2022届高考化学一轮复习-课时练24-化学平衡常数-化学反应的方向及工业合成氨鲁科版.docx

2022届高考化学一轮复习 课时练24 化学平衡常数 化学反应的方向及工业合成氨鲁科版

2022届高考化学一轮复习 课时练24 化学平衡常数 化学反应的方向及工业合成氨鲁科版

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- 13 -

化学平衡常数　化学反应的方向及工业合成氨
基础巩固
1.(2020湖北武汉月考)某化学反应的ΔH=-122 kJ·mol-1,ΔS=231 J· mol-1·K-1,则此反应在下列哪种情况下可自发进行(　　)
A.在任何温度下都能自发进行
B.在任何温度下都不能自发进行
C.仅在高温下自发进行
D.仅在低温下自发进行
2.(2020湖北武汉联考)下列叙述正确的是(　　)
A.反应物分子间发生碰撞一定能发生化学反应
B.反应过程的自发性可判断过程发生的速率
C.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
D.反应2H2(g)+O2(g)2H2O(l)的熵变ΔS>0
3.(2020河北邢台联考)只改变一个影响化学平衡的因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是(　　)
A.K值不变,平衡可能移动
B.平衡向右移动时,K值不一定变化
C.K值有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应方程式中的化学计量数增大2倍,K值也增大2倍
4.(2020湖南长沙中学月考)已知:反应mX(g)+nY(g)qZ(g)　ΔH<0,m+n>q,在密闭容器中反应达到平衡时,下列说法不正确的是(　　)
A.恒容时通入稀有气体(不参与反应)使压强增大,平衡不移动
B.缩小容器容积,增大压强,反应速率加快且可以提高Z的产率
C.恒压时,增加一定量Z(g),混合气体的平均相对分子质量变大
D.恒容时增加X的物质的量,Y的转化率增大
5.

反应mA(s)+nB(g)pC(g)
ΔH<0,在一定温度下,平衡时B的体积分数(B%)与压强变化的关系如图所示,下列叙述中一定正确的是(　　)
①m+n>p　②x点表示的正反应速率大于逆反应速率　③x点比y点时的反应速率慢
④n>p　⑤若升高温度,该反应的平衡常数增大
A.只有①②⑤　　　　B.只有②④
C.只有②③ D.只有①③⑤
6.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)
在容积为2 L的密闭容器中充入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的平衡常数为(　　)
A.8.5　　B.9.6 C.10.2　　D.10.7
7.(2020浙江杭州月考)工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.44 kJ·mol-1。
回答下列问题:
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式:　　　　　　　　　　,随着温度的升高,K值　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
(2)平衡常数K值越大,表明　　　　(填字母)。 
A.N2的转化率越高
B.NH3的产率越大
C.原料中N2的含量越高
D.化学反应速率越快
(3)对于合成氨反应而言,下列有关图像一定正确的是　　　　(填字母)。 

能力提升
8.

(2020四川成都月考)在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y,发生反应的化学方程式为2X(g)+Y(g)3Z(g),反应过程持续升高温度,测得X的体积分数与温度的关系如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.Q点时,Y的转化率最大
B.升高温度,平衡常数增大
C.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
D.平衡时充入Z,达到新平衡时Z的体积分数变大
9.(2020北京石景山模拟)在某恒容密闭容器中进行如下可逆反应:2M(g)+N(g)W+2Q(g)　ΔH<0,下列图像正确且能表示该可逆反应达到平衡状态的是(　　)

10.

(2020河南南阳一中月考)甲醇(CH3OH)是绿色能源。工业上合成甲醇的原理为2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)。一定温度下,在1 L恒容密闭容器中充入H2和一定量的CO,CH3OH的体积分数与反应物投料比的关系如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.随着反应的进行,混合气体的密度变大
B.图像四个点中,c点处CH3OH的物质的量最大
C.图像四个点中,只有c点表示达到平衡状态
D.图像中c点到d点,平衡向正反应方向移动
11.(2020北京朝阳区模拟)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中,发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验
序号
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所
需时间/min
CO
H2O
CO2
1
650
4
2
1.6
5
2
900
2
1
0.4
3
3

