化学平衡计算高考复习专题化学反应速率和化学平衡.docx
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化学平衡计算高考复习专题化学反应速率和化学平衡
专题05化学平衡计算
1.在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
已知
容器
甲
乙
丙
反应物的投入量
、
的浓度
反应的能量变化
放出akJ
吸收bkJ
吸收ckJ
体系的压强
反应物的转化率
下列说法正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】分析:
甲容器内的平衡与乙容器内平衡是等效平衡,所以平衡时NH3的浓度相等,即c1=c2,丙容器反应物投入量4molNH3,是乙的二倍,相当于增大压强,平衡正移,所以丙中氨气的浓度大于乙中氨气浓度的二倍,即c3>2c2,即c3>2c1,2P2>P3,
,所以
.
详解:
A.甲容器内的平衡与乙容器内平衡是等效平衡,所以平衡时NH3的浓度相等,即c1=c2,丙容器反应物投入量4molNH3,是乙的二倍,相当于增大压强,平衡正移,所以丙中氨气的浓度大于乙中氨气浓度的二倍,即c3>2c2,即c3>2c1,A错误;
B.乙中开始投入2molNH3,则甲与乙是等效的,甲与乙的反应的能量变化之和为92.4kJ,故a+b=92.4,B正确;
C.丙容器反应物投入量4molNH3,是乙的二倍,反应起始时2P2=P3,由于合成氨的反应是气体体积减小的反应,故2P2>P3,C错误;
D.丙容器反应物投入量4molNH3,是乙的二倍,相当于增大压强,平衡向右移动,所以丙中氨的转化率比乙小,因为
,所以
,D错误。
本题选B.
2.一定温度下在甲、乙、丙三个体积相等且恒容的密闭容器中发生反应:
NO2(g)+SO2(g)
SO3(g)+NO(g)。
投入NO2和SO2,起始浓度如下表所示,其中甲经2min达平衡时,NO2的转化率为50%,下列说法正确的是
起始浓度
甲
乙
丙
c(NO2)/(mol·L-1)
0.10
0.20
0.20
c(SO2)/(mol·L-1)
0.10
0.10
0.20
A.容器甲中的反应在前2min的平均速率v(NO)=0.05mol·L-1·min-1
B.容器乙中若起始时改充0.10mol·L-1NO2和0.20mol·L-1SO2,达到平时c(NO)与原平衡相同
C.达到平衡时,容器丙中SO3的体积分数是容器甲中SO3的体积分数的2倍
D.达到平衡时,容器乙中NO2的转化率和容器丙中NO2的转化率相同
【答案】B
【解析】分析:
甲经2min达平衡时,NO2的转化率为50%,其平衡浓度为0.05mol/L,
NO2(g)+SO2(g)⇌SO3(g)+NO(g)
开始(mol/L):
0.1 0.1 0 0
转化(mol/L):
0.05 0.05 0.05 0.05
平衡(mol/L):
0.05 0.05 0.05 0.05
故该温度下平衡常数K=
,各容器内温度相同,平衡常数均相同。
A.根据v=
计算;B.据平衡常数的计算式推断;C.该反应为反应前后气体的物质的量不变的反应,容器丙中SO3的体积分数和容器甲中SO3的体积分数相等;D.单纯的增大某一种物质的浓度,这种物质的转化率一定降低,因此达到平衡时,容器乙中NO2的转化率小于容器丙中NO2的转化率.
详解:
A.容器甲中的反应在前2 min,NO的平均速率v(NO)=
=0.025mol·L-1·min-1,故A错误;B.令平衡时NO的浓度为ymol/L,
NO2(g)+SO2(g)⇌SO3(g)+NO(g).
开始(mol/L):
0.1 0.2 0 0
转化(mol/L):
y y y y
平衡(mol/L):
0.1-y 0.2-y y y
则
,只要二氧化氮和二氧化硫的浓度分别是0.1mol/L和0.2mol/L,平衡时NO的浓度就相同,故B正确;C.该反应为反应前后气体压强不变的反应,容器丙的反应物的起始浓度是容器甲的2倍,平衡不移动,因此容器丙中SO3的体积分数和容器甲中SO3的体积分数相等,故C错误;D.起始浓度容器乙中的NO2是器甲的2倍,而SO2的起始浓度一样,单纯的增大某一种物质的浓度,这种物质的转化率一定降低,因此达到平衡时,容器乙中NO2的转化率小于容器丙中NO2的转化率,故D错误;答案选B.
