跟踪检测(四十二)突破1个高考难点——化学平衡常数及其计算1.O 3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。
O 3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。
常温常压下发生的反应如下:反应① O 3O 2+[O] ΔH >0 平衡常数为K 1;反应② [O]+O 32O 2 ΔH <0 平衡常数为K 2; 总反应:2O 33O 2 ΔH <0 平衡常数为K 。
下列叙述正确的是( ) A .降低温度,总反应K 减小 B .K =K 1+K 2C .适当升温,可提高消毒效率D .压强增大,K 2减小解析:选C 降温,总反应平衡向右移动,K 增大,A 项错误;K 1=c (O 2)·c ([O])c (O 3)、K 2=c 2(O 2)c ([O])·c (O 3)、K =c 3(O 2)c 2(O 3)=K 1·K 2,B 项错误;升高温度,反应①平衡向右移动,反应②平衡向左移动,c ([O])增大,可提高消毒效率,C 项正确;对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D 项错误。
2.将一定量氨基甲酸铵(NH 2COONH 4)加入密闭容器中,发生反应NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)+CO 2(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,下列说法中不正确的是( )A .该反应的ΔH >0B .NH 3的体积分数不变时,该反应一定达到平衡状态C .A 点对应状态的平衡常数K (A)的值为10-2.294D .30 ℃时,B 点对应状态的v 正<v 逆解析:选B 此题的关键是弄清-lg K 越小,K 越大,由图中数据可知随温度的升高,-lg K 逐渐减小,说明随温度的升高,化学平衡向右移动,正反应为吸热反应,A 项正确;由NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)+CO 2(g),可知氨气的体积分数始终为23,B 项错误;A 点时,-lg K =2.294,C 项正确;由B 点对应的数值可知此时Q >K ,反应向逆反应方向进行, v 正<v 逆,D 项正确。
3.工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷:CH4(g)+H 2O(g)CO(g)+3H 2(g) ΔH >0,在一定条件下,向体积为1L 的密闭容器中充入1 mol CH 4(g)和1 mol H 2O(g),测得H 2O(g)和H 2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )A .达到平衡时,CH 4(g)的转化率为75%B .0~10 min 内,v (CO)=0.075 mol·L -1·min -1C .该反应的化学平衡常数K =0.187 5D .当CH 4(g)的消耗速率与H 2(g)的消耗速率相等时,反应到达平衡解析:选C 由图可知,10 min 时反应到达平衡,平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75 mol·L -1,则:CH 4(g)+H 2O(g)CO(g)+3H 2(g)开始/(mol·L -1) 1 1 0 0 转化/(mol·L -1) 0.25 0.25 0.25 0.75平衡/(mol·L -1) 0.75 0.75 0.25 0.75平衡时甲烷转化率=0.25 mol·L -11 mol·L -1×100%=25%,故A 项错误;0~10 min 内,v (CO)=0.25 mol·L -110 min =0.025 mol·L -1·min -1,故B 项错误;平衡常数K =c (CO )·c 3(H 2)c (CH 4)·c (H 2O )=0.25×0.7530.75×0.75=0.187 5,故C 项正确;同一物质的消耗速率与其生成速率相等时,反应到达平衡,由方程式可知当CH 4(g)的消耗速率与H 2(g)的消耗速率为1∶3时,反应到达平衡,故D 项错误。
4.(2015·天津高考)某温度下,在2 L 的密闭容器中,加入1 mol X(g)和 2 mol Y(g)发生反应:X(g)+m Y(g)3Z(g)。
平衡时,X 、Y 、Z 的体积分数分别为30%、60%、10%。
在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X 、Y 、Z 的体积分数不变。
下列叙述不正确的是( )A .m =2B .两次平衡的平衡常数相同C .X 与Y 的平衡转化率之比为1∶1D .第二次平衡时,Z 的浓度为0.4 mol·L -1解析:选D A 项,根据再次加入1 mol Z(g),平衡后,X 、Y 、Z 的体积分数不变,可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,因此m =2。
B 项,由于温度没有变化,故两次平衡的平衡常数相同。
C 项,因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物,因此二者的平衡转化率相等。
D 项,该反应前后气体分子数不变,因此反应后气体的物质的量与反应前一样,都为4 mol ,而平衡后Z 的体积分数为10%,平衡时Z 的物质的量为4 mol ×10%=0.4 mol ,容器体积为2 L ,Z 的浓度为0.2 mol·L -1。
