人教版高考化学一轮复习考点练20化学平衡常数及转化率化学反应的调控含答案

这是一份人教版高考化学一轮复习考点练20化学平衡常数及转化率化学反应的调控含答案，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。

1.把6 ml A气体和5 ml B气体混合放入4 L密闭容器中,在一定条件下发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),5 min末该反应达到平衡,此时生成C的物质的量为2 ml,测定D的平均反应速率为0.1 ml·L-1·min-1,下列说法错误的是( )。
A.x=2
B.B的转化率为20%
C.平衡时A的浓度为0.75 ml·L-1
D.反应在恒温达平衡时,容器内压强为开始时的85%
答案:D
解析:D的平均反应速率为0.1 ml·L-1·min-1,则生成D的物质的量是0.1 ml·L-1·min-1×4 L×5 min=2 ml。根据物质的变化量之比等于方程式中各物质的化学计量数之比可知,x=2,A项正确。根据方程式可知,消耗A和B的物质的量分别是3 ml和1 ml,所以B的转化率是1ml5ml×100%=20%,B项正确。平衡时A的物质的量是6 ml-3 ml=3 ml,其浓度是3ml4 L=0.75 ml·L-1,C项正确。该反应前后气体分子总数不变,故无论反应是否达到平衡状态,混合气体的压强都不改变,D项错误。
2.某温度下,将3 ml A和2 ml B充入一密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5 min末反应达平衡,各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)=c(C)·c(D)。若在温度不变的情况下将容器的容积扩大为原来的10倍,B的转化率不发生变化,则B的转化率为( )。
A.60% B.40%
C.24%D.4%
答案:A
解析:扩大容器容积为原来的10倍,B的转化率不变,则a=1。
设B的变化浓度为x ml·L-1,令容器的容积为1 L,则:
A(g) + B(g) C(g) + D(g)
起始浓度/(ml·L-1)3200
变化浓度/(ml·L-1)xxxx
平衡浓度/(ml·L-1)3-x2-xxx
根据平衡浓度的关系,(3-x)×(2-x)=x×x,解得x=1.2,则B的转化率为1.2ml2ml×100%=60%,A项正确。
3.浓度均为0.1 ml·L-1的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图,下列说法不正确的是( )。
A.平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1
B.p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为p1C.1 100 ℃、p4条件下,该反应10 min时达到平衡点X,则v(CO2)=0.008 ml·L-1·min-1
D.随着温度升高,CH4的转化率减小
答案:D
解析:因为生成物CO与H2的物质的量按1∶1生成,所以平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1,A项正确。由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(p1)>α(p2)>α(p3)>α(p4),正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确。压强为p4、1 100 ℃的条件下,达到平衡X点时甲烷的转化率为80%,甲烷的浓度变化量为0.1 ml·L-1×80%=0.08 ml·L-1,则v(CO2)=ΔcΔt=0.08ml·L-110min=0.008 ml·L-1·min-1,C项正确。由题图可知,当压强相同时,温度越高,CH4的平衡转化率越大,D项错误。
4.温度为T1时,在容积为10 L的恒容密闭容器中充入一定量的M(g)和N(g),发生反应M(g)+N(g)2P(g)+Q(g) ΔH>0。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是( )。
A.若T2时该反应的化学平衡常数为0.64,则T1>T2
B.0~5 min内,用M表示的平均反应速率为0.4 ml·L-1·min-1
C.该反应在第8 min时v逆>v正
D.当M、N的转化率之比保持不变时,可判断该反应达到平衡状态
答案:A
解析:该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向进行,平衡常数增大,根据表中数据可知,5 min时反应已达到平衡,故T1时该反应的化学平衡常数为(0.4)2×0.20.4×0.1=0.8,T2时该反应的化学平衡常数为0.64,故T1>T2,A项正确,C项错误。根据“三段式”可知,0~5 min内,用M表示的平均反应速率为v=ΔcΔt=0.2ml·L-15min=0.04 ml·L-1·min-1,B项错误。根据化学方程式M、N的化学计量数之比可知,两者的转化率之比始终保持不变,是个定值,故D项错误。
5.温度为T时,在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g)2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如表所示,下列说法正确的是( )。
A.平衡时,X的转化率为20%
B.当温度为T时,该反应的平衡常数为40
C.平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆减小,平衡向正反应方向移动
