2019版高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 第7章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 第3節(jié) 化學(xué)平衡常數(shù)及其計算模擬預(yù)測通關(guān) 新人教版.doc

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第3節(jié) 化學(xué)平衡常數(shù)及其計算 一、選擇題 1．下列有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的描述中正確的是(　　) A．化學(xué)平衡常數(shù)的大小取決于化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)因，與其他外界條件無關(guān) B．相同溫度下，反應(yīng)A＋BC與反應(yīng)CA＋B的化學(xué)平衡常數(shù)相同 C．反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大 D．反應(yīng)A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝ 解析：選D。化學(xué)平衡常數(shù)內(nèi)因由反應(yīng)物本身的性質(zhì)決定，外因只受溫度影響，A項錯；同溫下，同一反應(yīng)的正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，一般不相等，B項錯；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，C項錯。 2．隨著汽車數(shù)量的逐年增多，汽車尾氣污染已成為突出的環(huán)境問題之一。反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)可用于凈化汽車尾氣，已知該反應(yīng)速率極慢，570 K時平衡常數(shù)為11059。下列說法正確的是(　　) A．提高尾氣凈化效率的最佳途徑是研制高效催化劑 B．提高尾氣凈化效率的常用方法是升高溫度 C．裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中不再含有NO或CO D．570 K時，及時抽走CO2、N2，平衡常數(shù)將會增大，尾氣凈化效率更佳 解析：選A。提高尾氣凈化效率的最佳途徑是研制高效催化劑，加快反應(yīng)速率，A正確，B錯誤；題中反應(yīng)為可逆反應(yīng)，裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中仍然含有NO或CO，C錯誤；570 K時，及時抽走CO2、N2，尾氣凈化效率更佳，但平衡常數(shù)不變，D錯誤。 3．在淀粉KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I(xiàn)－(aq)I(aq)。測得不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K如表所示： t/℃ 5 15 25 35 50 K 1 100 841 689 533 409 下列說法正確的是(　　) A．反應(yīng)I2(aq)＋I(xiàn)－(aq)I(aq)的ΔH>0 B．其他條件不變，升高溫度，溶液中c(I)減小 C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝ D．25 ℃時，向溶液中加入少量KI固體，平衡常數(shù)K小于689 解析：選B。選項A，溫度升高，平衡常數(shù)減小，因此該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0，錯誤；選項B，升高溫度，平衡逆向移動，c(I)減小，正確；選項C，K＝，錯誤；選項D，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，25 ℃時，向溶液中加入少量KI固體，平衡正向移動，但平衡常數(shù)不變，仍然是689，錯誤。 4．某溫度下，將2 mol A和3 mol B充入一密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5 min后達(dá)到平衡，已知該溫度下其平衡常數(shù)K＝1，若溫度不變時將容器的體積擴(kuò)大為原來的10倍，A的轉(zhuǎn)化率不發(fā)生變化，則(　　) A．a(chǎn)＝3　　　　　　　　　 B．a(chǎn)＝2 C．B的轉(zhuǎn)化率為40% D．B的轉(zhuǎn)化率為60% 解析：選C。溫度不變，擴(kuò)大容器體積(相當(dāng)于減小壓強(qiáng))時，A的轉(zhuǎn)化率不變，說明反應(yīng)前后氣體的體積不變，即a＝1，A、B錯誤；設(shè)達(dá)到平衡時，B的轉(zhuǎn)化量為x mol，則A、B、C、D的平衡量分別為(2－x) mol、(3－x) mol、x mol、x mol，設(shè)容器體積為1 L，則平衡常數(shù)K＝1＝，解得x＝1.2，B的轉(zhuǎn)化率＝1.23100%＝40%，C正確，D錯誤。 5．在一個容積為2 L的密閉容器中，加入0.8 mol A2氣體和0.6 mol B2氣體，一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：A2(g)＋B2(g)2AB(g)　ΔH<0，反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度隨時間的變化情況如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．圖中a點的值為0.15 B．