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專題31 化學(xué)平衡常數(shù)及化學(xué)平衡相關(guān)計算 （滿分60分 時間30分鐘） 姓名：_______________ 班級：_______________ 得分：_______________ 1．Ⅰ、一定條件下，在體積為3 L的密閉容器中，一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇（催化劑為Cu2O/ZnO）：CO(g) ＋ 2 H2(g) CH3OH(g) 不同溫度時甲醇的物質(zhì)的量隨時間變化曲線如上圖所示。根據(jù)題意完成下列各題： （1）反應(yīng)達(dá)到平衡時，升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)K值____________（填“增大”、“減小”或“不變”）。 （2）在其他條件不變的情況下，將E點的體系體積壓縮到原來的 ，下列有關(guān)該體系的說法正確的是___________ a 氫氣的濃度減小 b 正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率也加快 c 甲醇的物質(zhì)的量增加 d 重新平衡時n(H2)/n(CH3OH)增大 e 平衡常數(shù)K增大 Ⅱ、在1 L的密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)到：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如下表： T（℃） 700 800 1000 1200 K 0.6 0.9 1.7 2.6 （1） 將0.1 mol CO與0.1 mol H2O混合加熱到800℃，一段時間后該反應(yīng)達(dá)到平衡，測得CO2的物質(zhì)的量為0.053 mol，若將混合氣體加熱至830℃，平衡時CO2的物質(zhì)的量_____ (填“大于”、等于“”或“小于”)0.053 mol。 （2）800℃時，放入CO、H2O、CO2、H2，其物質(zhì)的量分別為：0.01、0.01、0.01、0.01mol。則反應(yīng)CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)向_________ (填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向進(jìn)行。 【答案】減小 b c 小于 逆反應(yīng) 【解析】 【分析】 Ⅰ、由圖象可知達(dá)到平衡后，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減小，平衡向左移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因為升高溫度平衡向吸熱方向移動； Ⅱ、根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越大，所以該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。 【詳解】 2．研究和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義。 （1）CO可用于煉鐵， 已知：Fe2O3（s）+ 3C（s）＝2Fe（s）+ 3CO（g） ΔH 1＝+489.0 kJmol－1 C（s） +CO2（g）＝2CO（g） ΔH 2 ＝+172.5 kJmol－1 則CO還原Fe2O3（s）的熱化學(xué)方程式為___________________________________。 （2）分離高爐煤氣得到的CO與空氣可設(shè)計成燃料電池（以KOH溶液為電解液）。寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式：____________________。 （3）CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，在兩種溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖。①曲線I、Ⅱ?qū)?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ_____KⅡ（填“＞”或“＝”或“＜”）。 ②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時間后達(dá)到平衡。 容 器 甲 乙 反應(yīng)物投入量 1molCO2、3molH2 a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g） 若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則c的取值范圍為________。 ③一定溫度下，此反應(yīng)在恒壓容器中進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_____。 a．容器中壓強(qiáng)不變 b．H2的體積分?jǐn)?shù)不變 c．c（H2）＝3c（CH3OH） d．容器中密度不變 e．2個C＝O斷裂的同時有3個H－H斷裂 （4）將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO2（g） + 6H2（g） CH3OCH3（g） + 3H2O（g）。已知一定條件下，該反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[n(H2) / n(CO2)]的變化曲線如下圖。若溫度升高，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K將____（填“增大”、“減小”或“不變”。下同）；若溫度不變，提高投料比n(H2)/n(CO2)，則K將__________；該反應(yīng)△H_________0（填“＞”、“＜”或“=”）。 【答案】Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)；ΔH=-28.5 kJmol－1 CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O ＞ 1≥c>0.4 bd 減小 不變 < 【解析】 【分析】 （1）根據(jù)蓋斯定律對已知的兩個熱化學(xué)方程式進(jìn)行加合運算； （2）分析CO燃燒反應(yīng)方程式2CO+O2=2CO2，分析元素化合價變化確定負(fù)極原料及電子轉(zhuǎn)移數(shù)目，電解質(zhì)顯強(qiáng)堿性，CO2、H+不能大量存在； （3） ①一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，稱之為化學(xué)平衡常數(shù)，本題圖像是生成物CH3OH的物質(zhì)的量與時間函數(shù)關(guān)系，“先拐先平”的原則，生成物濃度越大，則反應(yīng)物濃度越小，平衡常數(shù)就越大。②因為“要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等”，所以甲、乙互為“等同平衡”，平衡時各組分物質(zhì)的量分別對應(yīng)相等，利用“三段式”確定甲、乙容器中平衡時CH3OH物質(zhì)的量，若使起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則CH3OH初始物質(zhì)的量不能低于平衡時的CH3OH物質(zhì)的量，另外，只有反應(yīng)完全從生成物開始，c才能取最大值。