4 mol·L－1，充入一定量的S2(g)，反应再次达到平衡，S2(g)浓度        (填“＞”“＜”或“＝”)1.4 mol·L－1。

(3)在2 L恒容密闭容器中充入1.0 mol S2(g)和1.5 mol O2(g)，若仅发生反应：S2(g)＋2O2(g)2SO2(g)，5 min后反应达到平衡，此时容器压强为起始时的80%，则0～5 min内，S2 (g)的反应速率为

         mol·L－1·min－1。

(4)在恒容密闭容器中，加入足量的MoS2和O2，仅发生反应：2MoS2(s)＋7O2(g)2MoO3(s)＋4SO2(g)　ΔH。测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示：

①ΔH        (填“＞”“＜”或“＝”)0；比较p1、p2、p3的大小：         。

②若初始时通入7.0 mol O2，p2为7.0 kPa，则A点平衡常数Kp＝        (用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算。分压＝总压×气体的物质的量分数，写出计算式即可)。

[解析]　(1)根据盖斯定律，2×①＋2×②＋③可得目标反应。

(2)②K＝c(S2)，温度不变，K不变故c(S2)浓度不变。

(3)设参加反应的S2的物质的量为x。

S2(g)＋2O2(g)2SO2(g)

起始量(mol)       1      1.5        0

变化量(mol)       x      2x        2x

平衡量(mol)     1－x   1.5－2x     2x

＝80%，x＝0.5 mol，v(S2)＝ mol/(L·min)＝0.05 mol·L－1·min－1。

(4)①相同温度时，压强越大，α(O2)越大。

②　　　2MoS2(s)＋7O2(g)2MoO3(s)＋4SO2(g)

起始量(mol)　　　　 7　　　　　　　　  0

变化量(mol)　　　　3.5　　　　　　　　　2

平衡量(mol)　　　　3.5　　　　　　　　　2

由＝知p平＝5.5(kPa)，故Kp＝＝(kPa)－3[或(kPa)－3]。

[答案]　(1)2ΔH1＋2ΔH2＋ΔH3

(2)①ab　②＝

(3)0.05　(4)①<　p1>p2>p3

②(kPa)－3[或(kPa)－3]