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适用于新教材2024版高考化学一轮总复习第七章课时规范练36化学平衡常数及转化率的计算新人教版
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这是一份适用于新教材2024版高考化学一轮总复习第七章课时规范练36化学平衡常数及转化率的计算新人教版，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时规范练36
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.只改变影响化学平衡的一个因素,下列对平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.平衡向正反应方向移动时,K值不一定变化
C.K值有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应方程式的化学计量数增大2倍,K值也增大2倍
答案:D
解析:改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K值不变,A、B均正确;K值只与温度有关,K值发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C正确;相同条件下,同一个反应方程式的化学计量数增大2倍,K值应该变为原来K值的平方,D错误。
2.在温度为T1时,放热反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)达到平衡状态,c1(CO)=c1(H2O)=1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至T2时,反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O),平衡常数为K2,则有( )
A.K2=K1 B.K2>K1
C.c2(CO)=c2(H2O) D.c1(CO)>c2(CO)
答案:C
解析:升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数之间的关系为K2
A.加热,该反应的反应速率加快
B.上述生成Ni(CO)4的反应为吸热反应
C.恒温恒压下,若向容器中再充入少量的Ar,上述平衡将正向移动
D.80 ℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)
答案:A
解析:升高温度加快反应速率,故加热时,该反应速率加快,A正确;反应在25℃、80℃时的平衡常数分别为5×104和2,可知升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,B错误;恒温恒压下,若向容器中再充入少量的Ar,气体的体积增大,该反应为气体体积减小的反应,平衡逆向移动,C错误;80℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5mol·L-1,Q==8>K=2,平衡逆向移动,此时v(正)
A.该反应的ΔH>0,ΔS<0
B.混合气体的密度:d点>b点
C.c点未达到平衡状态且v(正)>v(逆)
D.使用催化剂,b、d两点将上移
答案:C
解析:该反应的正反应是气体总体积减小的反应,则有ΔS<0;由题图可知,随着温度升高,NO的转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A错误;恒容条件下进行反应,混合气体的密度不变,B错误;c点处于平衡曲线下方,此时NO转化率小于平衡值,则c点未达到平衡状态,反应正向进行,则有v(正)>v(逆),C正确;使用催化剂,平衡不移动,NO的转化率不变,故b、d两点不会向上移动,D错误。
5.(2023江苏泰州中学调研)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%
答案:D
解析:根据Z的反应速率可知平衡时c(Z)=1.2mol·L-1,则平衡时,c(X)=0.9mol·L-1,c(Y)=0.9mol·L-1,W为固体,平衡常数K=≈1.78,A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错误;T3温度下,K=1.96,设Y转化的浓度为xmol·L-1,则
X(g) + Y(g)2Z(g)+2W(s)
1.5 1.5 0
x x 2x
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正确。
6.在一定温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入容积为1 L的恒容密闭容器中发生反应并达到平衡:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0,测得平衡混合气体中CH3OH的物质的量分数为25%。下列说法不正确的是( )
A.平衡混合气体中C原子的物质的量是1 mol
B.该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量
C.该反应的化学平衡常数K=
D.其他条件相同时,若起始充入2 mol CO2和6 mol H2,达到平衡时CH3OH的物质的量分数小于25%