2
1
0.4
1

下列说法不正确的是(　　)
A.该反应的正反应为放热反应
B.实验1中,前5 min用CO表示的反应速率为0.16 mol·L-1·min-1
C.实验2中,平衡常数为K=16
D.实验3与实验2相比,改变的条件可能是温度
12.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)　K1　ΔH1<0(Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)　K2　ΔH2<0(Ⅱ)
(1)反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=　　　　(用K1、K2表示)。 
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内v(NOCl)=7.5×10-3 mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=　　　　　　　　 mol ,NO的转化率α1=　　　　。其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2　　　　　(填“>”“<”或“=”)α1,平衡常数K2　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小,可采取的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
13.(2020广东信宜中学月考)Ⅰ.工业上可用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示:
化学反应
平衡
常数
温度/℃
500
800
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
K3

(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=　　　　　　　　(用K1、K2表示)。500 ℃时测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v(正)　　　　(填“>”“=”或“<”)v(逆)。 
(2)

在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②,已知c(CO)-反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示,若在t0时刻分别改变一个条件,曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时,改变的条件是　　　　　　　　　　。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时,改变的条件是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.利用CO和H2可以合成甲醇,反应原理为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。一定条件下,在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H2合成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
(1)p1　　　　(填“>”“<”或“=”)p2,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=　　　(用a和V表示)。 
(3)该反应达到平衡时,反应物转化率的关系是CO　　　　(填“>”“<”或“=”)H2。 
(4)下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是　　　　(填字母)。 
A.使用高效催化剂
B.降低反应温度
C.增大体系压强
D.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来
拓展深化
14.(2020吉林大学附属中学月考)甲醇是一种可再生能源,由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下。
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.58 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
反应Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH3=-90.77 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的ΔH2=　　　　　,若反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为K1、K2、K3,则K2=　　　　(用K1、K3表示)。 
(2)在一定条件下向2 L恒容密闭容器中充入3 mol H2和1.5 mol CO2,仅发生反应Ⅰ,实验测得不同反应温度下体系中CO2的平衡转化率如下表所示。
温度
500 ℃
T
CO2的平衡转化率
60%
40%

①T　　　　(填“高于”或“低于”)500 ℃。 
②温度为500 ℃时,该反应10 min时达到平衡。
a.用H2表示该反应的速率为　　　　　。 
b.该温度下,反应Ⅰ的平衡常数K=　　　　　。 

