2023届新高考一轮复习化学平衡常数及反应进行的方向作业

化学平衡常数及反应进行的方向一、选择题1．一定条件下，下列反应不可能自发进行的是()A．2O3(g)=3O2(g)ΔH<0B．CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0D．2CO(g)=2C(s)＋O2(g)ΔH>0解析：反应自发进行的判断依据是ΔH－TΔS<0，反应自发进行；ΔH－TΔS>0，反应非自发进行，据此判断。A项，ΔH<0，ΔS>0，可满足ΔH－TΔS<0，反应能自发进行，不符合题意；B项，ΔH>0，ΔS>0，温度较高时即可满足ΔH－TΔS<0，反应能自发进行，不符合题意；C项，ΔH<0，ΔS<0，温度较低时即可满足ΔH－TΔS<0，反应能自发进行，不符合题意；D项，ΔH>0，ΔS<0，ΔH－TΔS>0，不能自发进行，符合题意。答案：D2．下列说法不正确的是()A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行B．氨气和氯化氢反应生成氯化铵晶体是熵减的反应C．吸热反应一定是非自发进行的＋2OH－(aq)，该固体可溶于NH4Cl溶液解析：化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。答案：C3．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生以下反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)ΔH＞0。一定温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表。下列说法错误的是()时间/s050010001500c(N2O5)/(mol·L－1)0.500.350.250.25A．500s时O2的浓度为0.075mol·L－1B．平衡后，升高温度，正反应速率先增大后减小C．平衡后，要使平衡常数增大，改变的条件是升高温度D．1000s时将容器的体积缩小一半，重新达到平衡时0.25mol·L－1＜c(N2O5)＜0.50mol·L－1－1－0.35mol·L－1＝0.15mol·L－1，则O2的浓度为0.075mol·L－1，选项A正确；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，所以正反应速率先增大后减小，选项B正确；该反应是吸热反应，升高温度，K增大，选项C正确；1000s时反应达到平衡，平衡时c(N2O5)＝0.25mol·L－1，其他条件不变，将容器的体积缩小一半，若平衡不移动，此时N2O5的浓度为0.5mol·L－1，由于体积减小，压强－1，选项D错误。答案：D4．放热反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在温度t1时达到平衡，平衡时c1(CO)＝c1(H2O)＝1.0mol·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()A．K1和K2的单位均为mol·L－1B．K1<K2C．c2(CO)＝c2(H2O)D．c1(CO)>c2(CO)解析：由化学平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，则平－1，故A项错误；升高反应体系的温度至t2时，正向反应是放热反应，所以温度升高，平衡向吸热反应方向进行，即平衡逆向进行，K2<K1，故B项错误；t1时达到平衡，c1(CO)＝c1(H2O)＝1.0mol·L－1，浓度之比等于化学计量数之比1∶1，二者转化率相等，故新平衡状态下，c2(CO)和c2(H2O)仍相同，故C项正确；升高反应体系的温度至t2时，平衡逆向进行，所以c2(CO)>c1(CO)，故D项错误。答案：C5．在体积均为1.0L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的炭粉，再分别加入0.1molCO2和0.2molCO2，在不同温度下反应：CO2(g)＋C(s)2CO(g)达到平衡，平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是()A．反应：CO2(g)＋C(s)2CO(g)的ΔS＞0、ΔH＜0B．体系的总压强p总：p总(状态Ⅱ)＜2p总(状态Ⅰ)C．体系中c(CO)：c(CO，状态Ⅱ)＜2c(CO，状态Ⅲ)D．逆反应速率：v逆(状态Ⅰ)＞v逆(状态Ⅲ)解析：由气体的化学计量数增大可知ΔS＞0，又因图中温度高，＞0，故A项错误；分别加入0.1molCO2和0.2molCO2，Ⅰ点所在曲线为加入0.1molCO2，Ⅱ点所在曲线为加入0.2molCO2，若平衡不移＋C(s)2CO(g)的平衡向逆反应方向移动，故体系的总压强为p总(状态Ⅱ)＞2p总(状态Ⅰ)，故B项错误；状态Ⅱ、状态Ⅲ的温度相同，状态Ⅱ看作先加入0.1molCO2，与状态Ⅲ平衡时CO的浓度相同，再加入0.1molCO2，若平衡不移动，Ⅱ状态CO的浓度等于2倍Ⅲ，但再充入CO2，相当增大压强，平衡向逆反应方向移动，消耗CO，则c(CO，状态Ⅱ)＜2c(CO，状态Ⅲ)，故C项正确；状态Ⅰ、状态＜v逆(状态Ⅲ)，故D项错误。