高考化学一轮复习训练第7章第3节化学平衡常数化学反应进行的方向

第七章第三节[A组·基础练习]1．下列关于化学平衡常数的说法，正确的是()A．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变C．化学平衡常数与温度、反应物浓度、体系的压强都有关D．由化学平衡常数可以推断一个可逆反应进行的程度【答案】D【解析】化学平衡常数只与温度有关，与浓度、压强、催化剂无关。2．下列说法中不正确的是()A．SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH>0B．3C(s)＋CaO(s)CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0C．BaSO4(s)＋4C(s)BaS(s)＋4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0D．常温下，2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)能够自发进行，则该反应的ΔH<0【答案】C3．(2021·江西南昌模拟)向容积固定为2L的密闭容器中充入9.6molNO和4.8molO2，①2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＜0②2NO2(g)N2O4(g)ΔH＜0测得NO2和N2O4的浓度变化如下图所示，0～10min维持容器温度为T℃，10min时改变某反应条件，一段时间后再次平衡。下列说法正确的是()A．前5min反应的平均速率v(NO)＝0.24mol·L－1·min－1B．T℃时反应①的化学平衡常数K＝0.36C．10min时改变反应条件可能是降低温度D．若起始时向该容器中充入1.6molNO2和4.0molN2O4，T℃达到平衡时，NO2的物质的量浓度与图中5～10min的不同【答案】B【解析】5min时容器内NO2、N2O4的浓度分别为1.2mol·L－1、0.8mol·L－1，v(NO)＝v(NO2)，则前5min的平均反应速率为v(NO)＝2.8mol·L－1÷5min＝0.56mol·L－1·min－1，A错误；结合以上分析知，5min后到达平衡时c(NO)＝4.8mol·L－1－2.8mol·L－1＝2mol·L－1、c(O2)＝1mol·L－1、c(NO2)＝1.2mol·L－1，故T℃时，反应①的K＝eq\f(1.22,22×1)＝0.36L·mol－1，B正确；10min时NO2、N2O4的浓度均减小，可能改变的条件是升高温度，C错误；利用原子守恒知，起始时充入1.6molNO2与4.0molN2O4，同原平衡是等效平衡，则NO2的物质的量浓度与图中5～104．低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)eq\o(,\s\up7(130℃),\s\do5(催化剂))2N2(g)＋3H2O(g)ΔH<0，在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是()A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时，反应达到平衡D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大【答案】C【解析】正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，A错误；增大一种反应物浓度，其他反应物转化率增大，B错误；单位时间内消耗NO和N2属于不同的反应方向，物质的量之比为1∶2时，等于化学计量数之比，反应达到平衡，C正确；使用催化剂平衡不移动，废气中氮氧化物的转化率不变，D错误。5．(2020·山西太原联考)CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lgeq\f(cCO,cCO2)与温度(T)的关系曲线如下图。下列说法正确的是()A．通过增高反应炉的高度，延长矿石和CO接触的时间，能减少尾气中CO的含量B．CO不适宜用于工业冶炼金属CrC．CO还原PbO2的反应ΔH＞0D．工业冶炼金属Cu时，高温有利于提高CO的转化率【答案】B【解析】增高反应炉的高度，延长CO与矿石的接触时间，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，A错误；由图像可知用CO冶炼金属铬时，lgeq\f(cCO,cCO2)一直很大，说明CO转化率很低，不适宜，B正确；由图像可知CO还原PbO2的温度越高，lgeq\f(cCO,cCO2)越大，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故ΔH＜0，C错误；由图像可知用CO冶炼金属铜时，温度越高lgeq\f(cCO,cCO2)越大，故CO转化率越低，D错误。6．(2020·广东广州五校联考)FeCl3溶液与KSCN溶液混合时存在下列平衡：Fe3＋(aq)＋SCN－(aq)Fe(SCN)2＋(aq)。已知某一条件下，反应达到平衡时，Fe(SCN)2＋的物质的量浓度与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是()A．该反应为吸热反应B．T1、T2时反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2C．反应处于D点时，一定有v正小于v逆D．A点的c(Fe3＋)比B点的c(Fe3＋)大【答案】B【解析】随着温度的升高，c[Fe(SCN)2＋]逐渐减小，说明正反应放热，ΔH<0，A错误；正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则K减小，所以温度T1<T2时，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2，B正确；在曲线下方，未处于平衡状态，c[Fe(SCN)2＋]比平衡状态时小，反应向正反应方向进行，v(正)>v(逆)，C错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，A点温度小于B点，所以A点的c(Fe3＋)小，D错误。7．甲醇脱氢可制取甲醛：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化的曲线如下图所示(已知反应在1L的密闭容器中进行)。A．平衡常数：K600K>K750KB．从Y到Z点可通过增大压强实现C．在T1点温度时，该反应的平衡常数为8.1D．若工业上利用此反应进行生产，为了提高经济效益，可将反应温度升高至1050K以上【答案】C【解析】在T1点温度下，CH3OH转化率为90%，其平衡常数为eq\f(0.9×0.9,0.1)＝8.1，C正确。[B组·提高练习]8．