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2022届高考化学一轮复习同步练习：化学平衡常数 化学反应进行的方向
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这是一份2022届高考化学一轮复习同步练习：化学平衡常数 化学反应进行的方向，共16页。试卷主要包含了已知热化学方程式，在2，已知反应等内容，欢迎下载使用。
化学平衡常数 化学反应进行的方向
1.自由能的变化(ΔG)是反应方向判断的复合判据:ΔG=ΔH-TΔS。ΔG<0时,反应正向自发进行。已知工业上常利用CH4和H2O来制备水煤气,原理为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,则下列说法正确的是 ( )
A.ΔS>0 高温下能自发
B.ΔS<0 高温下能自发
C.ΔS<0 低温下能自发
D.ΔS>0 任何温度下能自发
2.(2021·成都模拟)一定温度下,某气体反应达到化学平衡,平衡常数K=c(A)·c2(B)/c2(E)·c(F),恒容时,若温度适当降低,则F的浓度增加,下列说法中正确的是 ( )
A.降低温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
B.增大c(A)、c(B),K增大
C.该反应的化学方程式为2E(g)+F(s)A(g)+2B(g)
D.该反应的焓变ΔH>0
3.(2021·宁波模拟)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 mol的X和1 mol的Y,当Y的物质的量减少0.75 mol时,达到平衡状态,此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L-1和0.5 mol·L-1,该温度下的平衡常数为 ( )
A. B.
C.35 D.20
4.(2021·石嘴山市模拟)E和F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值如下表所示,下列说法正确的是 ( )
温度/℃
25
80
230
平衡常数值
5×104
2
1.9×10-5
A.上述反应是熵增反应
B.25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数值是0.5
C.在80 ℃时,测得某时刻,F、G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
5.一定温度下,反应I2(g)+H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时,测得c(I2)=0.11 mmol·L-1,c(HI)=0.78 mmol·L-1。相同温度下,按下列4组初始浓度进行实验,反应逆向进行的是 ( )
(注:1 mmol·L-1=10-3mol·L-1)
A
B
C
D
c(I2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/mmol·L-1
1.00
1.56
4.00
1.56
6.(2021·慈溪模拟)在2.0 L恒温恒容密闭容器中发生反应:2H2S(g)S2(g)+2H2(g) ΔH>0,起始时充入2.0 mol H2S,反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是 ( )
n/mol
t/min
n(H2S)
n(S2)
n(H2)
0
2.0
0
0
2
1.0
4
0.8
6
0.6
A.2 min时,H2的生成速率为0.25 mol·L-1·min-1
B.上述反应的平衡常数K=0.675
C.3 min时,H2S的分解率一定小于60%
D.反应达平衡后,升高温度,平衡逆向移动
7.已知反应:
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是 ( )
A.图甲中ω1>1
B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数
C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态
D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%
8.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
Ⅰ.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 mol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为 。
Ⅱ.恒温下,在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1 mol H2的混合气体,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),ΔH<0,一段时间后,达到平衡,若平衡时氨气的物质的量为0.4 mol。
(1)此温度时该反应的K值为 。
(2)若在此温度下,向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、
1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3,此时,该反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”),此时若没有达平衡,反应向 方向进行(填“正”或“逆”)。
9.T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2),发生反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g)2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,则该温度下,CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)的平衡常数K为 ( )
