第二講化學反應進行的方向和化學平衡狀態(tài)一、選擇題1．在已經處于化學平衡狀態(tài)的體系中，如果下列量發(fā)生變化，其中一定能表明化學平衡移動的是()A．反應混合物的濃度 B．反應體系的壓強C．正、逆反應的速率 D．反應物的轉化率解析對于“等體反應”，縮小反應容器，壓強增大，平衡不移動，但反應混合物的濃度增大，正逆反應速率增大，可知A、B、C錯誤。答案D2．分析下列反應在任何溫度下均能自發(fā)進行的是()。A．2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g)ΔH＝＋163kJ·mol－1B．Ag(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=AgCl(s)ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO(s)=Hg(l)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋91kJ·mol－1D．H2O2(l)=eq\f(1,2)O2(g)＋H2O(l)ΔH＝－98kJ·mol－1解析反應自發(fā)進行的前提條件是反應的ΔH－TΔS<0，溫度的變化可能使ΔH－TΔS的符號發(fā)生變化。對于A項，ΔH>0，ΔS<0，在任何溫度下，ΔH－TΔS>0，即任何溫度下，反應都不能自發(fā)進行；對于B項，ΔH<0，ΔS<0，在較低溫度下，ΔH－TΔS<0，即反應溫度不能過高；對于C項，ΔH>0，ΔS>0，若使反應自發(fā)進行，即ΔH－TΔS<0，必須提高溫度，即反應只有在較高溫度時能自發(fā)進行；對于D項，ΔH<0，ΔS>0，在任何溫度下，ΔH－TΔS<0，即在任何溫度下反應均能自發(fā)進行。答案D2．某溫度下，對于反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ/mol。N2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是()A．將1mol氮氣、3mol氫氣，置于1L密閉容器中發(fā)生反應，放出的熱量為92.4kJB．平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數K(A)＜K(B)C．上述反應在達到平衡后，增大壓強，H2的轉化率增大D．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，說明逆反應速率增大，正反應速率減小解析因為該反應為可逆反應，加入1molN2、3molH2，兩者不可能完全反應生成NH3，所以放出的熱量小于92.4kJ，A錯；從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，改變的是壓強，溫度沒有改變，所以平衡常數不變，B錯；因為該反應是氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，H2的轉化率增大，C對；升高溫度，正、逆反應速率都增大，D錯。答案C4．一定條件下，對于可逆反應X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始濃度分別為c1、c2、c3(均不為零)，達到平衡時，X、Y、Z的濃度分別為0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，則下列判斷正確的是()。A．c1∶c2＝3∶1B．平衡時，Y和Z的生成速率之比為2∶3C．X、Y的轉化率不相等D．c1的取值范圍為0mol·L－1<c1<0.14mol·L－1答案D5．已知某化學反應的平衡常數表達式為K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)，在不同的溫度下該反應的平衡常數如下表：t℃70080083010001200K1.671.111.000.600.38下列有關敘述不正確的是()。A．該反應的化學方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)B．上述反應的正反應是放熱反應C．若在1L的密閉容器中通入CO2和H2各1mol,5min后溫度升高到830℃，此時測得CO2為0.4mol，該反應達到平衡狀態(tài)D．若平衡濃度符合關系式eq\f(cCO2,3cCO)＝eq\f(cH2O,5cH2)，則此時的溫度為1000℃解析依平衡常數的表達式可知A正確；升高溫度K減小，平衡左移，正反應為放熱反應，B正確；5min后CO、H2O、CO2、H2的濃度分別為0.6mol·L－1、0.6mol·L－1、0.4mol·L－1、0.4mol·L－1，eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq\f(0.4mol·L－12,0.6mol·L－12)<1，平衡向右移動，C錯誤；eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq\f(3,5)，D正確。答案C6．某溫度下，在一個2L的密閉容器中，加入4molA和2molB進行如下反應：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋2D(g)，反應一段時間后達到平衡，測得生成1.6molC，則下列說法正確的是()A．該反應的化學平衡常數表達式是K＝eq\f(c4(C)c2(D),c3(A)c2(B))B．此時，B的平衡轉化率是40%C．增大該體系的壓強，化學平衡常數增大D．增加B，B的平衡轉化率增大解析化學平衡常數的表達式中不能出現固體或純液體，而物質C是固體，A錯誤；根據化學方程式可知，平衡時減少的B的物質的量是1.6mol×0.5＝0.8mol，所以B的轉化率為40%，B正確；增大壓強時平衡常數不變，平衡常數只與溫度有關，C錯誤；增加B后平衡右移，A的轉化率增大，而B的轉化率減小，D錯誤。答案：B7．已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.0kJ·mol－1。一定條件下，向體積為1L的密閉容器中充入1molCO2和3molH2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化曲線如下圖所示。下列敘述中正確的是()A．欲增大平衡狀態(tài)時c(CH3OH)/c(CO2)的比值，可采用升高溫度的方法B．3min時，CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率，且二者濃度相同C．欲提高H2的平衡轉化率只能加壓減小反應容器的體積D．從反應開始到平衡，H2的平均反應速率v(H2)＝0.075mol·L－1·min－1解析該反應正反應為放熱反應，升溫平衡逆移，c(CH3OH)/c(CO2)減小，A錯；欲提高H2轉化率，還可用降溫等其他方法，C錯；達平衡時v(H2)＝3v(CO2)＝3×0.075mol/L·min＝0.225mol/L·min，D錯。答案B二、非選擇題8．由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO2含量并加以開發(fā)利用引起了各界的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，該反應的能量變化如圖所示：(1)上述反應平衡常數K的表達式為_______________________________________________________________，溫度降低，平衡常數K________(填“增大”、“不變”或“減小”)。