课时规范练24　化学平衡常数　化学
反应的方向及工业合成氨
1.A　反应自发进行需要满足ΔH-TΔS<0,依据题干条件计算,ΔH-TΔS=-122kJ·mol-1-T×231×10-3kJ·mol-1<0,所以该反应在任何温度下都能自发进行,故选A。
2.C　只有活化分子在合适取向时发生有效碰撞才能发生化学反应,A项错误;化学反应的自发性只能用于判断反应的方向,不能确定反应过程发生的速率,B项错误;根据反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)可知,反应为熵减的反应,ΔS<0,在室温下可自发进行,说明ΔH-TΔS<0,则ΔH<0,C项正确;反应2H2(g)+O2(g)2H2O(l),ΔS<0,D项错误。
3.D　因改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K值不变,A项和B项均正确;K值只与温度有关,K值发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C项正确;相同条件下,同一个反应方程式中的化学计量数增大到原来的2倍,K值应该变为原来的平方,D项错误。
4.C　恒容时通入稀有气体,体系的压强增大,但反应体系中各物质的浓度不变,则平衡不移动,A项正确。由于m+n>q,增大压强,平衡正向移动,则Z的产率提高,B项正确。恒压时,增加一定量Z(g),达到的新平衡与原平衡等效,各物质的浓度不变,则混合气体的平均相对分子质量不变,C项错误。恒容时增大X(g)的物质的量,平衡正向移动,则Y的转化率增大,D项正确。
5.C　根据图像可知,随着压强的增大,B的含量增大,这说明增大压强平衡向逆反应方向移动,即正反应方向是气体体积增大的反应,因此n<p,①④不正确;x点B的含量大于相应压强下达到平衡时B的含量,所以x点的正反应速率大于逆反应速率,②正确;y点的压强大于x点的压强,所以y点的反应速率大于x点的反应速率,③正确;升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,⑤不正确。
6.A　设反应②消耗的N2O3的物质的量为x,反应①过程中共生成N2O3的物质的量为x+3.4mol,在反应①中N2O5分解了x+3.4mol,同时生成x+3.4molO2,在反应②中生成氧气的物质的量为x。则(x+3.4mol)+x=9mol,求得x=2.8mol,所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为c(N2O5)=(8-2.8-3.4)mol÷2L=0.9mol·L-1,c(N2O3)=3.4mol÷2L=1.7mol·L-1,c(O2)=9mol÷2L=4.5mol·L-1,则反应①的平衡常数K=1.7×4.50.9=8.5。
7.答案(1)K=[NH3]2[N2][H2]3　减小
(2)AB　(3)ac
解析:(1)工业上合成氨反应是放热反应,随着温度的升高平衡逆向移动,平衡常数减小。
(2)平衡常数K值越大反应进行的程度越大,正向进行程度越大,N2的转化率越高,A正确;反应正向进行,生成的氨气越多,NH3的产率越大,B正确;反应正向进行,原料中N2的含量减少,C错误;平衡常数越大,说明正向进行程度越大,但化学反应速率不一定越快,D错误。
(3)升高温度,平衡逆向移动,则氨气的体积分数减小,但反应到达平衡的时间缩短,a正确;反应到达平衡时,各物质浓度变化量之比等于其化学计量数之比,氢气与氨气浓度变化量之比应为3∶2,且平衡时三者浓度不一定相等,b错误;使用催化剂能加快反应速率,缩短反应时间,但不影响平衡移动,c正确。
8.A　从开始到Q点是正向建立平衡的过程,反应物的转化率逐渐增大,从Q点到M点升高温度,平衡向左移动,反应物的转化率降低,故Q点转化率最大,A项正确;分析图像,X的体积分数先减小到最低,这是化学平衡的建立过程,后增大,这是平衡的移动过程,升高温度,X的体积分数增大,说明升温平衡左移,平衡常数减小,B项错误;M点温度高,故反应速率快,C项错误;平衡时再充入Z,达到的新平衡与原平衡是等效平衡,体积分数相等,D项错误。
9.D　A项,W的状态不确定,若W为固态或液态时,气体密度由大到小,图像错误;若W为气态,则在恒容容器中,气体密度始终不变,图像错误。B项,W的状态不确定,所以气体相对分子质量变化情况不确定,错误。C项,反应热只与具体反应中各物质的化学计量数有关,与是否平衡无关。反应热始终不变,不能作为化学平衡状态的判断依据。D项,无论W是否为气体,产物Q的体积分数均由小到大,当Q的体积分数不变时,表明达到平衡状态,D项正确。
10.D　反应前后的物质均是气体,混合气体的总质量不变,又因为是恒容容器,故气体密度始终不变,A项错误;达到平衡,d点相当于c点平衡后,再增加氢气的浓度,平衡向正方向移动,CO的平衡转化率增大,CH3OH的物质的量最大,B项错误;曲线上的每个点都是不同反应物投料比下的平衡点,C项错误;d点相当于c点达到平衡后,继续增大H2的物质的量,平衡向右移动,D项正确。
11.D　由表中数据计算可知,650℃和900℃时CO的转化率分别为40%、20%,说明温度越高,CO的转化率越小,则该反应的正反应是放热反应,A正确;实验1中前5min生成1.6molCO2,同时消耗1.6molCO,则有v(CO)=1.6mol2L×5min=0.16mol·L-1·min-1,B正确;实验2中达到平衡时,n(CO2)=0.4mol,则有
