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2021高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率 第23讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向课时作业

2021高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率 第23讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向课时作业

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- 9 -

第23讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向
　　建议用时：40分钟　　　满分：100分
一、选择题(本题共5小题，每小题只有一个选项符合题意)
1．下列反应过程中，ΔH>0，且ΔS>0的是(　　)
A．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)
B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
C．4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)
D．HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
答案　B
解析　A、C、D三项均为放热反应，ΔH<0；B项为吸热反应，ΔH>0，且正向气体分子数增多，ΔS>0。
2．(2019·张家口高三模拟)只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述正确的是(　　)
A．K值有变化，平衡一定移动
B．平衡向正反应方向移动时，K值一定增大
C．K值不变，平衡不可能移动
D．相同条件下，同一个反应其化学方程式的计量数增大2倍，K值也增大2倍
答案　A
解析　K值是温度的函数，K值变化，说明温度发生了改变，则平衡一定发生移动，A正确；若在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，有利于反应正向进行，但K值不变，若其他条件不变，只改变压强使平衡正向移动时，K值也不变。B、C错误；相同条件下，同一个反应，其化学方程式的计量数变为原来的2倍，K值应变为原数值的平方，D错误。
3．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g)　K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92
下列说法正确的是(　　)
A．NO分解反应：NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
答案　C
解析　A项，NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为＝1×1015，错误；B项，根据平衡常数可判断反应进行的程度但并不能判断反应的难易，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10－82、4×10－92，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应②为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。
4．已知反应FeO(s)＋C(s)===CO(g)＋Fe(s)的ΔH＞0(假设ΔH、ΔS不随温度变化而变化)，下列叙述中正确的是(　　)
A．低温下为自发过程，高温下为非自发过程
B．高温下为自发过程，低温下为非自发过程
C．任何温度下为非自发过程
D．任何温度下为自发过程
答案　B
解析　已知ΔH＞0，固固反应生成气体的反应ΔS＞0，化学反应能自发进行的判据是ΔH－TΔS＜0，即TΔS＞ΔH，因此此反应只能是高温自发，B正确。
5．将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)粉末置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：
温度(℃)
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强(kPa)
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度
(×10－3 mol·L－1)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH<0
B．该反应在较低温度下能自发进行
C．25 ℃ 时平衡常数的值K≈1.6×10－8
D．再加入少量NH2COONH4平衡正向移动
答案　C
解析　A项，由表中数据可知，升高温度，平衡气体总浓度增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应，ΔH>0，错误；B项，反应前后气体分子数增大，则ΔS>0，在较低温度下，ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行，错误；C项，25 ℃时，NH3、CO2的平衡浓度分别为3.2×10－3 mol·L－1、1.6 ×10－3 mol·L－1，因此K＝c2(NH3)·c(CO2)≈1.6×10－8，正确；D项，NH2COONH4为固体，加入少量NH2COONH4 平衡不移动，错误。
二、选择题(本题共4小题，每小题有一个或两个选项符合题意)
6．某温度下，密闭容器中X、Y、Z、W四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示，下列说法错误的是(　　)
物质
X
Y
Z
W
初始浓度/mol·L－1
0.5
0.6
0
0
平衡浓度/mol·L－1
0.1
0.1
0.4
0.6
A．反应达到平衡时，X的转化率为60%
B．该反应的平衡常数表达式为K＝
C．增大压强其平衡常数不变，但使平衡向生成Z的方向移动
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
答案　AC
解析　平衡时X的转化率＝×100%＝
×100%＝80%，A错误；从表中数据可推出其反应比例为0.4∶0.5∶0.4∶0.6＝4∶5∶4∶6，则化学方程式计量数之比为4∶5∶4∶6，B正确；增大压强其平衡常数不变，但该反应为气体体积增大的反应，所以增大压强时平衡向逆反应方向移动，C错误；平衡常数只与温度有关，D正确。
7. (2019·日照质量检测)T ℃时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率降低
B．反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡常数变大
C．容器内混合气体的密度不再变化说明该反应达到平衡状态
D.＝2.5时达到平衡状态：CH2OH的体积分数可能是图中的F点
答案　AD
解析　升温平衡向左移动，CO的转化率降低，A正确。该反应在T ℃下在恒容密闭容器中进行，反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡不移动，温度不变平衡常数不变，B错误；因该反应前后均是气体，故混合气体的总质量不变，又容器容积不变，故混合气体的密度始终保持不变，C错误。气体投料比等于化学计量数之比时，平衡时生成物的体积分数最大，当＝2.5时，达到平衡状态，CH3OH的体积分数比C点时对应的CH3OH的体积分数小，可能是图中的F点，D正确。
8．某温度下，将3 mol A和2 mol B充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5 min后达平衡，各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)＝c(C)·c(D)。若在温度不变的情况下将容器的容积扩大为原来的10倍，B的转化率不发生变化，则B的转化率为(　　)
A．60% B．40% C．24% D．4%
答案　A
解析　扩大容器容积为原来的10倍，B的转化率不变，则a＝1，
　　　　　 A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)
起始(mol): 3 2 0 0
变化(mol): x x x x
平衡(mol): 3－x 2－x x x
根据平衡浓度的关系，(3－x)×(2－x)＝x×x，x＝1.2 mol，则B的转化率为×100%＝60%，A正确。
9．恒温恒容下，向2 L密闭容器中加入MgSO4(s)和CO(g)，发生反应：MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表：
反应时间/min
n(MgSO4)/mol
n(CO)/mol
n(SO2)/mol
0
2.0
2.0
0
2

