2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第六章 第二讲 化学平衡状态和化学平衡常数

2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第六章 第二讲 化学平衡状态和化学平衡常数

www.ks5u.com 规范演练16‎ 一、选择题 ‎1．(2019·辽宁六校联考)在一个恒温的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(s)，当m、n、p、q为任意整数时，一定达到平衡的标志是(　　)‎ ‎①体系的温度不再改变　②气体总质量不再改变　③各组分的浓度不再改变　④各组分的质量分数不再改变　⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q　⑥混合气体密度不再改变 A．③④⑤⑥　　　 B．②③④⑥‎ C．①②④⑥ D．①③④⑥‎ 解析：①由于反应是在恒温下进行的，所以体系的温度不再改变不能判断该反应达到平衡状态，错误；②D是固体，根据质量守恒定律可知气体的质量是变化的，则气体总质量不再改变能据此判断该反应达到平衡状态，正确；③各组分的物质的量浓度不再改变，该反应达到平衡状态，正确；④当该反应达到平衡状态，各组分的质量分数不再改变，正确；⑤当反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q时不能据此判断该反应是否达到平衡状态，且D是固体，不能表示反应速率，错误；⑥反应前后容积不变，但气体的质量是变化的，所以体系的密度不再变化能说明反应达到平衡状态，正确。‎ 答案：B ‎2．可逆反应：2NO22NO＋O2在固定体积的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是(　　)‎ ‎①单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO2‎ ‎②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO ‎③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶‎ ‎2∶1的状态 ‎④混合气体的颜色不再改变的状态 ‎⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．仅①④⑤ B．仅②③⑤‎ C．仅①③④ D．①②③④⑤‎ 解析：可逆反应：2NO22NO＋O2在恒容密闭容器中反应，则①单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO2，说明正反应速率和逆反应速率相等，达到平衡；②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO，只有正反应速率，不能说明正反应速率和逆反应速率相等，反应不一定处于平衡状态；③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态，不能说明正反应速率和逆反应速率相等，反应不一定处于平衡状态；④混合气体的颜色不再改变的状态，说明反应混合物中二氧化氮的浓度保持不变，反应达到平衡；⑤该反应的正反应方向是气体分子数增大的方向，反应过程中气体的平均相对对分子质量减小，所以当混合气体的平均相对分子质量不再改变时达到平衡。‎ 答案：A ‎3．(2019·天津市和平区调研)等物质的量的N2和O2在恒容密闭容器中发生反应：N2(g)＋O2(g)2NO(g)。下图曲线a表示该反应在T ℃时N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是(　　)‎ A．T ℃时，该反应的平衡常数K＝ B．T ℃时，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂 D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0‎ 解析：根据平衡常数的定义，结合开始时氮气和氧气的物质的量相等，可知该平衡常数为：K＝，选项A正确；由于该容器是一个恒容容器，反应前后气体的质量不发生改变，所以气体的密度一直不变，选项B错误；催化剂仅能改变达到平衡所用的时间，不能使平衡移动，即不能改变平衡浓度，选项C错误；若曲线b对应的条件改变是温度，根据先达到平衡可知为升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，而氮气的浓度降低，说明平衡向正方向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0，选项D错误。‎ 答案：A ‎4．(2019·德阳市一中月考)在不同温度下按照相同物质的量投料发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0，测得CO的平衡转化率与压强的关系如图所示，有关说法正确的是(　　)‎ A．温度：T1＞T2＞T3‎ B．正反应速率：v(a)＞v(b)＞v(c)‎ C．平衡常数：K(b)＞K(d)‎ D．CH3OH的体积分数α(a)＞α(b)＞α(c)‎ 解析：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＜0，反应是放热反应，相同压强下，温度越高，平衡逆向进行，一氧化碳转化率越小，温度：T1＜T2＜T3，故A错误；反应是放热反应，相同压强下，温度越高，平衡逆向进行，温度：T1＜T2＜T3，温度越高反应速率越大，所以正反应速率：v(a)＜v(b)＜v(c)，故B错误；b、d点是相同温度下的化学平衡，平衡常数随温度变化，温度不变，平衡常数不变，故C错误；反应是放热反应，相同压强下，温度越高，平衡逆向进行，CH3OH的体积分数α(a)＞α(b)＞α(c)，故D正确。‎ 答案：D ‎5．(2019·泉州一中月考)容积固定的密闭容器中，充入一定体积的CO2和H2，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。测得不同温度下CO2的物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．该反应为吸热反应 B．T1、T2对应的平衡常数：K1>K2‎ C．T1时，图中A点的正反应速率小于逆反应速率 D．