3.在恒温恒压下,向密闭容器中充入4molSO2和2molO2,发生如下反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0。
2min后,反应达到平衡,生成SO3为1.4mol,同时放出热量QkJ,则下列分析正确的是( )
A.在该条件下,反应前后的压强之比为6∶5.3
B.若反应开始时容器容积为2L,则v(SO3)=0.35mol·L-1·min-1
C.若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”反应,平衡后n(SO3)>1.4mol
D.若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”反应,达平衡时放出热量小于QkJ
【答案】D
【解析】分析:
A、根据反应在恒温恒压条件下进行分析;B、根据化学反应速率的概念分析计算;C、绝热条件温度升高平衡逆向进行;D、恒温恒容条件反应过程中,压强减小。
详解:
A、反应在恒温恒压条件下进行,应前后的压强之比为1:
1,故A错误;
B、若容器体积不变,v(SO3)=
=0.35mol·L-1·min-1,但反应是在恒温恒压条件进行,反应达到平衡时,容器体积小于2L,相等于增大体系压强,化学反应速率增大,所以v(SO3)>0.35mol·L-1·min-1,故B错误;
C、若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”反应,由于该反应的正反应是放热反应,绝热温度升高,平衡逆向进行,平衡后n(SO3)<1.4mol,所以C选项是错误的;
D、若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”反应,反应过程中压强减小,平衡逆向进行,达平衡时放出热量小于QkJ,故D正确。
所以D选项是正确的。
4.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:
下列说法错误的是
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y
2Z,其平衡常数为1600
C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
【答案】C
【解析】A.反应达到平衡时,X的转化率为:
=50%,选项A正确;B.根据反应速率之比等于浓度变化量之比等于化学计量数之比可知:
△c(X):
△c(Y):
△c(Z):
=0.05:
0.15:
0.1=1:
3:
2,则反应的方程式为X+3Y⇌2Z,K═
=1600,选项B正确;C.反应正向是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,即向着生成Z的方向移动,温度不变,则平衡常数不变,选项C错误;D.平衡常数受温度的影响,改变温度可以改变此反应的平衡常数,选项D正确;答案选C。
5.在常温、常压和光照条件下,N2在催化剂表面与H2O发生反应:
2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)。
在2L的密闭容器中,起始反应物用量相同,催化剂的使用情况也相同,控制不同温度分别进行4组实验,3h后测定NH3的生成量,所得数据如下表:
实验级别
实验1
实验2
实验3
实验4
温度/K
303
313
323
353
NH3生成量/10−6mol
4.8
5.9
6.0
2.0
下列说法不正确的是
A.温度为303K时,在3h内用氮气表示的平均反应速率为4×10−7mol·L−1·h−1
B.实验1和实验3中,3h内N2的转化率之比为4:
5
C.分析四组实验数据可得出,温度升高可加快反应速率,也可能减慢反应速率
D.353K时,可能是催化剂催化活性下降或部分水脱离催化剂表面,致使化学反应速率减慢
【答案】C
【解析】分析:
A项,先计算NH3表示的平均反应速率,再依据速率之比等于化学计量数之比计算υ(N2);B项,根据实验1和实验3中NH3的生成量计算;C项,其它条件相同时升高温度化学反应速率加快;D项,353K时,温度升高化学反应速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离催化剂表面。
详解:
A项,303K时υ(NH3)=
=
=8
10-7mol/(L·h),根据速率之比等于化学计量数之比,υ(N2):
υ(NH3)=2:
4,υ(N2)=
υ(NH3)=4
10-7mol/(L·h),A项正确;B项,根据实验1和实验3中3h内NH3的生成量之比为(4.8
10-6mol):
(6.0
10-6mol)=4:
5,实验1和实验3中转化N2物质的量之比为4:
5,起始反应物用量相同,实验1和实验3中3h内N2的转化率之比为4:
5,B项正确;C项,其它条件相同时升高温度化学反应速率加快,353K时,温度升高化学反应速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离催化剂表面,C项错误;D项,353K时,化学反应速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离催化剂表面,D项正确;答案选C。
6.温度为T1℃时,在四个容积均为1L的恒容密闭容器中发生反应:
2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(g)ΔH,该反应的速率表达式为v=k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n为常数),测得有关实验数据如下:
容器编号
物质的起始浓度/(mol/L)
速率/(mol·L-1·s-1)
物质的平衡浓度/(mol/L)
c(NO)
c(H2)
c(N2)
Ⅰ
6×10-3
1×10-3
a×10-3
2×10-4
Ⅱ
6×10-3
2×10-3
2a×10-3
Ⅲ
1×10-3
6×10-3
b×10-3
Ⅳ
2×10-3
6×10-3
4b×10-3
下列说法正确的是()
A.m=2,n=2
B.达到平衡时,容器Ⅱ与容器Ⅳ的总压强之比为1:
2
C.温度升高为T2℃,测得平衡时,容器Ⅱ中c(H2O)=3.8×10-4mol/L,则ΔH>0
D.T1℃时,容器Ⅲ中达到平衡后再充入NO、H2O(g)各2×10-4mol,则反应将向逆反应方向进行
【答案】D
【解析】分析:
结合反应速率表达式结合表中有关数据、外界条件对平衡状态的影响分析解答。
详解:
A、反应Ⅰ、Ⅱ相比较,NO的浓度不变,Ⅱ中氢气浓度是Ⅰ的2倍,反应速率Ⅱ是Ⅰ的2倍,所以n=1;反应Ⅲ、Ⅳ相比较,氢气的浓度不变,Ⅳ中NO浓度是Ⅲ的2倍,反应速率Ⅳ是Ⅲ的4倍,所以m=2,A错误;
B、恒温恒容下,体系的压强比等于气体的物质的量的比,对于反应Ⅱ有:
2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol/L)0.0060.00200
起始浓度(mol/L)xxx/2x/2
起始浓度(mol/L)0.006-x0.002-xx/2x/2
对于反应Ⅲ有
2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol/L)0.0020.00600
起始浓度(mol/L)yyy/2y/2
起始浓度(mol/L)0.002-y0.006-yy/2y/2
两个反应的平衡常数必然相等,列出其平衡常数计算式,两个反应的K值相等,一定得到x=y。
则达到达平衡时两个反应体系的气体总物质的量相等,所以压强相等,B错误;
C、温度不变的前提下,从反应Ⅰ变为反应Ⅱ,氢气的浓度变为原来的2倍,则平衡正向移动,达到新平衡的时候c(N2)应该大于2×10-4mol/L,此时的c(H2O)应该大于4×10-4mol/L;但是,实际升高温度以后实验Ⅱ达平衡时c(H2O)=3.8×10-4mol/L<4×10-4mol/L,说明升高温度的时候,平衡一定逆向移动了,所以该反应为放热反应,焓变小于0,C错误;
D、增大生成物浓度,平衡一定逆向移动,所以充入NO、H2O(g)各2×10-4mol,则反应将向逆反应方向进行,D正确。
答案选D。
7.温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应:
2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)相关数据如下表所示。
下列说法错误的是()
容器
编号
物质的起始浓度
(mol·L-1)
物质的平衡浓度
(mol·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
A.容器Ⅰ中发生反应的平衡常数为0.8B.容器Ⅱ中发生反应的起始阶段有v正>v逆
C.达到平衡时,容器Ⅲ中
>1D.达到平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅲ中的总压强之比为16∶17
【答案】D
