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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第二节 化学平衡第1课时课时作业
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第二节 化学平衡第1课时课时作业，共14页。试卷主要包含了关于化学平衡常数的叙述正确的是，7%C，5 ml等内容，欢迎下载使用。
第二节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数
A级 必备知识基础练
1.如图是可逆反应X+3Y2Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是( )
A.t2~t3时,各物质的浓度不再发生变化
B.t2时,反应未达到限度
C.t2~t3时,反应已停止进行
D.t1时,反应只向正反应方向进行
2.关于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A.只与化学反应本身和温度有关
B.只与反应的温度有关
C.与化学反应本身和温度有关,并且会受到初始浓度的影响
D.只与化学反应本身有关,与其他任何条件无关的一个不变的常数
3.(2020福建永安第三中学高二月考)对于反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)的平衡常数,下列说法正确的是( )
A.增大H2O(g)的浓度或减小H2的浓度,会使平衡常数减小
B.改变反应的温度,平衡常数不一定变化
C.K=c(Fe3O4)·c4(H2)c3(Fe)·c4(H2O)
D.K=c4(H2)c4(H2O)
4.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应为3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)。一定条件下,在恒容密闭容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是( )
A.3v(N2)=v(H2)
B.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C.混合气体密度保持不变
D.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
5.一定温度下,反应12H2(g)+12X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol HX(g)通入容积为1.0 L的密闭容器中,则该温度下HX(g)的最大分解率为( )
A.5% B.16.7% C.25% D.33%
6.关于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A.增大反应物浓度,平衡常数随之增大
B.两种物质反应,化学方程式的书写方式不同,平衡常数不变
C.温度一定时,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数
D.浓度商Q
A.在该温度下,反应的平衡常数K=1
B.平衡常数与反应温度无关
C.CO的平衡转化率为50%
D.平衡时n(H2O)为0.5 mol
8.二氧化硫是常用的化工原料,也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。
根据图示回答下列问题:
(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数等于 。
(2)平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A) (填“>”“<”或“=”)K(B)。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有一个或两个选项符合题目要求
9.(2021内蒙古乌拉特前旗第一中学)在一定温度下,可逆反应2NO22NO+O2在容积固定的密闭容器中进行,反应达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的颜色不再改变
A.①⑤ B.①③⑤
C.②④ D.以上全部
10.(2021河南高二期末)在容积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.0~9 min内,用H2表示的平均反应速率v(H2)=0.25 mol·L-1·min-1
B.3 min时正、逆反应速率相等,反应刚好达到平衡
C.该温度下的平衡常数为4
D.9 min时的v逆(CH3OH)小于3 min时的v正(CH3OH)
11.(2021甘肃高二期末)某温度时,向容积为1 L的恒容密闭容器中加入1.8 mol X(g),发生反应:2X(g)M(g)。其中M(g)的物质的量浓度随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=0.01 mol·L-1·s-1
B.容器内气体的平均摩尔质量不变,可说明该反应达到化学平衡状态
C.该温度下,该反应的平衡常数K=1
D.a、b两时刻生成X的速率:v(a)
