高届三维设计一轮复习检测四十二突破1个高考难点化学平衡常数及其计算.docx
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高届三维设计一轮复习检测四十二突破1个高考难点化学平衡常数及其计算
跟踪检测(四十二)突破1个高考难点——化学平衡常数及其计算
1.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。
O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。
常温常压下发生的反应如下:
反应① O3O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1;
反应② [O]+O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2;
总反应:
2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。
下列叙述正确的是( )
A.降低温度,总反应K减小
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
解析:
选C 降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误;K1=
、K2=
、K=
=K1·K2,B项错误;升高温度,反应①平衡向右移动,反应②平衡向左移动,c([O])增大,可提高消毒效率,C项正确;对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。
2.将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中,发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。
该反应的平衡常数的负对数(-lgK)值随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法中不正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态
C.A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10-2.294
D.30℃时,B点对应状态的v正 解析: 选B 此题的关键是弄清-lgK越小,K越大,由图中数据可知随温度的升高,-lgK逐渐减小,说明随温度的升高,化学平衡向右移动,正反应为吸热反应,A项正确;由NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g),可知氨气的体积分数始终为 B项错误;A点时,-lgK=2.294,C项正确;由B点对应的数值可知此时Q>K,反应向逆反应方向进行, v正 3.工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH>0,在一定条件下,向体积为1L的密闭容器中充入1molCH4(g)和1molH2O(g),测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示,下列说法正确的是( ) A.达到平衡时,CH4(g)的转化率为75% B.0~10min内,v(CO)=0.075mol·L-1·min-1 C.该反应的化学平衡常数K=0.1875 D.当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率相等时,反应到达平衡 解析: 选C 由图可知,10min时反应到达平衡,平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75mol·L-1,则: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) 开始/(mol·L-1) 1 1 0 0 转化/(mol·L-1)0.250.250.250.75 平衡/(mol·L-1)0.750.750.250.75 平衡时甲烷转化率= ×100%=25%,故A项错误;0~10min内,v(CO)= =0.025mol·L-1·min-1,故B项错误;平衡常数K= = =0.1875,故C项正确;同一物质的消耗速率与其生成速率相等时,反应到达平衡,由方程式可知当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率为1∶3时,反应到达平衡,故D项错误。 4.(2015·天津高考)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应: X(g)+mY(g)3Z(g)。 平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。 在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。 下列叙述不正确的是( ) A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1 D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4mol·L-1 解析: 选D A项,根据再次加入1molZ(g),平衡后,X、Y、Z的体积分数不变,可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,因此m=2。 B项,由于温度没有变化,故两次平衡的平衡常数相同。 C项,因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物,因此二者的平衡转化率相等。 D项,该反应前后气体分子数不变,因此反应后气体的物质的量与反应前一样,都为4mol,而平衡后Z的体积分数为10%,平衡时Z的物质的量为4mol×10%=0.4mol,容器体积为2L,Z的浓度为0.2mol·L-1。 5.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>0,T1温度下的部分实验数据: t/s 0 500 1000 1500 c(N2O5)/(mol·L-1) 5.00 3.52 2.50 2.50 下列说法不正确的是( ) A.500s内N2O5分解速率为2.96×10-3mol·L-1·s-1 B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1000s时N2O5的转化率为50% C.