答案:D
解析:根据质量守恒定律可知,1molCO2参与反应,平衡时混合气体中C原子的物质的量仍为1mol,A正确;该反应的ΔH<0,则该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量,B正确;设转化的CO2的浓度为xmol·L-1,利用三段式法计算:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
1 3 0 0
x 3x x x
1-x 3(1-x) x x
CH3OH的物质的量分数为25%,则有×100%=25%,解得x=,计算可得该反应的化学平衡常数K=,C正确;其他条件相同时,若起始充入2molCO2和6molH2,相当于在原平衡基础上缩小容积至原来的,而缩小容积,平衡正向移动,CH3OH的物质的量分数增大,大于25%,D错误。
7.(2023湖北襄阳模拟)在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个容积为2 L的刚性容器中充入2 mol CO和2 mol N2O,发生反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.当容器中混合气体的密度不随时间变化时,该反应达到平衡状态
B.ac段N2的平均反应速率为0.10 mol·L-1·min-1
C.逆反应速率:c>b>d
D.160 ℃时,该反应的平衡常数Kp=9
答案:D
解析:该反应前后气体的物质的量不变,恒温恒容时,当容器中混合气体的密度不随时间变化时,不能说明该反应达到平衡状态,A错误;ac段N2的平均反应速率为v==0.05mol·L-1·min-1,B错误;随着反应的进行,N2的物质的量增大,CO的物质的量减小,故ac曲线表示N2的物质的量随时间的变化,bd曲线表示CO的物质的量随时间的变化,由题图可知ac先达到平衡,说明ac对应的温度更高,故逆反应速率c>d,由d点生成物浓度高于b点,故逆反应速率d>b,故逆反应速率:c>d>b,C错误;bd曲线对应温度为160℃,由题图中数据可知160℃时,d点达到平衡,平衡时CO的物质的量为0.5mol,列出三段式分析:
CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)
起始量/mol 2 2 0 0
转化量/mol 1.5 1.5 1.5 1.5
平衡量/mol 0.5 0.5 1.5 1.5
该反应的平衡常数Kp==9,D正确。
8.硫酸工业中,将SO2氧化为SO3是生产工艺中的重要环节。在温度为T1条件下,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,实验测得:v(正)=k(正)·c2(SO2)·c(O2),v(逆)=k(逆)·c2(SO3)。
容器
编号
起始浓度/(mol·L-1)
平衡浓度/(mol·L-1)
c(SO2)
c(O2)
c(SO3)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0.3
0
0.2
Ⅱ
0.5
x
0.3
Ⅲ
0.3
0.25
0.2
已知:k(正)、k(逆)为速率常数,仅受温度的影响。下列说法错误的是( )
A.达到平衡时,平衡常数和速率常数的关系:K=
B.若容器Ⅱ中达到平衡时=1,则x=0.85
C.容器Ⅲ中达到平衡时,c(O2)>0.25 mol·L-1
D.当温度升高为T2时,k(正)、k(逆)分别增大m倍和n倍,则有m>n
答案:D
解析:平衡常数K=,A正确;根据三段式法及容器Ⅰ中测得的数据可知,在该温度下,该反应的平衡常数K=1.25,容器Ⅱ中,达到平衡时=1,K==1.25,平衡时O2的浓度c(O2)=0.8mol·L-1,列三段式:
2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)
0.5 x 0.3
2(x-0.8) (x-0.8) 2(x-0.8)
0.5-2(x-
0.8) 0.8 0.3+2(x-
0.8)
0.5-2(x-0.8)=0.3+2(x-0.8),x=0.85,B正确;容器Ⅲ中Q=≈1.78>K,此时平衡向逆反应方向移动,则平衡时c(O2)>0.25mol·L-1,C正确;该反应的ΔH<0,温度升高,平衡向逆反应方向移动,k(逆)增大的幅度更大,n>m,D错误。
9.(2023山东临沂期末)丙酮是重要的有机合成原料,可以由过氧化氢异丙苯合成,其反应为+
。为了提高过氧化氢异丙苯的转化率,反应进行时需及时从溶液体系中移出部分苯酚。过氧化氢异丙苯的转化率随反应时间的变化如图所示。设过氧化氢异丙苯的初始浓度为x mol·L-1,反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法正确的是( )
A.a、c两点丙酮的物质的量浓度不同
B.b、c两点的逆反应速率:v(b)
D.若b点处于化学平衡,则120 ℃时反应的平衡常数K=
答案:C
解析:由题图可知,a、c两点反应物的转化率相等,过氧化氢异丙苯的初始浓度相等,则a、c两点得到丙酮的物质的量浓度相等,A错误;由题图可知,反应物的转化率b点(98%)大于c点(70%),由生成物的浓度:b点>c点,且b点温度(120℃)高于c点(100℃),浓度越大,温度越高,反应速率越快,则逆反应速率:v(b)>v(c),B错误;100℃时,0~5h之间丙酮的平均反应速率为=0.14xmol·L-1·h-1,C正确;因反应过程中不断从溶液体系中移出部分苯酚,故b点达平衡时,丙酮的浓度是0.98xmol·L-1,但苯酚的浓度小于0.98xmol·L-1,D错误。
