2020届高考化学总复习——第七章 课时跟踪练(二十四)

2020届高考化学总复习——第七章课时跟踪练(二十四)


课时跟踪练(二十四)　化学平衡常数及其计算
1．随着汽车数量的逐年增多，汽车尾气污染已成为突出的环境问题之一。反应：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)可用于净化汽车尾气，已知该反应速率极慢，570 K时平衡常数为1×1059。下列说法正确的是(　　)
A．提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂
B．提高尾气净化效率的常用方法是升高温度
C．装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO
D．570 K时，及时抽走CO2、N2，平衡常数将会增大，尾气净化效率更佳
解析：提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂，加快反应速率，A正确，B错误；题中反应为可逆反应，装有尾气净化装置的汽车排出的气体中仍然含有NO或CO，C错误；改变浓度对平衡常数无影响，平衡常数只与温度有关，D错误。
答案：A
2．在淀粉­KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示。下列说法正确的是(　　)
t/℃
5
15
25
35
50
K
1 100
841
689
533
409
A.反应I2(aq)＋I－(aq)I(aq)的ΔH>0
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(I)减小
C．该反应的平衡常数表达式为K＝
D．25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689
解析：A项，温度升高，平衡常数减小，因此该反应是放热反应，ΔH<0，错误；B项，温度升高，平衡逆向移动，c(I)减小，正确；C项，K＝，错误；D项，平衡常数仅与温度有关，25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡正向移动，但平衡常数不变，仍然是689，错误。
答案：B
3．(2019·深圳质检)对反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　 ΔH，反应特点与对应的图象的说法不正确的是(　　)

A．图①中，若P1>P2，则该反应在较低温度下有利于自发进行
B．图②中，若T2>T1，则ΔH<0 且a＋b＝c＋d
C．图③中t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D．图④中，若ΔH<0，则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率
解析：A项，由分析图①可知，温度升高，A%增大，说明平衡逆移动，则正反应为放热反应，若P1>P2，P1时A%低于P2，压强增大，平衡正向移动，则反应前气体分子数小于反应后气体分子数，ΔS<0，则该反应在较低温度下有利于自发进行，正确；B项，图②中，压强增大，A的转化率不变，平衡不移动，则a＋b＝c＋d，若T2>T1，A的转化率降低，平衡逆移动，则正反应为放热反应，ΔH<0，正确；C项，图③中t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂，也可能是增大压强(当a＋b＝c＋d时)，错误；D项，图④中，T1>T2，若ΔH<0，升高温度平衡逆向移动，转化率减小，则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率，D正确。
答案：C
4．某温度下，将2 mol A和3 mol B充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5 min后达到平衡，已知该温度下其平衡常数K＝1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则(　　)
A．a＝3　　　　　　　 B．a＝2
C．B的转化率为40% D．B的转化率为60%
解析：温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，A的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a＝1，A、B错误；设达到平衡时，B的转化量为x mol，则A、B、C、D的平衡量分别为(2－x) mol、(3－x) mol、x mol、x mol，设容器体积为1 L，则平衡常数K＝1＝，解得x＝1.2，B的转化率＝1.2÷3×100%＝40%，C正确，D错误。
答案：C
5．(2019·大连模拟)某温度下，在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入H2和I2，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)。反应体系中各物质浓度的有关数据如下。下列判断正确的是(　　)

