2021届高考化学一轮复习化学平衡常数化学反应进行的方向作业
课时分层提升练 二十三
化学平衡常数 化学反应进行的方向
一、选择题
1.(2019·潮州模拟)水的三态的熵值的大小关系正确的是 ( )
A.S(s)>S(l)>S(g) B.S(l)>S(s)>S(g)
C.S(g)>S(l)>S(s) D.S(g)>S(s)>S(l)
【解析】选C。按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s),水分子的排列越来越有序,水分子的运动范围越来越小,故混乱度越来越小,其熵越来越小。
2.(2019·咸阳模拟)下列变化过程中,ΔH<0、ΔS>0的是 ( )
A.2SO32SO2+O2
B.2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)
C.NH4NO3(s)N(aq)+N(aq)
D.Cl22Cl
【解析】选B。乙烷燃烧是放热反应,反应后气体分子数量增加,所以该反应过程中,ΔH<0,ΔS>0。
3.已知NH3催化氧化制备NO时发生竞争反应:
①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)
ΔH1 =-905 kJ·mol-1 ;
②4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)
ΔH2 =-1266.6 kJ·mol-1 。
为分析催化剂的选择性,向1 L恒容密闭容器中通入1 mol NH3和2 mol O2,测得NO和N2的物质的量与温度的关系如图所示:
下列有关该反应的说法错误的是 ( )
A.两个反应只能在低温下自发进行
B.两个反应在化学热力学上趋势很大
C.该催化剂在840℃时主要选择反应①
D.NO的物质的量W点小于Z点的主要原因为W点温度更高,反应②正向进行程度小
【解析】选A。两个反应均为放热的熵增反应,任何条件均可自发,A项错误;两个反应均为放热很多的放热反应,在热力学上进行趋势很大,B项正确;由题给图象可知该催化剂在840℃时主要选择反应①,C项正确;在840℃后该催化剂主要选择反应①,由于反应②放热,W点温度更高,故反应②正向进行程度小,NO的物质的量小,D项正确。
4.(2019·衡水模拟)已知下列反应在常温下均为非自发反应,则在高温下仍为非自发的是 ( )
A.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)
B.Fe2O3(s)+C(s)2Fe(s)+CO2(g)
C.N2O4(g)2NO2(g)
D.6C(s)+6H2O(l)C6H12O6(s)
【解析】选D。在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。对于同一种物质而言, S(g)>S(l)>S(s)。A、C都是分解反应,都是吸热反应,即ΔH>0,又是熵增反应,
即ΔS>0,因此当高温时可能有ΔH-TΔS<0,故在高温下可自发进行,而B也是熵增反应,也是吸热反应,同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应,温度越高,则ΔH-TΔS的值越大,因此在高温下不能自发进行。
5.(2019·西安模拟)反应C(s)+2H2(g)CH4(g)在1 000 K时Kp=9 955.75,当总压为101 kPa,气体组成是H2 70%,CH4 20%,N2 10%时,上述反应 ( )
A.正向移动 B.逆向移动
C.达到平衡 D.不一定
【解析】选A。Qp== Pa-1=4.04×10-6 Pa-1,可见Qp
K2>K1
【解析】选A。实验Ⅲ中,
2A(g)+B(g)2D(g)
起始(mol·L-1) 1 0.5 0
反应(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
平衡(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
化学平衡常数为K===4,温度不变,平衡常数不变,实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,则此时容器中c(A)=1 mol
·L-1,c(B)=0.25 mol·L-1,c(D)=1 mol·L-1,此时浓度商Qc==4=K,平衡不发生移动,故A正确;B.升高温度,增大了分子的能量,增加了活化分子百分数,使反应速率加快,但反应的活化能不变,故B错误;C.根据理想气体状态方程pV=nRT,反应起始时向容器中充入2 mol A和1 mol B,实验Ⅲ达平衡时,n(D)=
1 mol,根据反应方程式,则平衡时n(A)=1 mol,n(B)=0.5 mol,实验Ⅰ达平衡时,n(D)=1.5 mol,根据反应方程式,n(A)=0.5 mol,n(B)=0.25 mol,则实验Ⅲ达平衡后容器内的压强与实验Ⅰ达平衡后容器内的压强之比为= =≠,故C错误;D.反应为2A(g)+B(g)2D(g),比较实验Ⅰ和Ⅲ,温度升高,平衡时D的量减少,化学平衡向逆反应方向移动,则K3p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K=
D.达到平衡状态a、b所需要的时间:a>b