　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol·L-1) 1 0.5 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.2 0.2 0.2 0.2
平衡浓度(mol·L-1) 0.8 0.3 0.2 0.2
则900℃时该反应的平衡常数K=[CO2][H2][CO][H2O]=0.2×0.20.8×0.3=16,C正确;实验2和实验3中CO、H2O的起始量相等,实验3达到平衡所需时间比实验2短,则实验3的反应速率快,达到平衡时实验2和实验3中n(CO2)均为0.4mol,而升高温度,平衡则会逆向移动,平衡时n(CO2)会减小,故改变的条件可能是使用了催化剂,不可能是改变温度,D错误。
12.答案(1)K12K2　(2)2.5×10-2　75%　>　不变　升高温度
解析:(1)观察题给的三个方程式可知,题目所求的方程式可由(Ⅰ)×2-(Ⅱ)得到,故该反应的平衡常数K=K12K2。
(2)由题给数据可知,n(NOCl)=7.5×10-3mol·L-1·min-1×10min×2L=0.15mol。
　　　　　2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)
起始物质的量/mol 0.2 0.1 0
10min内转化
的物质的量/mol 0.15 0.075 0.15
平衡物质的量/mol 0.05 0.025 0.15
故n(Cl2)=0.025mol;
NO的转化率α1=0.15mol0.2mol×100%=75%。
其他条件保持不变,由恒容条件(2L)改为恒压条件,因该反应是气体分子数减小的反应,平衡将正向移动,NO的转化率增大,即α2>α1;平衡常数只与温度有关,故由恒容条件改为恒压条件时平衡常数不变;要使平衡常数减小,则平衡应逆向移动,因为反应(Ⅱ)是放热反应,故应升高温度。
13.答案Ⅰ.(1)K1·K2　>
(2)加入催化剂　将容器的容积(快速)压缩至2 L
Ⅱ.(1)<　甲醇的合成反应是分子数减少的反应,相同温度下,增大压强,CO的转化率增大
(2)12V2a2 mol-2·L2　(3)=　(4)C
解析:Ⅰ.(1)观察题给的三个方程式可知,由反应方程式①+②即可得反应方程式③,因此K3=K1×K2,代入数值,500℃时K3=2.5×1.0mol-2·L2=2.5mol-2·L2,此时的浓度商Q=0.3×0.150.83×0.1mol-2·L2≈0.88mol-2·L2<2.5mol-2·L2,说明反应向正反应方向进行,即v(正)>v(逆)。
(2)Ⅰ变成Ⅱ,反应速率加快,但是达到平衡时CO的浓度不变,说明改变的条件只能加快反应速率,对平衡无影响,因此改变的条件是加入催化剂;Ⅰ变为Ⅲ,反应速率加快,CO浓度增大,改变的条件是将容器的容积(快速)压缩至2L。
Ⅱ.(1)根据勒夏特列原理,等温下,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,即p1<p2。
(2)A点时各组分的浓度分别是[CO]=a-0.75aVmol·L-1=0.25aVmol·L-1、[H2]=2a-2×0.75aVmol·L-1=0.5aVmol·L-1、[CH3OH]=0.75aVmol·L-1,根据化学平衡常数的定义,K=12V2a2mol-2·L2。
(3)氢气的转化率为2×0.75a2a×100%=75%,与CO的转化率相等。
(4)催化剂只能加快反应速率,对化学平衡无影响,A错误;降低温度,化学反应速率降低,B错误;增大压强,化学反应速率增大,根据勒夏特列原理,增大压强,化学平衡向体积减小的方向移动,即向正反应方向移动,C正确;分离出CH3OH,虽然化学平衡向正反应方向进行,CO的转化率增大,但化学反应速率不能增大,D错误。
14.答案(1)+41.19 kJ·mol-1　K1K3
(2)①高于　②a.0.135 mol·L-1·min-1　b.200
解析:(1)根据题目给的化学反应方程式和盖斯定律可得,反应Ⅱ=反应Ⅰ-反应Ⅲ,因此ΔH2=ΔH1-ΔH3=-49.58kJ·mol-1-(-90.77kJ·mol-1)=+41.19kJ·mol-1,K2=K1K3。
(2)①反应Ⅰ是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,反应物转化率降低,则T高于500℃。
②根据“三段式”分析
　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始浓度(mol·L-1) 0.75 1.5 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.45 1.35 0.45 0.45
平衡浓度(mol·L-1) 0.3 0.15 0.45 0.45
a.用H2表示该反应的速率为1.35mol·L-110min=0.135mol·L-1·min-1;b.化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值,因此根据化学反应方程式可知该温度下,反应Ⅰ的平衡常数K=0.45×0.450.3×0.153mol-2·L2=200mol-2·L2。