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1、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,H<0、S>0的是()A.2SO32SO2+O2B.2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)
2、C.NH4NO3(s)NH4+(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,H<0,S>0。3.(2019·武汉模拟)在25 时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:物质XYZ初始浓度/mol·L-10.10.20平衡浓度/mol·L-10.050.050.1则25 时,反应X+3Y2Z的平衡常数为()A.500B.600C.1 200D.1 600【解析】选D。25 ,K=c2(Z)c(x)×c3(Y)=1 600 L2·mol-2,故D正确。4
3、.(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H>0,又是熵增反应,即S>0,因此当高温时可能有H-TS<0,故在高温下可自发进行
4、,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H-TS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=p(CH4)p2(H2)= =4.04×10-6 Pa-1,可见Qp<Kp,则平衡正向移动。6.(2019·临沂模拟)在3种不同条件下,分别向容积为2 L的恒容密
5、闭容器中充入2 mol A和1 mol B,发生反应:2A(g)+B(g)2D(g)H=Q kJ·mol-1。相关条件和数据见下表:实验编号实验实验实验反应温度/700700750达平衡时间/min40530n(D)平衡/mol1.51.51化学平衡常数K1K2K3下列说法正确的是()A.实验达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,平衡不移动B.升高温度能加快反应速率的原理是降低了活化能,使活化分子百分数提高C.实验达平衡后容器内的压强是实验的倍D. K3>K2>K1【解析】选A。实验中,2A(g)+B(g)2D(g)起始(mol·L-1)
6、 1 0.5 0反应(mol·L-1)0.50.25 0.5平衡(mol·L-1)0.5 0.25 0.5化学平衡常数为K=c2(D)c2(A)·c(B)=4,温度不变,平衡常数不变,实验达平衡后,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=n
7、RT,反应起始时向容器中充入2 mol A和1 mol B,实验达平衡时,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,则实验达平衡后容器内的压强与实验达平衡后容器内的压强之比为pp=,故C错误;D.反应为2A(g)+B(g)2D(g),比较实验和,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 K3<K1,温度相同,平衡常数相同,则K1=K2,综上,则平衡常数的关系为 K3<K2=K1,故D错误。7.(2019&#
8、183;长沙模拟)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是工业制硫酸的主要反应之一。一定温度下,在甲、乙、丙三个容积均为2 L的恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g),其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示。甲乙丙起始物质的量n(SO2)/mol0.40.80.8n(O2)/mol0.240.240.48SO2的平衡转化率/%8012下列判断中,正确的是()A.甲中反应的平衡常数小于乙B.该温度下,平衡常数值为400C.平衡时,丙中c(SO3)是甲中的2倍D.平衡时,甲中O2的转化率大于乙中O2的转化率【解析】选B。平衡常数只与温度有关系,A项错误;甲容器中平衡时生成三氧化硫是0.