【解析】选B。压强不变时,升高温度乙烯转化率降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH<0,A正确;相同温度下,增大压强平衡正向移动,乙烯转化率增大,根据图知,相同温度下转化率:p1b,故D正确。
8.温度为T K时,将0.40 mol A气体充入2.0 L固定容积的密闭容器中,发生反应A(g)2B(g) ΔH>0,经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的部分数据见下表:
时间/s
0
20
40
80
100
n(A)/mol
0.40
0.20
0.10
n(B)/mol
0
0.24
0.60
0.60
下列说法正确的是 ( )
A.0～40 s的平均反应速率v(B)=0.01 mol·L-1·s-1
B.T K时该反应的平衡常数为3.6
C.相同条件下,若起始时充入0.80 mol A,则达到平衡时c(B)小于0.60 mol·L-1
D.相同条件下,若起始时向容器中充入0.05 mol A、0.70 mol B,则反应达到平衡前v(正)>v(逆)
【解析】选C。0～40 s的平均反应速率v(B)=2v(A)=2×=
0.005 mol·L-1·s-1,A项错误;100 s时反应处于平衡状态,平衡常数K==
=1.8,B项错误;相同条件下,若起始时投入0.80 mol A,则达到的平衡相当于原平衡缩小一半容器体积的效果,平衡向左移动,C项正确;Qc==4.9>1.8,达到平衡前反应逆向进行,故反应达到平衡前v(正)K2,放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动,所以温度t2大于t1。
答案:(1)3 小于 (2)B 7/3 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动
12.丙烯是三大合成材料的基本原料。丙烷脱氢是工业生产丙烯的重要途径,其热化学方程式为:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH。请回答下列相关问题。
(1)下表为部分键能数据,据此可算出ΔH=________kJ·mol-1
化学键
C—C
CC
C—H
H—H
键能(kJ·mol-1)
332
611
414
436
(2)一定温度下,向2 L的密闭容器中充入2 mol C3H8发生脱氢反应,经过10 min达至平衡状态,测得平衡时气体压强比起始时增加40%。
①C3H8的平衡转化率为________。
②向如上平衡体系中再充入一定量的C3H8,反应再次达到平衡,C3H8的平衡转化率将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)脱氢反应分别在压强为p1和p2时发生,丙烷及丙烯的平衡物质的量分数随温度变化如图所示。
①压强:p1______p2(填“>”或“<”)。
②为了同时提高反应速率和反应物的平衡转化率,可采取的措施是__________ ____________________。
③若p1=0.1 MPa,起始时充入丙烷发生反应,则Q点对应温度下反应的平衡常数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恒温、恒压的密闭容器中充入丙烷和氩气发生脱氢反应,起始越大,丙烷的平衡转化率越大,其原因是________________________________。
【解析】(1)根据反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能,可得ΔH=2×332+ 8×414-(6×414+332+611+436)=+113(kJ·mol-1)。
(2)①根据平衡时气体压强比起始时增加40%,则反应后平衡体系中气体的物质的量=2×(1+40%)=2.8 mol
设反应的丙烷的物质的量为x mol,则可列出三段式,得出2+x=2.8,解得x=0.8,所以C3H8的平衡转化率为0.8÷2×100%=40%。
②向如上平衡体系中再充入一定量的C3H8,可认为在完全相同的反应容器中先充入一定量的丙烷,则转化率与原体系相同;后将两容器中的反应气体压缩到同一个容器里面,相当于对原容器加压,则平衡逆向移动,丙烷的转化率减小。
(3)①其他条件一定时,加压平衡逆向移动,平衡时丙烷物质的量分数增大,因此p1>p2。
②升高温度会使反应速率加快;根据(1)计算结果可知该反应吸热,升高温度平衡正向移动,故升高温度能同时提高反应速率和反应物的平衡转化率。
③Q点丙烷的物质的量分数为50%,丙烯和氢气的物质的量之比为1∶1,因此物质的量分数均为25%,p1=0.1MPa,丙烷、丙烯、氢气的平衡分压依次为0.05 MPa、0.025 MPa、0.025 MPa,因此Kp==0.012 5。
④该反应为气体分子数增加的反应,恒压条件下,n(丙烷)不变,n(氩气)增大反应气体的分压减小,相当于减压,减小压强,平衡向气体分子数增大的方向移动,从而可以提高丙烷的转化率。
答案:(1)+113 (2)①40% ②减小
(3)①> ②升高温度 ③0.0125
④该反应是气体分子数增大的反应。恒压条件下,增大氩气的量,反应体系中气体的分压减小,相当于减压,从而使平衡正向移动,从而增大了丙烷的平衡转化率
一、选择题
1.(2019·株洲模拟)下列有关说法不正确的是 ( )