二、非选择题
10.在一定条件下,向某0.5 L恒容密闭容器中充入x mol CO2和y mol H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ·mol-1。
图1
图2
图3
(1)图1中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系的是曲线 (填“m”或“n”),判断依据是 。
(2)若x=2、y=3,测得在相同时间内,不同温度下H2的转化率如图2所示,v逆(a) (填“>”“<”或“=”)v逆(c);温度为T2时,起始压强为2.5 MPa,Kp= (MPa)-2(保留两位小数;Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
(3)已知速率方程v(正)=k(正)·c(CO2)·c3(H2),v(逆)=k(逆)·c(CH3OH)·c(H2O),k(正)、k(逆)是速率常数,只受温度影响。图3表示速率常数的对数lg k与温度的倒数之间的关系,A、B、D、E分别代表图2中a点、c点的速率常数,点 表示c点的lg k(逆)。
答案:(1)m 该反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应的方向移动,平衡常数减小
(2)< 9.88 (3)A
解析:(2)根据题图2可知,c点的温度高于a点,温度越高,反应速率越快,即v逆(a)
(1)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 。
(2)请结合下列数据分析,工业上选用氮气与氢气反应固氮,而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是 。
序号
化学反应
K(298K)的数值
①
N2(g)+O2(g)2NO(g)
5×10-31
②
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
4.1×106
(3)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在一定条件下氨的平衡含量如表所示。
温度/℃
压强/MPa
氨的平衡含量
200
10
81.5%
550
10
8.25%
①该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
②其他条件不变时,温度升高氨的平衡含量减小的原因是 (填字母)。
a.温度升高,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡逆向移动
b.温度升高,浓度商(Q)增大,Q>K,平衡逆向移动
c.温度升高,活化分子数增多,反应速率加快
d.温度升高,K减小,平衡逆向移动
③哈伯选用的条件是550 ℃、10 MPa,而非200 ℃、10 MPa,可能的原因是 。
(4)图1表示500 ℃、60 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中M点数据计算N2的平衡体积分数为 。
图1
(5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线,图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是 (填“温度”或“压强”);判断L1、L2的大小关系并说明理由 。
图2
答案:(1)K=
(2)氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度
(3)①放热 ②d ③提高合成氨反应的化学反应速率
(4)8% (5)压强 L1
(4)M点对应H2与N2投料比为4,假设H2为4mol,N2为1mol,平衡时N2转化xmol,列三段式:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 1 4 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 1-x 4-3x 2x
平衡时气体总物质的量=(1-x+4-3x+2x)mol=(5-2x)mol,则NH3的体积分数为×100%=40%,解得x=,则N2的平衡体积分数=8%。
(5)若X代表温度,温度升高,平衡逆向移动,NH3体积分数减小,与图示不符,故X代表压强,L代表温度;合成氨反应为放热反应,压强相同时,升高温度,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡逆向移动,NH3的体积分数降低,故L2>L1。
12.(2023辽宁葫芦岛模拟)汽车尾气中的NO和CO会对环境造成很大影响,我国科学家在以H2为还原剂清除NO、CO的研究方面取得了显著成果。
请回答下列问题:
(1)以太阳能为热源分解Fe3O4,经反应铁氧化合物循环分解水可以制H2。
已知:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=+571.0 kJ·mol-1
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)