9、32 mol,剩余二氧化硫是0.08 mol,由于容器的容积是2 L,所以平衡常数是400,选项B正确;丙相当于在甲的基础上增大压强,平衡向正反应方向进行,所以平衡时,丙中c(SO3)大于甲中的2倍,C项错误;乙容器相当于在甲容器的基础上增大SO2的浓度,所以能提高氧气的转化率,D项错误。8.(新题预测)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)H>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/s0204080100n(A)/mol0.400.200.10n(B)/mol00.240.600.60下列说法正
10、确的是()A.040 s的平均反应速率v(B)=0.01 mol·L-1·s-1B.T K时该反应的平衡常数为3.6C.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-1D.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。040 s的平均反应速率v(B)=2v(A)=2×(0.40-0.20)mol2.0 L×40 s=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
11、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)<v(逆),D项错误。二、非选择题9.有A、B、C、D四个反应:反应ABCDH/kJ·mol-110.51.80-126-11.7S/J·mol-1·K-130.0-113.084.0-105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是_;任何温度下都不能自发进行的反应是_;另两个反应中,在温度高于_时可自发进行的反应是_;在温度低于_时可自发进行的
12、反应是_。 【解析】放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行,吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。放热的熵减反应在低温下能自发进行,吸热的熵增反应在高温下可以自发进行,具体温度可以根据H-TS=0计算出来。答案:CB77A-161.6D10.(2019·潍坊模拟)硫碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:SO2+2H2O+I2H2SO4+2HI2HIH2+I22H2SO42SO2+O2+2H2O(1)分析上述反应,下列判断正确的是_。 a.反应易在常温下进行b.反应中SO2氧化性比HI强c.循环过程中需补充H2Od.循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol
13、H2(2)一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应,H2物质的量随时间的变化如上图所示。该温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K= _。相同温度下,若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,则_是原来的2倍。 a.平衡常数b.HI的平衡浓度c.达到平衡的时间d.平衡时H2的体积分数【解析】(1)H2SO4沸点较高,在常温下不发生分解;反应中SO2的还原性比HI强;循环过程中H2O分解生成了H2与O2,需补充;循环过程中产生1 mol O2同时产生2 mol H2,c正确。(2)2HI(g)H2(g)+I2(g)初始(mol·L-1
14、): 1 0 0平衡(mol·L-1): 0.8 0.1 0.1 该反应的平衡常数K1=c(H2)·c(I2)c2(HI)=164,相同温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=64。该温度下,开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,平衡常数不变,HI、H2、I2平衡浓度均为原来的2倍,初始浓度变大,反应速率加快,HI、H2、I2的体积分数均不变,故选b。答案:(1)c(2)64b11.顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:该反应的速率方程可表示为v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度
15、时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:(1)已知:t1温度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=_;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则H_0(填“小于”“等于”或“大于”)。 (2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_ (填曲线编号),平衡常数值K2=_;温度t2_t1(填“小于”“等于”或“大于”),判断理由是_。 【解析】(1)根据v(正)=k(正)c(顺)、k(正)=0.006 s-1,则v(正)=0.006c(顺), v(逆)=k(逆)c(反),k(逆)=0.00
16、2 s-1,v(逆)=0.002c(反),达到化学平衡状态时正逆反应速率相等,则0.006c(顺)=0.002c(反),K1=c(反)/c(顺)=0.006÷0.002=3;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),说明断键吸收的能量小于成键释放的能量,即该反应为放热反应,则H小于零。(2)随着时间的推移,顺式异构体的质量分数不断减小,则符合条件的曲线是B,设顺式异构体的起始浓度为x,该可逆反应左右物质系数相等,均为1,则平衡时,顺式异构体的浓度为0.3x,反式异构体的浓度为0.7x,所以平衡常数值K2=0.7x÷0.3x=7/3,因为K1>K2,放热反应升高温度时平衡
17、向逆反应方向移动,所以温度t2大于t1。答案:(1)3小于(2)B7/3大于放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动12.汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致:N2(g)+O2(g)2NO(g)H>0已知该反应在2 404 时,平衡常数K=6.4×10-3。请回答下列问题。(1)该反应的平衡常数表达式为_。 (2)该温度下,向2 L密闭容器中充入N2和O2各1 mol,平衡时,N2的转化率是_%(保留整数)。 (3)该温度下,某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10-1 mol·L-1、4
18、.0×10-2 mol·L-1和3.0×10-3 mol·L-1,此时反应_(填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”),理由是_ _。 (4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中,下图变化趋势正确的是_。 (5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其中充入一定量的NO,重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比,此时平衡混合气中NO的体积分数_(填“变大”“变小”或“不变”)。 【解析】(2)N2(g)+O2(g)2NO(g)起始/mol 1 1 0变化