温度/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述错误的是( )
A.该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
B.830 ℃时,在密闭容器内加入1 mol CO(g)和1 mol H2O(g),反应达到平衡时,混合气体中H2的体积分数为25%
C.如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol,5 min后,温度升高到830 ℃,此时测得CO2的物质的量为0.4 mol,则该反应达到平衡状态
D.某温度下,若平衡浓度符合下列关系式:c(CO2)3c(CO)=c(H2O)5c(H2),则此时的温度是1 000 ℃
13.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:
物质
X
Y
Z
初始浓度(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g),其平衡常数为800
C.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
14.(2020河南洛阳第三中学高二月考)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭容器中,发生反应:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.A点对应状态的平衡常数K=10-2.294
C.30 ℃时,B点对应状态的v(正)>v(逆)
D.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态
15.(2021云南楚雄天人中学高二月考)水煤气(CO和H2)是合成甲醇的重要原料,它可用水蒸气通过炽热的炭层制得:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1。
(1)该反应的平衡常数的表达式为 。
(2)上述反应达到平衡后,将体系中的C(s)部分移走,正反应速率 (填“不变”“增大”或“减小”)。
(3)下列事实能说明该反应在一定条件下已达到平衡状态的有 (填字母)。
A.压强固定不变化
B.气体平均相对分子质量不再变化
C.消耗H2O(g)的速率与消耗CO的速率相等
D.H2O(g)、CO、H2的浓度相等
E.固定容积下气体密度不再变化
F.v(H2O)=v(CO)
(4)某温度下,将4 mol H2O(g)和足量的碳充入2 L的密闭容器中,发生如下反应,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),达到平衡时测得K=1,则此温度下H2O(g)的转化率为 。已知对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)可得压强平衡常数(记作Kp),分压=总压×物质的量分数。若平衡时容器内的压强为p,则Kp= 。
C级 学科素养拔高练
16.(2021广西高二月考)(1)反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1,平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH2,平衡常数为K2;在不同温度时K1、K2的值如下表:
温度
700 ℃
900 ℃
K1
1.47
2.15
K2
2.38
1.67
①反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH,平衡常数为K,则ΔH= (用ΔH1和ΔH2表示),K= (用K1和K2表示)。
②能判断CO2(g)+H2(g)CO(g)+
H2O(g)达到化学平衡状态的依据是 (填字母)。
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO)=c(CO2)
(2)一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH>0,CO2的浓度与时间的关系如图所示。
①该条件下反应的平衡常数为 ;若铁粉足量,CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1,10 min达到平衡,则平衡时CO2的浓度为 mol·L-1,v(CO)为 。
②下列措施中能使平衡时c(CO)c(CO2)改变的是 (填字母)。
A.升高温度
B.增大压强
C.充入一定量的CO2
D.再加入一定量铁粉
第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数
1.A t2~t3时,正、逆反应速率相等,但反应速率不为0,反应达到平衡状态,即反应达到限度,各物质的浓度不再发生变化,A正确,B、C错误;t1时,正、逆反应速率均不为0,反应向正反应方向进行的同时也向逆反应方向进行,D错误。
2.A 化学平衡常数由两个方面的因素决定:化学反应本身和反应体系的温度,与初始浓度等其他外界条件没有任何关系。
3.D 平衡常数随温度变化,不随浓度变化,增大c(H2O)或减小c(H2),该反应平衡常数不变,选项A错误;改变温度,平衡常数一定变化,选项B错误;由于固体和纯液体不写入平衡常数表达式,平衡常数表达式为K=c4(H2)c4(H2O),选项C错误,选项D正确。