5.N2O5是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生下列反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH>0,T1温度下的部分实验数据:下列说法不正确的是()A.500 s内N2O5分解速率为2.96×10-3 mol·L-1·s-1B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1 000 s时N2O5的转化率为50%C.其他条件不变时,T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5的浓度为2.98 mol·L-1,则T1<T2D.T1温度下的平衡常数为K1,T3温度下的平衡常数为K3,若K1>K3,则T1>T3解析:选C v(N2O5)=(5.00-3.52)mol·L-1500 s=2.96×10-3 mol·L-1·s-1,A正确;1 000 s后N2O5的浓度不再发生变化,即达到了化学平衡,列出三段式:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)起始/(mol·L-1) 5.0000转化/(mol·L-1) 2.50 5.00 1.25平衡/(mol·L-1) 2.50 5.00 1.25则K=c4(NO2)·c(O2)c2(N2O5)=5.004×1.252.502=125,α(N2O5)=2.50 mol·L-15.00 mol·L-1×100%=50%,B正确;1 000 s时,T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5浓度,则改变温度使平衡逆向移动了,逆向是放热反应,则降低温度平衡向放热反应方向移动,即T2<T1,C错误;对于吸热反应来说,T越高,K越大,若K1>K3,则T1>T3,D正确。
6.T1℃时,向容器为2 L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生如下反应A(g)+2B(g)C(g)。
反应过程中测定的部分数据如下表:下列说法错误的是()A.前10 min内反应的平均速率为v(C)=0.025 0 mol·L-1·min-1B.其他条件不变,起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),达到平衡时n(C)<0.25 molC .其他条件不变时,向平衡体系中再充入0.50 mol A ,与原平衡相比,达到平衡时B 的转化率增大,A 的体积分数增大D .温度为T 2 ℃时(T 1>T 2),上述反应的平衡常数为20,则该反应的正反应为放热反应解析:选D 前10 min 内消耗0.50 mol A ,同时生成0.50 mol C ,则有v (C)=0.50 mol2 L ×10 min=0.025 0 mol·L -1·min -1,A 正确。
10 min 时,反应的n (B)=2n (A)=2×(1.00 mol -0.50 mol)=1.00 mol ,则10 min 时,B 的物质的量为0.20 mol ,与30 min 时B 的物质的量相等,则反应10 min 时已达到平衡状态;其他条件不变,若起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),将容积缩小为原来的12时与原平衡等效,达到平衡时n (C)=0.25 mol ,但扩大容积,恢复到原体积,压强减小,平衡逆向移动,故达到平衡时n (C)<0.25 mol ,B 正确。
其他条件不变时,向平衡体系中再充入0.50 mol A ,平衡正向移动,与原平衡相比,达到平衡时B 的转化率增大,A 的体积分数增大,C 正确。
由上述分析可知,10 min 时n (A)=0.50 mol ,此时达到平衡状态,A 、B 、C 的浓度(mol·L -1)分别为0.25、0.10和0.25,则有K (T 1)=c (C )c (A )·c 2(B )=0.250.102×0.25=100>K (T 2)=20,说明升高温度,平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,D 错误。
7.工业合成氨反应为N 2(g)+3H 2(g)催化剂高温、高压2NH 3(g),对其研究如下:(1)已知H —H 键的键能为436 kJ·mol -1,N —H 键的键能为391 kJ·mol -1,N ≡N 键的键能是945.6 kJ·mol -1,则上述反应的ΔH =________。
(2)上述反应的平衡常数K 的表达式为______________________________________。
若反应方程式改写为12N 2(g)+32H 2(g)NH 3(g),在该温度下的平衡常数K 1=______(用K 表示)。
(3)在773 K 时,分别将2 mol N 2和6 mol H 2充入一个固定容积为1 L 的密闭容器中,随着反应的进行,气体混合物中n (H 2)、n (NH 3)与反应时间t 的关系如下表:①该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N 2、H 2、NH 3的浓度分别为3 mol·L -1、3 mol·L -1、3 mol·L -1,则此时v 正________(填“大于”“小于”或“等于”)v 逆。