A. B.2 C. D.
10.CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有两个竞争反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.520 ℃时,CO2的转化率为60%
B.520 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=
C.若要生成的主要产物为甲烷,应控制反应温度在840 ℃
D.由图象可知,两个竞争反应均为放热反应
11.某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的X、Y,发生反应aX(g)+bY(g)cZ(g),经测定前4 s内v(Z)=0.05 mol·L-1·s-1,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示,下列说法中错误的是 ( )
A.该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B.前4 s内,v(X)=0.075 mol·L-1·s-1
C.平衡时,Y的转化率为50%
D.12 s和15 s时的化学平衡常数一致
12.(2021·济南模拟)CO2催化重整CH4的反应:(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+
2H2(g);ΔH1,主要副反应:(Ⅱ)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g);ΔH2>0,
(Ⅲ)4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g);ΔH3<0。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比1∶1充入气体,加入催化剂,测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.ΔH1>0
B.若反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时,转移电子数之比为3∶4
C.300～580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量
D.T ℃时,在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81
13.(2021·武汉模拟)(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如表:
热化学方程式
平衡常数
①
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
ΔH1=a kJ·mol-1
K1
②
4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) ΔH2=b kJ·mol-1
K2
③
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) ΔH3
K3
则该温度下上述反应③的平衡常数表达式为K3= (用K1、K2表示)。
(2)25 ℃时,在体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是 ;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,则混合气体的平均相对分子质量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lgK)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是 (填“甲”或“乙”),a值为 。25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol·L-1、
0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
解析
1.自由能的变化(ΔG)是反应方向判断的复合判据:ΔG=ΔH-TΔS。ΔG<0时,反应正向自发进行。已知工业上常利用CH4和H2O来制备水煤气,原理为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,则下列说法正确的是 ( )
A.ΔS>0 高温下能自发
B.ΔS<0 高温下能自发
C.ΔS<0 低温下能自发
D.ΔS>0 任何温度下能自发
解析：选A。CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,气体的物质的量增大,所以ΔS>0,而ΔH>0、ΔS>0,则在高温下能自发。
2.(2021·成都模拟)一定温度下,某气体反应达到化学平衡,平衡常数K=c(A)·c2(B)/c2(E)·c(F),恒容时,若温度适当降低,则F的浓度增加,下列说法中正确的是 ( )
A.降低温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
B.增大c(A)、c(B),K增大
C.该反应的化学方程式为2E(g)+F(s)A(g)+2B(g)
D.该反应的焓变ΔH>0
解析：选D。降低温度,减少活化分子百分数,所以正逆反应速率都减小,故A错误;化学平衡常数只与温度有关,温度不变化学平衡常数不变,与物质浓度无关,故B错误;根据化学平衡常数知,F是气体且是反应物,其反应方程式为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g),故C错误;降低温度,F浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,降低温度平衡向放热反应方向移动,则正反应是吸热反应,焓变大于0,故D正确。
3.(2021·宁波模拟)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 mol的X和1 mol的Y,当Y的物质的量减少0.75 mol时,达到平衡状态,此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L-1和0.5 mol·L-1,该温度下的平衡常数为 ( )
A. B.
C.35 D.20
解析：选A。
aX(g) + 3Y(s)bZ(g) ΔH<0
始 0.9 1 0
反应 0.25a 0.75 0.25b
平衡 0.2×2=0.4 0.25 0.5×2=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===。
4.(2021·石嘴山市模拟)E和F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值如下表所示,下列说法正确的是 ( )
温度/℃
25
80
230
平衡常数值
5×104
2
1.9×10-5
A.上述反应是熵增反应
B.25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数值是0.5
C.在80 ℃时,测得某时刻,F、G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。正反应为气体物质的量减小的反应,正反应为熵减的反应,故A错误;相同温度下,G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数与E(s)+4F(g)G(g)的平衡常数互为倒数,故25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数值是=2×10-5,故B错误;此时浓度商Qc==8>K=2,反应向逆反应方向进行,故v(正)
(注:1 mmol·L-1=10-3mol·L-1)
A
B
C
D
c(I2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/mmol·L-1
1.00
1.56
4.00
1.56
解析：选C。Qc(A)==1,Qc(B)=≈50.28,
Qc(C)=≈82.64,Qc(D)=≈50.28,Qc(C)的值最大。
6.(2021·慈溪模拟)在2.0 L恒温恒容密闭容器中发生反应:2H2S(g)S2(g)+2H2(g) ΔH>0,起始时充入2.0 mol H2S,反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是 ( )
n/mol
t/min
n(H2S)
n(S2)
n(H2)
0
2.0
0
0
2
1.0
4
0.8
6
0.6
A.2 min时,H2的生成速率为0.25 mol·L-1·min-1