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)ΔH>0T1温度下的部分实验数据如下表：t/s050010001500c(N2O5)/(mol·L－1)5.003.522.502.50下列说法不正确的是()A．500s内N2O5的分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1B．T1温度下的平衡常数K1＝125,1000s时转化率为50%C．其他条件不变时，T2温度下反应平衡时测得N2O5(g)浓度为2.98mol·L－1，则T1<T2D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1>K3，则T1>T3【答案】C【解析】v(N2O5)＝eq\f(5.00－3.52mol·L－1,500s)＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A正确；1000s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出两种量如下：2N2O54NO2＋O2起始(mol·L－1)5.0000平衡(mol·L－1)2.505.001.25则K1＝eq\f(c4NO2·cO2,c2N2O5)＝eq\f(5.004×1.25,2.502)＝125，α(N2O5)＝eq\f(2.50,5.00)×100%＝50%，B正确；T2温度下的N2O5平衡浓度大于T1温度下的，则改变温度使平衡逆向移动了，逆反应是放热反应，则降低温度平衡向放热方向移动，即T2<T1，C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大，若K1>K3，则T1>T3，D正确。9．一定条件下存在反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH<0，现有三个相同的1L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molH2和1molI2(g)，在Ⅱ中充入2molHI(g)，在Ⅲ中充入2molH2和2molI2(g)，700℃条件下开始反应。A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同C．容器Ⅰ中的气体颜色比容器Ⅱ中的气体颜色深D．容器Ⅰ中H2的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和等于1【答案】C【解析】在恒容绝热条件下，容器Ⅰ、Ⅱ中分别从正、逆反应方向达平衡，Ⅰ中放热，Ⅱ中吸热，两反应达平衡时温度不同，所以正反应速率不相同，A错误；Ⅲ中放出的热量较多，故容器Ⅰ、Ⅲ中平衡时温度不同，反应的平衡常数不相同，B错误；Ⅰ中放热，Ⅱ中吸热，达到平衡时容器Ⅰ中温度比Ⅱ中高，升温平衡逆向移动，c(I2)增大，故容器Ⅰ中的气体颜色比容器Ⅱ中的气体颜色深，C正确；若恒温时容器Ⅰ、Ⅱ中形成等效平衡，容器Ⅰ中H2的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和等于1，但本题条件是恒容绝热条件，平衡时温度不同，D错误。10．(2020·河北秦皇岛一诊)在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A曲线表示CO2的平衡浓度与温度的关系，B曲线表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化。(1)该反应正反应为________(填“吸”或“放”)热反应；温度为T5时，该反应耗时40s达到平衡，则此温度下，该反应的平衡常数数值为__。(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应______(填编号)。a．一定向逆反应方向移动b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小c．一定向正反应方向移动d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：____________________。(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量________，CaO的质量________，CO2的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。【答案】(1)吸0.20(2)bc(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变【解析】(1)T5时，c(CO2)＝0.20mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡逆向移动，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。11．已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：温度/℃400500850平衡常数9.9491(1)上述反应的化学平衡常数表达式为__________________，该反应的Q________0(填“>”或“<”)。(2)850℃时，在体积为10L的反应器中通入一定量的CO和H2O(g)，发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如下图所示，则0～4min时平均反应速率v((3)若在500℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.02mol·L－1，该条件下，(4)若在850℃时进行，设起始时CO和H2O(g)共为1mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式：______(5)有人提出可以设计反应2CO2C＋O2(ΔH>0)来消除CO的污染。请判断上述反应能否自发进行：______(填“可能”或“不可能”)，理由是____________________________。【答案】(1)K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)<(2)0.03mol·L－1·min－1(3)75%(4)y＝x(5)不可能ΔH>0且ΔS<0，不能自发进行【解析】(1)依据图表数据分析，升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，ΔH<0。(2)v(CO)＝(0.20mol·L－1－0.08mol·L－1)÷4min＝0.03mol·L－1·min－1。