【解析】容器Ⅰ中,根据2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)反应可知,达到平衡后c(O2)=0.2mol·L-1,则生成c(NO)=0.4mol·L-1,剩余c(NO2)=0.6-0.4=0.2mol·L-1,反应的平衡常数=c(O2)×c2(NO)/c2(NO2)=0.2×0.42/0.22=0.8,A正确;容器Ⅰ中发生反应与容器Ⅱ中发生反应温度均为T1,所以反应的平衡常数相等;容器Ⅱ中发生反应的QC=c(O2)×c2(NO)/c2(NO2)=0.2×0.52/0.32=0.57<0.8,反应正向进行,所以容器Ⅱ中发生反应的起始阶段有v正>v逆,B正确;温度相同时,平衡平衡常数不变,容器Ⅲ中消耗氧气为xmol,消耗一氧化氮为2xmol,生成二氧化氮为2xmol,反应达平衡时,剩余氧气(0.35-x)mol,剩余一氧化氮(0.5-2x)mol,根据平衡常数=c(O2)×c2(NO)/c2(NO2)=(0.35-x)×(0.5-2x)2/(2x)2=0.8,x=0.09mol,所以达到平衡时,容器Ⅲ中
=(0.35-0.09/(2×0.09)>1,C正确;根据以上分析可知,达到平衡时,容器Ⅰ中剩余物质的总量为0.2+0.2+0.4=0.8mol,容器Ⅲ中剩余物质的总量为2×0.09+0.35-0.09+0.5-2×0.09=0.74mol,压强之比与气体的物质的量成正比,因此达到平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅲ中的总压强之比为0.8:
0.74=40:
37>16∶17,D错误;正确选项D。
8.温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应:
2NO2(g)
2NO(g)+O2 (g)(正反应吸热)。
实验测得:
v正= v (NO2 )消耗= k正c2(NO2 ),v逆= v(NO)消耗=2v (O2 )消耗= k逆c2 (NO)·c(O2 ),k正、k逆为速率常数,受温度影响。
下列说法正确的是
容器
编号
物质的起始浓度(mol·L-1)
物质的平衡浓度(mol·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
A.设k为该反应的化学平衡常数,则有k=k逆:
k正
B.达平衡时,容器Ⅱ与容器Ⅲ中的总压强之比为20∶17
C.容器Ⅱ中起始平衡正向移动,达平衡时,容器Ⅱ中NO2的转化率比容器Ⅰ中的小
D.若改变温度为T2,且T2>T1,则k正:
k逆<0.8
【答案】C
【解析】平衡时,正、逆反应速率相等,则有
,所以K=c2(NO)c(O2)/c2(NO2)=k正/k逆;A错误;根据反应方程式和容器Ⅰ中
的平衡浓度可知:
平衡时,c(NO)=0.4mol·L-1,c(NO2)=0.2mol·L-1,则
温度下,该反应的平衡常数
;容器Ⅱ中浓度商QC=0.2×0.52/0.32=0.56<0.8,反应正向移动,气体的总量大于1mol,而容器Ⅲ中反应向左进行,气体的总量小于0.85mol,所以达平衡时,容器Ⅱ与容器Ⅲ中的总压强之比大于20∶17,B错误;针对于容器Ⅰ内反应可知:
NO2的转化率为0.4/0.6=2/3,假设容器Ⅱ中NO2的转化率也为2/3,反应正向进行,则该反应的平衡常数为:
2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)
起始量0.30.50.2
变化量0.20.20.1
平衡量0.10.70.3
平衡常数为k=0.3×0.72/0.12=14.7>8,所以容器Ⅱ中NO2的转化率小于2/3,即容器Ⅱ中起始平衡正向移动,达平衡时,容器Ⅱ中NO2的转化率比容器Ⅰ中的小,C正确;由于该反应正反应是吸热反应,温度
,所以
时平衡常数增大,则k正:
k逆>0.8;正确选项C。
9.一定温度下,在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中,充入一定量的A和B分别发生下列反应:
3A(g)+B(g)
2C(g)+D(g)+E(s),下列说法正确的是
容器编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡物质的量/mol
A
B
A
B
容器Ⅰ
300
3
1
0.8
容器Ⅱ
300
6
2
容器Ⅲ
240
3
1
0.4
A.该反应正反应为吸热反应
B.反应达到平衡后加入2molE,A的转化率减小
C.容器Ⅱ达到平衡时B的转化率比容器I大
D.240℃时,该反应的平衡常数K=1.25
【答案】CD
【解析】分析:
容器Ⅰ、容器Ⅱ在相同温度下反应,容器Ⅱ浓度较大,压强较大,由方程式可以知道增大压强平衡正向移动,容器II反应温度较低,达到平衡时B的物质的量比容器I少,说明降低温度,平衡正向移动,则正反应为放热反应,以此解答该题。
详解:
A.容器I和容器III比较可以知道,起始量相同,平衡量Ⅰ中B的物质的量大于容器III中B的物质的量,说明温度越低平衡正向进行,正反应为放热反应,该反应正反应为放热反应,故A错误;
B.反应达到平衡后加入2molE,E为固体,改变E的量不影响平衡,A的转化率不变,故B错误;