0.8

4

1.2
下列说法正确的是(　　)
A．反应在0～4 min内容器内气体的密度没有变化
B．0～2 min内的平均速率为v(CO)＝0.6 mol·L－1·min－1
C．其他条件不变，若升高温度，反应的平衡常数变为1.0，则正反应为吸热反应
D．其他条件不变，若起始时容器中MgSO4、CO均为1.0 mol，则平衡时n(SO2)＝0.6 mol
答案　C
解析　ρ＝，随着反应的进行，固体质量逐渐减少，气体质量逐渐增大，容器体积不变，所以密度增大，A错误；t＝2 min时，列三段式
MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)
2 2 0 0 0
1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
0.8 0.8 1.2 1.2 1.2
可知，2～4 min气体浓度无变化，已达平衡，所以K＝
＝＝0.9，升高温度，平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，C正确；其他条件不变，投料量减少一半，若建立等效平衡，则平衡时n(SO2)＝0.6 mol，但减小气体投料量，相当于减压，平衡向正反应方向移动，则n(SO2)>0.6 mol，D错误。
三、非选择题(本题共2小题)
10．(2019·福建六校联盟高三联考)大气、水体污染的治理是化学工作者研究的重要课题，燃煤的烟道气和汽车尾气是造成雾霾天气污染的原因之一。
(1)用CH4催化还原氮氧化物，已知CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝a kJ·mol－1。欲计算反应CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(l)的焓变ΔH2，则还需要查找某化合反应的焓变ΔH3，该化合反应中各物质化学计量数之比为最简整数比时ΔH3＝b kJ·mol－1，则该化合反应的热化学方程式为____________________________________。据此计算出ΔH2＝________kJ·mol－1(用含a和b的式子表示)。
(2)汽车尾气转化的反应之一：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。
在某温度时，探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/(10－4
mol·L－1)
10.0
4.50
2.50
1.50
1.00
1.00
c(CO)/(10－3
mol·L－1)
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：
①前2 s内的平均反应速率v(N2)＝________。
②在该温度下，反应的平衡常数K＝________(只写出计算结果)。
③对于该可逆反应，通过综合分析以上信息，至少可以说明________(填字母)。
A．该反应的反应物混合后很不稳定
B．在催化剂的作用下，该反应一旦发生将在较短的时间内完成
C．该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小
D．该反应在一定条件下能自发进行
E．该反应使用催化剂意义不大
答案　(1)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH3＝b kJ·mol－1　a－2b　(2)①1.875×10－4 mol·L－1·s－1　②5000　③BCD
解析　(1)将题中已知热化学方程式记作①，观察CH4与NO的反应可看出要计算ΔH2，缺少N2和NO的有关反应，根据题中信息可写出N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH3＝b kJ·mol－1并记作②，根据盖斯定律，由①－②×2得ΔH2＝(a－2b) kJ·mol－1。
(2)③该反应的反应物必须在催化剂和某温度下才能反应，A、E项错误；该反应在催化剂作用下，反应速率较快，即短时间内可完成该反应，B项正确；结合②及表格中数据可知，该反应体系达到平衡时，NO的百分含量较小，C项正确；该反应为ΔS<0且ΔH<0的反应，则温度较低时ΔH－TΔS<0，即该反应在一定条件下能自发进行，D项正确。

