1、1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1O 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 O 3O 2O H0 平衡常数为 K1；反应 OO 32O 2 H0BNH 3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态CA 点对应状态的平衡常数 K(A)的值为 102.294D30 时，B 点对应状态的 v 正 K，反应向逆反应方向进行，v 正 0， T1温度下的部分实验数据：t/s 0 500 1 000 1 500c(N2O5)/(molL1 ) 5.00 3.52
2、 2.50 2.50下列说法不正确的是( )A500 s 内 N2O5分解速率为 2.96103 molL1 s1B T1温度下的平衡常数为 K1125,1 000 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 molL1 ，则 T1K3，则 T1T3解析：选 C v(N2O5) 2.9610 3 molL1 s1 ，A 正 5.00 3.52 molL 1500 s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：2N 2O5(g) 4NO2(g)O 2(g)起始/(molL 1 )
3、5.00 0 0转化/(molL 1 ) 2.50 5.00 1.25平衡/(molL 1 ) 2.50 5.00 1.25则 K 125， (N2O5)c4 NO2 c O2c2 N2O5 5.0041.252.502 100%50%，B 正确；1 000 s时， T2温度下的 N2O5浓度大于 T1温度下2.50 molL 15.00 molL 1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 T2K3，则T1T3，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
4、) 。反应过程中测定的部分数据如下表：反应时间/min n(A)/mol n(B)/mol0 1.00 1.2010 0.5030 0.20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 molL 1 min1B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4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 T2 时( T1 T2)，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
5、 10 min内消耗 0.50 mol A，同时生成 0.50 mol C，则有 v(C)0.025 0 molL1 min1 ，A 正确。10 min时，反应的 n(B)2 n(A)0.50 mol2 L10 min2(1.00 mol0.50 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 时与原平衡等效，达12到平衡时 n(C)0.25 mol，但扩大容积，恢复到原体
6、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(molL1 )分别为 0.25、0.10 和 0.25，则有 K(T1) 100 K(T2)20，说明升高温度，平衡正向移动，c Cc A c2 B 0.250.1020.25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 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g)，对其研
7、究如下： 催 化 剂 高 温 、 高 压(1)已知 HH键的键能为 436 kJmol1 ，NH 键的键能为 391 kJmol1 ，NN 键的键能是 945.6 kJmol1 ，则上述反应的 H_。(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 N2(g) H2(g)NH 3(g)，在该温度下的平衡常数 K1_12 32(用 K表示)。(3)在 773 K时，分别将 2 mol N2和 6 mol H2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(H2)、 n(NH3)与反应时间 t的关系如下表：t/min 0 5 10 15 20 25 30n(H
8、2)/mol 6.00 4.50 3.60 3.30 3.03 3.00 3.00n(NH3)/mol 0 1.00 1.60 1.80 1.98 2.00 2.00该温度下，若向同容积的另一容器中投入的 N2、H 2、NH 3的浓度分别为 3 molL1 、3 molL 1 、3 molL 1 ，则此时 v 正 _(填“大于” “小于”或“等于”5)v 逆 。由上表中的实验数据计算得到“浓度时间”的关系可用下图中的曲线表示，表示c(N2)t的曲线是_。在此温度下，若起始充入 4 mol N2和 12 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示 c(H2)t的曲线上相应的点为_。解析：(1)根据
9、H E(反应物的总键能) E(生成物的总键能)，知 H945.6 kJmol1 436 kJmol 1 3391 kJmol 1 692.4 kJmol 1 。(2)该反应的平衡常数 K ，c2 NH3c N2 c3 H2K1 1 K 2。c NH3c N2 c H2 c2 NH3c N2 c3 H2 (3)该温度下，25 min时反应处于平衡状态，平衡时 c(N2)1 molL1 、 c(H2)3 molL1 、 c(NH3)2 molL1 ，则 K 。在该温度下，若向同容积的另一容22133 427器中投入的 N2、H 2和 NH3的浓度均为 3 molL1 ，则Q K，反应向正反应方向进
