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課練24 化學平衡常數(shù)、轉化率及相關計算
小題狂練
1.[2019湖南長沙中學月考]已知:反應mX(g)+nY(g)qZ(g) ΔH<0,m+n>q,在密閉容器中反應達到平衡時,下列說法不正確的是( )
A.恒容時通入稀有氣體使壓強增大,平衡不移動
B.增大壓強,反應速率加快且可以提高Z的產率
C.恒壓時,增加一定量Z(g),混合氣體的平均相對分子質量變大
D.恒容時增加X的物質的量,Y的轉化率增大
答案:C
解析:恒容時通入稀有氣體,體系的壓強增大,但反應混合物的濃度不變,則平衡不移動,A正確。由于m+n>q,增大壓強,平衡正向移動,則Z的產率提高,B正確。恒壓時,增加一定量Z(g),達到的新平衡與原平衡等效,各物質的濃度不變,則混合氣體的平均相對分子質量不變,C錯誤。恒容時增大X(g)的物質的量,平衡正向移動,則Y的轉化率增大,D正確。
2.研究發(fā)現(xiàn),液態(tài)苯是優(yōu)質儲氫材料:C6H6(l)+3H2(g)C6H12(l)。一定溫度下,在密閉容器中充入一定量液態(tài)苯(足量)和適量氫氣,經反應達到平衡后,測得c(H2)=2 molL-1。保持溫度不變,將容積體積壓縮至原來一半,達到新平衡時c(H2)為( )
A.1 molL-1
B.2 molL-1
C.3 molL-1
D.4 molL-1
答案:B
解析:該可逆反應只有一種氣體,平衡常數(shù)K=,溫度不變,則平衡常數(shù)K不變,氫氣濃度不變。
3.在密閉容器中充入一定量X、Y氣體,發(fā)生反應:aX(g)+bY(l)cZ(g),達到平衡時,測得c(X)=1 molL-1。溫度不變時,將容器體積縮小至原來的一半,達到新平衡時c(X)=1.5 molL-1。下列推斷正確的是( )
A.上述反應中有a
c,A項錯誤,B項錯誤。X的轉化率增大,C項錯誤。平衡向右移動時,氣體總質量增大,氣體總物質的量減小,故混合氣體的平均相對分子質量增大,D項正確。
4.環(huán)己基甲醛是有機合成、藥物合成的重要中間體。在合適的催化劑作用下,用環(huán)己烯可制備環(huán)己基甲醛,反應原理如下:
在恒壓密閉容器中加入一定比例的反應物,測得反應過程中產物含量隨溫度變化的曲線如圖所示。下列判斷正確的是( )
A.b點反應達到平衡狀態(tài)
B.ΔH>0
C.c、d、f三點的反應速率逐漸減小
D.升高溫度,平衡向生成環(huán)己烯的方向移動
答案:D
解析:從圖像看出,c點對應的體系達到平衡狀態(tài),c點前的a、b點均未達到平衡,A項錯誤;達到平衡之后,隨著溫度升高,產物的百分含量降低,說明正反應是放熱反應,B項錯誤;c、d、f三點對應的溫度依次升高,它們的反應速率依次增大,C項錯誤;該可逆反應的逆反應是吸熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,D項正確。
5.向Ⅰ、Ⅱ兩個體積相同的恒容密閉容器中各充入2 mol NO2氣體,發(fā)生反應:2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9 kJmol-1,達到平衡后,Ⅰ、Ⅱ兩個容器中NO2的轉化率分別為α1和α2。下列推斷正確的是( )
A.轉化率大小:α1<α2
B.Ⅱ中混合氣體顏色較淺
C.Ⅰ中混合氣體密度較大
D.Ⅱ中相對分子質量較小
答案:D
解析:開始只投入NO2氣體,NO2顯紅棕色,N2O4呈無色,該反應的正反應是放熱反應。在容器Ⅱ中,隨著反應進行,容器內溫度升高,相當于容器Ⅰ達到平衡之后進行加熱,上述平衡向左移動,故容器Ⅰ中NO2的轉化率較大,A項錯誤;容器Ⅱ中NO2的濃度較大,顏色較深,B項錯誤;兩個容器的體積相同,氣體總質量相等,故密度相等,C項錯誤;混合氣體中,NO2的體積分數(shù)越大,混合氣體的相對分子質量越小,相對于Ⅰ容器,Ⅱ容器中NO2的體積分數(shù)較大,故Ⅱ中混合氣體的相對分子質量較小,D項正確。
6.[2019河北衡水中學調研]汽車發(fā)動機中生成NO的反應為N2(g)+O2(g)2NO(g),T ℃時,K=0.09。T ℃下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中,投入N2(g)和O2(g)模擬反應,起始濃度如下表所示:
起始濃度
甲
乙
丙
c(N2)/(molL-1)
0.46
0.46
0.92
c(O2)/(molL-1)
0.46
0.23
0.92
下列判斷不正確的是( )
A.起始時,反應速率:丙>甲>乙
B.平衡時,c(NO):甲=丙>乙
C.平衡時,N2的轉化率:甲>乙
D.平衡時,甲中c(N2)=0.40 molL-1
答案:B
解析:起始反應物的濃度越大,反應速率越快,則起始時反應速率:丙>甲>乙,A正確。丙中起始c(N2)、c(O2)分別是甲中起始量的2倍,則丙中c(NO)是甲中c(NO)的2倍,B錯誤。甲與乙相比,甲可看作是在乙平衡基礎上增大c(O2),而增大c(O2),平衡正向移動,N2的轉化率增大,故平衡時N2的轉化率:甲>乙,C正確。T ℃時,K=0.09,甲中起始c(N2)=c(O2)=0.46 molL-1,則有
則平衡常數(shù)K==0.09,解得x=0.06,故平衡時甲中c(N2)=0.46 molL-1-0.06 molL-1=0.40 molL-1,D正確。