T2时，若上述反应在压强恒定的密闭容器中进行，达平衡的时间变短 解析：温度越高，反应速率越大，建立平衡需要的时间越短，根据图象，T1＞T2，升高温度，二氧化碳的量增大，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，故A错误；根据上述分析，T1＞T2，升高温度，二氧化碳的量增大，说明平衡逆向移动，T1、T2对应的平衡常数K1＜K2，故B错误；T1时，图中A 点为达到平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，故C错误；该反应属于气体的物质的量减少的反应，T2时，若上述反应在压强恒定的密闭容器中进行，反应过程中压强比原平衡大，压强越大，反应速率越大，达平衡的时间越短，故D正确。‎ 答案：D ‎6．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(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，下列说法错误的是(　　)‎ A．C点对应状态的平衡常数：K(C)＝10－3.638‎ B．该反应的ΔH>0‎ C．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 D．30 ℃时，B点对应状态的v(正)＜v(逆)‎ 解析：A项，C点对应平衡常数的负对数(－lgK)＝3.638，所以C点对应状态的平衡常数K(C)＝10－3.638，正确；B项，温度升高平衡常数的负对数(－lgK)减小，即温度越高K值越大，所以正反应是吸热反应，则ΔH＞0，正确；C项，体系中两种气体的物质的量之比始终不变，所以NH3的体积分数不变时，该反应不一定达到平衡状态，错误；D项，30 ℃时，B点未平衡，最终要达平衡状态，平衡常数的负对数要变大，所以此时的(－lgQC)＜(－lgK)，所以QC＞K，因此B点对应状态的v正＜v逆，D正确。‎ 答案：C ‎7．(2019·湖南师大附中模拟)N2O5是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0，T1‎ 温度下的部分实验数据如下表。下列说法不正确的是(　　)‎ t/s ‎0‎ ‎500‎ ‎1000‎ ‎1500‎ c(N2O5)/(mol·L－1)‎ ‎5.00‎ ‎3.52‎ ‎2.50‎ ‎2.50‎ A．500 s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1‎ B．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(g)浓度为2.98 mol·L－1，则有T1T2，则有K1>K2‎ 解析：500 s内c(N2O5)由5.00 mol·L－1降低到3.52 mol·L－1，则有v(N2O5)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1，A正确；1 000 s时，c (N2O5)＝2.50 mol·L－1，则c (NO2)＝5 mol·L－1，c (O2)＝1.25 mol·L－1，此时N2O5的转化率为×100%＝50%；化学平衡常数K1＝＝＝125，B正确；T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol·L－1>2.50 mol·L－1，说明反应正向进行的程度减小，又反应ΔH>0，故有T1>T2，C错误；该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，由于T1>T2，则有K1>K2，D正确。‎ 答案：C ‎8．O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3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　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；‎ 反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；‎ 总反应：2O33O2　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＝K1＋K2‎ C．适当升温，可提高消毒效率 D．压强增大，K2减小 解析：降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，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。‎ 答案：C 二、非选择题 ‎9．(2019·张家口六校联考)TiO2和TiCl4均为重要的工业原料。已知：‎ Ⅰ.TiCl4(g)＋O2(g)TiO2(s)＋2Cl2(g)‎ ΔH1＝－175.4 kJ·mol－1‎ Ⅱ.2C(s)＋O2(g)2CO(g)　ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)TiCl4(g)与CO(g)反应生成TiO2(s)、C(s)和氯气的热化学方程式为___________________________________________________‎ ‎___________________________________________________。‎ 升高温度，对该反应的影响为________________________。‎ ‎(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能表示为E kJ·mol－1，则E_____ 220.9 ‎ ‎(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎(3)t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入1 mol TiCl4和2 mol O2，发生反应Ⅰ。5 min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。‎ ‎①0～5 min内，用Cl2表示的反应速率v(Cl2)＝_____________。‎ ‎②TiCl4的平衡转化率α＝________。‎ ‎③下列措施，既能增大逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率的是________(填字母)。‎ A．缩小容器容积 B．加入催化剂 C．分离出部分TiO2 D．增大O2浓度 ‎④t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和一定量O2的混合气体，发生反应Ⅰ，两种气体的平衡转化率(α)与起始的物质的量之比的关系如图所示：‎ 能表示TiCl4平衡转化率的曲线为________(填“L1”或“L2”)；M点的坐标为________________。