該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝0.03 C．溫度升高，平衡常數(shù)K值減小 D．平衡時A2的轉(zhuǎn)化率為62.5% 答案：B 6．在10 L密閉容器中，1 mol A和3 mol B在一定條件下反應(yīng)：A(g)＋xB(g)2C(g)，2 min后反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得混合氣體共3.4 mol，生成0.4 mol C，則下列計算結(jié)果正確的是(　　) A．平衡時，物質(zhì)的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4 B．x值等于3 C．該反應(yīng)的平衡常數(shù)為8.54 D．B的平均反應(yīng)速率為0.4 mol/(Lmin) 解析：選C。設(shè)轉(zhuǎn)化的A的物質(zhì)的量為a，則 　　　　　　　 A(g)＋xB(g) 2C(g) 起始物質(zhì)的量(mol)　 1　　　3　　　　　0 轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量(mol) a xa 2a 平衡物質(zhì)的量(mol) 1－a 3－xa 2a 則2a＝0.4 mol，得a＝0.2 mol。平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為3.4 mol，則1－a＋3－xa＋2a＝3.4 mol，x＝4，B錯誤；平衡時A、B、C的物質(zhì)的量分別為0.8 mol、2.2 mol、0.4 mol，所以比值為4∶11∶2，A錯誤；K＝＝8.54，C正確；B的平均反應(yīng)速率為0.8 mol/(10 L2 min)＝0.04 mol/(Lmin)，D錯誤。 7．在300 mL的密閉容器中，放入鎳粉并充入一定量的CO氣體，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知該反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下： 溫度/℃ 25 80 230 平衡常數(shù) 5104 2 1.910－5 下列說法不正確的是(　　) A．上述生成Ni(CO)4(g)的反應(yīng)為放熱反應(yīng) B．25 ℃時反應(yīng)Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常數(shù)為210－5 C．在80 ℃時，測得某時刻，Ni(CO)4、CO濃度均為0.5 mol/L，則此時v(正)>v(逆) D．80 ℃達(dá)到平衡時，測得n(CO)＝0.3 mol，則Ni(CO)4的平衡濃度為2 mol/L 解析：選C。根據(jù)表格所示，溫度升高平衡常數(shù)減小，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項正確；25 ℃時，K＝＝＝210－5，B項正確；Qc＝＝＝8>2，反應(yīng)逆向進(jìn)行，故v(正)0，T1溫度下的部分實驗數(shù)據(jù)： t(s) 0 500 1 000 1 500 c(N2O5)(mol/L) 5.00 3.52 2.50 2.50 下列說法不正確的是(　　) A．500 s內(nèi)N2O5分解速率為2.9610－3 mol/(Ls) B．T1溫度下的平衡常數(shù)為K1＝125，1 000 s時N2O5的轉(zhuǎn)化率為50% C．其他條件不變時，T2溫度下反應(yīng)到1 000 s時測得N2O5濃度為2.98 mol/L，則T1K3，則T1>T3 解析：選C。v(N2O5)＝＝2.9610－3 mol/(Ls)，A正確；1 000 s后N2O5的濃度不再發(fā)生變化，即達(dá)到了化學(xué)平衡，列出三段式： 　　　　 2N2O5(g)4NO2(g)　＋　O2(g) 起始(mol/L)　 5.00　　　　0　　　　 0 轉(zhuǎn)化(mol/L)　 2.50 5.00 1.25 平衡(mol/L)　 2.50 5.00 1.25 則K＝＝＝125，α(N2O5)＝100%＝50%，B正確；1 000 s時，T2溫度下的N2O5濃度大于T1溫度下的N2O5濃度，則改變溫度使平衡逆向移動了，逆向是放熱反應(yīng)，則降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動，即T2K3，則T1>T3，D正確。 二、非選擇題 11．Ⅰ.氮的固定是幾百年來科學(xué)家一直研究的課題。 (1)下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業(yè)固氮的部分化學(xué)平衡常數(shù)K的值。 反應(yīng) 大氣固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工業(yè)固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 溫度/℃ 27 2 000 25 400 450 平衡常數(shù)K 3.8410－31 0.1 5108 0.507 0.152 ①分析數(shù)據(jù)可知：大氣固氮反應(yīng)屬于 (填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。 ②分析數(shù)據(jù)可知：人類不適合大規(guī)模模擬大氣固氮的原因是 。 (2)工業(yè)固氮反應(yīng)中，在其他條件相同時，分別測定N2的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)(p1、p2)下隨溫度變化的曲線，下圖所示的圖示中，正確的是 (填“A”或“B”)；比較p1、p2的大小關(guān)系： 。 Ⅱ.