A.铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程
B.冰融化的过程中,熵值增加
C.无热效应的自发过程是不存在的
D.同一物质固态时熵值最小
【解析】选C。自发过程是在一定条件下不需要外力就能进行的过程。铁生锈和氢燃烧均为放出热量的自发反应,A项正确;冰融化即有序性减小,混乱度增加,即熵值增加,B项正确;物质由有序转化为无序时,不一定发生热效应,如分子的扩散现象,C项错误;同一物质在固态时有序性最高,混乱度最小,熵值最小,D项正确。
2.放热反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在温度t1时达到平衡,c(CO)1=c(H2O)1 =1.0 mol·L-1,其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c(CO)2和c(H2O)2,平衡常数为K2,则 ( )
A.K2和K1的单位均为mol·L-1
B.K2>K1
C.c(CO)2=c(H2O)2
D.c(CO)1>c(CO)2
【解析】选C。升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数K20,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
【解析】选A。当此反应在某温度下自发向右进行时,ΔH-TΔS<0,即ΔH-TΔS< -17 kJ·mol-1,因此排除B、C,由于正反应方向是熵增加的反应,即ΔS>0,故只有ΔH>0时,才可能满足条件。
4.298 K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=2×10-82
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g),K3=4×10-92
则常温下NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是 ( )
A.① B.② C.③ D.不能判断
【解析】选B。NO分解的K==1030,H2O分解的K==0.5×1082,根据K越大反应进行的越完全、彻底,B项正确。
5.(2019·洛阳模拟)对于可逆反应 SiO2(s)+C(s)+N2(g)Si3N4(s)+CO(g)(未配平) ΔH<0,下列叙述正确的是 ( )
A.该反应的氧化剂为N2,还原产物为CO
B.增加焦炭的用量,生成氮化硅的反应速率增大
C.反应中每生成0.1 mol Si3N4转移的电子为1.2 mol
D.反应的平衡常数可表示为K=,升高温度K减小
【解析】选C。由产物CO可知,SiO2与C化学计量数之比为1∶2 由产物Si3N4可知SiO2与N2化学计量数之比为3∶2,所以SiO2、C、N2化学计量数之比为3∶6∶2,令SiO2的化学计量数为3,结合元素守恒可知Si3N4、CO化学计量数分别为1、6,配平后方程式为3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO(g) ΔH<0。在氮化硅的合成反应中,氮元素的化合价由0价降低到-3价,所以氮气是氧化剂;碳元素的化合价升高,被氧化成CO,CO是氧化产物,故A错误;增加焦炭的用量,气体的浓度不变,反应速率不变,故B错误;氮元素的化合价总共降低了4×(3-0)=12价,所以每生成1 mol Si3N4,N2得到12 mol电子,当生成0.1 mol Si3N4时转移电子的物质的量为1.2 mol,故C正确;此反应的平衡常数K=,对于放热反应,升高温度,平衡常数减小,故D错误。
6.(2019·江苏高考改编)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法错误的是 ( )
A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH<0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D. 380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>
2 000
【解析】选C。A项,实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率,虚线表示相同条件下随温度变化的NO的平衡转化率,随着温度升高,由虚线知,NO的平衡转化率减小,即温度升高,2NO + O22NO2的平衡逆向移动,说明该反应为放热反应,ΔH<0,正确;B项,与X点相同温度下,NO的转化率没有达到最大,所以反应没有达到平衡,如果延长时间,使反应达到平衡,则可以提高NO的转化率,正确;C项,Y点处,反应已达平衡,通入O2时,平衡正向移动,NO的转化率会提高,错误;D项,设起始时c(NO)=a mol·L-1,则:
2NO +O2 2NO2
起始c(mol·L-1) a 5×10-4 0
转化c(mol·L-1) 0.5a 0.25a 0.5a
平衡c(mol·L-1) 0.5a (5×10-4-0.25a) 0.5a
K==
当0.25a=0时,K=2 000,但0.25a>0,所以K>2 000,正确。
7.(2019·临沂模拟)某温度下,反应2A(g)B(g)+C(g)的平衡常数为1,在容积为2 L的密闭容器中加入A(g),20 s时测得各组分的物质的量如下表