B.上述反应的平衡常数K=0.675
C.3 min时,H2S的分解率一定小于60%
D.反应达平衡后,升高温度,平衡逆向移动
解析：选B。反应速率指的是0～2 min这一段时间的平均反应速率,不是
2 min的时刻速率,故A错误;由分析数据可知反应的平衡常数K==0.675,故B正确;4 min时达到平衡,H2S的分解率为×100%=60%,但不能确定3 min是否达到平衡,如平衡时,则等于60%,故C错误;该反应ΔH>0,是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,故D错误。
7.已知反应:
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是 ( )
A.图甲中ω1>1
B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数
C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态
D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%
解析：选D。增大氯气的量,平衡正向移动,丙烯的体积分数减小,则图甲中ω1<1,故A错误;由图甲可知,随着温度的升高,丙烯的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,正反应的平衡常数减小,则图乙中,线B表示正反应的平衡常数,故B错误;该反应是气体分子数不变的反应,反应开始到平衡,容器压强都不改变,在恒容容器中进行,压强不变时不能说明反应达到平衡状态,故C错误;当温度为T1、ω=2时,平衡常数K=1,
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)
起始
c(mol·L-1) 1 2 0 0
转化
c(mol·L-1) x x x x
平衡
c(mol·L-1) 1-x 2-x x x
K===1,解得x=,则Cl2的转化率为×100%≈33.3%,故D正确。
8.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
Ⅰ.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 mol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为 。
Ⅱ.恒温下,在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1 mol H2的混合气体,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),ΔH<0,一段时间后,达到平衡,若平衡时氨气的物质的量为0.4 mol。
(1)此温度时该反应的K值为 。
(2)若在此温度下,向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、
1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3,此时,该反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”),此时若没有达平衡,反应向 方向进行(填“正”或“逆”)。
解析：Ⅰ.(1)根据题意反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K=,(2)若K=1,设容器体积为1 L I2的平衡转化率为x,则参加反应的为x mol,平衡时生成TaI4和S2各0.5x mol,剩余I2为(1-x)mol,根据K===1,解得:x=66.7%,
Ⅱ.(1) N2(g)+3H2(g)2NH3(g),
初始浓度: 0.5 0.5 0
变化浓度: 0.1 0.3 0.2
平衡浓度: 0.4 0.2 0.2
K==12.5。
(2)向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3,此时Qc==0.5
(2)66.7% Ⅱ.(1)12.5 (2)否 正
9.T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2),发生反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g)2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,则该温度下,CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)的平衡常数K为 ( )
A. B.2 C. D.
解析：选D。T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气,若同时发生的反应还有2CO(g)2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,设消耗COCl2(g)物质的量为x,
COCl2(g)Cl2(g)+CO(g)
起始量(mol) 4 0 0
变化量(mol) x x x
平衡量(mol) 4-x x x
2CO(g)2C(s)+O2(g),
起始量 x 0 0
变化量 1 1 0.5
平衡量 2 1 0.5
x=3 mol,则平衡浓度COCl2(g)为mol·L-1,Cl2(g)为1 mol·L-1,CO(g)为mol·L-1。COCl2(g)Cl2(g)+CO(g)的平衡常数K==2,则该温度下,Cl2(g)+CO(g)COCl2(g)的平衡常数K=。
10.CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有两个竞争反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.520 ℃时,CO2的转化率为60%
B.520 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=
C.若要生成的主要产物为甲烷,应控制反应温度在840 ℃
D.由图象可知,两个竞争反应均为放热反应
解析：选A。520 ℃时,反应Ⅰ中生成CH4 0.2 mol,则消耗CO2 0.2 mol;反应Ⅱ中生成C2H4 0.2 mol,则消耗CO2 0.4 mol,两反应共消耗CO2 0.6 mol,从而得出CO2的转化率为×100%=60%,故A正确;B.520 ℃时,反应Ⅰ生成CH4
0.2 mol,则
反应ⅠCO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
起始: 1 mol 4 mol 0 0
转化: 0.2 mol 0.8 mol 0.2 mol 0.4 mol
反应Ⅱ 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
起始: 1 mol 4 mol 0 0
转化: 0.4 mol 1.2 mol 0.2 mol 0.8 mol
则平衡时各组分物质的量为CO2 0.4 mol、H2 2 mol、CH4 0.2 mol、
H2O 1.2 mol,反应Ⅰ的平衡常数K==0.045,故B错误;由图象可知,温度高于520 ℃,生成CH4较多,CH4为主要产物,故C错误;图象为平衡曲线,前半段为平衡受温度影响,温度升高,产物增多,可知两个竞争反应均为吸热反应,温度再继续升高,产物减少,可能是产物分解等其他的反应发生,故D错误。
11.某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的X、Y,发生反应aX(g)+bY(g)cZ(g),经测定前4 s内v(Z)=0.05 mol·L-1·s-1,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示,下列说法中错误的是 ( )
A.该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B.前4 s内,v(X)=0.075 mol·L-1·s-1
C.平衡时,Y的转化率为50%
D.12 s和15 s时的化学平衡常数一致
解析：选C。前12 s内,反应到达平衡时,
v(X)==mol·(L·s)-1=mol·(L·s)-1,到达平衡v(Y)==mol·(L·s)-1=,根据反应速率之比等于化学计量数之比,则==3∶1,由于前4 s内v(Z)=0.05 mol·(L·s)-1,则==3∶2,所以最简比为a=3,b=1,c=2,则发生的反应为3X(g)+Y(g)2Z(g),故A正确;前4 s内,v(X)==mol·(L·s)-1=0.075 mol·(L·s)-1,故B正确;平衡时,Y的转化率为×100%=40%,故C错误;化学平衡常数只随温度的改变而改变,则12 s和15 s时的化学平衡常数一致,故D正确。
