核心素养测评 二十六.docx

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核心素养测评二十六

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核心素养测评二十六

化学平衡常数　化学反应进行的方向

一、选择题（本题包括4小题，每题8分，共32分）

1.（双选）（2020·青岛模拟改编）下列说法中正确的是（　　）

A.生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH<0

B.已知反应H2（g）+I2（g）

2HI（g）的平衡常数为K，则2H2（g）+2I2（g）

4HI（g）的平衡常数为K2

C.ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行

D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，不能改变化学反应进行的方向

【解析】选B、D。

ΔH=生成物总能量-反应物总能量，当生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH>0，A项错误；因为相同温度下，化学计量数变为原来的n倍，则化学平衡常数为原来的n次方，所以反应2H2（g）+2I2（g）

4HI（g）的平衡常数为K2，B项正确；根据ΔG=ΔH-TΔS判断，对于ΔH<0、ΔS>0的反应，在温度低时ΔG<0，反应能自发进行，C项错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D项正确。

2.（2020·武汉模拟）已知可逆反应3X（g）+2Y（s）

nC（g）　ΔH。

若p1

表格中数据为X的转化率）（　　）

p1MPa

p2MPa

400℃

99.6

99.7

500℃

96.9

97.8

A.其他条件不变，升高温度，ΔH减小

B.n可能等于2、1

C.200℃的平衡常数大于600℃的平衡常数

D.加入高效催化剂，不改变C的体积分数

【解析】选A。

化学反应的焓变与化学计量数有关，与反应温度无关，A错误；Y为固体，增大压强时X的转化率增大，说明n<3，n=1或2，B正确；温度升高，X的转化率降低，说明正反应是放热反应，所以，温度升高，平衡常数减小，C正确；加入催化剂，只改变反应速率，能缩短达到平衡所需的时间，但平衡不发生移动，C的体积分数不变，D正确。

3.（2020·重庆模拟）将粗硅转化成三氯硅烷（SiHCl3），进一步反应也可以制得粗硅。

其反应：

SiHCl3（g）+H2（g）

Si（s）+3HCl（g），不同温度下，SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比的变化关系如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A.该反应是放热反应

B.横坐标表示的投料比可以是

C.该反应的平衡常数随温度升高而减小

D.实际生产中为提高SiHCl3的利用率，可以适当增大压强

【解析】选B。

当投料比一定时（画等投料比例线），随温度升高（T1>T2>T3），SiHCl3的平衡转化率增大，说明正反应是吸热反应，A错误；增大氢气的浓度可提高SiHCl3的平衡转化率，B正确；因正反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，反应的平衡常数增大，C错误；增大压强，平衡逆向移动，SiHCl3的平衡转化率降低，D错误。

4.（2020·泰安模拟）某绝热恒容容器中充入2mol·L-1NO2，发生反应2NO2（g）

N2O4（g）　ΔH=-56.9kJ·mol-1，下列分析不正确的是（　　）

A.5s时NO2的转化率为75%

B.0～3s内v（NO2）增大是因为体系温度升高

C.3s时化学反应处于平衡状态

D.9s时再充入N2O4，平衡后K较第一次平衡时大

【解析】选C。

分析图象可知，0～5s内Δc（NO2）=2mol·L-1-0.5mol·L-1=

1.5mol·L-1，结合转化率的概念计算出NO2的转化率为

×100%=75%，A项正确；该反应的正反应是放热反应，在绝热恒容容器中，随着反应进行不断放出热量，体系温度升高，反应速率增大，故0～3s内v（NO2）增大是因为体系温度升高，B项正确；3s时二氧化氮反应速率最大，3～7s时v（NO2）随时间减小，7s后v（NO2）不变，反应才处于平衡状态，C项错误；9s时反应处于平衡状态，再充入N2O4，平衡逆向进行，体系温度降低，平衡常数增大，D项正确。