7.[2019天津靜海一中調研]一定溫度下,將1 mol A和1 mol B氣體充入2 L密閉容器中,發(fā)生反應A(g)+B(g)xC(g)+D(s) ΔH>0,t1時達到平衡。在t2~t3時刻分別改變反應的一個條件,測得容器中氣體C的濃度隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是( )
A.反應方程式中的x等于1
B.t2時刻改變的條件是使用催化劑
C.t3時刻改變的條件是移去少量物質D
D.t1~t3間該反應的平衡常數(shù)均為4
答案:D
解析:t2時刻C的濃度增大,t2~t3時間內C的濃度不變,說明平衡不移動,應是增大壓強引起的,壓強不影響該平衡體系,則有x=1+1=2,A錯誤。使用催化劑,平衡不移動,C的濃度不變,B錯誤。由圖可知,t3時刻后,C的濃度逐漸增大,而移去少量D,平衡不移動,C的濃度不變,C錯誤。t1~t3時間內溫度相同,則平衡常數(shù)相同,由圖可知,t1時刻C的平衡濃度為0.50 molL-1,則有
A(g) + B(g)2C(g)+D(s)
起始濃度/(molL-1) 0.5 0.5 0
轉化濃度/(molL-1) 0.25 0.25 0.50
平衡濃度/(molL-1) 0.25 0.25 0.50
故該反應的平衡常數(shù)為K===4,D正確。
8.已知X(g)+Y(g)Z(g)+G(g) ΔH的平衡常數(shù)與溫度的關系如表所示。
溫度/℃
600
700
830
1 000
1 200
平衡常數(shù)K
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
在830 ℃時,向2 L密閉容器中投入a mol X、b mol Y氣體,反應并達到平衡狀態(tài)。下列說法不正確的是( )
A.600 ℃和1 200 ℃時該反應平衡常數(shù)的表達式相同
B.該可逆反應的正反應是吸熱反應
C.上述反應達到平衡時X的最大轉化率為50%
D.上述反應達到平衡時密度、相對分子質量都不變
答案:B
解析:根據(jù)數(shù)據(jù)表知,升高溫度,平衡常數(shù)減小,說明正反應是放熱反應。
9.[2019北京朝陽區(qū)模擬]將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入體積為2 L的恒容密閉容器中,進行反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三組數(shù)據(jù):
實驗組
溫度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
達到平衡所需時間/min
CO
H2O
CO2
1
650
4
2
1.6
5
2
900
2
1
0.4
3
3
2
1
0.4
1
下列說法不正確的是( )
A.該反應的正反應為放熱反應
B.實驗1中,前5 min用CO表示的反應速率為0.16 molL-1min-1
C.實驗2中,平衡常數(shù)為K=
D.實驗3與實驗2相比,改變的條件可能是溫度
答案:D
解析:由表中數(shù)據(jù)計算可知,650 ℃和900 ℃時CO的轉化率分別為40%、20%,說明溫度越高,CO的轉化率越小,則該反應的正反應是放熱反應,A正確。實驗1中前5 min生成1.6 mol CO2,同時消耗1.6 mol CO,則有v(CO)==0.16 molL-1min-1,B正確。實驗2中達到平衡時,n(CO2)=0.4 mol,則有
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
1 0.5 0 0
0.2 0.2 0.2 0.2
0.8 0.3 0.2 0.2
則900 ℃時該反應的平衡常數(shù)K===,C正確。實驗2和3 CO、H2O的起始量相等,實驗3達到平衡所需時間比實驗2短,則實驗3的反應速率快,達到平衡時實驗2和3中n(CO2)均為0.4 mol,而升高溫度,平衡逆向移動,平衡時n(CO2)減小,故改變的條件可能是使用了催化劑,D錯誤。
10.已知可逆反應3X(g)+2Y(s)nC(g) ΔH。若p10,經60 s達到平衡狀態(tài),生成0.4 mol Z。下列說法正確的是( )
A.60 s內平均反應速率為v(X)=0.005 molL-1s-1,X的轉化率為80%
B.其他條件不變,將容器體積變?yōu)? L,X的平衡濃度增大
C.其他條件不變,若降低溫度,逆反應速率減小,X的體積分數(shù)也減小
D.其他條件不變,若初始投入2 mol X和2 mol Y,則物質Y的轉化率減小
答案:D
解析:60 s達到平衡,生成0.4 mol Z,則有v(Z)==0.01 molL-1s-1,根據(jù)反應速率與化學計量數(shù)的關系可得v(X)=v(Z)=0.01 molL-1s-1=0.005 molL-1s-1;消耗X的物質的量為0.005 molL-1s-12 L60 s=0.6 mol,則X的轉化率為100%=20%,A錯誤。將容器體積變?yōu)? L,平衡逆向移動,但X的平衡濃度減小,B錯誤。降低溫度,正、逆反應速率均減小,平衡逆向移動,則X的體積分數(shù)增大,C錯誤。其他條件不變,初始投入2 mol X和2 mol Y,當將原容器容積擴大為原來的1.5倍時,可與新的平衡等效,由于容器擴大,壓強減小,平衡向逆反應方向移動,X、Y的轉化率均減小,D正確。
12.在V L恒容密閉容器中充入2 mol CO,2 mol NO,發(fā)生反應:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH,測得在溫度T1、T2時,不同時刻CO的濃度(molL-1)如表所示:
時間/min
溫度/K
0
2
4
6
8
10
T1
1
0.70
0.60
0.55
0.50
0.50
T2
1
0.80
0.65
0.50
0.45
0.45
下列說法正確的是( )
A.由此推知,T1>T2,ΔH>0
B.T1時NO的平衡轉化率大于T2
C.T1時上述反應的平衡常數(shù)K=1.0
D.平衡時再充入1 mol CO和1 mol NO,CO的平衡轉化率減小
答案:C
解析:A項,從數(shù)據(jù)表看出,T1時反應較快,說明T1大于T2;從平衡時CO濃度看出,T1時CO濃度較大,說明正反應是放熱反應,錯誤;B項,T1時NO的平衡轉化率為50%,T2時NO的平衡轉化率為55%,錯誤;C項,平衡時c(CO)=c(NO)=0.50 molL-1,c(CO2)=0.50 molL-1,c(N2)=0.25 molL-1,K==Lmol-1=1.0,正確。D項,再充入等物質的量的CO和NO,相當于對原平衡體系加壓,該可逆反應的正反應為氣體分子總數(shù)減小的反應,故平衡向右移動,CO、NO的平衡轉化率都增大,錯誤。
13.[2019黑龍江哈爾濱三中模擬]在一定溫度下,將H2和I2(g)各0.16 mol充入10 L恒容密閉容器中,發(fā)生反應H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,一段時間后達到平衡,反應過程中測定的數(shù)據(jù)如下表:
t/min
2
4
7
9
n(I2)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列說法不正確的是( )
A.反應前4 min的平均速率v(HI)=2.510-3 molL-1min-1
B.當體系壓強不再改變時可以判斷反應達到平衡狀態(tài)
C.該溫度下此反應的平衡常數(shù)K=1.44
D.再充入0.05 mol H2、0.05 mol I2(g)和0.06 mol HI,平衡不移動
答案:B
解析:反應前4 min n(I2)由0.16 mol減少到0.11 mol,則有v(HI)=2v(I2)=2=2.510-3 molL-1min-1,A正確。該反應是反應前后氣體總分子數(shù)不變的反應,恒容時氣體總壓強不變,故不能根據(jù)壓強判斷是否達到平衡狀態(tài),B錯誤。由表中數(shù)據(jù)可知,達到平衡時n(I2)=0.10 mol,此時c(I2)=0.010 molL-1,則有
H2(g)+I2(g)2HI(g)
起始濃度/(molL-1) 0.016 0.016 0
轉化濃度/(molL-1) 0.006 0.006 0.012
平衡濃度/(molL-1) 0.010 0.010 0.012
則該溫度下平衡常數(shù)為K===1.44,C正確。再充入0.05 mol H2、0.05 mol I2(g)和0.06 mol HI,由于該反應為氣體分子數(shù)不變的反應,充入氣體的物質的量之比與原平衡狀態(tài)相應氣體的物質的量之比相等,相當于增大壓強,則平衡不移動,D正確。
14.[2019遼寧師大附中模擬]T1 ℃時,向容器為2 L的密閉容器中充入一定量的A(g)和B(g),發(fā)生如下反應A(g)+2B(g)C(g)。反應過程中測定的部分數(shù)據(jù)如下表:
反應時間/min
n(A)/mol
n(B)/mol
0
1.00
1.20
10
0.50
30
0.20
下列說法錯誤的是( )
A.前10 min內反應的平均速率為v(C)=0.025 0 molL-1min-1
B.其他條件不變,起始時向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),達到平衡時n(C)<0.25 mol
C.其他條件不變時,向平衡體系中再充入0.50 mol A,與原平衡相比,達到平衡時B的轉化率增大,A的體積分數(shù)增大
D.溫度為T2 ℃時(T1>T2),上述反應的平衡常數(shù)為20,則該反應的正反應為放熱反應
答案:D
解析:前10 min內消耗0.50 mol A,同時生成0.50 mol C,則有v(C)==0.025 0 molL-1min-1,A正確。10 min時,反應的n(B)=2n(A)=2(1.00 mol-0.50 mol)=1.00 mol,則10 min時,B的物質的量為0.20 mol,與30 min時B的物質的量相等,則反應10 min時已達到平衡狀態(tài);其他條件不變,若起始時向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),將容積縮小為原來的時與原平衡等效,達到平衡時n(C)=0.25 mol,但擴大容積,恢復到原體積,壓強減小,平衡逆向移動,故達到平衡時n(C)<0.25 mol,B正確。其他條件不變時,向平衡體系中再充入0.50 mol A,平衡正向移動,與原平衡相比,達到平衡時B的轉化率增大,A的體積分數(shù)增大,C正確。由上述分析可知,10 min時n(A)=0.50 mol,此時達到平衡狀態(tài),A、B、C的濃度(molL-1)分別為0.25、0.10和0.25,則有K(T1)===100>K(T2)=20,說明升高溫度,平衡正向移動,則該反應的正反應為吸熱反應,D錯誤。
