最新人教版选修4 第2章第3节 化学平衡化学平衡常数及图像 作业.docx
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最新人教版选修4第2章第3节化学平衡化学平衡常数及图像作业
第3节化学平衡——化学平衡常数及图像
(满分:
100分,考试时间:
45分钟)
一、单项选择题:
本题包括10小题,每小题5分,共50分。
1.关于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A.温度一定时,化学反应的平衡常数是一个定值
B.两种物质反应,不管怎样书写化学方程式,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.化学平衡常数及转化率与温度无关
【解析】选C。
化学平衡常数是与温度有关的常数,在不同温度下,K值不同,同时,平衡常数还与方程式的书写方式有关(即方程式中各物质的化学计量数有关)。
当温度一定时,给定的可逆反应中正、逆反应的平衡常数互为倒数。
2.在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:
MHx(s)+yH2(g)
MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。
下列有关叙述正确的是( C )
A.加入少量MHx(s)容器内气体的相对分子质量减小
B.吸收ymolH2只需1molMHx
C.若降温,该反应的平衡常数减小
D.若向容器内通入少量氢气,则v(放氢)>v(吸氢)
【解析】选C。
加入少量MHx(s)时,平衡不移动,容器内气体的相对分子质量不变,A错误;由于该反应为可逆反应,吸收ymolH2需要MHx(s)的物质的量应大于1mol,B错误;该反应的ΔH<0,为放热反应,降温,平衡向右移动,平衡常数增大,C正确;若向容器中充入少量氢气,v(吸氢)>v(放氢),故D错误。
3.在300mL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),已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表:
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10-5
下列说法不正确的是( )
A.上述生成Ni(CO)4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的浓度均为0.5mol·L-1,则此时v正>v逆
D.80℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L-1
【解析】选C。
温度升高,平衡常数减小,说明平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,A正确;Ni(CO)4(g)
Ni(s)+4CO(g)为题给反应的逆反应,相同温度下两个反应的平衡常数互为倒数关系,B正确;C项中该时刻Q=8>K,反应逆向进行,v逆>v正,C错误;D项中CO的平衡浓度为1mol·L-1,由K=2可计算出Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L-1。
4.在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L-1CO2、0.1mol·L-1CH4,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g),测得CH4平衡时转化率与温度、压强的关系如图,下列有关说法不正确的是( )
A.上述反应的ΔH<0
B.压强:
p4>p3>p2>p1
C.1100℃时该反应平衡常数为1.64
D.压强为p4时,在y点:
v正>v逆
【解析】选A。
由图象可知,压强一定时,温度越高,甲烷的平衡转化率越大,故正反应为吸热反应,ΔH>0,A项错误;该反应为气体分子数增加的反应,压强越大,甲烷的平衡转化率越小,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确;1100℃时,甲烷的平衡转化率为80.00%,故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.02mol·L-1,c(CO2)=0.02mol·L-1,c(CO)=0.16mol·L-1,c(H2)=0.16mol·L-1,即平衡常数K=
=1.64,C项正确;压强为p4时,y点未达到平衡状态,此时v正>v逆,D项正确。
5.在淀粉KI溶液中存在下列平衡:
I2(aq)+I-(aq)
(aq)。
测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示:
t/℃
5
15
25
35
50
K
1100
841
689
533
409
下列说法正确的是( )
A.反应I2(aq)+I-(aq)
(aq)的ΔH>0
B.其他条件不变,升高温度,溶液中c()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大于689
【解析】选B。
根据题中提供的数据知温度升高,平衡常数减小,则平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,故正反应为放热反应,ΔH<0,A错误;其他条件不变,升高温度,平衡向逆反应方向移动,溶液中c()减小,B正确;该反应的平衡常数表达式为K=
,C错误;平衡常数只与温度有关,25℃时,向溶液中加入少量KI固体,虽然平衡向正反应方向移动,但平衡常数不变,D错误。
6.在一定温度下的密闭容器中,加入1molCO和1molH2O发生反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),达到平衡时测得n(H2)为0.5mol,下列说法不正确的是( )
