考點規(guī)范練20化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控一、選擇題1.把6molA氣體和5molB氣體混合放入4L密閉容器中,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),5min末該反應(yīng)達(dá)到平衡,此時生成C的物質(zhì)的量為2mol,測定D的平均反應(yīng)速率為0.1mol·L1·min1,下列說法錯誤的是()。A.x=2B.B的轉(zhuǎn)化率為20%C.平衡時A的濃度為0.75mol·L1D.反應(yīng)在恒溫達(dá)平衡時,容器內(nèi)壓強(qiáng)為開始時的85%答案:D解析:D的平均反應(yīng)速率為0.1mol·L1·min1,則生成D的物質(zhì)的量是0.1mol·L1·min1×4L×5min=2mol。根據(jù)物質(zhì)的變化量之比等于方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比可知,x=2,A項正確。根據(jù)方程式可知,消耗A和B的物質(zhì)的量分別是3mol和1mol,所以B的轉(zhuǎn)化率是1mol5mol×100%=20%,B項正確。平衡時A的物質(zhì)的量是6mol3mol=3mol,其濃度是3mol4L=0.75mol·L1,C項正確。該反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)不變,故無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)2.某溫度下,將3molA和2molB充入一密閉容器中,發(fā)生反應(yīng):aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5min末反應(yīng)達(dá)平衡,各物質(zhì)的平衡濃度的關(guān)系為ca(A)·c(B)=c(C)·c(D)。若在溫度不變的情況下將容器的容積擴(kuò)大為原來的10倍,B的轉(zhuǎn)化率不發(fā)生變化,則B的轉(zhuǎn)化率為()。A.60% B.40%C.24% D.4%答案:A解析:擴(kuò)大容器容積為原來的10倍,B的轉(zhuǎn)化率不變,則a=1。設(shè)B的變化濃度為xmol·L1,令容器的容積為1L,則:A(g)+B(g)C(g)+D(g)起始濃度/(mol·L1) 3 2 0 0變化濃度/(mol·L1) x x x x平衡濃度/(mol·L1) 3x 2x x x根據(jù)平衡濃度的關(guān)系,(3x)×(2x)=x×x,解得x=1.2,則B的轉(zhuǎn)化率為1.2mol2mol3.濃度均為0.1mol·L1的CH4和CO2,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖,下列說法不正確的是()。A.平衡時CO與H2的物質(zhì)的量比為1∶1B.p1、p2、p3、p4由大到小的順序為p1<p2<p3<p4C.1100℃、p4條件下,該反應(yīng)在10min時達(dá)到平衡點X,則v(CO2)=0.008mol·L1·min1D.隨著溫度升高,CH4的轉(zhuǎn)化率減小答案:D解析:因為生成物CO與H2的物質(zhì)的量按1∶1生成,所以平衡時CO與H2的物質(zhì)的量比為1∶1,A項正確。由圖可知,溫度一定時,甲烷的轉(zhuǎn)化率α(p1)>α(p2)>α(p3)>α(p4),正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低,故壓強(qiáng)p4>p3>p2>p1,B項正確。壓強(qiáng)為p4、1100℃的條件下,達(dá)到平衡X點時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%,甲烷的濃度變化量為0.1mol·L1×80%=0.08mol·L1,則v(CO2)=ΔcΔt=0.08mol·L-110min=0.008mol·L1·min4.溫度為T1時,在容積為10L的恒容密閉容器中充入一定量的M(g)和N(g),發(fā)生反應(yīng)M(g)+N(g)2P(g)+Q(g)ΔH>0。反應(yīng)過程中的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表所示,下列說法正確的是()。t/min0510n(M)/mol6.04.0n(N)/mol3.01.0A.若T2時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.64,則T1>T2B.0~5min內(nèi),用M表示的平均反應(yīng)速率為0.4mol·L1·min1C.該反應(yīng)在第8min時v逆>v正D.當(dāng)M、N的轉(zhuǎn)化率之比保持不變時,可判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)答案:A解析:該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡正向進(jìn)行,平衡常數(shù)增大,根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知,5min時反應(yīng)已達(dá)到平衡,故T1時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為(0.4)2×0.20.4×0.1=0.8,T2時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.64,故T1>T2,A項正確,C項錯誤。