10、行，故 v 正 大于 v 逆 ；起c2 NH3c N2 c3 H2 32333 19始充入 4 mol N2和 12 mol H2，相当于将充入 2 mol N2和 6 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时 c(H2)6 molL1 ，而“压缩”后压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，故平衡时 3 molL1 c(H2)6 molL1 ，且达到平衡的时间缩短，故对应的点为 B。答案：(1)92.4 kJmol1 (2) K K12(或 ) (3)大于 c2 NH3c N2 c3 H2 K乙 B8甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛，某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解
11、反应的原理及其应用。(1)已知：CH 4(g)2O 2(g)=CO2(g)2H 2O(l) H1890.3 kJmol 16C2H2(g) O2(g)=2CO2(g)H 2O(l)52 H21 299.6 kJmol 12H2(g)O 2(g)=2H2O(l) H3571.6 kJmol 1则甲烷气相裂解反应：2CH 4(g)C 2H2(g)3H 2(g)的 H_。(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度()的关系如图所示。 T1 时，向 2 L恒容密闭容器中充入 0.3 mol CH4只发生反应 2CH4(g)C 2H4(g)2H 2(g)，达到平衡时，
12、测得 c(C2H4) c(CH4)。该反应达到平衡时，CH 4的转化率为_。对上述平衡状态，若改变温度至 T2 ，经 10 s后再次达到平衡， c(CH4)2 c(C2H4)，则 10 s内 C2H4的平均反应速率 v(C2H4)_ ，上述变化过程中 T1_(填“”或“”) T2，判断理由是_。(3)若容器中发生反应 2CH4(g)C 2H2(g)3H 2(g)，列式计算该反应在图中 A点温度时的平衡常数 K_(用平衡分压代替平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数 K值变大，则该条件是_(填字母)。A可能减小了 C2H2的浓度B一定是升高了温度C可能增大了反应体系的压强D可能使用了
13、催化剂解析：(1)将三个已知的热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由2 可得热化学方程式 2CH4(g)C 2H2(g)3H 2(g) H376.4 32kJmol1 。(2)设达到平衡时，甲烷转化了 x molL1 ，根据“三段式”法进行计算：2CH 4(g) C2H4(g)2H 2(g)起始/(molL 1 ) 0.15 0 0转化/(molL 1 ) x 0.5x x7平衡/(molL 1 ) 0.15 x 0.5x x则有 0.15 x0.5 x，解得 x0.1，故 CH4的转化率为 100%66.7%。由图像0.10.15判断出该反应为吸热反应，因重新达到平衡后甲烷的浓度增大，故反
14、应逆向移动，则 T1 T2 为降温过程，即 T1 T2。结合的计算结果，设重新达到平衡时，甲烷的浓度变化了 y molL1 ，根据“三段式”法进行计算：2CH 4(g) C2H4(g)2H 2(g)起始/(molL 1 ) 0.05 0.05 0.1转化/(molL 1 ) y 0.5y y平衡/(molL 1 ) 0.05 y 0.050.5 y 0.1 y则有 0.05 y2(0.050.5 y)，解得 y0.025。则 v(C2H4)0.001 25 molL 1 s1 。0.50.025 molL 110 s(3)由题图中数据可知，平衡时各物质分压如下：2CH4(g) C2H2(g)3
15、H 2(g)110 3 110 1 110 4平衡常数 K 110 5。平衡常数只与温度有关，由题 1104 3110 1 1103 2给图像可知该反应为吸热反应，则升高温度可使化学平衡常数增大。答案：(1)376.4 kJmol 1(2)66.7% 0.001 25 molL 1 s1 从题给图像判断出该反应为吸热反应，对比 T1 和 T2 两种平衡状态，由 T1 到 T2 ，CH 4浓度增大，说明平衡逆向移动，则 T1 T2(3)1105 B9.某压强下工业合成氨生产过程中，N 2与 H2按体积比为 13 投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示，其中一条是经过一定时间反
16、应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。(1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是_(填“”或“”)；由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。8(2)图甲中 a点，容器内气体 n(N2) n(NH3)_，图甲中 b点， v(正)_v(逆)(填“” “”或“”)。.以工业合成氨为原料，进一步合成尿素的反应原理为 2NH3(g)CO 2(g)CO(NH 2)2(l)H 2O(g)。工业生产时，需要原料气带有水蒸气，图乙中曲线、表示在不同水碳比时， CO2的平衡转化率与氨碳比 之间的关系。n H2On CO2 n NH3n CO2 (1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_。(