C.容器Ⅰ、容器II在相同温度下反应,容器II浓度较大,压强较大,由方程式可以知道增大压强平衡正向移动,所以容器II达到平衡时B的转化率比容器I大,故C正确;
D.由表格中数据可以知道,
3A(g)+B(g)
2C(g)+D(g)+E(s)
起始量(mol/L) 3 1 0 0
变化量(mol/L) 1.8 0.6 1.2 0.6
平衡量(mol/L) 1.2 0.4 1.2 0.6
K=
=1.25,所以D选项是正确的;
所以CD选项是正确的。
10.汽车尾气净化器中发生的反应为2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)。
一定温度下,在三个体积均为1.0L恒容密闭容器中发生上述反应,测得有关实验数据如下:
容器
温度/(℃)
起始物质的量(mol)
平衡物质的量(mol)
NO
CO
N2
CO2
N2
CO2
I
400
0.2
0.2
0
0
0.12
II
400
0.4
0.4
0
0
III
300
0
0
0.1
0.2
0.075
下列说法正确是
A.容器I中达到平衡所需时间2s,则v(N2)=0.06mol•L-1·s-1
B.该反应的ΔS<0、ΔH<0
C.达到平衡时,体系中c(CO)关系:
c(CO,容器II)>2c(CO,容器I)
D.若起始时向I中充入NO、CO、N2、CO2各0.1mol,开始时V正>V逆
【答案】BD
【解析】分析:
由表格中数据,400℃时I中,
2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)
开始物质的量(mol)0.2 0.2 0 0
转化物质的量(mol) 0.12 0.12 0.06 0.12
平衡物质的量(mol) 0.08 0.08 0.06 0.12
K=
=21.09, 以此解答。
详解:
A.容器I中达到平衡所需时间2s,则v(N2)=
=0.03mol•L-1·s-1,故A错误;
B.该反应为气体体积减小的反应,则ΔS<0,I与III比较,III极限转化为反应物时,起始量相同,温度低时N2的平衡浓度大,可以知道降低温度平衡正向移动,正反应为放热反应,即ΔH<0,所以B选项是正确的;
C.I与II比较,温度相同、起始量为2倍关系,但II中压强大、平衡正向移动,则达到平衡时,体系中
关系:
c(CO,容器II)<2c(CO,容器I),故C错误;
D.起始时向I中充入NO、CO、N2、CO2各0.1mol,QC=
=10
所以BD选项是正确的。
11.在三个容积均为1L的恒温恒容密闭容器中,起始时按表中相应的量加入物质,在相同温度下发生反应3CO(g)+3H2(g)
(CH3)2O(g)+CO2(g)(不发生其他反应), CO的平衡转化率与温度和压强的关系加下图所示。
容器
起始物质的量/mol
平衡转化率
CO
H2
(CH3)2O
CO2
CO
Ⅰ
0.3
0.3
0
0
50%
Ⅱ
0.3
0.3
0
0.1
Ⅲ
0
0
0.2
0.4
下列说法正确的是()
A.该反应的△H<0,图中压强p1>p2
B.达到平衡时,容器Ⅱ中CO的平衡转化率大于50%
C.达到平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ的总压强之比小于4∶5
D.达到平衡时,容器Ⅲ中n[(CH3)2O]是容器Ⅱ中的2倍
【答案】AC
【解析】A.由图可知,升高温度CO的转化率降低则平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,△H<0,反应为气体体积缩小的反应,增大压强平衡正向移动,CO的转化率增大,则由图可知p1>p2,选项A正确;B.容器Ⅱ相当于加入了部分二氧化碳,平衡逆向移动,CO的转化率降低,故达到平衡时,容器Ⅱ中CO的平衡转化率小于50%,选项B错误;C.达到平衡时,容器Ⅰ中总物质的量为0.15+0.15+0.05+0.05=0.4mol,容器Ⅱ的总物质的量小于0.15+0.15+0.05+0.05+0.1=0.5mol,故总压强之比小于4∶5,选项C正确;D.若恒压则为等效平衡,达到平衡时,容器Ⅲ中n[(CH3)2O]是容器Ⅱ中的2倍,但恒容情况下相当于容器Ⅲ为增大压强平衡向气体体积缩小的正方向移动,n[(CH3)2O]增多,则容器Ⅲ中n[(CH3)2O]大于容器Ⅱ中的2倍,选项D错误;答案选AC。
12.一定温度下,在三个容积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应:
CH3OH(g)+CO(g)
CH3COOH(g) △H<0。
下列说法正确的是
容器编号
温度/K
物质的起始浓度/mol/L
物质的平衡浓度/mol/L
c(CH3OH)
c(CO)
c(CH3COO
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