根據(jù)“三段式”可知,0~5min內(nèi),用M表示的平均反應(yīng)速率為v=ΔcΔt=0.2mol·L5.(2024吉林卷)異山梨醇是一種由生物質(zhì)制備的高附加值化學(xué)品;150℃時其制備過程及相關(guān)物質(zhì)濃度隨時間變化如圖所示,15h后異山梨醇濃度不再變化。下列說法錯誤的是()。A.3h時,反應(yīng)②正、逆反應(yīng)速率相等B.該溫度下的平衡常數(shù):①>②C.0~3h平均速率v(異山梨醇)=0.014mol·kg1·h1D.反應(yīng)②加入催化劑不改變其平衡轉(zhuǎn)化率答案:A解析:由題干結(jié)合圖像可知,3h時山梨醇的濃度基本為零,1,4失水山梨醇的濃度先增加后減少,異山梨醇的濃度逐漸增加,在15h時基本不變,反應(yīng)達(dá)到平衡。3h后,各物質(zhì)的濃度還在變化,反應(yīng)②未達(dá)平衡,正、逆反應(yīng)速率不相等,A項錯誤;由圖可知,反應(yīng)①中的反應(yīng)物山梨醇最終幾乎完全消耗,所以反應(yīng)①的平衡常數(shù)K1接近無窮大,而反應(yīng)②中的反應(yīng)物最終還有,故反應(yīng)②的平衡常數(shù)K2<K1,B項正確;0~3h時異山梨醇的濃度變化為0.042mol·kg1,所以其平均速率v=ΔcΔt=0.042mol·kg-13h=0.0146.科學(xué)家研究以太陽能為熱源分解Fe3O4,最終循環(huán)分解水制H2,其中一步重要反應(yīng)為2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)ΔH=akJ·mol1。在一定壓強(qiáng)下,Fe3O4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的α(Fe3O4)T曲線如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是()。A.a>0B.壓強(qiáng)p1>p2C.升高溫度,該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大D.將體系中O2分離出去,能提高Fe3O4的轉(zhuǎn)化率答案:B解析:根據(jù)圖像分析,壓強(qiáng)一定,溫度升高,Fe3O4的平衡轉(zhuǎn)化率升高,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0,即a>0,A項正確;溫度一定時,壓強(qiáng)增大,平衡逆向移動,Fe3O4的平衡轉(zhuǎn)化率降低,故p1<p2,B項錯誤;升高溫度,平衡正向移動,反應(yīng)的平衡常數(shù)增大,C項正確;將體系中O2分離出去,平衡正向移動,能提高Fe3O4的轉(zhuǎn)化率,D項正確。7.在兩個固定容積均為1L的密閉容器中以不同的氫碳比n(H2)n(CO2)充入H2和CO2,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):2CO2(g)+6HΔH。CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α(CO2)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()。A.該反應(yīng)在常溫下不可能自發(fā)進(jìn)行B.氫碳比,X<2.0C.若起始時,CO2、H2濃度分別為0.5mol·L1、1.0mol·L1,則可得P點對應(yīng)溫度的平衡常數(shù)的值為512D.向處于P點狀態(tài)的容器中,按物質(zhì)的量之比為2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,再次平衡后α(CO2)減小答案:C解析:由圖可知,隨溫度升高,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小,說明升高溫度,平衡逆向移動,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),即ΔH<0,根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式可知ΔS<0,則ΔHTΔS可能小于0,因此常溫下該反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行,A項錯誤;氫碳比越大,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大,故X>2.0,B項錯誤;由圖可知,P點平衡時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為0.50,氫碳比為2.0,根據(jù)三段式可計算出此時的平衡常數(shù)為512,C項正確;向處于P點狀態(tài)的容器中,按物質(zhì)的量之比為2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,此時平衡正向移動,再次平衡后,α(CO2)增大,D項錯誤。二、非選擇題8.(2023全國甲改編)甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法?；卮鹣铝袉栴}。(1)已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:①3O2(g)2O3(g)K1ΔH1=285kJ·mol1②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)K2ΔH2=329kJ·mol1反應(yīng)③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=kJ·mol1,平衡常數(shù)K3=(用K1、K2表示)。