12.(2021·济南模拟)CO2催化重整CH4的反应:(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+
2H2(g);ΔH1,主要副反应:(Ⅱ)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g);ΔH2>0,
(Ⅲ)4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g);ΔH3<0。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比1∶1充入气体,加入催化剂,测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.ΔH1>0
B.若反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时,转移电子数之比为3∶4
C.300～580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量
D.T ℃时,在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81
解析：选C。反应(Ⅰ)可由2倍(Ⅱ)减去反应(Ⅲ)得到,故ΔH1=2ΔH2-ΔH3,再根据图示,随温度的升高,CH4和CO2的体积分数减小,说明升温,平衡正向移动,而升温平衡向吸热方向移动,正反应吸热,ΔH1>0,故A正确;反应Ⅰ每消耗1 mol CO2,转移电子数为6 mol,反应Ⅲ每消耗 1mol CO2,转移电子数为8 mol,所以反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时,转移电子数之比为3∶4,故B正确;300～580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,反应(Ⅲ)是放热反应,升温时,平衡逆向移动消耗H2O,反应(Ⅱ)是吸热反应,升温时正向移动,生成H2O,而由于反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成水的量,故C错误;T ℃时,在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则CO2转化的浓度为×75%=0.75 mol·L-1,根据三段式:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
起始量:mol·L-1 1 1 0 0
转化量:mol·L-1 0.75 0.75 1.5 1.5
平衡量:mol·L-1 0.25 0.25 1.5 1.5
若不考虑副反应,则反应(Ⅰ)的平衡常数=,但由于副反应(Ⅲ)中,消耗的氢气的量比二氧化碳多得多,故计算式中,分子减小得更多,值小于81,故D正确。
13.(2021·武汉模拟)(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如表:
热化学方程式
平衡常数
①
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
ΔH1=a kJ·mol-1
K1
②
4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) ΔH2=b kJ·mol-1
K2
③
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) ΔH3
K3
则该温度下上述反应③的平衡常数表达式为K3= (用K1、K2表示)。
(2)25 ℃时,在体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是 ;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,则混合气体的平均相对分子质量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lgK)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是 (填“甲”或“乙”),a值为 。25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol·L-1、
0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
解析：(1)已知:①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)
将①×2-②可得:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g),该反应ΔH3=2ΔH1-ΔH2=2a-b,则平衡常数K3=;(2)由图Ⅰ分析可知,随反应的进行压强先增大后减小,5 min达到平衡状态,推知开始因反应是放热的,随反应进行温度升高,压强增大;反应到一定程度,因反应物浓度减小,随反应正向进行,压强反而减小,到压强随时间变化不变时,达到平衡状态,反应焓变为ΔH<0;由图知:化学反应速率加快,平衡不动,改变的条件:加入催化剂;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,相当于增大压强,平衡正向进行,气体物质的量减小,气体质量不变,则混合气体的平均相对分子质量将增大;T升高,平衡左移,K减小,lgK减小,曲线选乙,设反应的氯气物质的量为x mol,
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)
起始(mol): 0.08 0.04 0
变化(mol): 2x x 2x
平衡(mol): 0.08-2x 0.04-x 2x
根据压强之比等于物质的量之比。
得到:=,解得:x=0.02
依据计算得到平衡时物质的浓度代入x求得:
c(NO)==0.02 mol·L-1;
c(Cl2)=0.01 mol·L-1;
c(NOCl)=0.02 mol·L-1;
结合平衡常数概念计算:K===100;
lgK=lg 100=2,a=2;
25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为
0.8 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则Qc=
=≈1.4v逆;(3)在压强8 MPa,
300 ℃的反应温度下二氧化碳和氢气按1∶3的比例通入,测得二氧化碳的平衡转化率为50%,结合三段式列式计算,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol) 1 3 0 0
变化量(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5
分压=总压×物质的量分数,所以p(CO2)=8 Mpa×= MPa,p(H2)=8 MPa×=4 MPa,p(CH3OH)=8 MPa×= MPa;p(H2O)=8 MPa×= MPa,所以Kp==(MPa)-2。
答案:(1)
(2)< 加入催化剂 增大 乙 2 >
(3)
化学平衡常数 化学反应进行的方向
1.自由能的变化(ΔG)是反应方向判断的复合判据:ΔG=ΔH-TΔS。ΔG<0时,反应正向自发进行。已知工业上常利用CH4和H2O来制备水煤气,原理为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,则下列说法正确的是 ( )
A.ΔS>0 高温下能自发
B.ΔS<0 高温下能自发
C.ΔS<0 低温下能自发
D.ΔS>0 任何温度下能自发
2.(2021·成都模拟)一定温度下,某气体反应达到化学平衡,平衡常数K=c(A)·c2(B)/c2(E)·c(F),恒容时,若温度适当降低,则F的浓度增加,下列说法中正确的是 ( )
A.降低温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
B.增大c(A)、c(B),K增大
C.该反应的化学方程式为2E(g)+F(s)A(g)+2B(g)
D.该反应的焓变ΔH>0
3.(2021·宁波模拟)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 mol的X和1 mol的Y,当Y的物质的量减少0.75 mol时,达到平衡状态,此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L-1和0.5 mol·L-1,该温度下的平衡常数为 ( )