容器
起始浓度
平衡浓度
c(H2)/mol·L－1
c(I2)/mol·L－1
c(HI)/mol·L－1
甲
0.01
0.01
0.004
乙
0.01
0.02
a
丙
0.02
0.01
b
丁
0.02
0.02
—
A.H2的平衡浓度：a＝b>0.004
B．平衡时，H2的转化率：丁>甲
C．平衡时，乙中H2的转化率等于20%
D．丙中条件下，该反应的平衡常数K＝4
解析：A项，甲与乙对照，乙相当于在甲的基础再通入0.01 mol·L－1的I2，平衡向正反应方向移动，因此a>0.004 mol·L－1，乙和丙对照，因为该反应前后气体系数之和相等，因此乙和丙中HI的物质的量浓度相等，即a＝b>0.004 mol·L－1，正确；B项，丁相当于在甲的基础上增大压强，因此反应前后气体系数之和相等，因此增大压强，平衡不移动，H2的转移率相等，即丁＝甲，错误；C项，甲容器中，消耗H2物质的量浓度为 mol·L－1＝0.002 mol·L－1，即氢气的转化率为×100%＝20%，乙相当于在甲的基础再通入0.01 mol·L－1的I2，平衡向正反应方向移动，氢气的转化率增大，即乙中氢气转化率大于20%，错误；D项，甲容器达到平衡时，c(H2)＝(0.01－0.002)mol·L－1＝0.008 mol·L－1，c(I2)＝0.008 mol·L－1，根据化学平衡常数的数学表达式，K＝＝＝0.25，因为化学平衡常数只受温度的影响，因此丙条件下的K＝0.25，错误。
答案：A
6．(2019·滨州模拟)在一定温度下，发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0。改变起始时n(SO2)对反应的影响如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．SO2的起始量越大，混合气体中SO2的体积分数越大
B．a、b、c三点中，a点时SO2的转化率最高
C．a、b、c三点的平衡常数：Kb>Kc>Ka
D．b、c点均为化学平衡点，a点未达平衡且反应正向进行
解析：A项，根据图象可知SO2的起始量越大，混合气体中SO2的体积分数不一定越大，错误；B项，二氧化硫越少，氧气越多，则二氧化硫的转化率越大，a点转化率最大，正确；C项，平衡常数只与温度有关，a、b、c三点的平衡常数均相等，错误；D项，b点三氧化硫的体积分数最大，为化学平衡点，错误，答案选B。
答案：B
7．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下。下列说法不正确的是(　　)

温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10－5
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B．25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5
C．在80 ℃时，测得某时刻，Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v(正)>v(逆)
D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1
解析：根据表格所示，温度升高平衡常数减小，则该反应为放热反应，A项正确；25 ℃时K＝＝＝2×10－5，B项正确；Qc＝＝＝8>2，反应逆向进行，故v(正) 答案：C
8．(2019·南京调研)加热N2O5，依次发生的分解反应为
①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol，则t ℃时反应①的平衡常数的值为(　　)
A．8.5　 　B．9.6 C．10.2　　 D．10.7
解析： N2O5N2O3＋O2　N2O3N2O＋O2　
n(始)/mol　　8　　　 0　　 0　　a　　　 0　 a
n(变)/mol a a a b b b
n(平)/mol 8－a a a a－b b a＋b
有a＋b＝9，a－b＝3.4，得a＝6.2 mol，b＝2.8 mol，平衡时c(N2O5)＝0.9 mol·L－1，c(N2O3)＝1.7 mol·L－1，c(O2)＝4.5 mol·L－1，反应①的平衡常数的值K＝＝8.5。
答案：A
9．(2019·广州模拟)以甲烷为原料合成甲醇的反应如下：
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
ΔH1＝＋247 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90 kJ·mol－1
已知： T1℃时，反应Ⅱ的平衡常数数值为100；T2℃时，反应Ⅱ在密闭容器中达到平衡，测得CO、H2、CH3OH的物质的量浓度(mol·L－1)分别为0.05、0.1、0.1。下列说法正确的是(　　)
A．反应Ⅰ中，使用催化剂可以减小ΔH1，提高反应速率
B．反应Ⅱ中，加热或加压均可提高原料气的平衡转化率
C．由上述数据可判断反应Ⅱ的温度： T1> T2
D．CO(g)＋CH3OH(g)CH4(g)＋CO2(g)
ΔH＝＋157 kJ·mol－1
解析：A项，反应热只与始态和终态有关，使用催化剂降低活化能，化学反应速率加快，但ΔH1不变，错误；B项，正反应是放热反应，加热，平衡向逆反应方向移动，原料气的转化率降低，反应前气体系数之和大于反应后气体系数之和，增大压强，平衡向正反应方向移动，原料气的转化率增大，错误；C项，T2 ℃时的化学平衡常数K＝＝2<100，反应Ⅱ中正反应为放热反应，温度升高，化学平衡常数减小，即T1>T2，正确；D项，反应Ⅰ＋反应Ⅱ得到CH4(g)＋CO2(g)CO(g)＋CH3OH(g)　ΔH＝(274－90)kJ·mol－1＝＋184 kJ·mol－1，则CO(g)＋CH3OH(g)CH4(g)＋CO2(g)　ΔH＝－184 kJ·mol－1，错误。
答案：C
10．Ⅰ.氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
(1)下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分化学平衡常数K的值。