物质
A(g)
B(g)
C(g)
物质的量/mo1
1.2
0.6
0.6
下列说法正确的是 ( )
A.反应前20 s的平均速率为v(A)=0.6 mol·L-1·s-1
B.20 s时,正反应速率等于逆反应速率
C.达平衡时,A(g)的转化率为100%
D.若升高温度,平衡常数将变为0.5,则反应的ΔH<0
【解析】选D。根据题意可知,20 s内消耗A是1.2 mol,所以A的反应速率是=0.03 mol·L-1·s-1,A项错误;20 s时,A、B、C的浓度分别是(mol·L-1) 0.6、0.3、0.3,所以此时=0.25<1,因此平衡向正反应方向移动,B项错误;可逆反应的转化率不可能是100%,C项错误;升高温度,平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,D正确。
8.(2019·成都模拟)利用催化技术可将汽车尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。某温度下,在容积不变的密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间的NO和CO的浓度如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/×10-3 mol·L-1
1.00
0.45
0.25
0.15
0.10
0.10
c(CO)/×10-3 mol·L-1
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
下列说法中不正确的是 ( )
A.2 s内的平均反应速率v(N2)=1.875×10-4 mol·L-1·s-1
B.在该温度下,反应的平衡常数K=5
C.若将容积缩小为原来的一半,NO转化率大于90%
D.使用催化剂可以提高整个过程中单位时间内CO和NO的处理量
【解析】选B。A项,2 s内Δc(NO)=(1-0.25)×10-3 mol·L-1=7.5×10-4 mol·L-1,则Δc(N2)=Δc(NO)=3.75×10-4 mol·L-1,则v(N2)=
=1.875×10-4 mol·L-1·s-1,故A正确;B项,4 s时处于平衡状态,平衡时NO为0.1×10-3 mol·L-1,则:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
起始量(×10-3mol·L-1): 1 3.6 0 0
变化量(×10-3mol·L-1): 0.9 0.9 0.9 0.45
平衡量(×10-3mol·L-1): 0.1 2.7 0.9 0.45
则平衡常数K===5 000,故B错误;C项,原平衡时NO转化率为=90%,若将容积缩小为原来的一半,增大压强,平衡正向移动,NO转化率增大,故新平衡时NO转化率大于90%,故C正确;D项,使用催化剂加快反应速率,可以提高单位时间内CO和NO的处理量,故D正确。
二、非选择题
9.(2019·天津高考节选)将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:
①SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)3SiHCl3(g) ΔH3
(1)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是________;
相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是 ______________。
(2)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a.B点:v正>v逆
b.v正:A点>E点
c.反应适宜温度:480～520 ℃
(3)反应③的ΔH3=________(用ΔH1,ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【解析】(1)要使ΔG<0,由图可知温度最低为1 000 ℃。
反应②中ΔS<0,即-TΔS>0,在相同温度下,ΔG2<ΔG1的主要原因是ΔH2<ΔH1。
(2)B点时反应正向移动,即v正>v逆,a正确。A点温度比E点低,所以v正:vA0,所以ΔH3<0,即反应③为放热反应,升温时反应③逆向移动,平衡常数K减小。
答案: (1)1 000 ℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小
(2)a、c (3)ΔH2-ΔH1 减小
10.(2019·全国卷 Ⅲ)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比
c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)=________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是__ _________________。
(2)在一定温度的条件下发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-116 kJ·mol-1。进一步提高HCl的转化率的方法是 _______。(写出2种)