17、2)曲线、对应的水碳比最大的是_，判断依据是_。(3)测得 B点氨气的平衡转化率为 40%，则 x1_。解析：.(1)曲线表示随着反应的进行，NH 3的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡状态后继续升温，氨气的体积分数减小，这表明平衡后升高温度，平衡逆向移动，故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH 3的体积分数会逐渐降低，故曲线表示该反应平衡时的曲线。(2)设反应前 N2、H 2的物质的量分别为 1 mol、3 mol， a点时消耗 N2的物质的量为 x mol。N 23H 2 2NH3n(初始)/mol 1 3 0n(变化)/mol x 3x 2xn(平衡)
18、/mol 1 x 33 x 2x50%，解得 x ，此时 n(N2) n(NH3) 14。由图甲知， b点后2x4 2x 23 (1 23) 43NH3的体积分数仍在增大，说明反应仍在向正反应方向进行，此时 v(正) v(逆)。.(2)当氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含水蒸气越多，故二氧化碳的转化率越小，则曲线、中对应的水碳比最大的是曲线。(3)B点二氧化碳的平衡转化率为 60%，氨气的平衡转化率是 40%，设 NH3、CO 2的起始物质的量分别为 x mol、 y mol，则 x mol40% y mol60%，解得 3，即 x13。12 xy答案：.(1) 放热 (2)14 .(1
19、) Kc H2Oc2 NH3 c CO2(2) 当氨碳比相同时，水碳比越大，CO 2的平衡转化率越小 (3)310甲醚又称二甲醚，简称 DME，熔点141.5 ，沸点24.9 ，与石油液化气9(LPG)相似，被誉为“21 世纪的清洁燃料” 。由合成气(CO、H 2)制备二甲醚的反应原理如下：CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g) H190.0 kJmol 12CH 3OH(g)CH 3OCH3(g)H 2O(g) H2回答下列问题：(1)若由合成气(CO、H 2)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 H2 _kJmol1 。
20、已知：H 2O(l)=H2O(g) H44.0 kJmol1 (2)有人模拟该制备原理，500 K时，在 2 L的密闭容器中充入 2 mol CO和 6 mol H2,5 min达到平衡 ，平衡时 CO的转化率为 60%， c(CH3OCH3)0.2 molL1 ，用 H2表示反应的速率是_ molL1 min1 ，可逆反应 的平衡常数 K2_。若在500 K时，测得容器中 n(CH3OCH3)2 n(CH3OH)，此时反应的 v 正 _v 逆 (填“”“”或“”)。(3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数 K2值变小，下列说法正确的是_。A在平衡移动过程中逆反应速率先增大后
21、减小B容器中 CH3OCH3的体积分数增大C容器中混合气体的平均相对分子质量减小D达到新平衡后体系的压强增大(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)进行反应，平衡时 CO(g)和 H2(g)的转化率如图所示，则 a_(填数值)。解析：(1)已知CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g) H190.0 kJmol 1 ，2CH 3OH(g)CH 3OCH3(g)H 2O(g) H2，H 2O(l)=H2O(g) H344.0 kJmol1 。由合成气(CO、H 2)制备 1 mol CH3OCH3(g)，且生成 H2O(l)，整个过程中放出的热量为 24
22、4 kJ，可写出热化学方程式为2CO(g)4H 2(g)CH 3OCH3(g)H 2O(l) H4244 kJmol1 。根据盖斯定律可知反应2，则 H42 H1 H2 H3，所以 H2 H4 H32 H120.0 kJmol 1 。(2) CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g)起始量/(molL 1 ) 1 3 010转化量/(molL 1 ) 0.6 1.2 0.6平衡量/(molL 1 ) 0.4 1.8 0.6所以，用 H2表示反应的速率是 v(H2) 0.24 c t 1.2 molL 15 minmolL1 min1 。2CH 3OH(g) CH3OCH3(g)H 2O(g)起
23、始量/(molL 1 ) 0.6 0 0转化量/(molL 1 ) 0.4 0.2 0.2平衡量/(molL 1 ) 0.2 0.2 0.2所以，可逆反应的平衡常数 K2 1。0.20.20.22若 500 K时，测得容器中 n(CH3OCH3)2 n(CH3OH)， n(CH3OCH3) n(H2O)， Q4 K2，此时反应向逆反应方向进行，所以 v 正 v 逆 。c CH3OCH3 c H2Oc2 CH3OH(3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数 K2值变小，由于平衡常数只受温度影响，正反应为放热反应，说明反应体系的温度升高了，正、逆反应速率都增大，化学平衡向逆反应方向移动，逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大；由于反应前后气体分子数不变，容器中混合气体的平均相对分子质量不变；平衡逆向移动，所以容器中 CH3OCH3的体积分数减小；虽然气体分子数不变，但是温度比原平衡升高使得达到新平衡后体系的压强增大。综上所述，A、D 正确。(4)转化率 100%，不同反应物的变化量之比等于化学计量数之比，反 应 物 的 变 化 量反 应 物 的 起 始 量所以当反应物的起始量之比等于化学计量数之比时，不同反应物的转化率必然相等，所以a2。答案：(1)20.0 (2)0.24 1 (3)AD (4)211