A.在该温度下平衡常数K=1
B.平衡常数与反应温度无关
C.CO的转化率为50%
D.其他条件不变改变压强平衡不移动
【解析】选B. CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始(mol)1100
反应(mol)0.50.50.50.5
平衡(mol)0.50.50.50.5
由反应方程式及以上数据判断可得,A、C、D项均正确。
平衡常数与反应温度有关,B项错。
7.已知:
4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1025kJ·mol-1,若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是( )
【解析】选C。
从题给的可逆反应方程式看,温度升高平衡向逆反应方向移动,使NO含量降低而不是升高。
压强增大平衡逆向移动,NO含量降低,达到平衡所需时间短。
使用催化剂可加快反应速率,所以达到平衡所需时间短。
8.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+3Y
2Z,其平衡常数为1600
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
【解析】选C 温度为25℃,增大压强,平衡常数不变,C项错误。
9.已知反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0。
某温度下,将2molSO2和1molO2置于10L密闭容器中,反应达平衡后,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。
则下列说法正确的是( C )
A.由图甲知,A点SO2的平衡浓度为0.4mol·L-1
B.由图甲知,B点SO2、O2、SO3的平衡浓度之比为2∶1∶2
C.达平衡后,缩小容器容积,则反应速率变化图像可以用图乙表示
D.压强为0.50MPa时不同温度下SO2转化率与温度关系如丙图,则T2>T1
解析:
由图甲知,在A点SO2的转化率是0.80,则平衡时SO2的物质的量为2mol-0.80×2mol=0.4mol,所以A点SO2的平衡浓度为0.04mol·L-1,同理可以计算出B点SO2、O2、SO3的平衡浓度分别是0.03mol·L-1、0.015mol·L-1、0.17mol·L-1,故A、B错;达平衡后,缩小容器容积,各成分的浓度增大,正、逆反应速率都加快,平衡正向移动,故C正确;丙是一定压强、不同温度下的图像,当温度为T1时先达平衡,说明在条件T1下反应速率快,所以T1>T2,D错。
10.一定温度下,在容积为1L的密闭容器中,存在如下关系:
xH2O(g)
(H2O)x(g),反应物和生成物的物质的量随时间的变化关系如图。
下列说法不正确的是 ( )
A.x=3
B.该温度下,反应的平衡常数为0.125
C.平衡时混合气体的平均摩尔质量是33.3g·mol-1
D.t1时刻,保持温度不变,再充入1molH2O(g),重新达到平衡时,
将增大
【解析】选C。
根据图象可得如下关系:
xH2O(g)
(H2O)x(g)
起始 5mol 0mol
转化 3mol 1mol
平衡 2mol 1mol
化学方程式中的化学计量数之比等于参加反应各物质的物质的量之比,则x=3,A项正确;该温度下反应的平衡常数K==0.125,B项正确;平衡时混合气体的平均摩尔质量M=
=30g·mol-1,C项错误;t1时刻,保持温变不变,再充入1mol水蒸气,相当于增大压强,平衡右移,重新达到平衡。
二、非选择题:
本题包括4小题,共50分。
11.(12分)在80℃时,将0.40mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
时间/s
0
20
40
60
80
100
c(N2O4)
/mol·L-1
0.20
a
0.10
c
d
e
c(NO2)
/mol·L-1
0.00
0.12
b
0.22
0.22
0.22
反应进行至100s后将反应混合物的温度降低,发现气体的颜色变浅。
(1)该反应的化学方程式为____________________________________________。
(2)20s时,N2O4的浓度为________mol·L-1,0~20s内N2O4的平均反应速率为________。
(3)该反应的平衡常数表达式K=________,在80℃时该反应的平衡常数K值为
________。
(4)在其他条件相同时,该反应的K值越大,表明建立平衡时正反应进行的程度越________(填“大”或“小”)。
【解析】
(1)该反应的化学方程式为N2O4
2NO2。
(2)20s内NO2浓度的变化为0.12mol·L-1,则20s内N2O4浓度的变化为
0.06mol·L-1,20s时,N2O4的浓度为0.20mol·L-1-0.06mol·L-1=0.14mol·L-1,
0~20s内N2O4的平均反应速率为0.06mol·L-1÷20s=0.003mol·L-1·s-1。
(3)该反应的平衡常数表达式K=
由数据可知60s后达到平衡,同
(2)可求得60s时c(N2O4)=0.09mol·L-1,则K=
=≈0.54。
(4)在其他条件相同时,该反应的K值越大,反应进行的程度越大。
答案:
(1)N2O4
2NO2
(2)0.14 0.003mol·L-1·s-1
(3)
0.54 (4)大
12.(12分)一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。
但H2中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒,在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO2,为弄清该方法对催化剂的影响,查得资料如下:
则:
(1)①不用通入O2氧化的方法除去CO的原因是______________________________。
②SO2(g)+2CO(g)===S(s)+2CO2(g) ΔH=________。
(2)工业上用一氧化碳制取氢气的反应为:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),已知420℃时,该反应的化学平衡常数K=9。
如果反应开始时,在2L的密闭容器中充入CO和H2O的物质的量都是0.60mol,5min末达到平衡,则此时CO的转化率为________,H2的平均生成速率为________mol·L-1·min-1。
(3)为减少雾霾、降低大气中有害气体含量,研究机动车尾气中CO、NOx及CxHy的排放量意义重大。
机动车尾气污染物的含量与空/燃比(空气与燃油气的体积比)的变化关系示意图如图所示:
①随空/燃比增大,CO和CxHy的含量减少的原因是________________________________。
②当空/燃比达到15后,NOx减少的原因可能是__________________________________。
答案:
(1)①Ni会与氧气反应 ②-270.0kJ·mol-1
(2)75% 0.045
(3)①空/燃比增大,燃油气燃烧更充分,故CO、CxHy含量减少
②因为反应N2(g)+O2(g)
2NO(g)是吸热反应,当空/燃比大于15后,由于燃油气含量减少,燃油气燃烧放出的热量相应减少,环境温度降低,使该反应不易进行,故NOx减少
13.(10分)乙醇是重要的化工产品和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇:
2CO2(g)+6H2(g)
C2H5OH(g)+3H2O(g)①,298K时,K1=2.95×1011。
2CO(g)+4H2(g)
CH3CH2OH(g)+H2O(g)②,298K时,K2=1.71×1022。
(1)写出反应①的平衡常数表达式K=________。
(2)条件相同时,反应①与反应②相比,转化程度更大的是________________。
以CO2为原料合成乙醇的优点是________________(写出一点即可)。
(3)在一定压强下,测得反应①的实验数据如下表:
温度(K)
n(H2)/n(CO2)
500
600
700
800
1.5
45
33
20
12
2
60
43
28
15
3
83
62
37
22
根据表中数据分析:
①温度升高,K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)
②提高氢碳比
,对生成乙醇________(填“不利”或“有利”)。
解析:
(1)K=
(2)K2≫K1,故反应②进行的程度大。
由反应①可知,由CO2合成乙醇使用的原料无毒,不会对环境造成污染;且K1=2.95×1011>105,反应进行的程度大,反应物的转化率高。
(3)当
相同时,升高温度反应物的转化率降低,说明平衡逆向移动,K值减小,当温度相同时,提高
的比值,反应物的转化率增大,故提高氢碳比对生成乙醇有利。
答案:
(1)
(2)② 原料无毒,不会对环境造成污染 (3)减小 有利
14.(16分)Ⅰ.为减少碳排放,科学家提出利用CO2和H2反应合成甲醇,其反应原理为CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)。
(1)上述反应常用CuO和ZnO的混合物作催化剂。
经研究发现,催化剂中CuO的质量分数对CO2的转化率和CH3OH的产率有明显影响。
实验数据如表所示:
根据数据表判断,催化剂中CuO的最佳质量分数为________。
(2)已知:
①CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH1=-41kJ·mol-1;
②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH2=-91kJ·mol-1。
写出由CO2和H2制备甲醇蒸气并产生水蒸气的热化学方程式:
_____________________________________________________。
(3)甲醇是清洁能源。
某甲醇燃料电池的电解质为稀硫酸,其能量密度为5.93kW·h·kg-1。
该电池的负极反应式为______________。
若甲醇的燃烧热为ΔH=-726.5kJ·mol-1,该电池的能量利用率为________(结果精确到小数点后1位数字)。
(已知1kW·h=3.6×106J)
Ⅱ.利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生如下反应:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图1所示。
现有两个体积相同的恒容密闭容器甲和乙,向甲中加入1molCO和2molH2,向乙中加入2molCO和4molH2,测得不同温度下CO的平衡转化率如图2所示。
(1)该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“=”,后同)0,p1________p2。
(2)达到平衡时,反应速率:
A点________B点。
平衡常数:
C点________D点。
(3)在C点时,CO的转化率为________。
(4)L、M两点容器内压强:
p(M)________2p(L)。
答案:
Ⅰ.
(1)50%
(2)CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50kJ·mol-1 (3)CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+ 94.0%
Ⅱ.
(1)< >
(2)< = (3)75% (4)>
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