(3)(2019·天津卷节选)在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体,t ℃时发生如下反应:
PH4I(s) PH3(g)+HI(g) ①
4PH3(g)P4(g)+6H2(g) ②
2HI(g) H2(g)+I2(g) ③
达平衡时,体系中n(HI)=b mol,n(I2)=c mol,n(H2)=d mol,则t ℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。
【解析】(1)由图象知,随着温度的升高,HCl的平衡转化率降低,所以4HCl(g) +O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH<0,升高温度平衡左移,则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下,c(HCl)和c(O2)的进料比越大,HCl的平衡转化率越低,所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2) (进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)=1∶1时,列三段式:
4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(g)
起始浓度: c0 c0 0 0
转化浓度: 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度: (1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400 ℃)==。
c(HCl)∶c(O2)过高时,HCl转化率较低;当c(HCl)∶c(O2)过低时,过量的O2和Cl2分离时能耗较高。 (2)由平衡移动的条件可知,为提高HCl的转化率,在温度一定的条件下,可以采用增大反应体系的压强、及时除去产物等措施。
(3)由反应③可知,2HI(g)H2(g)+I2(g)
2c mol c mol c mol
由反应②可知,4PH3(g)P4(g)+6H2(g)
(d-c) mol (d-c)mol
则反应平衡时体系中的PH3(g)的物质的量为b+2c-(d-c)mol=(b+)mol,反应①的平衡常数K=c(PH3)·c(HI)=(b+)×b=(b+)b 。
答案:(1)大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 (2)增加反应体系压强、及时除去产物 (3)(b+)b
11.(2019·贵州模拟)制备二甲醚的两种方法原理如下
第一种方法:丹麦Topspe工艺的合成气一步法,是专门针对天然气原料开发的一项新技术。
①2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1
第二种方法:二甲醚生产二步法,即先合成甲醇,甲醇在催化剂作用下制二甲醚。
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3
(1)若由合成气(CO、H2)直接制备 1 mol CH3OCH3(g),且生成H2O(l),整个过程中放出的热量为244 kJ,则ΔH2=________ kJ·mol-1。(已知:H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1)
(2)下列有关反应①叙述不正确的是______
a.达到平衡后,升高温度,v正减少、v逆增大,平衡逆向移动
b.当四种物质的浓度相等,反应达到化学平衡状态
c.若改变条件,反应物的转化率一定增大,正反应速率一定大于逆反应速率
d.当达到平衡时2v正(O2)=v逆(CH4)
e.向该恒容平衡体系中充入氩气,v正、v逆均增大,平衡向右移动
(3)有人模拟第二种制备原理,绘制如图甲图象:
i.说明CO的转化率随温度升高先增大后减小的原因:_________________ ___________。
ii.反应②自发进行的条件是____________________。
iii.若在350℃时的2 L的密闭容器中充入2 mol CO和6 mol H2,8 min达到平衡,c(CH3OCH3)=0.3 mol·L-1,用H2表示反应②的速率是____________;可逆反应③的平衡常数K3=____________。
iv.若350 ℃时测得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3),此时反应③v(正)____________ v(逆),说明原因____________。
【解析】(1)利用盖斯定律,合成气(CO、H2)直接制备 1 mol CH3OCH3(g)的反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l),其反应热为2×ΔH2+ΔH3-ΔH=-244 kJ