反应
大气固氮N2(g)＋O2(g) 2NO(g)
工业固氮N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
温度/℃
27
2 000
25
400
450
平衡常数K
3.84×10－31
0.1
5×108
0.507
0.152
①分析数据可知：大气固氮反应属于________反应(填“吸热”或“放热”)。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因：
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是________(填“A”或“B”)；比较p1、p2的大小关系：________。

Ⅱ.目前工业合成氨的原理是N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。
(3)在一定温度下，将1 mol N2和3 mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8 mol。
①达平衡时，H2的转化率α1＝________。
②已知平衡时，容器压强为8 MPa，则平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
解析：(1)①由表中数据可知随温度从27 ℃升高到2 000 ℃，K值增大，说明平衡向正反应方向移动，说明正反应是吸热反应；②大气固氮的K值小，转化率低。
(2)工业固氮，随温度升高，K值减小，平衡向逆反应方向移动，N2的转化率降低，所以A正确。取相同的温度，p1→p2，N2的转化率升高，说明平衡向正反应方向移动，正反应是气体体积减小的反应，说明压强增大，p2＞p1。
Ⅱ.(3)设达到平衡时，反应的N2的物质的量为a mol，列三段式：
　　　　 N2＋3H22NH3
n(始)/mol　　1　　3　　　　0
n(变)/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 mol，H2的转化率为60%，N2的平衡分压为MPa，H2、NH3的平衡分压均为MPa，Kp＝＝。
答案：Ⅰ.(1)①吸热　②大气固氮的K值小，正向进行的程度小(或转化率低)，不适合大规模生产
(2)A　p2＞p1
Ⅱ.(3)①60%　②(或0.255或0.26)
11．(2019·洛阳模拟)Ⅰ.(1)利用水蒸气或二氧化碳对甲烷进行重整是提高甲烷利用率的重要方式。水蒸气重整：
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1①
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1②
二氧化碳重整：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
ΔH3　③
则反应①自发进行的条件是_____________________________，
ΔH3＝________kJ·mol－1
Ⅱ.2017年7月10日我国甲烷、二氧化碳重整制合成气装置在山西实现全系统运行，减少了温室气体的排放。

(2)某2 L恒容密闭容器中，投入2 mol CH4和2 mol CO2，不同温度下平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ(y)%随温度变化如图所示：
①T1温度下该反应的平衡常数的值是_____________________。
②c点CH4的物质的量分数为_________________________。
③v逆：a______b点(填“>”“<”“＝”或“无法确定”)，理由是
_____________________________________________________。
解析：Ⅰ.(1)反应①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应为熵增焓增的反应，则高温条件有利于自发进行；已知①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1；②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1；根据盖斯定律，由①－②得反应③CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2O(g)　ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝＋205.9 kJ·mol－1－(－41.2 kJ·mol－1)＝＋247.1 kJ·mol－1。
(2)①T1温度下平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ(y)%相等，设甲烷的转化率为x，
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
开始时的浓度
/mol·L－1　　　 1　　　　1　　 　　 0　　　0
改变的浓度
/mol·L－1 x x 2x 2x
平衡时的浓度
/mol·L－1 1－x 1－x 2x 2x
1－x＝2x，解得x＝，平衡常数的值K＝＝；②化学平衡常数只与温度有关，温度相同平衡常数相同，b点与c点温度相同K值相同，b点CO的体积分数为40%，设甲烷转化率为y，则
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　　
开始时的
浓度/mol·L－1　　1 　　　1　　　　 0　　　 0
改变的
浓度/mol·L－1 y y　 2y 2y
平衡时的
浓度/mol·L－1 1－y 1－y 2y 2y
×100%＝40%，解得y＝，则×100%＝10%；③v逆：a 答案：(1)高温　＋247.1
(2)①　 ②10%　③<　 与a点相比，b点温度更高且CO、H2浓度更大
12．(2019·山师大附中模拟)硫的氧化物是形成酸雨的罪魁祸首，含硫烟气(主要成分为SO2)的处理常用水煤气还原法。请回答下列问题：
已知：ⅰ.2CO(g)＋SO2(g)S(l)＋2CO2(g)
ΔH1＝－37.0 kJ·mol－1
ⅱ.2H2(g)＋SO2(g)S(l)＋2H2O(g)
ΔH2＝＋45.4 kJ·mol－1
(1)写出CO(g)与H2O(g)反应生成CO2(g) 、H2(g)的热化学方程式为____________________________________________________。
若该反应在绝热、恒容体系中进行，达到平衡的标志________(填序号)。
A．氢氧键的断裂速率等于氢氢键的断裂速率
B．混合气体的平均摩尔质量保持不变
C．混合气体的总压强保持不变
D．H2O(g) 与H2(g)的体积比保持不变
(2)反应ⅱ的正反应的活化能E________ΔH2(填“>”“<”或“＝”)。