答案：C6．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)K＝1。反应前CO物质的量为1mol，平衡后CO物质的量为0.8mol。下列说法正确的是()A．羰基硫的结构式为O—C—SB．通入CO后，正反应速率逐渐增大C．再加入0.1molH2S和0.1molH2，平衡不移动D．反应前H2S物质的量为0.25mol解析：羰基硫的结构式为O=C=S，故A项错；通入CO后，正反应速率迅速增大，故B项错；再加入0.1molH2S和0.1molH2，设反应平衡时H2S物质的量为x，恒容密闭容器的体积为V(L)，则CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)起始浓度/(mol·L)eq\f(1,V)eq\f(0.2,V)＋eq\f(x,V)00变化浓度/(mol·L)eq\f(0.2,V)eq\f(0.2,V)eq\f(0.2,V)eq\f(0.2,V)平衡浓度/(mol·L)eq\f(0.8,V)eq\f(x,V)eq\f(0.2,V)eq\f(0.2,V)根据K＝eq\f(c（COS）·c（H2）,c（CO）·c（H2S）)＝eq\f(\f(0.2,V)×\f(0.2,V),\f(0.8,V)×\f(x,V))＝1，解得x＝0.05mol。再加入0.1molH2S和0.1molH2时，各物质的物质的量浓度变为CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)eq\f(0.8,V)eq\f(0.15,V)eq\f(0.2,V)eq\f(0.3,V)＜1，平衡向正反应方向移动，故C项错；根据选项C的分析可知，反应前H2S的物质的量为0.25mol，故D项正确。答案：D7．下列三个化学反应的平衡常数(K1、K2、K3)与温度的关系分别如下表所示。则下列说法正确的是()化学反应平衡常数温度973K1173K①Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)ΔH1K11.472.15②Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)ΔH2K22.381.67③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH3K3？？A．ΔH1＜0，ΔH2＞0B．反应①、②、③的反应热满足关系：ΔH2－ΔH1＝ΔH3C．反应①、②、③的平衡常数满足关系：K1·K2＝K3D．要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动，可采取升温措施解析：反应①温度升高，K增大，则反应为吸热反应，ΔH1＞0，反应②温度升高，K减小，则反应为放热反应，ΔH2＜0，故A项错误；根据盖斯定律可得，反应：②－①＝③，则有ΔH2－ΔH1＝ΔH3，故B项正确；K1＝eq\f(c（CO）,c（CO2）)，K2＝eq\f(c（H2）,c（H2O）)，K3＝eq\f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）)，则有K2÷K1＝K3，故C项错误；根据K2÷K1＝K3，可知反应③在973K时的K(1.62)比在1173K时的K(0.78)大，即温度升高，K减小，则反应③为放热反应，所以要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动，可采取降温措施，故D项错误。答案：B8．在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表。下列说法错误的是()物质XYZ初始浓度/(mol·L－1)0.10.20平衡浓度/(mol·L－1)0.050.050.1A．反应达到平衡时，X的转化率为50%B．反应可表示为X＋3Y2Z，其平衡常数的值为1600C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大D．改变温度可以改变此反应的平衡常数×100%＝50%，故A项正确；根据表中数据知，反应达到平衡状态时－1＝0.15mol·L－1、Δc(Z)＝(0.1－0)mol·L－1＝0.1mol·L－1，同一反应中同一段时间内各物质浓度变化量之比等于其计量数之比，所以X、Y、Z的计量数之比＝0.05mol·L－1∶0.15mol·L－1∶0.1mol·L－1＝1∶3∶＝eq\f(0.12,0.05×0.053)＝1600，故B项正确；该反应前后气体体积减小，增大压强，平衡向正反应方向移动，化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变，故C项错误；平衡常数只受温度的影响，温度改变时，化学平衡常数一定变化，故D项正确。