4.C A项没有指明是正反应速率还是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态;B项中都表示正反应速率,等式任何时刻都成立,不能说明反应达到平衡状态;C项在恒容密闭容器中,混合气体的密度保持不变说明混合气体的总质量不变,可以说明反应达到平衡状态;D项平衡时浓度关系与起始浓度、转化率有关,浓度之比等于化学计量数之比不能说明反应达到平衡状态。答案选C。
5.B 设转化的H2的物质的量浓度为x mol·L-1。依据题意知:
12H2(g)+12X2(g)HX(g)
起始/(mol·L-1) 0 0 1.0
变化/(mol·L-1) x x 2x
平衡/(mol·L-1) x x 1.0-2x
1.0-2xx12·x12=10
解之得x=112,得出HX的分解率为2xmol·L-11.0mol·L-1×100%=16×100%≈16.7%。
6.C 平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,A错误;化学方程式的书写方式不同,例如方程式的化学计量数变化,反应的平衡常数随之改变,B错误;正、逆反应的反应物和生成物正好相反,所以正、逆反应的平衡常数互为倒数,C正确;浓度商Qv(逆),D错误。
7.B CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
变化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
由方程式及以上数据判断可得,A、C、D项正确。平衡常数与反应温度有关,B项错误。
8.答案 (1)800 (2)=
解析 (1)A点表示可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达平衡状态,此时α(SO2)=0.80,所以建立平衡过程中SO2转化浓度为2.0mol10 L×0.80=0.16 mol·L-1,根据化学方程式可求得O2的转化浓度为12×0.16 mol·L-1=0.08 mol·L-1,SO3生成浓度为0.16 mol·L-1,即有
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.2 0.1 0
变化浓度/(mol·L-1) 0.16 0.08 0.16
平衡浓度/(mol·L-1) 0.04 0.02 0.16
K=0.1620.042×0.02=800。
(2)平衡状态由A变到B时,条件的改变是增大压强,温度没有变化,所以平衡常数不变,K(A)=K(B)。
9.A ①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡;②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO,描述的都是正反应,不能说明反应已达平衡;③化学反应速率之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达平衡;④容器容积和气体质量始终不变,则混合气体的密度始终不变,因此不能说明反应已达平衡;⑤混合气体的颜色不再改变,说明NO2浓度不变,反应已达平衡。综上所述,可作为平衡标志的有①⑤,A正确。
10.BC 从反应开始到平衡生成甲醇0.75 mol·L-1,根据反应方程式可知消耗氢气2.25 mol·L-1,则用H2表示的平均反应速率v(H2)=2.25mol·L-19min=0.25 mol·L-1·min-1,故A正确;3 min时物质的浓度仍然在发生变化,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡,故B错误;结合图像可以计算,平衡时c(CH3OH)=c(H2O)=0.75 mol·L-1,c(CO2)=0.25 mol·L-1,c(H2)=0.75 mol·L-1,因此平衡常数K=0.75×0.750.25×0.753=163,故C错误;3 min时没有达到平衡状态,反应正向进行,v正(CH3OH)>v逆(CH3OH),9 min时反应达到平衡状态,v正(CH3OH)=v逆(CH3OH),由于3 min时的v正(CH3OH)大于9 min时的v正(CH3OH),因此9 min时的v逆(CH3OH)小于3 min时的v正(CH3OH),故D正确。
11.BD 从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=2v(M)=2×0.6mol·L-160 s=0.02 mol·L-1·s-1,故A错误;根据公式M=mn,反应过程中混合气体的质量m不变,物质的量n逐渐减小,平均摩尔质量M不变,则说明n不再变化,则反应达到化学平衡状态,故B正确;该温度下,该反应的平衡常数K=0.6(1.8-2×0.6)2=53,故C错误;a点M的浓度小,生成X的速率小,a、b两时刻生成X的速率:v(a)
根据“三段式”法分析。设容器容积为V L,平衡时反应的CO为x mol。
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/(mol·L-1) 1V1V 0 0
变化/(mol·L-1) xVxVxVxV
平衡/(mol·L-1) 1-xV1-xVxVxV
因此xV·xV1-xV·1-xV=1,解得x=0.5。