A. B.
C.35 D.20
4.(2021·石嘴山市模拟)E和F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值如下表所示,下列说法正确的是 ( )
温度/℃
25
80
230
平衡常数值
5×104
2
1.9×10-5
A.上述反应是熵增反应
B.25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数值是0.5
C.在80 ℃时,测得某时刻,F、G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
5.一定温度下,反应I2(g)+H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时,测得c(I2)=0.11 mmol·L-1,c(HI)=0.78 mmol·L-1。相同温度下,按下列4组初始浓度进行实验,反应逆向进行的是 ( )
(注:1 mmol·L-1=10-3mol·L-1)
A
B
C
D
c(I2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/mmol·L-1
1.00
1.56
4.00
1.56
6.(2021·慈溪模拟)在2.0 L恒温恒容密闭容器中发生反应:2H2S(g)S2(g)+2H2(g) ΔH>0,起始时充入2.0 mol H2S,反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是 ( )
n/mol
t/min
n(H2S)
n(S2)
n(H2)
0
2.0
0
0
2
1.0
4
0.8
6
0.6
A.2 min时,H2的生成速率为0.25 mol·L-1·min-1
B.上述反应的平衡常数K=0.675
C.3 min时,H2S的分解率一定小于60%
D.反应达平衡后,升高温度,平衡逆向移动
7.已知反应:
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是 ( )
A.图甲中ω1>1
B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数
C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态
D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%
8.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
Ⅰ.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 mol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为 。
Ⅱ.恒温下,在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1 mol H2的混合气体,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),ΔH<0,一段时间后,达到平衡,若平衡时氨气的物质的量为0.4 mol。
(1)此温度时该反应的K值为 。
(2)若在此温度下,向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、
1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3,此时,该反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”),此时若没有达平衡,反应向 方向进行(填“正”或“逆”)。
9.T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2),发生反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g)2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,则该温度下,CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)的平衡常数K为 ( )
A. B.2 C. D.
10.CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有两个竞争反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.520 ℃时,CO2的转化率为60%
B.520 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=
C.若要生成的主要产物为甲烷,应控制反应温度在840 ℃
D.由图象可知,两个竞争反应均为放热反应
11.某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的X、Y,发生反应aX(g)+bY(g)cZ(g),经测定前4 s内v(Z)=0.05 mol·L-1·s-1,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示,下列说法中错误的是 ( )
A.该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B.前4 s内,v(X)=0.075 mol·L-1·s-1
C.平衡时,Y的转化率为50%
D.12 s和15 s时的化学平衡常数一致
12.(2021·济南模拟)CO2催化重整CH4的反应:(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+
2H2(g);ΔH1,主要副反应:(Ⅱ)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g);ΔH2>0,
(Ⅲ)4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g);ΔH3<0。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比1∶1充入气体,加入催化剂,测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.ΔH1>0
B.若反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时,转移电子数之比为3∶4
C.300～580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量
D.T ℃时,在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81
13.(2021·武汉模拟)(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如表:
热化学方程式
平衡常数
①
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
ΔH1=a kJ·mol-1
K1
②
4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) ΔH2=b kJ·mol-1
K2
③