D.前2 min内,用Y的浓度变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03 ml·L-1·min-1
答案:D
解析:平衡时,X的转化率=(0.1-0.05)ml·L-10.1ml·L-1×100%=50%,A项错误;温度为T时,该反应的平衡常数K=c2(Z)c(X)·c3(Y)=×0.053=1 600,B项错误;该反应是气体分子数减小的反应,达平衡后,增大体系压强,v正、v逆均增大,平衡向正反应方向移动,C项错误;前2 min内,用Y的浓度变化量表示的平均反应速率v(Y)=3v(X)=3×0.02ml·L-12min=0.03 ml·L-1·min-1,D项正确。
6.科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=a kJ·ml-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)-T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是( )。
A.a>0
B.压强p1>p2
C.升高温度,该反应的平衡常数增大
D.将体系中O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率
答案:B
解析:根据图像分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率升高,该反应为吸热反应,ΔH>0,即a>0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率降低,故p17.在两个固定容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)n(CO2)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 ml·L-1、1.0 ml·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,按物质的量之比为2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,再次平衡后α(CO2)减小
答案:C
解析: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,根据反应的化学方程式可知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项错误;氢碳比越大,二氧化碳的转化率越大,故X>2.0,B项错误;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项正确;向处于P点状态的容器中,按物质的量之比为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项错误。
二、非选择题
8.(2023全国甲改编)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题。
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g)2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ·ml-1
②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l) K2 ΔH2=-329 kJ·ml-1
反应③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3= kJ·ml-1,平衡常数K3= (用K1、K2表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、C+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH4M++CH3OH,结果如下图所示。图中300 K的曲线是 (填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO+的转化率为 (列出算式)。
(3)MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线 (填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD (填“>”“=”或“<”)CHD2OH。若MO+与CHD3反应,生成的氘代甲醇有 种。
答案:(1)-307 K2K1
(2)b (1-10-0.1)×100%
(3)(ⅰ)Ⅰ (ⅱ)c (ⅲ)< 2
解析:(1)分析题给的两个热化学方程式,可知反应③可由②-①2得到,故ΔH3=12(ΔH2-ΔH1)=12×(-329-285) kJ·ml-1=-307 kJ·ml-1。反应③的平衡常数K3=K2K1。
(2)对于题述反应MO++CH4M++CH3OH,温度越高,MO+与CH4反应的速率越大,反应相同时间MO+的转化率越大,即温度越高,c(MO+)c(MO+)+c(M+)的值越小,则-lgc(MO+)c(MO+)+c(M+)的值就越大,因此图中310 K的曲线是a,300 K的曲线是b。300 K、60 s时的图像纵坐标数值为0.1,则-lgc(MO+)c(MO+)+c(M+)=0.1,c(MO+)c(MO+)+c(M+)=10-0.1,则MO+的转化率为c(M+)c(MO+)+c(M+)×100%=(1-10-0.1)×100%。
(3)(ⅰ)观察分析图中反应进程知,步骤Ⅰ中甲烷中C—H键发生变化,氧原子与氢原子间形成新的共价键。