(3)在一定压强下，发生反应ⅱ。平衡时，α(SO2) (二氧化硫的转化率)与原料气投料比和温度(T)的关系如图所示。
①α(H2)：M________N(填“>”“<”或“＝”)。
②逆反应速率：M________Q(填“>”“<”或“＝”)。
(4)T ℃，向10 L恒容密闭容器中充入2 mol CO(g)、2 mol SO2(g)和2 mol H2(g)，发生反应ⅰ和反应ⅱ。5 min达到平衡时，CO2(g)和H2O(g)的物质的量分别为1.6 mol、1.8 mol。
①该温度下，反应ⅱ的平衡常数K＝________。
②其他条件不变，6 min时缩小容器容积。α(SO2)__________(填“增大”“减小”或“不变”)，原因为___________________________
____________________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律：反应(ⅰ－ⅱ)×，可以得到CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH1＝－41.2 kJ·mol－1；断裂氢氧键速率是断裂氢氧键速率的2倍，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，A错误；反应前后混合气体的总质量不变，反应前后混合气体的总物质的量不变，因此混合气体的平均摩尔质量恒为定值，不能判断反应达到了平衡状态，B错误；根据气态方程：pV＝nRT，当V、n保持不变时，压强与温度成正比，因为该反应在绝热、恒容体系中进行，当体系内温度不变时，体系的压强不再发生变化，反应达到平衡状态，C正确；H2O(g)为反应物不断被消耗，H2(g)为生成物，不断增多，当二者体积比保持不变时，即物质的浓度保持不变，反应达到平衡状态，D错误。
(2)反应ⅱ为2H2(g)＋SO2(g)S(l)＋2H2O(g)　ΔH2＝＋45.4 kJ·mol－1，反应热等于正反应活化能减去逆反应活化能，E(正)－E(逆)＝ΔH2＝＋45.4，E(正)＝E(逆)＋45.4，所以反应ⅱ的正反应的活化能E>ΔH2。
(3)①根据图象可知，当α(SO2)一定时，比值越大，氢气的转化率就越大，α(H2)：M>N。②该反应为吸热反应，升高温度，平衡右移，反应物转化率增大；根据图象，相同条件下，T1时α(SO2)的大于T2时的α(SO2)，说明T1>T2，温度越高，反应速率越快，逆反应速率M>Q。
(4)① ⅰ. 2CO(g)＋SO2(g)S(l)＋2CO2(g)
起始量/mol　 2 2 0 0
变化量/mol 1.6 0.8 1.6
平衡量/mol 0.4 1.2 1.6
ⅱ. 2H2(g)＋SO2(g)S(l)＋2H2O(g)
起始量/mol 2 1.2 0
变化量/mol 1.8 0.9 1.8
平衡量/mol 0.2 0.3 1.8
针对反应ⅱ各物质浓度为c(H2)＝0.02mol·L－1, c(SO2)＝0.03 mol·L－1, c(H2O)＝0.18 mol·L－1, 该温度下，反应ⅱ的平衡常数K＝，带入数值可求出反应ⅱ的平衡常数的值K＝2 700。②反应ⅰ和反应ⅱ均为气体分子总数减小的反应，只缩小容器容积，平衡均向右移动，SO2的转化率增大，所以其他条件不变，6 min时缩小容器容积，α(SO2)增大。
答案：(1)CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)
ΔH1＝－41.2 kJ·mol－1　CD 　(2) >　(3)①>　②>
(4)①2 700　②增大　反应ⅰ和反应ⅱ均为气体分子总数减小的反应，只缩小容器容积，平衡均向右移动，SO2的转化率增大

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