答案：C二、非选择题9．煤燃烧产生的烟气中含有SO2和NOx，用NaOH、NaClO、Ca(ClO)2等溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。请回答下列问题：(1)下列关于吸收SO2过程发生的有关反应，用下列方程式表示：①SO2(g)＋2OH－(aq)=SOeq\o\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)k1；②ClO－(aq)＋SOeq\o\al(2－,3)(aq)=SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋Cl－(aq)k2；③CaSO4(s)=Ca2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)k3。k1、k2、k3分别表示反应①、②、③的化学平衡常数，则反应：SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)的化学平衡常数K＝________________(用k1、k2、k3表示)。(2)SO2的水溶液中存在歧化反应：3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓，I－可作为该反应的催化剂，催化过程如下：a：SO2＋4I－＋4H＋=S↓＋2I2＋2H2O；b：I2＋2H2O＋SO2=SOeq\o\al(2－,4)＋2I－＋4H＋。欲探究反应a和b的反应速率与歧化反应的速率的关系，设计实验如下：将18mLSO2的水溶液分别加入2mL下列试剂中，密闭放置，观察现象。(已知I2易溶于KI溶液，溶液呈棕褐色)编号ⅠⅡ试剂0.4mol·L－1KI0.4mol·L－1KI、0．002molI2实验现象溶液变黄，一段时间后出现浑浊溶液由棕褐色很快褪色为无色，然后变为黄色，出现浑浊，较Ⅰ快①由实验现象可得出反应a与反应b的速率：v(a)______v(b)(填“＞”“＜”或“＝”)；②测得反应：3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓在实验Ⅰ中，部分物质的物质的量的变化如图所示(设混合溶液的体积为两溶液的体积之和)，则N表示________(填物质的名称)的变化曲线。该反应在实验Ⅰ条件下进行，15min时达到化学平衡状态，用SO2表示该反应前15min内的平均反应速率为________mol·L－1·min－1；③下列叙述能说明反应：3SO2(aq)＋2H2O(l)=2H2SO4(aq)＋S(s)已达到平衡状态的是________(填字母)。A．生成1.5molSO2的同时消耗1molH2SO4B．反应过程中，溶液中的分子总数不再变化C．恒温恒容时，混合溶液中硫酸的密度保持不变D．绝热恒容时，反应的化学平衡常数不再变化解析：(1)根据盖斯定律，反应：①＋②－③可得SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)=CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)K＝eq\f(c（Cl－）,c（SO2）·c（Ca2＋）·c（ClO－）·c2（OH－）)，k1＝＋)·c(SOeq\o\al(2－,4))，K＝eq\f(k1k2,k3)。(2)①由实验现象可知，同时加入KI和碘单质时出现浑浊的速度比只加入KI要快，故v(a)＜v(b)；②由题图可知，N的物质的量增大，则N是生成物，15min共生成0.003molN，同时消耗0.015mol－0.006mol＝0.009molM，可以推知反应速率v(M)＝3v(N)，由方程式：3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓可知，M为SO2，N为硫；用SO2表示该反应前15min内的平均反应速率为v(SO2)＝eq\f(Δn（SO2）,V·Δt)＝eq\f(0.009mol,0.02L·15min)＝0.03mol·L－1·min－1；③生成1.5molSO2的同时消耗1molH2SO4描述的都是逆反应的速率，不能说明反应达到平衡，A项错误；3SO2(aq)＋2H2O(l)2H2SO4(aq)＋S(s)可以看成是分子数减小的反应，当溶液中的分子总数不再变化时，说明反应到达平衡，B项正确；恒温恒容时，混合溶液中硫酸的密度保持不变说明硫酸的物质的量不变，说明反应到达平衡，C项正确；温度不变，化学平衡常数不变，所以反应的化学平衡常数不再变化时，说明反应放热和吸热相等，说明反应到达平衡，D项正确；答案选BCD。答案：(1)eq\f(k1k2,k3)(2)①<②硫0.03③BCD10．以CH4、CO2为原料合成乙酸，是综合开发温室气体资源的新方向。Ⅰ.CH4CO2催化重整间接制乙酸。