(ⅱ)依据题目信息“元素被替换为更重的同位素时,反应会变慢”,当CH4被替换为CD4后,反应变慢,说明其反应的活化能变大,故选c。
(ⅲ)根据上述分析,当MO+与CH2D2反应时,H原子与O原子结合跟D原子与O原子结合相比较,反应更快,则产量更高。依据反应机理知,当MO+与CHD3反应时,实际参与替换的氢原子共两种类型(H和D),故生成的氘代甲醇有2种。
9.研究减少CO2的排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机化合物,主要有以下反应:
反应Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.6 kJ·ml-1
反应Ⅱ CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1
反应Ⅲ 2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3
(1)ΔH3= kJ·ml-1。
(2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2,发生反应Ⅰ。下列描述能说明反应Ⅰ达到平衡状态的是 (填字母)。
A.反应体系总压强保持不变
B.容器内的混合气体的密度保持不变
C.水分子中断裂2NA个H—O,同时氢分子中断裂3NA个H—H(设NA为阿伏加德罗常数的值)
D.CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
(3)反应Ⅱ在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:
此时v正 (填“>”“<”或“=”)v逆,当反应达到平衡状态时,混合气体中CH3OH的体积分数为 。
(4)压强为p时,在不同温度、不同投料比下进行反应Ⅲ,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6 ml CO2和12 ml H2充入2 L的密闭容器中,5 min后反应达到平衡状态,则0~5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)= ;KA、KB、KC三者之间的大小关系为 。
答案:(1)-122.6
(2)AC
(3)> 20%
(4)0.18 ml·L-1·min-1 KA=KC>KB
解析:(1)反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.6 kJ·ml-1
反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) ΔH2=+23.4 kJ·ml-1
反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH3
根据盖斯定律,由反应Ⅰ×2-反应Ⅱ得ΔH3=2ΔH1-ΔH2=-49.6 kJ·ml-1×2-23.4 kJ·ml-1 =-122.6 kJ·ml-1。
(2)反应Ⅰ是反应前后气体的物质的量变化的反应,所以压强不变说明反应达到平衡状态,故A项正确。恒温恒容条件下,由于各物质均为气体,故反应前后质量与体积都不变,混合气体的密度始终不变,故B项错误。水分子中断裂2NA个H—O,同时氢分子中断裂3NA个H—H,说明v正=v逆,故C项正确。CH3OH和H2O的浓度之比保持不变,相当于两者之比等于1∶1,不能说明反应达到平衡状态,故D项错误。
(3)在反应CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)中,根据Q=c2(CH3OH)c(CH3OCH3)·c(H2O)=0.421.8×1.8<0.25,说明平衡正向移动,故此时v正>v逆。
设CH3OCH3转化了x ml·L-1,则
CH3OCH3(g) + H2O(g)2CH3OH(g)
起始浓度(ml·L-1)1.81.80.4
变化浓度(ml·L-1)xx2x
平衡浓度(ml·L-1)1.8-x1.8-x0.4+2x
根据K=(0.4+2x)(0.4+2x)(1.8-x)( 1.8-x)=0.25,解得x=0.2,
混合气体中CH3OH的体积分数为0.8ml·L-11.6ml·L-1+1.6 ml·L-1+0.8 ml·L-1×100%=20%。
(4)设反应生成了x ml CH3OCH3,则
2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
起始/ml61200
变化/ml2x6xx3x
平衡/ml6-2x12-6xx3x
已知n(H2)n(CO2)=12ml6ml=2,根据CO2的平衡转化率,T1温度下CO2的转化率为60% ,
所以有2x6=0.6,解得x=1.8,故0~5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=1.8ml2 L×5min=0.18 ml·L-1·min-1 。
已知反应为放热反应,投料比一定时,T2对应的CO2的平衡转化率小于T1对应的CO2的平衡转化率,说明T2下平衡逆向移动,K变小,化学平衡常数只与温度有关,所以KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA=KC>KB。t/min
0
5
10
n(M)/ml
6.0
4.0
n(N)/ml
3.0
1.0
物质
X
Y
Z
初始浓度/(ml·L-1)
0.1
0.2
0
2 min时浓度/(ml·L-1)
0.08
a
b
平衡浓度/(ml·L-1)
0.05
0.05
0.1
物质
CH3OCH3(g)
H2O(g)
CH3OH(g)
浓度(ml·L-1)
1.8
1.8
0.4