19、/mol x x 2x平衡/mol 1-x 1-x 2xK=6.4×10-3,得x0.04,N2的转化率为×100%=4%。(3)Qc=9.0×10-4<6.4×10-3,所以反应向正反应方向进行。(4)由于该反应的正反应是吸热反应,所以升高温度,化学平衡正向移动,化学平衡常数增大,A项正确;加入催化剂,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,但NO的平衡浓度不变,B项错误;升高温度,平衡正向移动,氮气的转化率提高,化学反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短,C项正确。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2,达到平衡状态后再向其
20、中充入一定量的NO,由于该反应是反应前后气体体积相等的反应,故建立的平衡与原平衡等效,平衡混合气中NO的体积分数不变。答案:(1)K=c2(NO)c(N2)·c(O2)(2)4(3)向正反应方向进行Qc=9.0×10-4<K=6.4×10-3(4)AC(5)不变一、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混乱度减小、有序性增加、稳定性
21、增强、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-1B.K2>K1C.c(CO)2=c(H2O)2D.c(CO
22、)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K2<K1,K1、K2单位均为1,c(CO)1<c(CO)2,C项正确。3.(2019·运城模拟)反应CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度自发向右进行,若其|H|=17 kJ·mol-1,|H-TS|=17 kJ·mol-1,则下列正确的是()A.H>0,H-TS<0B.H<0,H-TS>0C.H>0,H-TS>0D.H<0,H-TS<0【解析】选A。当此反应在某温度下自发向右进行时,H-TS&l
23、t;0,即H- TS<-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S>0,故只有H>0时,才可能满足条件。4.298 K时,下列反应的平衡常数如下:N2(g)+O2(g)2NO(g),K1=1×10-302H2(g)+O2(g)2H2O(g),K2=2×10-822CO2(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.B.C.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
24、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)H<0,下列叙述正确的是()A.该反应的氧化剂为N2,还原产物为COB.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 molD.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12 由产物Si3N4可知SiO2与N2化学计量数之比为32,所以SiO2、C、N2化学计量数之比为362,令SiO2的化学计量数为3,结合元素守恒可知Si
25、3N4、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)H<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=c6(CO)c2(N2),对于放热反应,升高温度,平衡常
26、数减小,故D错误。6.已知在等温条件下,化学反应方向的判据为:H-TS<0反应能正向自发进行;H-TS=0反应达平衡状态;H-TS>0 反应能逆向自发进行(其中H为焓变,S为熵变,T为热力学温标,单位为K)设反应A(s)D(g)+E(g)H-TS=(-4 500+11T)J·mol-1,要防止反应发生,温度必须()A.高于409 KB.低于136 KC.高于136 K而且低于409 KD.低于409 K【解析】选A。要防止反应发生,需满足H-TS>0的条件,解不等式得T>409 K。7.(2019·临沂模拟)某温度下,反应2A(g)B(g)+C(g)
27、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/mo11.20.60.6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-1B.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H<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·
28、;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/s012345c(NO)/×10-3 mol·L-11.000.450.250.150.100
29、.10c(CO)/×10-3 mol·L-13.603.052.852.752.702.70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-1B.在该温度下,反应的平衡常数K=5C.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c(NO)=(1-0.25)×10-3 mol·L-1=7.5×10-4 mol·L-1,则c(N2)=c(NO)=3.75×1
30、0-4 mol·L-1,则v(N2)=3.75×10-4mol·L-12 s=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 0.4
31、5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·广州模拟)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:CH4(g)C(s)+2H2(g),2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:的H(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,S(2
32、98 K)=+80.674 J·mol-1·K-1的H(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,S(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:(1)判断该反应高温自发还是低温自发:_(填“高温”或“低温”)。 (2)通过计算判断此反应在常温下能否自发进行_。 (3)求算制取炭黑的允许温度范围_。 (4)为了提高甲烷的碳化程度,你认为下面四个温度中最合适的是_。 A.905.2 KB.927 KC.1 273 KD.2 000