则混合气体中H2的体积分数为0.5mol1mol+1mol×100%=25%,B项正确;
由n(CO2)=0.4 mol可推知,该状态下,n(H2)=0.4 mol、n(H2O)=0.6 mol、n(CO)=0.6 mol,Q=0.4V×0.4V0.6V×0.6V<1.00=K,故该反应没有达到化学平衡状态,C项错误;将所给关系式进行变化,可知该条件下平衡常数K=0.60,D项正确。
13.BC 反应达到平衡时,X的转化率为
(0.1-0.05)mol·L-10.1mol·L-1×100%=50%,A正确;根据反应速率之比=浓度变化量之比=化学计量数之比可知:Δc(X)∶Δc(Y)∶Δc(Z)=0.05∶0.15∶0.1=1∶3∶2,则反应的化学方程式为X+3Y2Z,K=c2(Z)c(X)·c3(Y)=0.120.05×0.053=1 600,B错误;平衡常数只受温度的影响,温度不变时,化学平衡常数不变,C错误;平衡常数只受温度的影响,温度改变时,化学平衡常数一定改变,D正确。
14.AB -lg K越大,则平衡常数K越小,由题图可知,随温度升高,平衡常数增大,则升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,故该反应的ΔH>0,故A正确;A点-lg K=2.294,则平衡常数K=10-2.294,故B正确;30 ℃时,B点未平衡,最终要达平衡状态,平衡常数的负对数要变大,所以此时的(-lg Q)<(-lg K),所以Q>K,B点浓度商大于平衡常数,反应向逆反应进行,则B点对应状态的v(正)
(2)不变
(3)ABCE
(5)50% 13p
解析 (1)该反应的平衡常数的表达式为K=c(H2)·c(CO)c(H2O)。
(2)上述反应达到平衡后,将体系中的C(s)部分移走,由于碳为固体,反应物浓度不变,正反应速率不变。
(3)该反应是体积增大的反应,当压强固定不变化,说明达到平衡,故A符合题意;该反应是相对分子质量减小的反应,当气体平均相对分子质量不再变化,说明达到平衡,故B符合题意;消耗H2O(g)的速率为正反应,消耗CO的速率为逆反应,两者速率之比等于化学计量数之比,说明达到平衡,故C符合题意;H2O(g)、CO、H2的浓度相等,不能说明达到平衡,故D不符合题意;固定容积下,该反应固体不断消耗,气体质量不断增加,气体密度不断增加,当气体密度不再变化,说明达到平衡,故E符合题意;v(H2O)=v(CO),没有说明是正反应还是逆反应,因此不能说明达到平衡,故F不符合题意。综上所述,答案为ABCE。
(4)根据题意建立三段式得到
C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)
开始/mol x 4 0 0
转化/mol y y y y
平衡/mol x-y 4-y y y
则K=c(H2)·c(CO)c(H2O)=y2×y24-y2=1,解得y=2,则此温度下H2O(g)的转化率为2mol4mol×100%=50%。
平衡时n(H2O)=n(H2)=n(CO)=2 mol,因此H2O、H2、CO的物质的量分数均为13,则Kp=13p×13p13p=13p。
16.答案 (1)①ΔH1-ΔH2 K1K2 ②BC
(2)①2.0 0.67 0.13 mol·L-1·min-1 ②A
解析 (1)反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1①
反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH2②
①利用盖斯定律,将反应①-反应②,即得反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的ΔH=ΔH1-ΔH2,K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=K1K2。
②反应前后气体的分子数相等,压强始终不变,所以当容器中压强不变时,反应不一定达平衡状态,A不符合题意;混合气体中c(CO)不变时,反应达平衡状态,B符合题意;v正(H2)=v逆(H2O),即正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,C符合题意;不管反应是否达到平衡,始终存在c(CO)=c(CO2),所以反应不一定达平衡状态,D不符合题意。故选BC。
(2)①起始时c(CO2)=1.5 mol·L-1,平衡时c(CO2)=0.5 mol·L-1,则参加反应的CO2为1 mol·L-1,生成CO为1 mol·L-1,该条件下反应的平衡常数为K=c(CO)c(CO2)=10.5=2.0;若铁粉足量,CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1,10 min达到平衡,设参加反应的CO2的物质的量浓度为x mol·L-1,则可建立如下三段式:
Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)
起始量/(mol·L-1) 2.0 0
变化量/(mol·L-1) x x
平衡量/(mol·L-1) 2.0-x x
x2.0-x=2.0,x=43,平衡时CO2的浓度为2.0 mol·L-1-x mol·L-1≈0.67 mol·L-1,v(CO)为43mol·L-110min≈0.13 mol·L-1·min-1。