二、非选择题（本题包括1小题，共18分）

5.（2020·石家庄模拟）科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示（条件及物质未标出）：

（1）已知：

CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1、

285.8kJ·mol-1，则上述流程中第一步反应2CH4（g）+O2（g）

2CO（g）+4H2（g）的ΔH=________。

（2）工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应的化学方程式为CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g），某温度下，将1molCO2和3molH2充入2L恒容密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下表：

时间/h

1

2

3

4

5

6

0.90

0.85

0.83

0.81

0.80

0.80

①用H2表示前2h内的平均反应速率v（H2）=________。

②该温度下，CO2的平衡转化率为________。

（3）在300℃、8MPa下，将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一恒压密闭容器中发生

（2）中反应，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数Kp=__________________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（4）CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：

2CO2（g）+6H2（g）

C2H4（g）+4H2O（g）　ΔH。

在0.1MPa时，按n（CO2）∶n（H2）=1∶3投料，不同温度（T）下，平衡时四种气态物质的物质的量（n）关系如图所示。

①该反应的ΔH________（填“>”或“<”）0。

②曲线c表示的物质为________。

③为提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是 ________。

【解析】

（1）CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3kJ·mol-1、283.0kJ·mol-1、

285.8kJ·mol-1，据此写出热化学方程式。

①CH4（g）+2O2（g）

CO2（g）+2H2O（l）　ΔH1=-890.3kJ·mol-1

②CO（g）+

O2（g）

CO2（g）ΔH2=-283.0kJ·mol-1

③H2（g）+

O2（g）

H2O（l）ΔH3=-285.8kJ·mol-1

根据盖斯定律，由①×2-②×2-③×4可得2CH4（g）+O2（g）

2CO（g）+4H2（g），则有ΔH=2ΔH1-2ΔH2-4ΔH3=（-890.3kJ·mol-1）×2-（-283.0kJ·mol-1）×2-

（-285.8kJ·mol-1）×4=-71.4kJ·mol-1。

（2）①恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，2h时，

=0.85，设消耗CO2的物质的量为xmol，则：

CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g）　ΔV

12

xmol2xmol

有

=0.85，解得x=0.3，故前2h内的平均反应速率v（H2）=

=

0.225mol·L-1·h-1。

②该温度下，反应进行5h时达到平衡状态，此时

=0.80，设消耗CO2的物质的量为ymol，则有

=0.80，解得y=0.4，故CO2的平衡转化率为

×100%=40%。

（3）设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1mol、3mol，CO2的平衡转化率为50%，则有：

　　　　　　CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g）

起始量/mol1300

转化量/mol0.51.50.50.5

平衡量/mol0.51.50.50.5

则平衡时p（CO2）=p（CH3OH）=p（H2O）=8MPa×

=

MPa，p（H2）=8MPa×

=

4MPa，故该反应条件下的平衡常数Kp=

=

。

（4）①由图可知，随着温度的升高，n（H2）逐渐增大，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故有ΔH<0。

②随着温度的升高，n（H2）逐渐增大，由于H2是反应物，则另一条逐渐增大的曲线a代表CO2；C2H4（g）、H2O（g）都是生成物，随着平衡逆向移动，二者的物质的量逐渐减小，根据化学计量数的关系可知，曲线b代表H2O（g），曲线c代表C2H4（g）。

③该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，欲提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可以增大压强或不断分离出产物H2O（g）。