‎ 解析：(1)根据盖斯定律，由Ⅰ－Ⅱ可得：TiCl4(g)＋2CO(g) ===TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)　ΔH＝－175.4 kJ·mol－1－(－220.9 kJ·mol－1)＝＋45.5 kJ·mol－1；升高温度，反应速率增大，平衡正向移动，反应物的转化率增大。‎ ‎(2)若反应Ⅱ的逆反应活化能表示为E，正反应是放热反应，则E>220.9 kJ·mol－1。‎ ‎(3)①0～5 min内，用Cl2表示的反应速率v(Cl2)＝2v(TiCl4)＝‎ ＝0.008 mol·L－1·min－1；②TiCl4的平衡转化率α＝×100%＝20%；③A.缩小容器容积，反应速率增大，平衡不移动，故A错误；B.加入催化剂平衡不移动，故B错误；C.分离出部分TiO2速率变慢，故C错误；D.增大O2浓度既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率，故D正确；故选D。④随TiCl4浓度的增加，TiCl4转化率越来越小，能表示TiCl4平衡转化率的曲线为L2；M点表示＝方程式的计量数比＝1时，TiCl4的转化率与O2的转化率相同，即a＝1；由t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入1 mol TiCl4和2 mol O2，发生反应Ⅰ。5 min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。平衡时四种物质的浓度分别为0.08 mol·L－1 TiCl4、0.18 mol·L－1 O2，0.04 mol·L－1 Cl2，平衡常数K＝＝；t ℃时，向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和3 mol O2的混合气体时，＝方程式的计量数比，M点两物质的转化率相等，设转化率为x，则平衡时四种物质的浓度分别为：0.3(1－x) mol·L－1 TiCl4、0.3(1－x) mol·L－1 O2，0.6x mol·L－1 Cl2，温度不变，平衡常数不变，＝，解得x＝。‎ 答案：(1)TiCl4(g)＋2CO(g)===TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)ΔH＝＋45.5 kJ·mol－1　反应速率增大，平衡正向移动，反应物的转化率增大　(2)>　(3)①0.008 mol·L－1·min－1‎ ‎②20%　③D　④L2　 ‎10．(2019·上海八校联考)‎ 煤炭是重要的化工原料，但属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：‎ ‎(1)煤的干馏。煤的干馏反应中ΔS_____0(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎(2)煤的液化。原理是C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)‎ ΔH＝a kJ·mol－1；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l)　ΔH＝b kJ·mol－1。则反应C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝________kJ·mol－1。‎ ‎(3)煤的气化。原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g)　ΔH。‎ 在1 L密闭容器中投入1 mol碳，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示。‎ ‎①有关图1、图2的说法正确的有________(填字母)。‎ a．p1<6 MPa b．T1<1 000 K c．ΔH<0‎ d．工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好 ‎②图2中A点对应的平衡常数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)煤生产水煤气和半水煤气。‎ ‎①工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，要求气体中(CO＋H2)与N2的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，C(s)＋O2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是__________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎②煤炭化工中有反应为CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)。在400 ℃时，反应物的物质的量均为1 mol，在绝热恒容条件下开始反应，下列不能说明反应达到平衡状态的有________(填字母)。‎ a．体系的压强不再发生变化 b．混合气体的密度不变 c．混合气体的平均相对分子质量不变 d．各组分的物质的量浓度不再改变 e．体系的温度不再发生变化 f．v正(CO)＝v逆(H2O)‎ ‎③如图是反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是_______________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_______________________________________(写出一种即可)。‎ 若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t4～t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质名称(‎ 假设各物质状态均保持不变)。‎ 解析：(1)煤的干馏是在隔绝空气的条件下加强热使煤分解，生产的产物中有煤焦油等液体、焦炉气等气体，混乱度增大，故ΔS>0。(2)根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)，故该反应的ΔH＝(a＋b) kJ·mol－1。(3)①该反应为反应前后气体分子数减小的反应，压强增大，平衡正向移动，碳的转化率增大，故p1<6 MPa，a项正确；根据图1可知，温度升高，碳的转化率减小，平衡逆向移动，则ΔH<0，图2中T1时碳的转化率大于1 000 K时的转化率，则T1<1 000 K，b、c项正确；压强增大，碳的转化率增大，但增大的幅度较小，并且增大压强耗费较大，故不是压强越高，经济效益越好，d项错误。