③判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志有兩條依據(jù)：一是根據(jù)正、逆反應(yīng)速率相等；二是某一物理量不變時，“變量不變”。 （4） 根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式分析反應(yīng)物濃度與生成物濃度的相對變化即可解答。由圖像分析溫度影響平衡移動的方向，再根據(jù)勒夏特列原理分析該反應(yīng)熱△H的正負(fù)。 【詳解】 ②利用“三段式”先求出甲容器平衡時各組分物質(zhì)的量。設(shè)甲容器平衡時CH3OH的物質(zhì)的量為x。 恒溫恒容下， ，則有，解得x=0.4mol。甲容器平衡時各組分物質(zhì)的量分別為CO2為0.6mol、H2為1.8mol、CH3OH為0.4mol、H2O(g)為0.4mol。 因為“要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等”，甲、乙互為“等同平衡”，所以達(dá)到平衡時甲、乙容器中各組分物質(zhì)的量分別對應(yīng)相等。要使反應(yīng)開始時逆向進(jìn)行則有下列相關(guān)量： 態(tài)，d項正確； e.CO2結(jié)構(gòu)是O=C=O，H2的結(jié)構(gòu)是H—H，單位時間內(nèi)“2個C=O斷裂”是用CO2表示的正反應(yīng)速率，單位時間內(nèi)“3個H—H斷裂”是用H2表示的正反應(yīng)速率，無法確定正、逆反應(yīng)速率是否相等，所以2個C＝O斷裂的同時有3個H－H斷裂不能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，e項錯誤；答案選bd。 （4）由圖像知在投料比不變時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而減小，即生成物濃度越來越小，反應(yīng)物濃度越來越大，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式推知平衡常數(shù)值越來越小，所以升高溫度，反應(yīng)的平衡常數(shù)K將減小。因為平衡常數(shù)只受溫度的影響，與濃度無關(guān)，所以溫度不變時，提高投料比，平衡常數(shù)K不變。由圖像知隨溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，即平衡向逆反應(yīng)方向移動，根據(jù)勒夏特列原理，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即該反應(yīng)△H<0。 3．在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度t的關(guān)系如下：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如下表： t℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 請回答下列問題： （1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K =__________________。 （2）該反應(yīng)為_________反應(yīng)。（填“吸熱”或“放熱”） （3）若反應(yīng)溫度升高，CO2的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”“減小”或“不變”)； （4）能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是______。 A．容器中壓強(qiáng)不變 B．混合氣體中 c（CO）不變 C．v正（H2）＝v逆（H2O） D．c（CO2）＝c（CO） （5）某溫度下，平衡濃度符合下式：c（CO2）c（H2）＝c（CO）c（H2O），試判斷此時的溫度為_____℃。 【答案】c（CO）c（H2O）/c（CO2）c（H2） 吸熱 增大 BC 830 【解析】 【詳解】 化學(xué)平衡時，各組分的濃度不隨時間的改變而改變，混合氣體中c(CO)不變是平衡的標(biāo)志，故B正確；C、化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)是v正=v逆，所以v正(H2)=v逆(H2O)表明水的正逆反應(yīng)速率相同，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；D、c(CO2)=c(CO)時，和二者的起始量與反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率有關(guān)，不能表明正逆反應(yīng)速率相等，不能說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故D錯誤；故選BC； （5）平衡濃度符合下式c(CO2)?c(CH2)=c(CO)?c(H2O)時，濃度熵和平衡常數(shù)相等均等于1，平衡常數(shù)只受溫度的影響，當(dāng)K=1時，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，溫度是830℃，故答案為：830。 4．研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，同溫度下涉及如下反應(yīng)： ①2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH1<0，平衡常數(shù)為K1； ②2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g) ΔH2<0，平衡常數(shù)為K2。 （1）4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g) ΔH3，平衡常數(shù)K＝___________________(用K1、K2表示)。ΔH3＝___________(用ΔH1、ΔH2表示)。 （2）為研究不同條件對反應(yīng)①的影響，在恒溫條件下，向2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min時反應(yīng)①達(dá)到平衡。測得10 min內(nèi)v(ClNO)＝7.510－3molL－1min－1，則平衡后n(Cl2)＝__________mol，NO的轉(zhuǎn)化率α1＝___________。其他條件保持不變，反應(yīng)①在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為α2，α1____α2(填“>”“<”或“＝”)，平衡常數(shù)K1______________(填“增大”“減小”或“不變”)。若要使K1減小，可采用的措施是___________。 【答案】K12/K2 ΔH12-ΔH2 2.5x10-2 75% < 不變 升高溫度 【解析】 【詳解】 （1）①2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH1<0，平衡常數(shù)為K1；②2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s) 大。平衡常數(shù)只受溫度影響，所以溫度不變，平衡常數(shù)不變，要使平衡常數(shù)變小，使平衡逆向移動，則改變的條件為升高溫度。