15.[2019江西臨川二中、蓮塘一中聯(lián)考]在2 L恒容密閉容器中充入A(g)和B(g),發(fā)生反應A(g)+B(g)2C(g)+D(s),所得實驗數(shù)據(jù)如下表:
實驗編號
溫度/℃
起始時物質的量/mol
平衡時物質的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①
600
0.30
0.20
0.30
②
700
0.20
0.30
0.24
③
800
0.10
0.10
a
下列說法不正確的是( )
A.實驗①中,若5 min時測得n(B)=0.050 mol,則0~5 min時間內平均反應速率為v(A)=0.015 molL-1min-1
B.實驗②中達到平衡后,增大壓強,A的轉化率不變,平衡常數(shù)K不變
C.700 ℃時該反應的平衡常數(shù)K=4.0
D.實驗③中,達到平衡時,a>0.10
答案:D
解析:實驗①中,5 min時測得n(B)=0.050 mol,則消耗的n(A)=n(B)=0.20 mol-0.050 mol=0.15 mol,故有v(A)==0.015 molL-1min-1,A正確。反應前后氣體分子總數(shù)不變,故增大壓強,平衡不移動,則A的轉化率不變,溫度不變,平衡常數(shù)K不變,B正確。700 ℃時,n(C)=0.24 mol,則有
A(g)+B(g)2C(g)+D(s)
起始濃度/(molL-1) 0.10 0.15 0
轉化濃度/(molL-1) 0.06 0.06 0.12
平衡濃度/(molL-1) 0.04 0.09 0.12
則700 ℃時該反應的平衡常數(shù)K===4.0,C正確。①600 ℃時,n(C)=0.30 mol,則有
A(g) + B(g)2C(g)+D(s)
起始濃度/(molL-1) 0.15 0.10 0
平衡濃度/(molL-1) 0.075 0.025 0.15
則有600 ℃時該反應的平衡常數(shù)K===12,對比實驗①和②可知,升高溫度,平衡常數(shù)減小,故實驗③中K<4.0,因此K==<4.0,推知a<0.10,D錯誤。
16.[2019黃岡調研]已知反應:CH2===CHCH3(g)+Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定壓強下,按w=向密閉容器中充入氯氣與丙烯。圖甲表示平衡時,丙烯的體積分數(shù)(φ)與溫度(T)、w的關系,圖乙表示正、逆反應的平衡常數(shù)與溫度的關系,則下列說法錯誤的是( )
A.圖甲中,w2>1
B.圖乙中,A線表示逆反應的平衡常數(shù)
C.溫度為T1、w=2時,Cl2的平衡轉化率為50%
D.若在恒容絕熱裝置中進行上述反應,達到平衡時,裝置內的氣體壓強將增大
答案:C
解析:w增大,CH2===CHCH3的轉化率增大,則φ減小,由上述分析可知:w2>w1=1,A項正確;由圖甲知,w一定時,溫度升高,φ增大,說明正反應為放熱反應,故溫度升高,正反應平衡常數(shù)減小,故圖乙中曲線A、B分別表示逆反應的平衡常數(shù)、正反應的平衡常數(shù),B項正確;由圖乙可知,T1時平衡常數(shù)為1,設起始時CH2===CHCH3和Cl2的物質的量分別為a mol和2a mol,達到平衡時轉化的Cl2的物質的量為x mol,根據(jù)三段式法進行計算:
CH2===CHCH3(g)+Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)+HCl(g)
起始/mol a 2a 0 0
轉化/mol x x x x
平衡/mol a-x 2a-x x x
則=1,解得x=a,則Cl2的平衡轉化率為a2a100%≈33.3%,C項錯誤;該反應在反應前后氣體分子數(shù)不變,正反應放熱,在恒容絕熱裝置中進行題述反應,體系內溫度升高,根據(jù)pV=nRT知,達到平衡時裝置內的氣體壓強將增大,D項正確。
17.[2019江西臨川二中、蓮塘一中聯(lián)考]T ℃,將2.0 mol A(g)和2.0 mol B(g)充入體積為1 L的密閉容器中,在一定條件下發(fā)生反應A(g)+B(g)2C(g)+D(s) ΔH<0;t時刻反應達到平衡時,C(g)的物質的量為2.0 mol。下列說法正確的是( )
A.t時刻反應達到平衡時,A(g)的體積分數(shù)為20%
B.T ℃時該反應的化學平衡常數(shù)為K=2
C.t時刻反應達到平衡后,縮小容器體積,平衡逆向移動
D.相同條件下,若將1.0 mol A(g)和1.0 mol B(g)充入同樣容器,達到平衡后,A(g)的轉化率為50%
答案:D
解析:達到平衡時生成2.0 mol C,則反應消耗1.0 mol A和1.0 mol B,則A(g)的體積分數(shù)為100%=25%,A錯誤。達到平衡時,A、B、C的物質的量濃度(molL-1)分別為1.0、1.0、2.0,則T ℃時該反應的平衡常數(shù)為K===4,B錯誤。該反應是反應前后氣體總分子數(shù)不變的反應,縮小容器的體積,平衡不移動,C錯誤。相同條件下,將1.0 mol A(g)和1.0 mol B(g)充入同樣的容器中,達到的平衡與原平衡是等效平衡,A(g)的轉化率不變,則A(g)的轉化率為100%=50%,D正確。
18.[2019北京西城區(qū)重點中學模擬]在10 L恒容密閉容器中充入X(g)和Y(g),發(fā)生反應X(g)+Y(g)M(g)+N(g),所得實驗數(shù)據(jù)如下表:
實驗編號
溫度/℃
起始時物質的量/mol
平衡時物質的量/mol
n(X)
n(Y)
n(M)