11．(2019·广东清远高三期末)氨的合成与应用一直是众多科学家研究的热门话题，目前该研究领域已经催生了三位诺贝尔化学奖得主，N2不仅可以与H2合成氨气，N2还可以与其他物质反应生成氨气，回答下列相关问题：
(1)德国化学家哈伯研究“N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)”反应贡献巨大，1918年荣获诺贝尔化学奖，已知该反应在298 K时，ΔH＝－92.2 kJ/mol，平衡常数K＝4.1×106 (mol/L)－2
①若从平衡常数角度分析，反应限度已经较大，但为何化工生产中还需要使用催化剂：________________________________________________。
②升高温度，反应物的转化率会降低，而实际化工生产中常常采用700 K左右的温度，其原因是________________________________________________。
(2)研究发现，常温恒压密闭容器中，N2在催化剂表面可以与水发生反应：2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)
①下列各项能够作为判断该反应一定达到平衡的依据是________(填标号)。
A．容器中N2(g)、NH3(g)、O2(g)的浓度之比为2∶4∶3
B．N2与NH3浓度之比恒定不变
C．v正(N2)＝2v逆(NH3)
D．混合气体中氨气的质量分数不变
E．压强保持不变
②平衡后若分别改变下列一个条件，可以使N2转化率增大的是________(填标号)。
A．转移掉部分O2 B．转移掉部分NH3
C．适当增加H2O(l)的量 D．增加N2的量
(3)科学研究发现，天然气CH4(g)与N2(g)在催化剂作用下可以直接用于合成氨气，同时生成副产物焦炭。700 ℃时，将3 mol CH4与3 mol N2在2 L的恒容密闭容器中发生上述反应，达到平衡时生成a mol C，此时混合气体中氨气的体积分数为____________(用含a的数学表达式即可，下同)；该温度下的平衡常数K＝__________________。
答案　(1)①使用催化剂，主要目的是加快反应速率，提高单位时间内的产量　②该温度下，催化剂的活性大，催化效率高，反应速率快，此温度下，虽然反应限度有所降低，但综合考虑，单位时间内的产量仍较高
(2)①BD　②AB
(3)×100%　
解析　(2)①平衡时各物质浓度比不一定等于系数比，所以N2(g)、NH3(g)、O2(g)的浓度之比为2∶4∶3可能是反应处于平衡状态，也可能未达到平衡状态，不能作为判断平衡的标志，A错误；N2是反应物，NH3是生成物，若二者浓度之比恒定不变，则反应达到平衡状态，B正确；任何时刻，v正(N2)∶v正(NH3)＝2∶4，若反应达到平衡，则v正(NH3)＝v逆(NH3)，则平衡时v正(N2)∶v逆(NH3)＝2∶4，所以2v正(N2)＝v逆(NH3)，C错误；若混合气体中氨气的质量分数不变，则反应处于平衡状态，D正确；该反应是在恒温恒压下进行，任何时刻压强保持不变，不能作为判断平衡的标准，E错误；故合理选项是B、D。