33、K【解析】(2)H-TS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K=50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应常温下不自发进行。 (3)裂解为炭黑和H2时,H-TS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,H-TS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10
34、-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>1 709.4 K,即温度高于1 790.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.81 790.4 K。答案:(1)高温(2)不能自发进行(3)927.81 790.4 K(4)C10.(2019·郴州模拟)()已知在448 时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49,则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为_;反应H2(g)+I2(g)HI(g)的平衡常数 K3为_。 ()在一定体积的密闭容器中进行化学反应:CO2(g
35、)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数和温度的关系如下表所示:t/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题:(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=_。 (2)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。 (3)某温度下,平衡浓度符合下式c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为_。 (4)在800 时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为:c(CO2) =2 mol·L-1,c(H2)=1.5 mol·L-1,c(CO)=1 mo
36、l·L-1,c(H2O)=3 mol·L-1,则下一时刻,反应向_(填“正向”或“逆向”)进行。 【解析】()第2个反应与第1个反应互为可逆反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化学计量数与第1个反应相比缩小一半,平衡常数也会发生变化得 K3=。()通过表中K和温度t的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热反应。当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,K=1,此时温度由表中数据可知为830 。判断反应进行的方向时,可根据Qc与K的大小关系判断,此时刻=1mol·L-1×3
37、mol·L-12mol·L-1×1.5 mol·L-1=1>0.9,所以反应向逆反应方向进行。答案:()1497()(1)(2)吸热(3)830(4)逆向11.合成氨工业的核心反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=Q kJ·mol-1。反应过程中能量变化如图所示,回答下列问题:(1)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化:E1_,E2_。(填“增大”“减小”或“不变”) (2)在500 、2×107 Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5 mol N2和1.5 mol H2,充分反应后,放
38、出的热量_(填“<”“>”或“=”)46.2 kJ,理由是_ _。 (3)下列关于该反应的说法中,正确的是_(填字母)。 A.H>0,S>0B.H>0,S<0C.H<0,S>0D.H<0,S<0(4)将0.45 mol H2(g)和0.15 mol N2(g)放入1 L密闭容器中,在500 、2×107 Pa下达到平衡,测得N2为0.10 mol,H2为0.30 mol,NH3为0.10 mol。则该条件下达到平衡时H2的转化率为_。该温度下的平衡常数K=_。若升高温度,K值_(填“增大”“减小
39、”或“不变”)。 (5)在上述(4)反应条件的密闭容器中,欲提高合成氨的转化率,下列措施可行的是_(填字母)。 A.向容器中按原比例再充入原料气B.向容器中充入惰性气体C.改变反应的催化剂D.分离出氨【解析】(1)在反应体系中加入催化剂,降低了活化能,故E1和E2均减小。(3)根据题给的图象可以看出合成氨的反应为放热反应,故H<0;又因为合成氨的反应为气体体积减小的反应,故S<0。(4)根据“三段法”进行计算:N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)起始浓度(mol·L-1):0.150.45 0改变浓度(mol·L-1):0.050.15
40、0.10平衡浓度(mol·L-1):0.10 0.30 0.10故达到平衡时H2的转化率为0.150.45×100%=33.3%。该温度下,平衡常数K=c2(NH3)c(N2)·c3(H2)=3.7;若升高温度,平衡向逆反应方向移动,故K值将减小。(5)向容器中按原比例再充入原料气,相当于增大压强,平衡正向移动;分离出氨气,平衡正向移动;而向容器中再充入惰性气体、改变反应的催化剂均不能使平衡发生移动。答案:(1)减小减小(2)< 此反应为可逆反应,0.5 mol N2和1.5 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于46.2 kJ(3)D(4)33.3
41、%3.7减小(5)AD12.(新题预测)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:2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)设反应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
42、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-1v/mol·L-1·s-10.303.60×10-90.601.44×10-80.903.24×10-8n=_,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:反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)=_ mol·L-1·min-1。 T2时该反应的平
43、衡常数K为_。 Cl2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,×2-=,从而可推知平衡常数之间的关系。(2)将组数据代入表达式计算,=1.44×10-83.60×10-9=4,解得n=2。再代入任意一组数据可计算出K值。(3)10 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。平衡常数K=2。Cl2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)24.0×10-8 L· mol-1·s-1(3)0.1250%(4)压强或18