CH4CO2催化重整制合成气，再利用合成气制乙酸，涉及的反应如下：反应ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)ΔH1反应ⅱ：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.9kJ·mol－1反应ⅲ：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(g)ΔH3＝－118.2kJ·mol－1(1)已知：CH4(g)＋CO2(g)CH3COOH(g)ΔH＝＋37.9kJ·mol－1，则“反应ⅰ”的ΔH1＝______________。(2)“反应ⅰ”的化学反应速率v＝k[pm(CH4)]·[pn(CO2)]，k为速率常数。1123K和1173K时，分别保持p(CO2)或p(CH4)不变，测得速率v与p(CH4)、p(CO2)的关系如图1、图2所示：①由图1、图2可知，下列叙述正确的是________(填字母)；A．当10kPa≤p(CH4)≤25kPa时，m＝1B．其他条件不变，增大p(CO2)，速率v不一定增大C．a、b、c三点速率常数的大小关系为：ka＞kb＞kc②若初始时按n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1进气，且kb＝1.3×10－2mol·g－1·s－1·kPa－2，则b点的化学反应速率v＝_____mol·g－1·s－1。(3)向盛有催化剂的刚性容器中通入等物质的量的CH4(g)和CO2(g)，发生“反应ⅰ”。在923K和1173K时，CH4(g)的转化率(α)与时间(t)的关系如图3所示。923K时，CH4(g)的平衡转化率α＝________，若平衡时体系的总压强为p0，平衡常数K923K＝________(用含p0的代数式表示)。Ⅱ.CH4CO2两步法制乙酸。(4)反应：CH4(g)＋CO2(g)CH3COOH(g)不能自发进行。将该反应拆分成两个连续的步骤进行(如图4)，可在较温和的条件下实现上述转化，具体过程：①第二步反应的化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________；②为增大CH3COOH的平衡产率，从温度角度考虑，第一步反应在高温下进行，第二步反应在________进行；从H2浓度的角度考虑，应采取的措施是_______________________________________________________________________________。解析：Ⅰ.(1)根据盖斯定律，反应：ⅰ＋ⅱ＋ⅲ可得总反应：CH4(g)＋CO2(g)CH3COOH(g)ΔH＝＋37.9kJ·mol－1，则ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝ΔH，故ΔH1＝ΔH－ΔH2－ΔH3＝＋37.9kJ·mol－1－(－90.9kJ·mol－1)－(－118.2kJ·mol－1)＝＋247.0kJ·mol－1。(2)①当10kPa≤p(CH4)≤25kPa时，由题图1速率随甲烷的分压变化图可知，图象为一条直线，故斜率为1，则m＝1，故A项正确；由题图2速率随二氧化碳的分压变化图可知，其他条件不变，增大p(CO2)，在p(CO2)的值为25kPa时，速率不再发生变化，故速率v不一定增大，故B项正确；由题图1可知，va＞vb＞vc，a和b的p(CH4)相等，根据公式：v＝k[pm(CH4)]·[pn(CO2)]，由va＞vb可知，ka＞kb，三个点中c点p(CH4)值最小，故无法得出c点速率常数最小关系，故C项错误；答案选AB；②若初始时按n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1进气，则b点的化学反应速率v＝k[pm(CH4)]·[pn(CO2)]，已知：kb＝1.3×10－2mol·g－1·s－1·kPa－2，CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)，由题图1可知，当10kPa≤p(CH4)≤25kPa时，m＝1，n＝1，vb＝kb[20kPa]·[20kPa]＝1.3×10－2mol·g－1·s－1·kPa－2×400kPa2＝5.2mol·g－1·s－1。(3)反应ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)ΔH＝＋247.0kJ·mol－1，正反应吸热，升高温度，反应向正反应方向移动，CH4(g)的转化率增大，则平衡时CH4(g)的转化率为98%的曲线为温度1173K时的平衡曲线，60%的曲线为温度923K时的平衡曲线，由曲线可知，923K时，CH4(g)的平衡转化率α＝60%，若平衡时体系的总压强为p0，设CH4和CO2的初始投入物质的量为1mol，923K平衡时，CH4(g)的平衡转化率α＝60%，列“三段式”：CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)起始量/mol1100变化量/mol0.60.61.21.2平衡量/mol0.40.41