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.10
0.40
0.080
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b
下列說法正確的是( )
A.實驗①中,若5 min時測得n(M)=0.050 mol,則0~5 min時間內,用N表示的平均反應速率v(N)=1.010-2 molL-1min-1
B.實驗②中,該反應的平衡常數(shù)為K=2.0
C.實驗③中,達到平衡時,X的轉化率為60%
D.實驗④中,達到平衡時,b>0.060
答案:C
解析:5 min時測得n(M)=0.050 mol,則有v(M)=v(N)==1.010-3 molL-1min-1,A錯誤。實驗②達到平衡時n(M)=0.080 mol,則有
X(g)+Y(g)M(g)+N(g)
起始濃度/(molL-1) 0.01 0.04 0 0
轉化濃度/(molL-1) 0.008 0.008 0.008 0.008
平衡濃度/(molL-1) 0.002 0.032 0.008 0.008
則該反應的平衡常數(shù)為K===1.0,B錯誤。實驗③和②的溫度均為800 ℃,設反應中X的轉化率為x,則有K==1.0,解得x=0.6,故有X的轉化率為60%,C正確。根據(jù)實驗①數(shù)據(jù)求得平衡常數(shù)為K(700 ℃)≈2.6>K(800 ℃)=1.0,說明升高溫度,平衡逆向移動,平衡常數(shù)減小,則該反應的ΔH<0;實驗③達到平衡時n(M)=0.20 mol0.6=0.12 mol,若實驗④與③均在800 ℃下進行,經計算達到平衡時n(M)=0.06 mol,而升高溫度時,平衡逆向移動,n(M)=b mol<0.060 mol,D錯誤。
課時測評
1.在密閉容器中進行反應:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH。達到平衡后,降低溫度,平衡常數(shù)增大。下列說法正確的是( )
A.升高溫度,平衡常數(shù)減小,CO2的平衡轉化率增大
B.增大反應物濃度,平衡轉化率一定增大
C.其他條件不變,縮小體積,氣體平均相對分子質量增大
D.改變條件,平衡正向移動,平衡常數(shù)和轉化率一定都增大
答案:C
解析:根據(jù)題意,達到平衡后,降低溫度,平衡常數(shù)增大,說明該反應的正反應是放熱反應,ΔH<0。A項,升高溫度,平衡向左移動,平衡常數(shù)減小,CO2的平衡轉化率減小,錯誤;B項,增大CO2的濃度,CO2的平衡轉化率減小,錯誤;C項,該可逆反應的正反應是氣體分子總數(shù)減小的反應,縮小體積,平衡向右移動,氣體總質量不變,氣體總物質的量減小,相對分子質量增大,正確;D項,平衡常數(shù)只與溫度有關,如果溫度不變,則平衡常數(shù)不變,錯誤。
2.[2019山西呂梁段考]一定溫度下,將2 mol SO2和1 mol O2充入10 L恒容密閉容器中,發(fā)生反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196 kJmol-1。5 min時達到平衡,測得反應放出166.6 kJ熱量。下列說法錯誤的是( )
A.0~5 min內,用O2表示的平均反應速率v(O2)=0.017 molL-1min-1
B.的值不變時,該反應達到平衡狀態(tài)
C.若增大O2的濃度,SO2的轉化率增大
D.條件不變,起始時向容器中充入4 mol SO2和2 mol O2,平衡時放熱小于333.2 kJ
答案:D
解析:1 mol O2完全反應時放出196 kJ熱量,則放出166.6 kJ熱量時消耗0.85 mol O2,故用O2表示的平均反應速率為v(O2)==0.017 molL-1min-1,A正確。的值不變時,各物質的濃度保持不變,該反應達到平衡狀態(tài),B正確。增大O2的濃度,平衡正向移動,則SO2的轉化率增大,C正確。條件不變,起始時向容器中充入4 mol SO2和2 mol O2,達到新的平衡時SO2的轉化率比原平衡中大,則平衡時放出熱量大于333.2 kJ,D錯誤。
3.在1.0 L恒容密閉容器中加入4 mol N2O5,在一定溫度下發(fā)生反應:(Ⅰ)N2O5N2O3+O2,(Ⅱ)N2O3N2O+O2。達到平衡時c(O2)=4.5 molL-1、c(N2O3)=1.5 molL-1。下列推斷合理的是( )
A.平衡時,c(N2O5)=2 molL-1
B.平衡時,c(N2O)=1 molL-1
C.反應Ⅱ的平衡常數(shù)K=4.5 molL-1
D.N2O5的平衡轉化率為25%
答案:C
解析:用三段法計算:
(Ⅰ)N2O5N2O3+O2
開始(molL-1) 4 0 0
平衡(molL-1) 4-x x x
(Ⅱ)N2O3N2O+O2
開始(molL-1) x 0 x
平衡(molL-1) x-y y x+y
依題意, 解得:
平衡時,c(N2O5)=1 molL-1,A項錯誤;c(N2O)=1.5 molL-1,B項錯誤;反應Ⅱ的平衡常數(shù)K===4.5 molL-1,C項正確;N2O5的平衡轉化率為100%=75%,D項錯誤。
4.[2019四川成都七中模擬]T ℃下,向體積為2 L的恒容密閉容器中通入NO2和O2,發(fā)生反應4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g) ΔH<0,部分實驗數(shù)據(jù)如下表。
時間/s
0