(2)在體積為2L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測得CO2的物質的量隨時間變化如下表所示。從反應開始到5min末，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v(H2)＝________。t/min0251015n(CO2)/mol10.750.50.250.25(3)在相同溫度容積不變的條件下，能說明該反應已達平衡狀態(tài)的是________(填寫序號字母)。a．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1b．容器內壓強保持不變c．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1d．容器內的密度保持不變解析(1)該反應生成物比反應物能量低，是放熱反應；溫度降低，平衡正向移動，K值增大。(2)v(H2)＝3v(CO2)＝eq\f(1mol－0.5mol,2L×5min)×3＝0.15mol·L－1·min－1。(3)反應過程中n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)之比不能作為判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的依據。該反應是一個反應前后氣體物質的量不相等的反應，當容器內壓強不變時，說明正反應速率和逆反應速率相等，反應達到平衡。當氫氣的消耗速率與甲醇的消耗速率之比為3∶1時，說明氫氣的消耗速率和生成速率相等，反應達到平衡。無論反應是否達到平衡，容器內氣體的密度都不變。答案(1)K＝eq\f(cH2O·cCH3OH,cCO2·c3H2)增大(2)0.15mol·L－1·min－1(3)bc9．二甲醚是一種重要的清潔燃料，可替代氟利昂作制冷劑，對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產物(水煤氣)合成二甲醚。請回答下列問題：(1)利用水煤氣合成二甲醚的總反應為：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝－246.4kJ·mol－1它可以分為兩步，反應分別如下：①4H2(g)＋2CO(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)，ΔH1＝－205.1kJ·mol－1②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)；ΔH2＝________。(2)在一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，只改變一個條件能同時提高反應速率和CO轉化率的是________(填字母代號)。a．降低溫度 B．加入催化劑c．縮小容器體積 D．增加H2的濃度e．增加CO的濃度(3)在一體積可變的密閉容器中充入3molH2、3molCO、1molCH3OCH3、1molCO2，在一定溫度和壓強下發(fā)生反應：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，經一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍。問：①反應開始時正、逆反應速率的大?。簐(正)______(填“＞”、“＜”或“＝”)v(逆)。②平衡時n(CH3OCH3)＝________，平衡時CO的轉化率＝________。解析(1)由蓋斯定律①＋②＝總反應，故ΔH＝ΔH1＋ΔH2，ΔH2＝ΔH－ΔH1＝－246.4kJ·mol－1＋205.1kJ·mol－1＝－41.3kJ·mol－1。(2)降溫反應速率會減小，加入催化劑不改變轉化率，增加CO的濃度會減小CO的轉化率，c和d符合題意。(3)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)始3311轉3x3xxx平3－3x3－3x1＋x1＋x由密度之比等于體積反比，即物質的量的反比，得：eq\f(8,8－4x)＝eq\f(1.6,1)解得x＝0.75CO的轉化率為eq\f(3×0.75,3)×100%＝75%。答案：(1)－41.3kJ·mol－1(2)cd(3)①＞②1.75mol75%10．在一定溫度下將3molCO2和2molH2混合于2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)(1)該反應的化學平衡常數表達式K＝________。(2)已知在700℃時，該反應的平衡常數K1＝0.6，則該溫度下反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常數K2＝________，反應eq\f(1,2)CO2(g)＋eq\f(1,2)H2(g)eq\f(1,2)CO(g)＋eq\f(1,2)H2O(g)的平衡常數K3＝________。(3)已知在1000℃時，該反應的平衡常數K4為1.0，則該反應為________反應(填“吸熱”或“放熱”)。(4)能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據是________。(填編號)A．容器中壓強不變B．c(CO2)＝c(CO)C．生成amolCO2的同時消耗amolH2D．混合氣體的平均相對分子質量不變(5)在1000℃下，某時刻CO2的物質的量為2.0mol，則此時v正________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。該溫度下反應達到平衡時，CO2的轉化率為________。解析(2)K2＝eq\f(1,K1)，K3＝K1eq\f(1,2)(3)升高溫度，平衡常數增大，說明平衡向正反應方向移動即正反應是一個吸熱反應。(4)因為該反應為反應前后氣體體積不變的反應，所以壓強不變，平均相對分子質量不變，均不能說明達到平衡狀態(tài)，A、D錯；選項B中CO2和CO的濃度相等，不能說明其濃度不再變化，故B錯；生成CO2代表逆反應，消耗H2代表正反應，且比值等于反應化學方程式中的化學計量數之比，選項C正確。(5)CO2的物質的量為2.0mol時，H2為1.0mol，CO為1.0mol，H2O(g)為1.0mol，其濃度分別為1.0mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1，則Qc＝eq\f(0.5mol·L－1×0.5mol·L－1,0.5mol·L－1×1mol·L－1)＝eq\f(1,2)<1，該反應向正反應方向進行，v正>v逆。起始時，c(CO2)＝eq\f(3mol,2L)＝1.5mol·L－1c(H2)＝eq\f(2mol,2L)＝1mol·L－1設達到平衡時，CO的濃度為xCO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)eq\a\vs4\al(起始濃度mol·L－1)1.5100eq\a\vs4\al(轉化濃度mol·L－1)xxxxeq\a\vs4\al(平衡濃度mol·L－1)1.5－x1－xxxK＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝eq\f(x·x,1.5－x1－x)＝1，解得：x＝0.6mol·L－1所以，α(CO2)＝eq\f(0.6mol·L－1,1.5mol·L－1)×100%＝40%。答案(1)eq\f(cCO·cH2O,cCO2