.21.2则平衡常数K923K＝eq\f(p2（H2）·p2（CO）,p（CO2）·p（CH4）)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0×\f(1.2,3.2)))\s\up12(2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0×\f(1.2,3.2)))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0×\f(0.4,3.2)))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0×\f(0.4,3.2))))＝eq\f(81,64)peq\o\al(2,0)或1.265625peq\o\al(2,0)。Ⅱ.(4)①根据题图4，第二步反应的化学方程式为CO2＋Co3C＋2H2CH3COOH＋3Co；②根据题图4可知，第二步反应为放热反应，从温度角度考虑，为了增大CH3COOH的平衡产率，要使反应正向移动(放热的方向)，应降低温度，所以第二步反应在低温下进行；从H2浓度的角度考虑，第一步反应中氢气为生成物，要使平衡向正反应方向进行，则应该减小氢气的浓度(或压强)，对于第二步反应，氢气为反应物，可增大氢气的浓度(或压强)，促使平衡向正反应方向移动，使CH3COOH的平衡产率增大。答案：Ⅰ.(1)＋247.0kJ·mol－1(2)①AB②5.2(3)60%eq\f(81,64)peq\o\al(2,0)(或1.265625peq\o\al(2,0))Ⅱ.(4)①CO2＋Co3C＋2H2CH3COOH＋3Co②低温第一步中减小氢气的浓度(或压强)，第二步中增大氢气的浓度(或压强)11．CoS2催化CO烟气脱硫具有广阔的工业化前景。回答下列问题：(1)已知：①CoS2(s)＋CO(g)CoS(s)＋COS(g)ΔH1；②2COS(g)＋SO2(g)3S(s)＋2CO2(g)ΔH2；③S(s)＋CoS(S)CoS2(s)ΔH3。则2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up15(催化剂))2CO2(g)＋S(s)ΔH4＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。(2)在恒温、恒压的容器中模拟回收硫，加入SO2起始量均为1mol，测得CO2的平衡体积分数随CO和SO2的投料比变化如图1：①当投料比为2时，tmin时测得SO2转化率为50%，则用S的生成速率表示的反应速率v＝________g·min－1；②当投料比为3时，CO2的平衡体积分数对应的点是________。(3)向体积均为1L的恒温、恒容密闭容器通入2molCO和1molSO2。反应体系总压强随时间的变化如图2：①相对于曲线Ⅰ，曲线Ⅱ改变的外界条件是________________；②SO2的平衡转化率为__________，平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，不考虑有关量的单位)。解析：(1)根据盖斯定律可知，反应：2×①＋②＋2×③可得：2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up15(催化剂))2CO2(g)＋S(s)ΔH4＝2ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3。(2)①当投料比为2时，tmin时测得SO2转化率为50%，则有2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up15(催化剂))2CO2(g)＋S(s)起始量/mol2100变化量/mol10.510.5平衡量/mol10.510.5－1；②当投料比为3时，相当于在投料比为2达到平衡时再充入1mol的CO，平衡向正反应方向移动，根据勒夏特列原理可知达到平衡时，CO2的体积分数小于投料比为2达到平衡时CO2的体积分数，故对应的点是C。(3)①由图象可知，曲线Ⅰ、Ⅱ达到平衡时压强不变，则平衡不移动，但曲线Ⅱ达到平衡的时间变短，则曲线Ⅱ使用(或使用更高效)催化剂；②恒温、恒容密闭容器中气体的压强与物质的量成正比，设反应消耗SO2物质的量为xmol，则有2CO(g)＋SO2(g)eq\o(,\s\up15(催化剂))2CO2(g)＋S(s)起始值/mol2100变化值/mol2xx2xx平衡值/mol2－2x1－x2xx×＝1.5mol，则平衡常数Kp＝eq\f(p2（CO2）,p2（CO）·p（SO2）)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,2.25)×120))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,2.25)×120))\s\up12(2)×\f(0.25,2.25)×120)＝0.675。答案：(1)2Δ