5
10
15
n(NO2)/mol
8.00
n1
n2
4.00
n(O2)/mol
2.00
1.25
1.00
n3
下列說法不正確的是( )
A.5 s內NO2的平均反應速率為0.3 molL-1s-1
B.若10 s時,再向容器中充入2 mol N2O5(g),則新平衡下,NO2的體積分數(shù)將增大
C.若5 s時,改在絕熱恒容條件下達到平衡,新平衡下的平衡常數(shù)比原平衡的小
D.T ℃,該反應的平衡常數(shù)為0.125,反應物的平衡轉化率均為50%
答案:B
解析:由表中數(shù)據(jù)可知,5 s內n(O2)由2.00 mol減小為1.25 mol,則有v(O2)==0.075 molL-1s-1,v(NO2)=4v(O2)=40.075 molL-1s-1=0.3 molL-1s-1,A正確。10 s時,向容器中充入2 mol N2O5(g),假設將容器擴大至一定比例使之與原平衡等效,再將容器壓縮至原體積,加壓平衡向右移動,達到新平衡時,NO2的體積分數(shù)減小,B錯誤。5 s時改在絕熱恒容條件下達到平衡,此時溫度高于原平衡時溫度,由于該反應是放熱反應,溫度升高,平衡逆向移動,平衡常數(shù)減小,故新平衡下的平衡常數(shù)比原平衡的小,C正確。當n(O2)=1.00 mol時,n2=8 mol-1.00 mol4=4.00 mol,與15 s時n(NO2)相同,則10 s時該反應達到平衡狀態(tài),則有
則平衡常數(shù)K==0.125;反應物NO2和O2的平衡轉化率相等,均為50%,D正確。
5.[2019合肥調研]一定條件下,反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH>0達到平衡時N2的體積分數(shù)與溫度、壓強的關系如圖所示。下列說法正確的是( )
A.壓強:p1>p2
B.b、c兩點對應的平衡常數(shù):Kc>Kb
C.a點:2v(NH3)正=3v(H2)逆
D.a點:NH3的轉化率為1/3
答案:B
解析:A項,該反應為反應前后氣體分子數(shù)增大的反應,恒溫時,壓強越大,N2的體積分數(shù)越小,p1Kb,故B正確;C項,反應速率之比等于化學計量數(shù)之比,3v(NH3)正=2v(H2)逆,故C錯誤;D項,對于反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g),假設反應前氨氣的物質的量為1 mol,反應的氨氣的物質的量為x mol,則=0.1,解得x=,因此氨氣的轉化率為,故D錯誤。
6.[2019北京海淀區(qū)模擬]羰基硫(COS)可用于合成除草劑、殺草丹等農藥。H2S與CO2在高溫下反應可制得COS:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g) ΔH>0。在2 L密閉容器中充入一定量的H2S和CO2發(fā)生上述反應,數(shù)據(jù)如下表:
實驗
溫度℃
起始時
平衡時
平衡常數(shù)
1
T1
0.200
0.200
0
0
0.020 0
K1
2
T2
0.200
0.200
0
0
n2
K2=
3
T2
0.400
0.400
0
0
n3
K3
下列判斷中不正確的是( )
A.K1=
B.K2=K3,且n3=2n2
C.初始反應速率:實驗3>實驗2>實驗1
D.實驗2中平衡時的c(COS)≈0.028 6 molL-1
答案:D
解析:達到平衡時n(COS)=0.020 0 mol,則有
H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)
起始濃度/ molL-1 0.100 0.100 0 0
平衡濃度/molL-1 0.090 0 0.090 0 0.010 0 0.010 0
則平衡常數(shù)K1==,A正確。實驗2和3的溫度均為T2,平衡常數(shù)相等,則有K2=K3;實驗2和3中起始CO2、H2S的物質的量之比均為1:1,則達到平衡時二者的轉化率相等,從而推知n3=2n2,B正確。該反應的ΔH>0,升高溫度,平衡正向移動,平衡常數(shù)增大,由于K1實驗1;實驗2和3相比,溫度均為T2,但實驗3中起始反應物的量大,反應物的濃度越大,反應速率越快,則初始反應速率:實驗3>實驗2,C正確。實驗2的平衡常數(shù)K2=,設平衡時c(COS)=x,則有K2==,解得x≈0.014 3 molL-1,D錯誤。
7.[2019河南漯河高中模擬]在4 L的密閉容器中發(fā)生反應xA(g)+yB(g)zC(g)。圖甲表示200 ℃時容器中A、B、C物質的量隨時間的變化,圖乙表示不同溫度下平衡時C的體積分數(shù)隨起始n(A)n(B)的變化關系。則下列結論正確的是( )
A.200 ℃時,該反應的平衡常數(shù)為6.25
B.由甲圖和乙圖可知,反應xA(g)+yB(g)zC(g)的ΔH<0,且a=2
C.200 ℃時,向容器中加入2 mol A和1 mol B,達到平衡時C的體積分數(shù)大于0.25
D.當外界條件由200 ℃降溫到100 ℃,原平衡一定被破壞,且正反應速率增大,逆反應速率減小
答案:C