②c(CO)c(CO2)为反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数,则c(CO)c(CO2)只与温度有关,温度不变,则c(CO)c(CO2)保持不变,因此A正确,B、C、D错误。
第二节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数
A级 必备知识基础练
1.如图是可逆反应X+3Y2Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是( )
A.t2~t3时,各物质的浓度不再发生变化
B.t2时,反应未达到限度
C.t2~t3时,反应已停止进行
D.t1时,反应只向正反应方向进行
2.关于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A.只与化学反应本身和温度有关
B.只与反应的温度有关
C.与化学反应本身和温度有关,并且会受到初始浓度的影响
D.只与化学反应本身有关,与其他任何条件无关的一个不变的常数
3.(2020福建永安第三中学高二月考)对于反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)的平衡常数,下列说法正确的是( )
A.增大H2O(g)的浓度或减小H2的浓度,会使平衡常数减小
B.改变反应的温度,平衡常数不一定变化
C.K=c(Fe3O4)·c4(H2)c3(Fe)·c4(H2O)
D.K=c4(H2)c4(H2O)
4.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应为3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)。一定条件下,在恒容密闭容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是( )
A.3v(N2)=v(H2)
B.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C.混合气体密度保持不变
D.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
5.一定温度下,反应12H2(g)+12X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol HX(g)通入容积为1.0 L的密闭容器中,则该温度下HX(g)的最大分解率为( )
A.5% B.16.7% C.25% D.33%
6.关于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A.增大反应物浓度,平衡常数随之增大
B.两种物质反应,化学方程式的书写方式不同,平衡常数不变
C.温度一定时,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数
D.浓度商Q
A.在该温度下,反应的平衡常数K=1
B.平衡常数与反应温度无关
C.CO的平衡转化率为50%
D.平衡时n(H2O)为0.5 mol
8.二氧化硫是常用的化工原料,也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。
根据图示回答下列问题:
(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数等于 。
(2)平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A) (填“>”“<”或“=”)K(B)。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有一个或两个选项符合题目要求
9.(2021内蒙古乌拉特前旗第一中学)在一定温度下,可逆反应2NO22NO+O2在容积固定的密闭容器中进行,反应达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的颜色不再改变
A.①⑤ B.①③⑤
C.②④ D.以上全部
10.(2021河南高二期末)在容积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.0~9 min内,用H2表示的平均反应速率v(H2)=0.25 mol·L-1·min-1
B.3 min时正、逆反应速率相等,反应刚好达到平衡
C.该温度下的平衡常数为4
D.9 min时的v逆(CH3OH)小于3 min时的v正(CH3OH)
11.(2021甘肃高二期末)某温度时,向容积为1 L的恒容密闭容器中加入1.8 mol X(g),发生反应:2X(g)M(g)。其中M(g)的物质的量浓度随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=0.01 mol·L-1·s-1
B.容器内气体的平均摩尔质量不变,可说明该反应达到化学平衡状态
C.该温度下,该反应的平衡常数K=1
D.a、b两时刻生成X的速率:v(a)
温度/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述错误的是( )
A.该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