答案：

（1）-71.4kJ·mol-1

（2）①0.225mol·L-1·h-1　②40%

（3）

　（4）①<　②C2H4　③加压（或不断分离出水蒸气）

【加固训练】

　　含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。

请回答下列问题：

（1）合成尿素[CO（NH2）2]的反应式为2NH3（g）+CO2（g）

H2O（l）+H2NCONH2（s）　ΔH=-134kJ·mol-1。

向恒容密闭容器中按物质的量之比4∶1充入NH3和CO2，使反应进行，保持温度不变，测得CO2的转化率随时间的变化情况如图1所示。

①若统一用CO2的浓度变化表示反应速率，则A点的逆反应速率________B点的正反应速率（填“>”“<”或“=”）。

②下列叙述中不能说明该反应达到平衡状态的是________（填字母标号）。

A.体系压强不再变化

B.气体平均摩尔质量不再变化

C.NH3消耗速率和CO2的消耗速率之比为2∶1

D.固体质量不再发生变化

③工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有________（填序号）。

A.升高温度

B.加入催化剂

C.将尿素及时分离出去

D.增大反应体系的压强

（2）汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源，其中存在大量NO。

实验发现，NO易发生二聚反应2NO（g）

N2O2（g）并快速达到平衡。

向真空钢瓶中充入一定量的NO进行反应，测得温度T1和T2时NO的转化率随时间变化的结果如图2所示。

在温度T2下，达到平衡时体系的总压强为200kPa，X点N2O2的物质的量分数为______________， X点对应的平衡常数Kp=____________（用分压表示）；提高NO平衡转化率的条件为__________________________（任答两点）。

【解析】

（1）①由图象可知，A点时反应未达平衡，在达到平衡过程中，v（逆）增大，平衡时v（正）=v（逆），故A点的逆反应速率

②A项，该反应为气体分子数减少的反应，体系压强不再变化，说明反应已达平衡状态；B项，反应不生成气体，气体平均摩尔质量不再变化，说明反应已达平衡状态；C项，NH3消耗速率和CO2的消耗速率之比始终为2∶1，不能说明反应已达平衡状态；D项，固体质量不再发生变化，说明反应已达到平衡状态。

故选C。

③该反应为气体体积减小的放热反应，增大压强，加快反应速率，平衡正向移动，转化率增大；升高温度，平衡逆向移动，转化率减小；加催化剂或减少固体产物平衡不移动，所以既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施为D。

（2）列“三段式”：

　　　　　2NO（g）

N2O2（g）

开始：

10

转化：

0.880.44

平衡：

0.120.44

X点N2O2的物质的量分数=

≈78.6%

Kp=

≈0.086

由图可知，降低温度可增大转化率，增大压强也可提高转化率。

答案：

（1）①<　②C　③D

（2）78.6%　0.086　降低温度、增大压强

一、选择题（本题包括2小题，每题10分，共20分）

1.（双选）（2020·北京西城区模拟改编）已知：

2Cr

+2H+

Cr2

+H2O。

25℃时，调节初始浓度为1.0mol·L-1的Na2CrO4溶液的pH，测定平衡时溶液中c（Cr2

）和c（H+），获得下图所示的曲线。

下列说法不正确的是（　　）

A.平衡时，pH越小，c（Cr2

）越大

B.A点Cr

的平衡转化率为25%

C.A点Cr

转化为Cr2

的平衡常数K=1014

D.平衡时，若溶液中c（Cr2

）=c（Cr

），则c（H+）>2.0×10-7mol·L-1

【解析】选B、D。

A项，pH越小，c（H+）越大，越有利于平衡正向移动，平衡时c（Cr2

）越大；B项，A点c（Cr2

）=0.25mol·L-1，反应的c（Cr

）=

0.25mol·L-1×2=0.5mol·L-1，Cr

的平衡转化率为50%；C项，A点时，平衡常数K=

=

=1014；D项，若溶液中c（Cr2

）=c（Cr

），则二者约为0.33mol·L-1，此时，c（H+）<2.0×10-7mol·L-1。

【加固训练】

　　煤气化是综合利用煤的一种方式，由于气体燃料燃烧更加洁净，从而能更好地去除硫等污染物，并且气体燃烧的效率比固体要高，气体容易通过管道运输。

煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C（s）+2H2（g）

CH4（g）。

在VL的容器中投入amol碳（足量），同时通入2amolH2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A.上述正反应为吸热反应

B.在4MPa、1200K时，图中X点v正（H2）

C.在5MPa、800K时，该反应的平衡常数为

D.工业上维持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K，主要是因为前者碳的转化率高

【解析】选A。

A项，由图观察，温度越高碳的平衡转化率越大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，正确；B项，X点是未平衡时，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，错误；C项，此时碳转化率为50%