解析:由圖甲可知,達到平衡時,A、B、C的物質的量變化值之比為0.4 mol:0.2 mol:0.2 mol=2:1:1,該反應為2A(g)+B(g)C(g);容器的容積為4 L,達到平衡時,A、B、C的物質的量濃度分別為0.1 molL-1、0.05 molL-1、0.05 molL-1,則200 ℃時,該反應的平衡常數(shù)K===100,A錯誤。由乙圖可知,溫度升高,C的體積分數(shù)增大,說明升高溫度,平衡正向移動,正向為吸熱反應,則有ΔH>0,由甲圖可知,溫度為200 ℃時,平衡時A的物質的量變化量為0.4 mol,B的物質的量變化量為0.2 mol,在一定的溫度下只要A、B起始物質的量之比等于化學方程式中化學計量數(shù)之比,平衡時C的體積分數(shù)就最大,故a=n(A) :n(B)=0.4 mol:0.2 mol=2,B錯誤。由甲圖可知,達到平衡時C的體積分數(shù)為0.25,200 ℃時,向容器中加入2 mol A和1 mol B,相當于增大壓強,平衡正向移動,故C的體積分數(shù)大于0.25,C正確。由乙圖可知,n(A) :n(B)一定時,溫度變化,C的體積分數(shù)發(fā)生變化。則200 ℃降溫到100 ℃,原平衡發(fā)生移動,正、逆反應速率均減小,D錯誤。
8.COCl2的分解反應為COCl2(g)===Cl2(g)+CO(g) ΔH=+108 kJmol-1。反應體系達到平衡后,各物質的濃度在不同條件下的變化狀況如圖所示(第10 min到14 min 的COCl2濃度變化曲線未示出):
(1)計算反應在第8 min時的平衡常數(shù)K=
________________________________________________________________________。
(2)比較第2 min反應溫度T(2)與第8 min反應溫度T(8)的高低:T(2)________T(8)(填“<”“>”或“=”)。
(3)若12 min時反應于溫度T(8)下重新達到平衡,則此時c(COCl2)=________molL-1。
(4)比較產物CO在2~3 min、5~6 min和12~13 min時平均反應速率[平均反應速率分別以v(2~3)、v(5~6)、v(12~13)表示]的大小
________________________________________________________________________
(5)比較反應物COCl2在5~6 min和15~16 min時平均反應速率的大小,v(5~6)________v(15~16)(填“<”“>”或“=”),原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:
(1)0.234 molL-1 (2)< (3)0.031 (4)v(5~6)>v(2~3)=v(12~13)
(5)> 在相同溫度時,該反應的反應物濃度越高,反應速率越大
解析:
(1)第8 min時的平衡常數(shù)K===0.234。
(2)從三種物質的濃度變化趨勢可知,從第4 min開始,平衡正向移動。由于該反應是吸熱反應,所以改變的條件是升高溫度。因此有:T(2)v(2~3)=v(12~13)。(5)在5~6 min和15~16 min時反應溫度相同,但15~16 min時各組分的濃度都小,因此反應速率小。
9.[2019重慶巴蜀中學模擬]NO2、NO、CO、NO等是常見大氣污染物和水污染物,研究NO2、NO、CO、NO等的處理對建設美麗中國具有重要的意義。
(1)已知:①NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g),該反應的平衡常數(shù)為K1。斷開1 mol下列物質的所有化學鍵時所消耗能量分別為
NO2
CO
CO2
NO
812 kJ
1 076 kJ
1 490 kJ
632 kJ
②N2(g)+O2(g)NO(g)ΔH=+89.75 kJmol-1 K2
③2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH=-112.3 kJmol-1 K3
寫出NO與CO反應生成無污染氣體的熱化學方程式:
________________________________________________________________________,
此熱化學方程式的平衡常數(shù)K=________(用K1、K2、K3表示)。
(2)污染性氣體NO2與CO在一定條件下的反應為2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g),某溫度下,在1 L密閉容器中充入0.1 mol NO2和0.2 mol CO,此時容器的壓強為1 atm,5 s時反應達到平衡,容器的壓強變?yōu)樵瓉淼?,則反應開始到平衡時CO的平均反應速率為v(CO)=________。若此溫度下,某時刻測得NO2、CO、CO2、N2的濃度分別為a molL-1、0.4 molL-1、0.1 molL-1、1 molL-1,要使反應向逆反應方向進行,a的取值范圍為________。
答案:
(1)2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-759.8 kJmol-1
(2)0.008 molL-1s-1 0≤a<0.8