·mol-1,则ΔH2=(-100-0.5ΔH3) kJ·mol-1。(2)a.升高温度, 不管是正反应速率,还是逆反应速率都会增加,a符合题意;b.平衡状态时,只要求各物质浓度保持不变,不要求相等,b符合题意;c.改变条件,比如扩大体积,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,c符合题意;d.当达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率且成比例,d不符合题意;e.向该恒容平衡体系中充入氩气,各反应物和生成物的浓度不变,化学反应速率不变,e符合题意。(3)i根据图象前部分,温度不高,反应没有达到平衡,反应还在向正向移动,转化率增加;后一部分,温度较高,反应达到平衡,升高温度,平衡逆向移动,转化率降低。
ii从反应②可以看出来,反应为熵减小的反应,根据ΔG=ΔH-TΔS,反应要自发,应该在低温下进行;iii 350 ℃下,CO的转化率为70%,CO消耗1.4 mol,则H2
消耗2.8 mol,v(H2)===0.175 mol·L-1·min-1。求反应③的平衡常数利用三段式,
2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(g)
开始的浓度 0.7 mol·L-1 0 0
转化的浓度 0.6 mol·L-1 0.3 mol·L-1 0.3mol·L-1
平衡的浓度 0.1 mol·L-1 0.3 mol·L-1 0.3mol·L-1
K3===9;
iv.根据浓度商计算,n(CH3OH)=n(CH3OCH3)=n(H2O),Qc==1<9,正向移动, v(正)>v(逆)。
答案:(1)(-100-0.5ΔH3) (2)a b c e (3)低于350℃时,反应未达平衡,温度越高,CO转化率越高。高于350℃时,反应均已达平衡,温度越高,平衡逆向移动CO转化率降低 低温 0.175 mol·L-1·min-1 9 > 此时Qc=1<9=K3,说明反应还未达到平衡,需正向移动
12.亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂,可由NO和Cl2反应得到,化学方程式为:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯,涉及如下反应:
①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)
②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)
③2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)
设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、K3,则K1、K2、K3之间的关系为
__________________________________________________________。
(2)300 ℃时,2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。
正反应速率的表达式为v正=k·cn(NOCl)(k为速率常数,只与温度有关),测得速率与浓度的关系如表所示:
序号
c(NOCl)/mol·L-1
v/mol·L-1·s-1
①
0.30
3.60×10-9
②
0.60
1.44×10-8
③
0.90
3.24×10-8
n=________,k=________。
(3)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g),在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示:
①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)=________ mol·L-1·min-1。
②T2时该反应的平衡常数K为________。
③Cl2的平衡转化率为________。
(4)在密闭容器中充入NO(g)和Cl2(g),改变外界条件[温度、压强、、与催化剂的接触面积],NO的转化率变化关系如图B所示。X代表________。
【解析】(1)根据盖斯定律知,①×2-②=③,从而可推知平衡常数之间的关系。
(2)将①②组数据代入表达式计算,==4,解得n=2。再代入任意一组数据可计算出K值。
(3)①10 min时,c(NOCl)=1 mol·L-1,则转化的NO的物质的量为1 mol,则v(NO)==0.1 mol·L-1·min-1。②平衡常数K==2。
③Cl2的平衡转化率为×100%=50%。
(4)根据图A,T2下反应速率较大,说明T2大于T1,而T2下达到平衡状态时,c(NOCl)较小,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,故正反应是放热反应。观察图B,随着X的增大,NO的转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,该可逆反应的正反应是气体分子数减小的反应,且正反应是放热反应,X代表压强或。与催化剂的接触面积大小只影响化学反应速率,不会使平衡移动,即不改变转化率。
答案:(1)K2·K3=
(2)2 4.0×10-8 L· mol-1·s-1
(3)①0.1 ②2 ③50% (4)压强或
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