其他条件不变时,T2温度下反应到1000s时测得N2O5的浓度为2.98mol·L-1,则T1 D.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 解析: 选C v(N2O5)= =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,列出三段式: 2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) 起始/(mol·L-1) 5.00 0 0 转化/(mol·L-1)2.505.001.25 平衡/(mol·L-1)2.505.001.25 则K= = =125,α(N2O5)= ×100%=50%,B正确;1000s时,T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5浓度,则改变温度使平衡逆向移动了,逆向是放热反应,则降低温度平衡向放热反应方向移动,即T2 6.T1℃时,向容器为2L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生如下反应A(g)+2B(g)C(g)。 反应过程中测定的部分数据如下表: 反应时间/min n(A)/mol n(B)/mol 0 1.00 1.20 10 0.50 30 0.20 下列说法错误的是( ) A.前10min内反应的平均速率为 v(C)=0.0250mol·L-1·min-1 B.其他条件不变,起始时向容器中充入0.50molA(g)和0.60molB(g),达到平衡时n(C)<0.25mol C.其他条件不变时,向平衡体系中再充入0.50molA,与原平衡相比,达到平衡时B的转化率增大,A的体积分数增大 D.温度为T2℃时(T1>T2),上述反应的平衡常数为20,则该反应的正反应为放热反应 解析: 选D 前10min内消耗0.50molA,同时生成0.50molC,则有v(C)= =0.0250mol·L-1·min-1,A正确。 10min时,反应的n(B)=2n(A)=2×(1.00mol-0.50mol)=1.00mol,则10min时,B的物质的量为0.20mol,与30min时B的物质的量相等,则反应10min时已达到平衡状态;其他条件不变,若起始时向容器中充入0.50molA(g)和0.60molB(g),将容积缩小为原来的 时与原平衡等效,达到平衡时n(C)=0.25mol,但扩大容积,恢复到原体积,压强减小,平衡逆向移动,故达到平衡时n(C)<0.25mol,B正确。 其他条件不变时,向平衡体系中再充入0.50molA,平衡正向移动,与原平衡相比,达到平衡时B的转化率增大,A的体积分数增大,C正确。 由上述分析可知,10min时n(A)=0.50mol,此时达到平衡状态,A、B、C的浓度(mol·L-1)分别为0.25、0.10和0.25,则有K(T1)= = =100>K(T2)=20,说明升高温度,平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,D错误。 7.工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),对其研究如下: (1)已知H—H键的键能为436kJ·mol-1,N—H键的键能为391kJ·mol-1,N≡N键的键能是945.6kJ·mol-1,则上述反应的ΔH=________。 (2)上述反应的平衡常数K的表达式为______________________________________。 若反应方程式改写为 N2(g)+ H2(g)NH3(g),在该温度下的平衡常数K1=______ (用K表示)。 (3)在773K时,分别将2molN2和6molH2充入一个固定容积为1L的密闭容器中,随着反应的进行,气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表: t/min 0 5 10 15 20 25 30 n(H2)/mol 6.00 4.50 3.60 3.30 3.03 3.00 3.00 n(NH3)/mol 0 1.00 1.60 1.80 1.98 2.00 2.00 ①该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3mol·L-1、3mol·L-1、3mol·L-1,则此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。 ②由上表中的实验数据计算得到“浓度-时间”的关系可用下图中的曲线表示,表示c(N2)t的曲线是___________________________________________________________。 在此温度下,若起始充入4molN2和12molH2,则反应刚达到平衡时,表示c(H2)t的曲线上相应的点为____________________________________________________________。 解析: (1)根据ΔH=E(反应物的总键能)-E(生成物的总键能),知ΔH=945.6kJ·mol-1+436kJ·mol-1×3-391kJ·mol-1×6=-92.4kJ·mol-1。 (2)该反应的平衡常数K= K1= = =K 。 (3)①该温度下,25min时反应处于平衡状态,平衡时c(N2)=1mol·L-1、c(H2)=3mol·L-1、c(NH3)=2mol·L-1,则K= = 。 在该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2和NH3的浓度均为3mol·L-1,则Q= = = <K,反应向正反应方向进行,故v正大于v逆;②起始充入4molN2和12molH2,相当于将充入2molN2和6molH2的两个容器“压缩”为一个容器,假设平衡不移动,则平衡时c(H2)=6mol·L-1,而“压缩”后压强增大,反应速率加快,平衡正向移动,故平衡时3mol·L-1<c(H2)<6mol·L-1,且达到平衡的时间缩短,故对应的点为B。 