②A点对应的碳的平衡转化率为50%，则生成0.5 mol CH4，剩余0.5 mol碳和1 mol H2，由于碳为固体，则p(H2)＝×4.5 MPa＝3 MPa，p(CH4)＝×4.5 MPa＝1.5 MPa，故Kp＝＝＝。(4)①要维持体系热量平衡，需要吸收的热量与放出的热量相等。②a项，虽然反应前后气体分子数不变，但由于绝热恒容容器中反应过程有温度变化，故压强也在变化，因此体系的压强不再发生变化可以说明反应达到平衡状态；b项，混合气体总质量不变，容器容积不变，故混合气体密度始终不变，不能说明反应是否达到平衡状态；c项，混合气体总质量不变，气体的总物质的量不变，故混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明反应是否达到平衡状态；d项，物质的量浓度不变说明反应达到平衡状态；e项，反应在绝热恒容条件下进行，体系的温度不变，可以说明反应达到平衡状态；f项，v正(CO)＝v逆(H2O)‎ 代表两个反应方向，且符合化学计量数之比，说明正逆反应速率相等，可以说明反应达到平衡状态。③在t2时刻CO的浓度减小、CO2的浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO2的浓度没有发生突变，所以可以通过降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现；t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，则容积变为原来的一半，瞬时浓度分别变为原来的2倍，由于反应前后气体分子数相等，故平衡不移动。‎ 答案：(1)>　(2)(a＋b)　(3)①abc　②　(4)①前者是吸热反应，通入空气后发生的反应是放热反应，可维持体系的热量平衡　②bc　③降低温度(或增大水蒸气的量或减少氢气的量)‎ ‎11．(2019·福建漳州一中模拟)科学家积极探索新技术对CO2进行综合利用。‎ Ⅰ.CO2可用FeO吸收获得H2。‎ ⅰ.6FeO(s)＋CO2(g)===2Fe3O4(s)＋C(s)‎ ΔH1＝－76.0 kJ·mol－1‎ ⅱ.C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)‎ ΔH2＝＋113.4 kJ·mol－1‎ ‎(1)3FeO(s)＋H2O(g)===Fe3O4(s)＋H2(g)　ΔH3＝__________。‎ ‎(2)在反应ⅰ中，每放出38.0 kJ热量，有_____g FeO被氧化。‎ Ⅱ.CO2可用来生产燃料甲醇。‎ CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.0 kJ·mol－1。在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2‎ ‎，一定条件下发生反应：测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。‎ ‎(3)从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝______ mol·L－1·min－1。‎ ‎(4)氢气的转化率＝________。‎ ‎(5)该反应的平衡常数为________(保留两位有效数字)。‎ 解析：Ⅰ.(1)根据盖斯定律，由×(ⅰ＋ⅱ)得：3FeO(s)＋H2O(g)===Fe3O4(s)＋H2(g)　ΔH＝x(－76.0 kJ·mol－1＋113.4 kJ·‎ mol－1)＝＋18.7 kJ·mol－1。(2)6FeO(s)＋CO2(g)===2Fe3O4(s)＋C(g)　ΔH＝－76.0 kJ·mol－1，该反应中每6 mol FeO参与反应则有4 mol FeO被氧化，故在反应ⅰ中，每放出38.0 kJ热量，有×‎ ‎4×72 g·mol－1＝144 g FeO被氧化。Ⅱ.(3)根据图象可知，平衡时，甲醇的浓度变化量是0.75 mol·L－1，所以氢气浓度的变化量就是0.75 mol·L－1×3＝2.25 mol·L－1，则氢气的反应速率是2.25 mol·L－1÷10 min＝0.225 mol·L－1·min－1。(4)反应前氢气的浓度是3 mol·L－1，所以平衡时氢气的浓度是3 mol·L－1－2.25 mol·L－1＝0.75 mol·L－1，氢气的转化率＝×100%＝75%。(5)此时，则该反应的平衡常数K＝＝5.33。‎ 答案：Ⅰ.(1)＋18.7 kJ·mol－1　(2)144‎ Ⅱ.(3)0.225　(4)75%　(5)5.33‎ ‎12．(1)250 ℃时，以镍合金为催化剂，向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，发生如下反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数(某一成分物质的量占总气体物质的量的百分数)如下表，此温度下该反应的平衡常数K＝____________________________。‎ 物质 CH4‎ CO2‎ CO H2‎ 体积分数 ‎0.1‎ ‎0.1‎ ‎0.4‎ ‎0.4‎ ‎(2)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0，反应的平衡常数表达式K＝________________，若K＝1，向某恒容容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡转化率为________________________。‎ 解析：(1)设CO2转化物质的量为x mol，则有：‎ ‎　　　 CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)‎ 开始/mol 6 6 0 0‎ 转化/mol x x 2x 2x 平衡/mol 6－x 6－x 2x 2x 则CO%＝＝0.4，解得x＝4，故K＝＝64。(2)反应(Ⅰ)，TaS2为固体，则平衡常数表达式为K＝。设平衡时，I2转化的物质的量为x mol，则有：‎ ‎　　　 TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)‎ 起始/mol 1 0 0‎ 转化/mol x 0.5x 0.5x 平衡/mol 1－x 0.5x 0.5x 此时平衡常数K为1，则有＝1，从而可得x＝ mol，I2(g)的转化率为 mol÷1 mol×100%≈66.7%。‎ 答案：(1)64　(2)　66.7%‎