　　　　　C（s）+2H2（g）

CH4（g）

起始量a2a0

转化量0.5aa0.5a

平衡量0.5aa0.5a

K=

=

，错误；D项，该选择的原因是两者转化率相差不大，但压强增大对设备要求高，能量需求大，错误。

2.（2020·广州模拟）研究反应：

H2（g）+I2（g）

2HI（g）　ΔH<0。

温度T时，在两个体积均为1L的密闭容器中进行实验，测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数ω（HI）与反应时间t的关系如表：

容器

编号

起始物质

t/min

0

20

40

60

80

100

Ⅰ

0.5molI2、

0.5molH2

ω（HI）/%

0

50

68

76

80

80

Ⅱ

xmolHI

ω（HI）/%

100

91

84

81

80

80

研究发现上述反应中v（正）=ka·ω（H2）·ω（I2），v（逆）=kb·ω2（HI），其中ka、kb为常数。

下列说法正确的是（　　）

A.温度为T时该反应的

=32

B.容器Ⅰ中前20min的平均速率v（HI）=0.0125mol·L-1·min-1

C.若起始时，向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI，反应逆向进行

D.若两容器中，kaⅠ=kaⅡ且kbⅠ=kbⅡ则x的值一定为1

【解析】选D。

温度为T时该反应的

=

=

=

=64，A错误；容器Ⅰ中前20minω（HI）=50%，则物质的量为0.5mol，故平均速率v（HI）=

（0.5mol÷1L）÷20min=0.025mol·L-1·min-1，B错误；容器Ⅰ平衡时H2、I2、HI浓度分别为0.1mol·L-1、0.1mol·L-1、0.8mol·L-1，K=

=64，若起始时，向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI，Q=

=1<64，正反应速率大于逆反应速率，平衡正向进行，C错误；若两容器中kaⅠ=kaⅡ且kbⅠ=kbⅡ则为恒容条件下的等效平衡，且容器Ⅰ、Ⅱ的正反应速率、逆反应速率相等，则x的值一定为1，D正确。

二、非选择题（本题包括2小题，共30分）

3.（14分）（2020年山东等级考模拟）聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为

CH3COOCH3（l）+C6H13OH（l）

CH3COOC6H13（l）+CH3OH（l）

已知v正=k正x（CH3COOCH3）·x（C6H13OH），v逆=k逆x（CH3COOC6H13）·x（CH3OH），其中

v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，x为各组分的物质的量分数。

（1）反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料，测得348K、343K、338K三个温度下乙酸甲酯转化率（α）随时间（t）的变化关系如下图所示。

该醇解反应的ΔH________0（填“>”或“<”）。

348K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx=________（保留2位有效数字）。

在曲线①、②、③中，k正-k逆值最大的曲线是________；A、B、C、D四点中，

v正最大的是_____________， v逆最大的是__________________。

（2）343K时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。

则达到平衡后，初始投料比________时，乙酸甲酯转化率最大；与按1∶2投料相比，按2∶1投料时化学平衡常数Kx________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）该醇解反应使用离子交换树脂作催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是________。