答案: (1)-92.4kJ·mol-1 (2)K= K (或 ) (3)①大于 ②乙 B 8.甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛,某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。 (1)已知: CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3kJ·mol-1 C2H2(g)+ O2(g)===2CO2(g)+H2O(l) ΔH2=-1299.6kJ·mol-1 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH3=-571.6kJ·mol-1 则甲烷气相裂解反应: 2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的ΔH=________。 (2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。 ①T1℃时,向2L恒容密闭容器中充入0.3molCH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=c(CH4)。 该反应达到平衡时,CH4的转化率为________。 ②对上述平衡状态,若改变温度至T2℃,经10s后再次达到平衡,c(CH4)=2c(C2H4),则10s内C2H4的平均反应速率v(C2H4)=________,上述变化过程中T1________(填“>”或“<”)T2,判断理由是____________________________________________________。 (3)若容器中发生反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g),列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K=________(用平衡分压代替平衡浓度);若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大,则该条件是________(填字母)。 A.可能减小了C2H2的浓度 B.一定是升高了温度 C.可能增大了反应体系的压强 D.可能使用了催化剂 解析: (1)将三个已知的热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由①×2-②-③× 可得热化学方程式2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) ΔH=+376.4kJ·mol-1。 (2)①设达到平衡时,甲烷转化了xmol·L-1,根据“三段式”法进行计算: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 起始/(mol·L-1) 0.15 0 0 转化/(mol·L-1)x0.5xx 平衡/(mol·L-1)0.15-x0.5xx 则有0.15-x=0.5x,解得x=0.1,故CH4的转化率为 ×100%≈66.7%。 ②由图像判断出该反应为吸热反应,因重新达到平衡后甲烷的浓度增大,故反应逆向移动,则T1℃→T2℃为降温过程,即T1>T2。 结合①的计算结果,设重新达到平衡时,甲烷的浓度变化了ymol·L-1,根据“三段式”法进行计算: 2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) 起始/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1 转化/(mol·L-1)y0.5yy 平衡/(mol·L-1)0.05+y 0.05-0.5y0.1-y 则有0.05+y=2×(0.05-0.5y),解得y=0.025。 则v(C2H4)= =0.00125mol·L-1·s-1。 (3)由题图中数据可知,平衡时各物质分压如下: 2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) 1×103 1×10-1 1×104 平衡常数K= =1×105。 平衡常数只与温度有关,由题给图像可知该反应为吸热反应,则升高温度可使化学平衡常数增大。 答案: (1)+376.4kJ·mol-1 (2)①66.7% ②0.00125mol·L-1·s-1 > 从题给图像判断出该反应为吸热反应,对比T1℃和T2℃两种平衡状态,由T1℃到T2℃,CH4浓度增大,说明平衡逆向移动,则T1>T2 (3)1×105 B 9.Ⅰ.某压强下工业合成氨生产过程中,N2与H2按体积比为1∶3投料时,反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示,其中一条是经过一定时间反应后的曲线,另一条是平衡时的曲线。 (1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”);由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)图甲中a点,容器内气体n(N2)∶n(NH3)=________,图甲中b点,v(正)________v(逆)(填“>”“=”或“<”)。 Ⅱ.以工业合成氨为原料,进一步合成尿素的反应原理为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。 工业生产时,需要原料气带有水蒸气,图乙中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比 时,CO2的平衡转化率与氨碳比 之间的关系。 (1)写出该反应的化学平衡常数表达式: ________________________________________________________________________。 (2)曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是________,判断依据是________________________________________________________________________。 (3)测得B点氨气的平衡转化率为40%,则x1=_______。 