ΔH2=+313.2 kJ·mol-1
则3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s)
ΔH3= kJ·mol-1。
(2)H2还原NO的化学方程式为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH<0。
①研究表明上述反应历程分两步:
Ⅰ.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应)
Ⅱ.H2O2(l)+H2(g)2H2O(g)(快反应)
该总反应的速率由反应 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)决定,反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ的活化能 (填“高”或“低”)。
②该反应常伴有副产物N2O和NH3。以Pt作催化剂,用H2还原某废气中的NO(其他气体不反应),270 ℃时H2的体积分数对H2-NO反应的影响如图所示。随着H2体积分数的增大,N2的体积分数呈下降趋势,原因是 。
(3)一定温度下,在容积恒为1 L的容器中通入一定量N2O4,发生反应N2O42NO2 ΔH<0,体系中各组分浓度随时间(t)的变化如表。
t/s
0
20
40
60
80
0.100
0.062
0.048
0.040
0.040
0
0.076
0.104
0.120
0.120
①0~40 s,N2O4的平均反应速率为 。
②反应达到平衡后再充入N2O4 mol,才能使再次达到平衡时,NO2的浓度为0.24 mol·L-1。
答案:(1)+128.9
(2)①Ⅰ 高 ②N2被H2消耗,生成NH3
(3)①1.3×10-3 mol·L-1·s-1 ②0.18
解析:(1)已知反应①2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
ΔH1=+571.0kJ·mol-1,反应②2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH2=+313.2kJ·mol-1,根据盖斯定律,×(①-②)得到反应3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s),所以ΔH3=(ΔH1-ΔH2)=+128.9kJ·mol-1。
(2)①化学反应速率取决于反应慢的一步,由题中信息可知反应Ⅰ为慢反应,所以总反应的速率取决于反应Ⅰ;反应的活化能越大,反应速率越慢,则反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ的活化能高。②当NO完全反应前,氮气的体积分数随氢气的体积分数增大而增大,当NO完全反应后,氮气的体积分数随氢气的体积分数增大而减小,说明在Pt的催化下,氮气和氢气反应生成氨气,导致氮气的体积分数随氢气的体积分数增大而减小,而氨气的体积分数随氢气的体积分数增大而增大。
课时规范练36
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.只改变影响化学平衡的一个因素,下列对平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.平衡向正反应方向移动时,K值不一定变化
C.K值有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应方程式的化学计量数增大2倍,K值也增大2倍
答案:D
解析:改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K值不变,A、B均正确;K值只与温度有关,K值发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C正确;相同条件下,同一个反应方程式的化学计量数增大2倍,K值应该变为原来K值的平方,D错误。
2.在温度为T1时,放热反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)达到平衡状态,c1(CO)=c1(H2O)=1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至T2时,反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O),平衡常数为K2,则有( )
A.K2=K1 B.K2>K1
C.c2(CO)=c2(H2O) D.c1(CO)>c2(CO)
答案:C
解析:升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数之间的关系为K2
A.加热,该反应的反应速率加快
B.上述生成Ni(CO)4的反应为吸热反应
C.恒温恒压下,若向容器中再充入少量的Ar,上述平衡将正向移动
D.80 ℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)
答案:A
解析:升高温度加快反应速率,故加热时,该反应速率加快,A正确;反应在25℃、80℃时的平衡常数分别为5×104和2,可知升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,B错误;恒温恒压下,若向容器中再充入少量的Ar,气体的体积增大,该反应为气体体积减小的反应,平衡逆向移动,C错误;80℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5mol·L-1,Q==8>K=2,平衡逆向移动,此时v(正)