B.830 ℃时,在密闭容器内加入1 mol CO(g)和1 mol H2O(g),反应达到平衡时,混合气体中H2的体积分数为25%
C.如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol,5 min后,温度升高到830 ℃,此时测得CO2的物质的量为0.4 mol,则该反应达到平衡状态
D.某温度下,若平衡浓度符合下列关系式:c(CO2)3c(CO)=c(H2O)5c(H2),则此时的温度是1 000 ℃
13.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:
物质
X
Y
Z
初始浓度(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g),其平衡常数为800
C.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
14.(2020河南洛阳第三中学高二月考)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭容器中,发生反应:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.A点对应状态的平衡常数K=10-2.294
C.30 ℃时,B点对应状态的v(正)>v(逆)
D.NH3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态
15.(2021云南楚雄天人中学高二月考)水煤气(CO和H2)是合成甲醇的重要原料,它可用水蒸气通过炽热的炭层制得:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1。
(1)该反应的平衡常数的表达式为 。
(2)上述反应达到平衡后,将体系中的C(s)部分移走,正反应速率 (填“不变”“增大”或“减小”)。
(3)下列事实能说明该反应在一定条件下已达到平衡状态的有 (填字母)。
A.压强固定不变化
B.气体平均相对分子质量不再变化
C.消耗H2O(g)的速率与消耗CO的速率相等
D.H2O(g)、CO、H2的浓度相等
E.固定容积下气体密度不再变化
F.v(H2O)=v(CO)
(4)某温度下,将4 mol H2O(g)和足量的碳充入2 L的密闭容器中,发生如下反应,C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),达到平衡时测得K=1,则此温度下H2O(g)的转化率为 。已知对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)可得压强平衡常数(记作Kp),分压=总压×物质的量分数。若平衡时容器内的压强为p,则Kp= 。
C级 学科素养拔高练
16.(2021广西高二月考)(1)反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1,平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH2,平衡常数为K2;在不同温度时K1、K2的值如下表:
温度
700 ℃
900 ℃
K1
1.47
2.15
K2
2.38
1.67
①反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH,平衡常数为K,则ΔH= (用ΔH1和ΔH2表示),K= (用K1和K2表示)。
②能判断CO2(g)+H2(g)CO(g)+
H2O(g)达到化学平衡状态的依据是 (填字母)。
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO)=c(CO2)
(2)一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH>0,CO2的浓度与时间的关系如图所示。
①该条件下反应的平衡常数为 ;若铁粉足量,CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1,10 min达到平衡,则平衡时CO2的浓度为 mol·L-1,v(CO)为 。
②下列措施中能使平衡时c(CO)c(CO2)改变的是 (填字母)。
A.升高温度
B.增大压强
C.充入一定量的CO2
D.再加入一定量铁粉
第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数
1.A t2~t3时,正、逆反应速率相等,但反应速率不为0,反应达到平衡状态,即反应达到限度,各物质的浓度不再发生变化,A正确,B、C错误;t1时,正、逆反应速率均不为0,反应向正反应方向进行的同时也向逆反应方向进行,D错误。
2.A 化学平衡常数由两个方面的因素决定:化学反应本身和反应体系的温度,与初始浓度等其他外界条件没有任何关系。
3.D 平衡常数随温度变化,不随浓度变化,增大c(H2O)或减小c(H2),该反应平衡常数不变,选项A错误;改变温度,平衡常数一定变化,选项B错误;由于固体和纯液体不写入平衡常数表达式,平衡常数表达式为K=c4(H2)c4(H2O),选项C错误,选项D正确。