a.参与了醇解反应，但并不改变反应历程

b.使k正和k逆增大相同倍数

c.降低了醇解反应的活化能

d.提高乙酸甲酯的平衡转化率

【解析】

（1）根据图象，①的速率最快，说明①对应的是最高温度348K，温度升高，平衡时转化率增大，说明正向是吸热的，所以ΔH>0。

348K时，设初始投入为1mol，则有：

代入平衡常数表达式：

Kx=x（CH3COOC6H13）·x（CH3OH）/[x（CH3COOCH3）·x（C6H13OH）]=0.32×0.32/（0.18×0.18）≈3.2

k正、k逆是温度的函数，根据平衡移动的规律，k正受温度影响更大，因此温度升高，k正增大的程度大于k逆，因此，k正-k逆值最大的曲线是①。

根据v正=k正

x（CH3COOCH3）·x（C6H13OH），v逆=k逆x（CH3COOC6H13）·x（CH3OH），A点

x（CH3COOCH3）·x（C6H13OH）大，温度高，因此A点v正最大，C点x（CH3COOC6H13）·

x（CH3OH）大且温度高，因此C点v逆最大。

（2）增大己醇的投入量，可以增大乙酸甲酯转化率，因此，2∶1时乙酸甲酯转化率最大。

化学平衡常数Kx只与温度有关，因此不变。

（3）催化剂参与了醇解反应，改变了反应历程，a错误；催化剂不影响化学平衡，说明催化剂使k正和k逆增大相同倍数，b正确；催化剂能够降低反应的活化能，c正确；催化剂不改变化学平衡，d错误。

答案：

（1）>　3.2　①　A　C

（2）2∶1　不变　（3）bc

【加固训练】

　　（2020·遵义模拟）在1.0L密闭容器中放入0.10molA（g），在一定温度条件下进行如下反应：

A（g）

B（g）+C（g）ΔH=+85.1kJ·mol-1。

反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：

时间t/h

0

1

2

4

8

16

20

25

30

总压强p

/100kPa

4.91

5.58

6.32

7.31

8.54

9.50

9.52

9.53

9.53

回答下列问题：

（1）欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为___________（答出两项措施）。

（2）由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α（A）的表达式为______________，平衡时A的转化率为________，列式并计算反应的平衡常数 

K：

_________________。

（3）①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n（A），n总=________mol，n（A）=________mol。

②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：

a=________。

反应时间t/h

0

4

8

16

c（A）/（mol·L-1）

0.10

a

0.026

0.0065

分析该反应中反应物的浓度c（A）变化与时间间隔（Δt）的规律，得出的结论是_________________， 由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c（A）为________mol·L-1。

【解析】

（2）压强之比等于气体的物质的量之比，依据三段式进行求解：

　　　A（g）　

　　B（g）　+　C（g）

始态：

p000

反应：

p0·α（A）p0·α（A）p0·α（A）

终态：

p0-p0·α（A）p0·α（A）p0·α（A）

p=p0-p0·α（A）+p0·α（A）+p0·α（A）=p0+p0·α（A），求得α（A）=（

-1）×100%；25h时反应已平衡，α（A）=（

-1）×100%≈94.1%；依据三段式进行求解：

　　　　　　　A（g）　　

　　B（g）　　+　　C（g）

始态/

（mol·L-1）0.1000

反应/

（mol·L-1）0.09410.09410.0941

平衡态/

（mol·L-1）0.10-0.09410.09410.0941

K=

≈1.5。

（3）①依据

=

可得n总=

×0.1mol；n（A）=0.1mol×[1-α（A）]=0.1mol×[1-（

-1）]=0.1mol×（2-

）；②n（A）=0.1mol×（2-

）=0.1mol×（2-

）≈0.051mol，体积为1L，a=0.051；0～4h时浓度大约变为0h时的

，4～

8h浓度又变为4h时的

，从8～16h经过8个小时浓度变为8h的

，所以每经过4个小时浓度均降低为原来的

。

答案：

（1）升高温度；降低压强

（2）（

-1）×100%　94.1%

　　　A（g）　

　　　B（g）　　+　C（g）

起始0.1000

平衡0.10×（1-94.1%）0.10×94.1%0.10×94.1%

K=

≈1.5

（3）①0.10×

　0.10×（2-

）

②0.051　达到平衡前每间隔4h，c（A）减少约一半　0.013

4.（16分）（2020·南昌模拟）硫酸是基础化工的重要产品，硫酸的消费量可作为衡量一个国家工业发展水平的标志。

生产硫酸的主要反应为SO2（g）+

O2（g）

SO3（g）。

（1）恒温恒容下，平衡体系中SO3的体积分数φ（SO3）和y与SO2、O2的物