(3)设CO的浓度变化量为a，则CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始(mol·L－1)0.020.0200变化(mol·L－1)aaaa平衡(mol·L－1)0.02－a0.02－aaa代入500K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq\f(a×a,0.02－a·0.02－a)＝9，解得a＝0.015CO的最大转化率为eq\f(0.015,0.02)×100%＝75%。(4)因850℃时反应平衡常数为1。设起始时H2O(g)的物质的量为xmol，CO的物质的量为(1－x)mol，则CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始：(1－x)x00转化：(1－x)y(1－x)y(1－x)y(1－x)y平衡：(1－x)(1－y)(x－y＋xy)(1－x)y(1－x)y所以平衡常数K＝eq\f(1－xy×1－xy,1－x1－y×x－y＋xy)＝1，解得y＝x。(5)反应2CO2C＋O2(ΔH>0)，则ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应吸热ΔH>0且ΔS<0，依据ΔG＝ΔH－TΔS判断该反应在任何情况下不能自发进行。12．在某温度下，将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。经过5min后，反应达到平衡，此时转移电子6(1)该反应的平衡常数为__________，v(CH3OH)＝______mol·L－1·min－1。若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，此时v正________v逆(填“>”“<”或“＝”)。(2)在其他条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH2，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)下列不能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。a．CH3OH的质量不变b．混合气体的平均相对分子质量不再改变c．v逆(CO)＝2v正(H2)d．混合气体的密度不再发生改变(4)在一定压强下，容积为VL的容器充入amolCO与2amolH2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示则p1________p2(填“大于”“小于”或“等于”，下同)。ΔH________0，该反应在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。(5)能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________(填字母)。a．及时分离出CH3OH气体b．适当升高温度c．增大H2的浓度d．选择高效催化剂【答案】(1)30.15>(2)增大(3)cd(4)小于小于低温(5)c【解析】(1)某温度，将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，经过5min后，反应达到平衡，依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol，则此时转移电子6mol，消耗CO物质的量＝eq\f(6mol,4mol)×1mol＝1.5mol，则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始量(mol)250变化量(mol)1.531.5平衡量(mol)0.521.5平衡常数K＝eq\f(\f(1.5,2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,2)))2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,2))))＝3；甲醇表示的反应速率v(CH3OH)＝eq\f(\f(1.5mol,2L),5min)＝0.15mol·L－1·min－1，若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，计算此时浓度商Qc＝eq\f(\f(1.5＋1.5mol,2L),\f(0.5＋2mol,2L)×1mol·L－12)＝1.2<3，说明平衡正向进行，此时v(正)>v(逆)。(2)在其他条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH2，相当于增大压强，CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反应是气体体积减小的反应，平衡正向移动，一氧化碳的转化率增大。(3)反应速率之比等于化学计量数之比，当满足2v逆(CO)＝v正(H2)时，说明氢气的正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，但v逆(CO)＝2v正(H2)不能说明反应达到平衡状态，c符合；反应前后气体质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不发生改变，不能说明反应达到平衡状态，d符合。(4)相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图像知，p1小于p2；温度升高，一氧化碳转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)反应是气体体积减小的反应，ΔS<0，低温下满足ΔH－TΔS<0，即低温下能自发进行。(5)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0，反应是气体体积减小的放热反应。及时分离出CH3OH，减少生成物浓度，平衡正向移动，但反应速率减小，a错误；升高温度，平衡逆向移动，b错误；增大H2的浓度，化学反应速率加快，平衡正向移动，c正确；选择高效催化剂，化学反应速率加快，平衡不移动，d错误。13．(2021·河北晋州月考)亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂，可通过反应获得：2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)。(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)K1②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)K2③2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)K3则K3＝___