4.C A项没有指明是正反应速率还是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态;B项中都表示正反应速率,等式任何时刻都成立,不能说明反应达到平衡状态;C项在恒容密闭容器中,混合气体的密度保持不变说明混合气体的总质量不变,可以说明反应达到平衡状态;D项平衡时浓度关系与起始浓度、转化率有关,浓度之比等于化学计量数之比不能说明反应达到平衡状态。答案选C。
5.B 设转化的H2的物质的量浓度为x mol·L-1。依据题意知:
12H2(g)+12X2(g)HX(g)
起始/(mol·L-1) 0 0 1.0
变化/(mol·L-1) x x 2x
平衡/(mol·L-1) x x 1.0-2x
1.0-2xx12·x12=10
解之得x=112,得出HX的分解率为2xmol·L-11.0mol·L-1×100%=16×100%≈16.7%。
6.C 平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,A错误;化学方程式的书写方式不同,例如方程式的化学计量数变化,反应的平衡常数随之改变,B错误;正、逆反应的反应物和生成物正好相反,所以正、逆反应的平衡常数互为倒数,C正确;浓度商Q
7.B CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
变化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
由方程式及以上数据判断可得,A、C、D项正确。平衡常数与反应温度有关,B项错误。
8.答案 (1)800 (2)=
解析 (1)A点表示可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达平衡状态,此时α(SO2)=0.80,所以建立平衡过程中SO2转化浓度为2.0mol10 L×0.80=0.16 mol·L-1,根据化学方程式可求得O2的转化浓度为12×0.16 mol·L-1=0.08 mol·L-1,SO3生成浓度为0.16 mol·L-1,即有
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.2 0.1 0
变化浓度/(mol·L-1) 0.16 0.08 0.16
平衡浓度/(mol·L-1) 0.04 0.02 0.16
K=0.1620.042×0.02=800。
(2)平衡状态由A变到B时,条件的改变是增大压强,温度没有变化,所以平衡常数不变,K(A)=K(B)。
9.A ①单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO2,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡;②单位时间内生成n mol O2,同时生成2n mol NO,描述的都是正反应,不能说明反应已达平衡;③化学反应速率之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达平衡;④容器容积和气体质量始终不变,则混合气体的密度始终不变,因此不能说明反应已达平衡;⑤混合气体的颜色不再改变,说明NO2浓度不变,反应已达平衡。综上所述,可作为平衡标志的有①⑤,A正确。
10.BC 从反应开始到平衡生成甲醇0.75 mol·L-1,根据反应方程式可知消耗氢气2.25 mol·L-1,则用H2表示的平均反应速率v(H2)=2.25mol·L-19min=0.25 mol·L-1·min-1,故A正确;3 min时物质的浓度仍然在发生变化,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡,故B错误;结合图像可以计算,平衡时c(CH3OH)=c(H2O)=0.75 mol·L-1,c(CO2)=0.25 mol·L-1,c(H2)=0.75 mol·L-1,因此平衡常数K=0.75×0.750.25×0.753=163,故C错误;3 min时没有达到平衡状态,反应正向进行,v正(CH3OH)>v逆(CH3OH),9 min时反应达到平衡状态,v正(CH3OH)=v逆(CH3OH),由于3 min时的v正(CH3OH)大于9 min时的v正(CH3OH),因此9 min时的v逆(CH3OH)小于3 min时的v正(CH3OH),故D正确。
11.BD 从反应开始到刚达到平衡的时间内,v(X)=2v(M)=2×0.6mol·L-160 s=0.02 mol·L-1·s-1,故A错误;根据公式M=mn,反应过程中混合气体的质量m不变,物质的量n逐渐减小,平均摩尔质量M不变,则说明n不再变化,则反应达到化学平衡状态,故B正确;该温度下,该反应的平衡常数K=0.6(1.8-2×0.6)2=53,故C错误;a点M的浓度小,生成X的速率小,a、b两时刻生成X的速率:v(a)
根据“三段式”法分析。设容器容积为V L,平衡时反应的CO为x mol。
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/(mol·L-1) 1V1V 0 0
变化/(mol·L-1) xVxVxVxV
平衡/(mol·L-1) 1-xV1-xVxVxV
因此xV·xV1-xV·1-xV=1,解得x=0.5。
则混合气体中H2的体积分数为0.5mol1mol+1mol×100%=25%,B项正确;
由n(CO2)=0.4 mol可推知,该状态下,n(H2)=0.4 mol、n(H2O)=0.6 mol、n(CO)=0.6 mol,Q=0.4V×0.4V0.6V×0.6V<1.00=K,故该反应没有达到化学平衡状态,C项错误;将所给关系式进行变化,可知该条件下平衡常数K=0.60,D项正确。