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) ΔH3
K3
则该温度下上述反应③的平衡常数表达式为K3= (用K1、K2表示)。
(2)25 ℃时,在体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是 ;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,则混合气体的平均相对分子质量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lgK)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是 (填“甲”或“乙”),a值为 。25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol·L-1、
0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
解析
1.自由能的变化(ΔG)是反应方向判断的复合判据:ΔG=ΔH-TΔS。ΔG<0时,反应正向自发进行。已知工业上常利用CH4和H2O来制备水煤气,原理为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,则下列说法正确的是 ( )
A.ΔS>0 高温下能自发
B.ΔS<0 高温下能自发
C.ΔS<0 低温下能自发
D.ΔS>0 任何温度下能自发
解析：选A。CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,气体的物质的量增大,所以ΔS>0,而ΔH>0、ΔS>0,则在高温下能自发。
2.(2021·成都模拟)一定温度下,某气体反应达到化学平衡,平衡常数K=c(A)·c2(B)/c2(E)·c(F),恒容时,若温度适当降低,则F的浓度增加,下列说法中正确的是 ( )
A.降低温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
B.增大c(A)、c(B),K增大
C.该反应的化学方程式为2E(g)+F(s)A(g)+2B(g)
D.该反应的焓变ΔH>0
解析：选D。降低温度,减少活化分子百分数,所以正逆反应速率都减小,故A错误;化学平衡常数只与温度有关,温度不变化学平衡常数不变,与物质浓度无关,故B错误;根据化学平衡常数知,F是气体且是反应物,其反应方程式为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g),故C错误;降低温度,F浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,降低温度平衡向放热反应方向移动,则正反应是吸热反应,焓变大于0,故D正确。
3.(2021·宁波模拟)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 mol的X和1 mol的Y,当Y的物质的量减少0.75 mol时,达到平衡状态,此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L-1和0.5 mol·L-1,该温度下的平衡常数为 ( )
A. B.
C.35 D.20
解析：选A。
aX(g) + 3Y(s)bZ(g) ΔH<0
始 0.9 1 0
反应 0.25a 0.75 0.25b
平衡 0.2×2=0.4 0.25 0.5×2=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===。
4.(2021·石嘴山市模拟)E和F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值如下表所示,下列说法正确的是 ( )
温度/℃
25
80
230
平衡常数值
5×104
2
1.9×10-5
A.上述反应是熵增反应
B.25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数值是0.5
C.在80 ℃时,测得某时刻,F、G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。正反应为气体物质的量减小的反应,正反应为熵减的反应,故A错误;相同温度下,G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数与E(s)+4F(g)G(g)的平衡常数互为倒数,故25 ℃时,反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数值是=2×10-5,故B错误;此时浓度商Qc==8>K=2,反应向逆反应方向进行,故v(正)
(注:1 mmol·L-1=10-3mol·L-1)
A
B
C
D
c(I2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/mmol·L-1
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/mmol·L-1
1.00
1.56
4.00
1.56
解析：选C。Qc(A)==1,Qc(B)=≈50.28,
Qc(C)=≈82.64,Qc(D)=≈50.28,Qc(C)的值最大。
6.(2021·慈溪模拟)在2.0 L恒温恒容密闭容器中发生反应:2H2S(g)S2(g)+2H2(g) ΔH>0,起始时充入2.0 mol H2S,反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是 ( )
n/mol
t/min
n(H2S)
n(S2)
n(H2)
0
2.0
0
0
2
1.0
4
0.8
6
0.6
A.2 min时,H2的生成速率为0.25 mol·L-1·min-1
B.上述反应的平衡常数K=0.675
C.3 min时,H2S的分解率一定小于60%
D.反应达平衡后,升高温度,平衡逆向移动
解析：选B。反应速率指的是0～2 min这一段时间的平均反应速率,不是
2 min的时刻速率,故A错误;由分析数据可知反应的平衡常数K==0.675,故B正确;4 min时达到平衡,H2S的分解率为×100%=60%,但不能确定3 min是否达到平衡,如平衡时,则等于60%,故C错误;该反应ΔH>0,是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,故D错误。
7.已知反应:
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按ω=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系,图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是 ( )
A.图甲中ω1>1
B.图乙中,线A表示正反应的平衡常数
C.在恒容容器中进行,压强不变时反应达到平衡状态
D.当温度为T1、ω=2时,Cl2的转化率约为33.3%
解析：选D。增大氯气的量,平衡正向移动,丙烯的体积分数减小,则图甲中ω1<1,故A错误;由图甲可知,随着温度的升高,丙烯的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,正反应的平衡常数减小,则图乙中,线B表示正反应的平衡常数,故B错误;该反应是气体分子数不变的反应,反应开始到平衡,容器压强都不改变,在恒容容器中进行,压强不变时不能说明反应达到平衡状态,故C错误;当温度为T1、ω=2时,平衡常数K=1,
CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)
起始
c(mol·L-1) 1 2 0 0
转化
c(mol·L-1) x x x x
平衡
c(mol·L-1) 1-x 2-x x x
K===1,解得x=,则Cl2的转化率为×100%≈33.3%,故D正确。
8.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
Ⅰ.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 mol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为 。
Ⅱ.恒温下,在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1 mol H2的混合气体,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),ΔH<0,一段时间后,达到平衡,若平衡时氨气的物质的量为0.4 mol。
(1)此温度时该反应的K值为 。
(2)若在此温度下,向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、
1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3,此时,该反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”),此时若没有达平衡,反应向 方向进行(填“正”或“逆”)。
解析：Ⅰ.(1)根据题意反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K=,(2)若K=1,设容器体积为1 L I2的平衡转化率为x,则参加反应的为x mol,平衡时生成TaI4和S2各0.5x mol,剩余I2为(1-x)mol,根据K===1,解得:x=66.7%,
Ⅱ.(1) N2(g)+3H2(g)2NH3(g),
初始浓度: 0.5 0.5 0
变化浓度: 0.1 0.3 0.2
平衡浓度: 0.4 0.2 0.2
K==12.5。
(2)向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3,此时Qc==0.5
(2)66.7% Ⅱ.(1)12.5 (2)否 正
9.T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2),发生反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g)2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,则该温度下,CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)的平衡常数K为 ( )
A. B.2 C. D.
解析：选D。T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气,若同时发生的反应还有2CO(g)2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,设消耗COCl2(g)物质的量为x,
COCl2(g)Cl2(g)+CO(g)
起始量(mol) 4 0 0
变化量(mol) x x x
平衡量(mol) 4-x x x
2CO(g)2C(s)+O2(g),
起始量 x 0 0
变化量 1 1 0.5
平衡量 2 1 0.5
x=3 mol,则平衡浓度COCl2(g)为mol·L-1,Cl2(g)为1 mol·L-1,CO(g)为mol·L-1。COCl2(g)Cl2(g)+CO(g)的平衡常数K==2,则该温度下,Cl2(g)+CO(g)COCl2(g)的平衡常数K=。
10.CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有两个竞争反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.520 ℃时,CO2的转化率为60%
B.520 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=
C.若要生成的主要产物为甲烷,应控制反应温度在840 ℃
D.由图象可知,两个竞争反应均为放热反应
解析：选A。520 ℃时,反应Ⅰ中生成CH4 0.2 mol,则消耗CO2 0.2 mol;反应Ⅱ中生成C2H4 0.2 mol,则消耗CO2 0.4 mol,两反应共消耗CO2 0.6 mol,从而得出CO2的转化率为×100%=60%,故A正确;B.520 ℃时,反应Ⅰ生成CH4
0.2 mol,则
反应ⅠCO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
起始: 1 mol 4 mol 0 0
转化: 0.2 mol 0.8 mol 0.2 mol 0.4 mol
反应Ⅱ 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
起始: 1 mol 4 mol 0 0
转化: 0.4 mol 1.2 mol 0.2 mol 0.8 mol
则平衡时各组分物质的量为CO2 0.4 mol、H2 2 mol、CH4 0.2 mol、
H2O 1.2 mol,反应Ⅰ的平衡常数K==0.045,故B错误;由图象可知,温度高于520 ℃,生成CH4较多,CH4为主要产物,故C错误;图象为平衡曲线,前半段为平衡受温度影响,温度升高,产物增多,可知两个竞争反应均为吸热反应,温度再继续升高,产物减少,可能是产物分解等其他的反应发生,故D错误。
11.某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的X、Y,发生反应aX(g)+bY(g)cZ(g),经测定前4 s内v(Z)=0.05 mol·L-1·s-1,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示,下列说法中错误的是 ( )
A.该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B.前4 s内,v(X)=0.075 mol·L-1·s-1
C.平衡时,Y的转化率为50%
D.12 s和15 s时的化学平衡常数一致
解析：选C。前12 s内,反应到达平衡时,
v(X)==mol·(L·s)-1=mol·(L·s)-1,到达平衡v(Y)==mol·(L·s)-1=,根据反应速率之比等于化学计量数之比,则==3∶1,由于前4 s内v(Z)=0.05 mol·(L·s)-1,则==3∶2,所以最简比为a=3,b=1,c=2,则发生的反应为3X(g)+Y(g)2Z(g),故A正确;前4 s内,v(X)==mol·(L·s)-1=0.075 mol·(L·s)-1,故B正确;平衡时,Y的转化率为×100%=40%,故C错误;化学平衡常数只随温度的改变而改变,则12 s和15 s时的化学平衡常数一致,故D正确。
12.(2021·济南模拟)CO2催化重整CH4的反应:(Ⅰ)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+