解析:(1)NO與CO反應生成無污染氣體,則生成N2和CO2,化學方程式為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。①反應NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)斷裂反應物中化學鍵吸收的總能量為812 kJ+1 076 kJ=1 888 kJ,形成生成物中化學鍵釋放的總能量為1 490 kJ+632 kJ=2 122 kJ,則該反應的ΔH=(1 888-2 122) kJmol-1=-234 kJmol-1。根據(jù)蓋斯定律,由①2+③-②2可得2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),則有ΔH=(-234 kJmol-1)2+(-112.3 kJmol-1)-(+89.75 kJmol-1)2=-759.8 kJmol-1。此熱化學方程式的平衡常數(shù)K=。
(2)恒溫恒容時,氣體的壓強之比等于其物質的量之比。開始充入0.1 mol NO2和0.2 mol CO,氣體壓強為1 atm,5 s反應達到平衡,壓強變?yōu)樵瓉淼?,此時氣體總物質的量為(0.1 mol+0.2 mol)=0.29 mol,設反應中消耗CO為x mol,則有
2NO2 + 4CO4CO2+N2
起始量/mol 0.1 0.2 0 0
轉化量/mol 0.5x x x 0.25x
平衡量/mol 0.1-0.5x 0.2-x x 0.25x
則有0.1-0.5x+0.2-x+x+0.25x=0.29,解得x=0.04,故有v(CO)==0.008 molL-1s-1。該溫度下,該反應的平衡常數(shù)為K===。此溫度下,某時刻測得NO2、CO、CO2、N2的濃度分別為a molL-1、0.4 molL-1、0.1 molL-1、1 molL-1,此時濃度商Qc==,若使反應向逆反應方向進行,則有Qc>K,即>,解得a<0.8,故a的取值范圍為0≤a<0.8。
10.[2019湖北武漢部分重點學校調研]二甲醚是一種清潔能源,用水煤氣制取二甲醚的原理如下:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
(1)300 ℃和500 ℃時,反應Ⅰ的平衡常數(shù)分別為K1、K2,且K1>K2,則其正反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)在恒容密閉容器中發(fā)生反應Ⅰ:
①如圖能正確反映體系中甲醇體積分數(shù)隨溫度變化情況的曲線是________(填“a”或“b”)。
②下列說法能表明反應Ⅰ已達到平衡狀態(tài)的是________。
A.容器中氣體的壓強不再變化
B.混合氣體的密度不再變化
C.混合氣體的平均相對分子質量不再變化
D.v正(H2)=2v正(CH3OH)
(3)500 K時,在2 L密閉容器中充入4 mol CO和8 mol H2,4 min達到平衡,平衡時CO的轉化率為80%,且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3),則
①0~4 min,反應Ⅰ的v(H2)=________;反應Ⅰ的平衡常數(shù)K=________。
②反應Ⅱ中CH3OH的轉化率α=________。
(4)二甲醚燃料電池的工作原理如圖所示,則X電極的電極反應式為__________________。用該電池對鐵制品鍍銅,當鐵制品質量增加64 g時,理論上消耗二甲醚的質量為________g(精確到0.01)。
答案:(1)放熱
(2)①a ②AC
(3)①0.8 molL-1min-1 6.25?、?0%
(4)CH3OCH3+3H2O-12e-===2CO2+12H+ 7.67
解析:(1)300 ℃和500 ℃時,反應Ⅰ的平衡常數(shù)分別為K1、K2,且K1>K2,說明升高溫度,平衡逆向移動,平衡常數(shù)減小,則該反應的正反應是放熱反應。
(2)①反應Ⅰ的ΔH<0,升高溫度,平衡逆向移動,甲醇的體積分數(shù)逐漸減小,故曲線a符合變化情況。②反應Ⅰ的正反應是氣體總分子數(shù)減少的放熱反應,若容器中氣體的壓強不變,則混合氣體的總物質的量不變,該反應達到平衡狀態(tài),A正確;CO、H2和CH3OH都是氣體,混合氣體的密度始終不變,B錯誤;混合氣體的平均相對分子質量不變,則混合氣體的總物質的量不變,該反應達到平衡狀態(tài),C正確;達到平衡時,有v正(H2)=2v逆(CH3OH),D錯誤。
(3)①4 min達到平衡,平衡時CO的轉化率為80%,則消耗CO的物質的量為4 mol80%=3.2 mol,v(CO)==0.4 molL-1min-1,從而可得v(H2)=2v(CO)=20.4 molL-1min-1=0.8 molL-1min-1。則
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始濃度/(molL-1) 2 4 0
轉化濃度/(molL-1) 1.6 3.2 1.6
平衡濃度/(molL-1) 0.4 0.8 1.6
則有反應Ⅰ的平衡常數(shù)K==6.25。
②反應Ⅱ達到平衡時,2c(CH3OH)=c(CH3OCH3),則反應Ⅱ中CH3OH的轉化率α=100%=80%。
(4)由圖可知,H+向Y電極遷移,則Y電極是正極,X電極是負極,CH3OCH3在負極上發(fā)生氧化反應生成CO2和H+,電極反應式為CH3OCH3+3H2O-12e-===2CO2+12H+。用該燃料電池對鐵制品鍍銅,鐵作陰極,電極反應式為Cu2++2e-===Cu,當鐵制品質量增加64 g時,生成1 mol Cu,電路中轉移2 mol電子,據(jù)得失電子守恒可知消耗CH3OCH3的物質的量為 mol,其質量為 mol46 gmol-1≈7.67 g。
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