A.该反应的ΔH>0,ΔS<0
B.混合气体的密度:d点>b点
C.c点未达到平衡状态且v(正)>v(逆)
D.使用催化剂,b、d两点将上移
答案:C
解析:该反应的正反应是气体总体积减小的反应,则有ΔS<0;由题图可知,随着温度升高,NO的转化率降低,说明升高温度,平衡逆向移动,则该反应的ΔH<0,A错误;恒容条件下进行反应,混合气体的密度不变,B错误;c点处于平衡曲线下方,此时NO转化率小于平衡值,则c点未达到平衡状态,反应正向进行,则有v(正)>v(逆),C正确;使用催化剂,平衡不移动,NO的转化率不变,故b、d两点不会向上移动,D错误。
5.(2023江苏泰州中学调研)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%
答案:D
解析:根据Z的反应速率可知平衡时c(Z)=1.2mol·L-1,则平衡时,c(X)=0.9mol·L-1,c(Y)=0.9mol·L-1,W为固体,平衡常数K=≈1.78,A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错误;T3温度下,K=1.96,设Y转化的浓度为xmol·L-1,则
X(g) + Y(g)2Z(g)+2W(s)
1.5 1.5 0
x x 2x
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正确。
6.在一定温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入容积为1 L的恒容密闭容器中发生反应并达到平衡:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0,测得平衡混合气体中CH3OH的物质的量分数为25%。下列说法不正确的是( )
A.平衡混合气体中C原子的物质的量是1 mol
B.该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量
C.该反应的化学平衡常数K=
D.其他条件相同时,若起始充入2 mol CO2和6 mol H2,达到平衡时CH3OH的物质的量分数小于25%
答案:D
解析:根据质量守恒定律可知,1molCO2参与反应,平衡时混合气体中C原子的物质的量仍为1mol,A正确;该反应的ΔH<0,则该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量,B正确;设转化的CO2的浓度为xmol·L-1,利用三段式法计算:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
1 3 0 0
x 3x x x
1-x 3(1-x) x x
CH3OH的物质的量分数为25%,则有×100%=25%,解得x=,计算可得该反应的化学平衡常数K=,C正确;其他条件相同时,若起始充入2molCO2和6molH2,相当于在原平衡基础上缩小容积至原来的,而缩小容积,平衡正向移动,CH3OH的物质的量分数增大,大于25%,D错误。
7.(2023湖北襄阳模拟)在160 ℃、200 ℃条件下,分别向两个容积为2 L的刚性容器中充入2 mol CO和2 mol N2O,发生反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.当容器中混合气体的密度不随时间变化时,该反应达到平衡状态
B.ac段N2的平均反应速率为0.10 mol·L-1·min-1
C.逆反应速率:c>b>d
D.160 ℃时,该反应的平衡常数Kp=9
答案:D
解析:该反应前后气体的物质的量不变,恒温恒容时,当容器中混合气体的密度不随时间变化时,不能说明该反应达到平衡状态,A错误;ac段N2的平均反应速率为v==0.05mol·L-1·min-1,B错误;随着反应的进行,N2的物质的量增大,CO的物质的量减小,故ac曲线表示N2的物质的量随时间的变化,bd曲线表示CO的物质的量随时间的变化,由题图可知ac先达到平衡,说明ac对应的温度更高,故逆反应速率c>d,由d点生成物浓度高于b点,故逆反应速率d>b,故逆反应速率:c>d>b,C错误;bd曲线对应温度为160℃,由题图中数据可知160℃时,d点达到平衡,平衡时CO的物质的量为0.5mol,列出三段式分析:
CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)
起始量/mol 2 2 0 0
转化量/mol 1.5 1.5 1.5 1.5
平衡量/mol 0.5 0.5 1.5 1.5
该反应的平衡常数Kp==9,D正确。
8.硫酸工业中,将SO2氧化为SO3是生产工艺中的重要环节。在温度为T1条件下,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,实验测得:v(正)=k(正)·c2(SO2)·c(O2),v(逆)=k(逆)·c2(SO3)。
容器
编号
起始浓度/(mol·L-1)
平衡浓度/(mol·L-1)
c(SO2)
c(O2)
c(SO3)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0.3