解析: Ⅰ. (1)曲线Ⅱ表示随着反应的进行,NH3的体积分数逐渐增大,但反应达到平衡状态后继续升温,氨气的体积分数减小,这表明平衡后升高温度,平衡逆向移动,故合成氨是放热反应。 因合成氨为放热反应,故随着温度的升高,平衡逆向移动,NH3的体积分数会逐渐降低,故曲线Ⅰ表示该反应平衡时的曲线。 (2)设反应前N2、H2的物质的量分别为1mol、3mol,a点时消耗N2的物质的量为xmol。 N2+3H22NH3 n(初始)/mol130 n(变化)/molx3x2x n(平衡)/mol1-x3-3x2x =50%,解得x= 此时n(N2)∶n(NH3)= ∶ =1∶4。 由图甲知,b点后NH3的体积分数仍在增大,说明反应仍在向正反应方向进行,此时v(正)>v(逆)。 Ⅱ. (2)当氨碳比一定时,水碳比越大,说明原料气中含水蒸气越多,故二氧化碳的转化率越小,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中对应的水碳比最大的是曲线Ⅲ。 (3)B点二氧化碳的平衡转化率为60%,氨气的平衡转化率是40%,设NH3、CO2的起始物质的量分别为xmol、ymol,则xmol×40%× =ymol×60%,解得 =3,即x1=3。 答案: Ⅰ. (1)Ⅰ 放热 (2)1∶4 > Ⅱ. (1)K= (2)Ⅲ 当氨碳比相同时,水碳比越大,CO2的平衡转化率越小 (3)3 10.甲醚又称二甲醚,简称DME,熔点-141.5℃,沸点-24.9℃,与石油液化气(LPG)相似,被誉为“21世纪的清洁燃料”。 由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下: ①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.0kJ·mol-1 ②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2 回答下列问题: (1)若由合成气(CO、H2)制备1molCH3OCH3(g),且生成H2O(l),整个过程中放出的热量为244kJ,则ΔH2=________kJ·mol-1。 [已知: H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44.0kJ·mol-1] (2)有人模拟该制备原理,500K时,在2L的密闭容器中充入2molCO和6molH2,5min达到平衡,平衡时CO的转化率为60%,c(CH3OCH3)=0.2mol·L-1,用H2表示反应①的速率是________mol·L-1·min-1,可逆反应②的平衡常数K2=________。 若在500K时,测得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH),此时反应②的v正______v逆(填“>”“<”或“=”)。 (3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,下列说法正确的是________。 A.在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小 B.容器中CH3OCH3的体积分数增大 C.容器中混合气体的平均相对分子质量减小 D.达到新平衡后体系的压强增大 (4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中,按不同投料比充入CO(g)和H2(g)进行反应①,平衡时CO(g)和H2(g)的转化率如图所示,则a=________(填数值)。 解析: (1)已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-90.0kJ·mol-1,②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2,③H2O(l)===H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol-1。 由合成气(CO、H2)制备1molCH3OCH3(g),且生成H2O(l),整个过程中放出的热量为244kJ,可写出热化学方程式为④2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l) ΔH4=-244kJ·mol-1。 根据盖斯定律可知反应④=①×2+②-③,则ΔH4=2ΔH1+ΔH2-ΔH3,所以ΔH2=ΔH4+ΔH3-2ΔH1=-20.0kJ·mol-1。 (2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 起始量/(mol·L-1)130 转化量/(mol·L-1)0.61.20.6 平衡量/(mol·L-1)0.41.80.6 所以,用H2表示反应①的速率是v(H2)= = =0.24mol·L-1·min-1。 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 起始量/(mol·L-1)0.600 转化量/(mol·L-1)0.40.20.2 平衡量/(mol·L-1)0.20.20.2 所以,可逆反应②的平衡常数K2= =1。 若500K时,测得容器中n(CH3OCH3)=2n(CH3OH),n(CH3OCH3)=n(H2O),Q= =4>K2,此时反应②向逆反应方向进行,所以v正<v逆。 (3)在体积一定的密闭容器中发生反应②,如果该反应的平衡常数K2值变小,由于平衡常数只受温度影响,正反应为放热反应,说明反应体系的温度升高了,正、逆反应速率都增大,化学平衡向逆反应方向移动,逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大;由于反应前后气体分子数不变,容器中混合气体的平均相对分子质量不变;平衡逆向移动,所以容器中CH3OCH3的体积分数减小;虽然气体分子数不变,但是温度比原平衡升高使得达到新平衡后体系的压强增大。 综上所述,A、D正确。 (4)转化率= ×100%,不同反应物的变化量之比等于化学计量数之比,所以当反应物的起始量之比等于化学计量数之比时,不同反应物的转化率必然相等,所以 a=2。 答案: (1)-20.0 (2)0.24 1 < (3)AD (4)2
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