2H2(g);ΔH1,主要副反应:(Ⅱ)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g);ΔH2>0,
(Ⅲ)4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g);ΔH3<0。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比1∶1充入气体,加入催化剂,测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.ΔH1>0
B.若反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时,转移电子数之比为3∶4
C.300～580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量
D.T ℃时,在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81
解析：选C。反应(Ⅰ)可由2倍(Ⅱ)减去反应(Ⅲ)得到,故ΔH1=2ΔH2-ΔH3,再根据图示,随温度的升高,CH4和CO2的体积分数减小,说明升温,平衡正向移动,而升温平衡向吸热方向移动,正反应吸热,ΔH1>0,故A正确;反应Ⅰ每消耗1 mol CO2,转移电子数为6 mol,反应Ⅲ每消耗 1mol CO2,转移电子数为8 mol,所以反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时,转移电子数之比为3∶4,故B正确;300～580 ℃时,H2O的体积分数不断增大,反应(Ⅲ)是放热反应,升温时,平衡逆向移动消耗H2O,反应(Ⅱ)是吸热反应,升温时正向移动,生成H2O,而由于反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成水的量,故C错误;T ℃时,在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应,测得CO2的平衡转化率为75%,则CO2转化的浓度为×75%=0.75 mol·L-1,根据三段式:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
起始量:mol·L-1 1 1 0 0
转化量:mol·L-1 0.75 0.75 1.5 1.5
平衡量:mol·L-1 0.25 0.25 1.5 1.5
若不考虑副反应,则反应(Ⅰ)的平衡常数=,但由于副反应(Ⅲ)中,消耗的氢气的量比二氧化碳多得多,故计算式中,分子减小得更多,值小于81,故D正确。
13.(2021·武汉模拟)(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如表:
热化学方程式
平衡常数
①
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
ΔH1=a kJ·mol-1
K1
②
4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) ΔH2=b kJ·mol-1
K2
③
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) ΔH3
K3
则该温度下上述反应③的平衡常数表达式为K3= (用K1、K2表示)。
(2)25 ℃时,在体积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是 ;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,则混合气体的平均相对分子质量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lgK)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是 (填“甲”或“乙”),a值为 。25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol·L-1、
0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则此时v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
(3)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
解析：(1)已知:①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)
将①×2-②可得:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g),该反应ΔH3=2ΔH1-ΔH2=2a-b,则平衡常数K3=;(2)由图Ⅰ分析可知,随反应的进行压强先增大后减小,5 min达到平衡状态,推知开始因反应是放热的,随反应进行温度升高,压强增大;反应到一定程度,因反应物浓度减小,随反应正向进行,压强反而减小,到压强随时间变化不变时,达到平衡状态,反应焓变为ΔH<0;由图知:化学反应速率加快,平衡不动,改变的条件:加入催化剂;在5 min时,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,相当于增大压强,平衡正向进行,气体物质的量减小,气体质量不变,则混合气体的平均相对分子质量将增大;T升高,平衡左移,K减小,lgK减小,曲线选乙,设反应的氯气物质的量为x mol,
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)
起始(mol): 0.08 0.04 0
变化(mol): 2x x 2x
平衡(mol): 0.08-2x 0.04-x 2x
根据压强之比等于物质的量之比。
得到:=,解得:x=0.02
依据计算得到平衡时物质的浓度代入x求得:
c(NO)==0.02 mol·L-1;
c(Cl2)=0.01 mol·L-1;
c(NOCl)=0.02 mol·L-1;
结合平衡常数概念计算:K===100;
lgK=lg 100=2,a=2;
25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为
0.8 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则Qc=
=≈1.4
300 ℃的反应温度下二氧化碳和氢气按1∶3的比例通入,测得二氧化碳的平衡转化率为50%,结合三段式列式计算,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol) 1 3 0 0
变化量(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5
分压=总压×物质的量分数,所以p(CO2)=8 Mpa×= MPa,p(H2)=8 MPa×=4 MPa,p(CH3OH)=8 MPa×= MPa;p(H2O)=8 MPa×= MPa,所以Kp==(MPa)-2。
答案:(1)
(2)< 加入催化剂 增大 乙 2 >
(3)
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