0
0.2
Ⅱ
0.5
x
0.3
Ⅲ
0.3
0.25
0.2
已知:k(正)、k(逆)为速率常数,仅受温度的影响。下列说法错误的是( )
A.达到平衡时,平衡常数和速率常数的关系:K=
B.若容器Ⅱ中达到平衡时=1,则x=0.85
C.容器Ⅲ中达到平衡时,c(O2)>0.25 mol·L-1
D.当温度升高为T2时,k(正)、k(逆)分别增大m倍和n倍,则有m>n
答案:D
解析:平衡常数K=,A正确;根据三段式法及容器Ⅰ中测得的数据可知,在该温度下,该反应的平衡常数K=1.25,容器Ⅱ中,达到平衡时=1,K==1.25,平衡时O2的浓度c(O2)=0.8mol·L-1,列三段式:
2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)
0.5 x 0.3
2(x-0.8) (x-0.8) 2(x-0.8)
0.5-2(x-
0.8) 0.8 0.3+2(x-
0.8)
0.5-2(x-0.8)=0.3+2(x-0.8),x=0.85,B正确;容器Ⅲ中Q=≈1.78>K,此时平衡向逆反应方向移动,则平衡时c(O2)>0.25mol·L-1,C正确;该反应的ΔH<0,温度升高,平衡向逆反应方向移动,k(逆)增大的幅度更大,n>m,D错误。
9.(2023山东临沂期末)丙酮是重要的有机合成原料,可以由过氧化氢异丙苯合成,其反应为+
。为了提高过氧化氢异丙苯的转化率,反应进行时需及时从溶液体系中移出部分苯酚。过氧化氢异丙苯的转化率随反应时间的变化如图所示。设过氧化氢异丙苯的初始浓度为x mol·L-1,反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法正确的是( )
A.a、c两点丙酮的物质的量浓度不同
B.b、c两点的逆反应速率:v(b)
D.若b点处于化学平衡,则120 ℃时反应的平衡常数K=
答案:C
解析:由题图可知,a、c两点反应物的转化率相等,过氧化氢异丙苯的初始浓度相等,则a、c两点得到丙酮的物质的量浓度相等,A错误;由题图可知,反应物的转化率b点(98%)大于c点(70%),由生成物的浓度:b点>c点,且b点温度(120℃)高于c点(100℃),浓度越大,温度越高,反应速率越快,则逆反应速率:v(b)>v(c),B错误;100℃时,0~5h之间丙酮的平均反应速率为=0.14xmol·L-1·h-1,C正确;因反应过程中不断从溶液体系中移出部分苯酚,故b点达平衡时,丙酮的浓度是0.98xmol·L-1,但苯酚的浓度小于0.98xmol·L-1,D错误。
二、非选择题
10.在一定条件下,向某0.5 L恒容密闭容器中充入x mol CO2和y mol H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ·mol-1。
图1
图2
图3
(1)图1中能表示该反应的平衡常数K与温度T之间的变化关系的是曲线 (填“m”或“n”),判断依据是 。
(2)若x=2、y=3,测得在相同时间内,不同温度下H2的转化率如图2所示,v逆(a) (填“>”“<”或“=”)v逆(c);温度为T2时,起始压强为2.5 MPa,Kp= (MPa)-2(保留两位小数;Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
(3)已知速率方程v(正)=k(正)·c(CO2)·c3(H2),v(逆)=k(逆)·c(CH3OH)·c(H2O),k(正)、k(逆)是速率常数,只受温度影响。图3表示速率常数的对数lg k与温度的倒数之间的关系,A、B、D、E分别代表图2中a点、c点的速率常数,点 表示c点的lg k(逆)。
答案:(1)m 该反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应的方向移动,平衡常数减小
(2)< 9.88 (3)A
解析:(2)根据题图2可知,c点的温度高于a点,温度越高,反应速率越快,即v逆(a)
(1)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 。
(2)请结合下列数据分析,工业上选用氮气与氢气反应固氮,而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是 。
序号
化学反应
K(298K)的数值
①
N2(g)+O2(g)2NO(g)
5×10-31
②
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
4.1×106
(3)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在一定条件下氨的平衡含量如表所示。
温度/℃
压强/MPa
氨的平衡含量
200
10
81.5%
550
10
8.25%
①该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
②其他条件不变时,温度升高氨的平衡含量减小的原因是 (填字母)。
a.温度升高,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡逆向移动
b.温度升高,浓度商(Q)增大,Q>K,平衡逆向移动
c.温度升高,活化分子数增多,反应速率加快
d.温度升高,K减小,平衡逆向移动
③哈伯选用的条件是550 ℃、10 MPa,而非200 ℃、10 MPa,可能的原因是 。