目前工業(yè)合成氨的原理是N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。 (3)在一定溫度下，將1 mol N2和3 mol H2混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質(zhì)的量為2.8 mol。 ①達(dá)平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率α1＝ 。 ②已知平衡時，容器壓強(qiáng)為8 MPa，則平衡常數(shù)Kp＝ (用平衡分壓代替濃度計算，分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 解析：Ⅰ.(1)①由表中數(shù)據(jù)可知隨溫度從27 ℃升高到2 000 ℃，K值增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；②大氣固氮的K值小，轉(zhuǎn)化率低。(2)工業(yè)固氮，隨溫度升高，K值減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，N2的轉(zhuǎn)化率降低，所以圖A正確。取相同的溫度，p1→p2，N2的轉(zhuǎn)化率升高，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，說明壓強(qiáng)增大，p2＞p1。 Ⅱ.(3)設(shè)達(dá)到平衡時，反應(yīng)的N2的物質(zhì)的量為a mol，列三段式： 　　　　 N2＋3H22NH3 n(始)/mol　　 1　　 3　　 0 n(變)/mol　　 a　 3a　 2a n(平)/mol　　 1－a 3－3a　2a 有(1－a)＋(3－3a)＋2a＝2.8，解得a＝0.6，H2的轉(zhuǎn)化率(α1)為100%＝60%，N2的平衡分壓為(8) MPa，H2、NH3的平衡分壓均為(8) MPa，Kp＝＝。 答案：Ⅰ.(1)①吸熱?、诖髿夤痰腒值小，正向進(jìn)行的程度小(或轉(zhuǎn)化率低)，不適合大規(guī)模生產(chǎn)　(2)A　p2＞p1 Ⅱ.(3)①60%　②(或0.255或0.26) 12．二氧化錳是化學(xué)工業(yè)中常用的氧化劑和有機(jī)合成中的催化劑，其主要制備方法是碳酸錳熱分解，反應(yīng)原理為2MnCO3＋O22MnO2＋2CO2。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)過程為①M(fèi)nCO3MnO＋CO2↑，②2MnO＋O2===2MnO2?；卮鹣铝袉栴}： (1)某溫度下該平衡體系的壓強(qiáng)為p，CO2、O2的物質(zhì)的量分別為n1和n2，用平衡分壓代替平衡濃度，寫出碳酸錳熱分解反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝ (分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))；K與反應(yīng)①、②的平衡常數(shù)K1、K2的關(guān)系為 。 (2)反應(yīng)②在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，則其ΔH (填“>”“<”或“＝”)0。 (3)某科研小組對碳酸錳熱分解法制二氧化錳的條件(焙燒溫度和氣氛)進(jìn)行了研究，結(jié)果如圖所示。該制備反應(yīng)合適的焙燒溫度為 ，合適的水分含量條件為 。 解析：(1)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝，p(CO2)＝，p(O2)＝，代入可得K＝。反應(yīng)2MnCO3＋O22MnO2＋2CO2可由反應(yīng)①2＋反應(yīng)②得到，所以K與K1、K2的關(guān)系為K＝KK2。 (2)反應(yīng)②是熵減少的反應(yīng)，ΔS<0，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS，在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，只有ΔH<0才能使ΔG<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。 (3)由題圖2分析，在350 ℃左右碳酸錳轉(zhuǎn)化率比較高。由題圖3可知水分含量在30%左右碳酸錳轉(zhuǎn)化率比較高。 答案：(1)　K＝KK2　(2)< (3)350 ℃　水分含量為30%(或20%～40%都正確) 13．研究氮氧化物的反應(yīng)機(jī)理，對于消除對環(huán)境的污染有重要意義。升高溫度絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的速率卻隨著溫度的升高而減小。某化學(xué)小組為研究該特殊現(xiàn)象的實質(zhì)原因，查閱資料知2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步： ①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正＝k1正c2(NO)　v1逆＝k1逆c(N2O2)　ΔH1＜0　 ②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢) v2正＝k2正c(N2O2)c(O2)　v2逆＝k2逆c2(NO2)　ΔH2＜0 請回答下列問題： (1)反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ (用ΔH1和ΔH2表示)。一定溫度下，反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，寫出k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝ ，升高溫度，K值 (填“增大”“減小”或“不變”)。 (2)決定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)反應(yīng)速率的是反應(yīng)②。反應(yīng)①的活化能E1與反應(yīng)②的活化能E2的大小關(guān)系為E1 (填“＞”“＜”或“＝”)E2。根據(jù)速率方程分析，升高溫度該反應(yīng)速率減小的原因是 。 A．k2正增大，c(N2O2)增大 B．k2正減小，c(N2O2)減小 C．k2正增大，c(N2O2)減小 D．k2正減小，c(N2O2)增大 由實驗數(shù)據(jù)得到v2正～c(O2)的關(guān)系可用如圖表示。當(dāng)x點升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則變?yōu)橄鄳?yīng)的點為 (填字母)。 解析：(1)①2NO(g)N2O2(g)　ΔH1＜0，②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH2＜0，根據(jù)蓋斯定律，由①＋②得：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2；2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K＝＝，平衡時，v2正＝v2逆，v1正＝v1逆，因此K＝；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，K值減小。(2)反應(yīng)的活化能越小，反應(yīng)速率越快，決定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)反應(yīng)速率的是反應(yīng)②，反應(yīng)②速率較慢，活化能較大，即E1＜E2。根據(jù)速率方程，A項，k2正增大，c(N2O2)增大，v2正增大，與題意不符，錯誤；B項，k2正減小，c(N2O2)減小，v2正減小，與題意相符，正確；C項，k2正增大，c(N2O2)減小，v2正的變化無法判斷，與題意不符，錯誤；D項，k2正減小，c(N2O2)增大，v2正的變化無法判斷，與題意不符，錯誤。根據(jù)上述分析，升高溫度，v2正減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，c(O2)增大，因此當(dāng)x點升高到某一溫度時，c(O2)增大，v2正減小，符合條件的為點a。 答案：(1)ΔH1＋ΔH2　　減小　(2)＜　B　a 14．工業(yè)合成氨反應(yīng)為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，對其研究如下： (1)已知H—H鍵的鍵能為436 kJmol－1，N—H鍵的鍵能為391 kJmol－1，N≡N鍵的鍵能是945.6 kJmol－1，則上述反應(yīng)的ΔH＝ 。 (2)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為 。 若反應(yīng)方程式改寫為N2(g)＋H2(g)NH3(g)，在該溫度下的平衡常數(shù)K1＝ (用K表示)。 (3)在773 K時，分別將2 mol N2和6 mol H2充入一個固定容積為1 L的密閉容器中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體混合物中n(H2)、n(NH3)與反應(yīng)時間t的關(guān)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該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3的濃度分別為3 molL－1、3 molL－1、3 molL－1，則此時v正 (填“大于”“小于”或“等于”)v逆。 ②由上表中的實驗數(shù)據(jù)計算得到“濃度時間”的關(guān)系可用下圖中的曲線表示，表示c(N2)t的曲線是 。 在此溫度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，則反應(yīng)剛達(dá)到平衡時，表示c(H2)t的曲線上相應(yīng)的點為 。 解析：(1)根據(jù)ΔH＝E(反應(yīng)物的總鍵能)－E(生成物的總鍵能)，知ΔH＝945.6 kJmol－1＋436 kJmol－13－391 kJmol－16＝－92.4 kJmol－1。 (2)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝，K1＝＝[]＝K。 (3)①該溫度下，25 min時反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，平衡時c(N2)＝1 molL－1、c(H2)＝3 molL－1、c(NH3)＝2 molL－1，則K＝＝。在該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2和NH3的濃度均為3 molL－1，則Qc＝＝＝＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故v正大于v逆；②起始充入4 mol N2和12 mol H2，相當(dāng)于將充入2 mol N2和6 mol H2的兩個容器“壓縮”為一個容器，假設(shè)平衡不移動，則平衡時c(H2)＝6 molL－1，而“壓縮”后壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，故平衡時3 molL－1＜c(H2)＜6 molL－1，且達(dá)到平衡的時間縮短，故對應(yīng)的點為B。 答案：(1)－92.4 kJmol－1　(2)K＝　K(或)　(3)①大于　②乙　B