13.BC 反应达到平衡时,X的转化率为
(0.1-0.05)mol·L-10.1mol·L-1×100%=50%,A正确;根据反应速率之比=浓度变化量之比=化学计量数之比可知:Δc(X)∶Δc(Y)∶Δc(Z)=0.05∶0.15∶0.1=1∶3∶2,则反应的化学方程式为X+3Y2Z,K=c2(Z)c(X)·c3(Y)=0.120.05×0.053=1 600,B错误;平衡常数只受温度的影响,温度不变时,化学平衡常数不变,C错误;平衡常数只受温度的影响,温度改变时,化学平衡常数一定改变,D正确。
14.AB -lg K越大,则平衡常数K越小,由题图可知,随温度升高,平衡常数增大,则升高温度平衡正向移动,正反应为吸热反应,故该反应的ΔH>0,故A正确;A点-lg K=2.294,则平衡常数K=10-2.294,故B正确;30 ℃时,B点未平衡,最终要达平衡状态,平衡常数的负对数要变大,所以此时的(-lg Q)<(-lg K),所以Q>K,B点浓度商大于平衡常数,反应向逆反应进行,则B点对应状态的v(正)
(2)不变
(3)ABCE
(5)50% 13p
解析 (1)该反应的平衡常数的表达式为K=c(H2)·c(CO)c(H2O)。
(2)上述反应达到平衡后,将体系中的C(s)部分移走,由于碳为固体,反应物浓度不变,正反应速率不变。
(3)该反应是体积增大的反应,当压强固定不变化,说明达到平衡,故A符合题意;该反应是相对分子质量减小的反应,当气体平均相对分子质量不再变化,说明达到平衡,故B符合题意;消耗H2O(g)的速率为正反应,消耗CO的速率为逆反应,两者速率之比等于化学计量数之比,说明达到平衡,故C符合题意;H2O(g)、CO、H2的浓度相等,不能说明达到平衡,故D不符合题意;固定容积下,该反应固体不断消耗,气体质量不断增加,气体密度不断增加,当气体密度不再变化,说明达到平衡,故E符合题意;v(H2O)=v(CO),没有说明是正反应还是逆反应,因此不能说明达到平衡,故F不符合题意。综上所述,答案为ABCE。
(4)根据题意建立三段式得到
C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)
开始/mol x 4 0 0
转化/mol y y y y
平衡/mol x-y 4-y y y
则K=c(H2)·c(CO)c(H2O)=y2×y24-y2=1,解得y=2,则此温度下H2O(g)的转化率为2mol4mol×100%=50%。
平衡时n(H2O)=n(H2)=n(CO)=2 mol,因此H2O、H2、CO的物质的量分数均为13,则Kp=13p×13p13p=13p。
16.答案 (1)①ΔH1-ΔH2 K1K2 ②BC
(2)①2.0 0.67 0.13 mol·L-1·min-1 ②A
解析 (1)反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1①
反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH2②
①利用盖斯定律,将反应①-反应②,即得反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的ΔH=ΔH1-ΔH2,K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=K1K2。
②反应前后气体的分子数相等,压强始终不变,所以当容器中压强不变时,反应不一定达平衡状态,A不符合题意;混合气体中c(CO)不变时,反应达平衡状态,B符合题意;v正(H2)=v逆(H2O),即正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,C符合题意;不管反应是否达到平衡,始终存在c(CO)=c(CO2),所以反应不一定达平衡状态,D不符合题意。故选BC。
(2)①起始时c(CO2)=1.5 mol·L-1,平衡时c(CO2)=0.5 mol·L-1,则参加反应的CO2为1 mol·L-1,生成CO为1 mol·L-1,该条件下反应的平衡常数为K=c(CO)c(CO2)=10.5=2.0;若铁粉足量,CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1,10 min达到平衡,设参加反应的CO2的物质的量浓度为x mol·L-1,则可建立如下三段式:
Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)
起始量/(mol·L-1) 2.0 0
变化量/(mol·L-1) x x
平衡量/(mol·L-1) 2.0-x x
x2.0-x=2.0,x=43,平衡时CO2的浓度为2.0 mol·L-1-x mol·L-1≈0.67 mol·L-1,v(CO)为43mol·L-110min≈0.13 mol·L-1·min-1。
②c(CO)c(CO2)为反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数,则c(CO)c(CO2)只与温度有关,温度不变,则c(CO)c(CO2)保持不变,因此A正确,B、C、D错误。
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