(4)图1表示500 ℃、60 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中M点数据计算N2的平衡体积分数为 。
图1
(5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线,图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是 (填“温度”或“压强”);判断L1、L2的大小关系并说明理由 。
图2
答案:(1)K=
(2)氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度
(3)①放热 ②d ③提高合成氨反应的化学反应速率
(4)8% (5)压强 L1
(4)M点对应H2与N2投料比为4,假设H2为4mol,N2为1mol,平衡时N2转化xmol,列三段式:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 1 4 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 1-x 4-3x 2x
平衡时气体总物质的量=(1-x+4-3x+2x)mol=(5-2x)mol,则NH3的体积分数为×100%=40%,解得x=,则N2的平衡体积分数=8%。
(5)若X代表温度,温度升高,平衡逆向移动,NH3体积分数减小,与图示不符,故X代表压强,L代表温度;合成氨反应为放热反应,压强相同时,升高温度,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡逆向移动,NH3的体积分数降低,故L2>L1。
12.(2023辽宁葫芦岛模拟)汽车尾气中的NO和CO会对环境造成很大影响,我国科学家在以H2为还原剂清除NO、CO的研究方面取得了显著成果。
请回答下列问题:
(1)以太阳能为热源分解Fe3O4,经反应铁氧化合物循环分解水可以制H2。
已知:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH1=+571.0 kJ·mol-1
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)
ΔH2=+313.2 kJ·mol-1
则3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s)
ΔH3= kJ·mol-1。
(2)H2还原NO的化学方程式为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g) ΔH<0。
①研究表明上述反应历程分两步:
Ⅰ.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(l)(慢反应)
Ⅱ.H2O2(l)+H2(g)2H2O(g)(快反应)
该总反应的速率由反应 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)决定,反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ的活化能 (填“高”或“低”)。
②该反应常伴有副产物N2O和NH3。以Pt作催化剂,用H2还原某废气中的NO(其他气体不反应),270 ℃时H2的体积分数对H2-NO反应的影响如图所示。随着H2体积分数的增大,N2的体积分数呈下降趋势,原因是 。
(3)一定温度下,在容积恒为1 L的容器中通入一定量N2O4,发生反应N2O42NO2 ΔH<0,体系中各组分浓度随时间(t)的变化如表。
t/s
0
20
40
60
80
0.100
0.062
0.048
0.040
0.040
0
0.076
0.104
0.120
0.120
①0~40 s,N2O4的平均反应速率为 。
②反应达到平衡后再充入N2O4 mol,才能使再次达到平衡时,NO2的浓度为0.24 mol·L-1。
答案:(1)+128.9
(2)①Ⅰ 高 ②N2被H2消耗,生成NH3
(3)①1.3×10-3 mol·L-1·s-1 ②0.18
解析:(1)已知反应①2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
ΔH1=+571.0kJ·mol-1,反应②2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH2=+313.2kJ·mol-1,根据盖斯定律,×(①-②)得到反应3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s),所以ΔH3=(ΔH1-ΔH2)=+128.9kJ·mol-1。
(2)①化学反应速率取决于反应慢的一步,由题中信息可知反应Ⅰ为慢反应,所以总反应的速率取决于反应Ⅰ;反应的活化能越大,反应速率越慢,则反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ的活化能高。②当NO完全反应前,氮气的体积分数随氢气的体积分数增大而增大,当NO完全反应后,氮气的体积分数随氢气的体积分数增大而减小,说明在Pt的催化下,氮气和氢气反应生成氨气,导致氮气的体积分数随氢气的体积分数增大而减小,而氨气的体积分数随氢气的体积分数增大而增大。
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