(2)電噴霧電離等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)與O3反應(yīng)可得MO+。MO+與CH4反應(yīng)能高選擇性地生成甲醇。分別在300K和310K下(其他反應(yīng)條件相同)進(jìn)行反應(yīng)MO++CH4M++CH3OH,結(jié)果如下圖所示。圖中300K的曲線是(填“a”或“b”)。300K、60s時MO+的轉(zhuǎn)化率為(列出算式)。

(3)MO+分別與CH4、CD4反應(yīng),體系的能量隨反應(yīng)進(jìn)程的變化如下圖所示(兩者歷程相似,圖中以CH4示例)。(ⅰ)步驟Ⅰ和Ⅱ中涉及氫原子成鍵變化的是(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

(ⅱ)直接參與化學(xué)鍵變化的元素被替換為更重的同位素時,反應(yīng)會變慢,則MO+與CD4反應(yīng)的能量變化應(yīng)為圖中曲線(填“c”或“d”)。

(ⅲ)MO+與CH2D2反應(yīng),氘代甲醇的產(chǎn)量CH2DOD(填“>”“=”或“<”)CHD2OH。若MO+與CHD3反應(yīng),生成的氘代甲醇有種。

答案:(1)307K2K1(2)b(1100.1)×100%(3)(ⅰ)Ⅰ(ⅱ)c(ⅲ解析:(1)分析題給的兩個熱化學(xué)方程式,可知反應(yīng)③可由②-①2得到,故ΔH3=12(ΔH2ΔH1)=12×(329285)kJ·mol1=307kJ·mol1。反應(yīng)③的平衡常數(shù)(2)對于題述反應(yīng)MO++CH4M++CH3OH,溫度越高,MO+與CH4反應(yīng)的速率越大,反應(yīng)相同時間MO+的轉(zhuǎn)化率越大,即溫度越高,c(MO+)c(MO+)+c(M+)的值越小,則lgc(MO+)c(MO+)+c(M+)的值就越大,因此圖中310K的曲線是a,300K的曲線是b。300K、60(3)(ⅰ)觀察分析圖中反應(yīng)進(jìn)程知,步驟Ⅰ中甲烷中C—H發(fā)生變化,氧原子與氫原子間形成新的共價鍵。(ⅱ)依據(jù)題目信息“元素被替換為更重的同位素時,反應(yīng)會變慢”,當(dāng)CH4被替換為CD4后,反應(yīng)變慢,說明其反應(yīng)的活化能變大,故選c。(ⅲ)根據(jù)上述分析,當(dāng)MO+與CH2D2反應(yīng)時,H原子與O原子結(jié)合跟D原子與O原子結(jié)合相比較,反應(yīng)更快,則產(chǎn)量更高。依據(jù)反應(yīng)機(jī)理知,當(dāng)MO+與CHD3反應(yīng)時,實際參與替換的氫原子共兩種類型(H和D),故生成的氘代甲醇有2種。9.研究減少CO2的排放是一項重要課題。CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳有機(jī)化合物,主要有以下反應(yīng):反應(yīng)ⅠCO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=49.6kJ·mol1反應(yīng)ⅡCH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)ΔH2=+23.4kJ·mol1反應(yīng)Ⅲ2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH3(1)ΔH3=kJ·mol1。

(2)恒溫恒容條件下,在密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO2和H2,發(fā)生反應(yīng)Ⅰ。下列描述能說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.反應(yīng)體系總壓強(qiáng)保持不變B.容器內(nèi)的混合氣體的密度保持不變C.水分子中斷裂2NA個H—O,同時氫分子中斷裂3NA個H—H(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)D.CH3OH和H2O的濃度之比保持不變(3)反應(yīng)Ⅱ在某溫度下的平衡常數(shù)為0.25,此溫度下,在密閉容器中加入等物質(zhì)的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反應(yīng)到某時刻測得各組分濃度如下:物質(zhì)CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OH(g)濃度1.81.80.4此時v正(填“>”“<”或“=”)v逆,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,混合氣體中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為。

(4)壓強(qiáng)為p時,在不同溫度、不同投料比下進(jìn)行反應(yīng)Ⅲ,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下,將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中,5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),則0~5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=;KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為。

答案:(1)122.6(2)AC(3)>20%(4)0.18mol·L1·min1KA=KC>KB解析:(1)反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=49.6kJ·mol1反應(yīng)Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)ΔH2=+23.4kJ·mol1反應(yīng)Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH3根據(jù)蓋斯定律,由反應(yīng)Ⅰ×2反應(yīng)Ⅱ得ΔH3=2ΔH1ΔH2=49.6kJ·mol1×223.4kJ·mol1=122.6kJ·mol1。(2)反應(yīng)Ⅰ是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量變化的反應(yīng),所以壓強(qiáng)不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故A項正確。恒溫恒容條件下,由于各物質(zhì)均為氣體,故反應(yīng)前后質(zhì)量與體積都不變,混合氣體的密度始終不變,故B項錯誤。水分子中斷裂2NA個H—O,同時氫分子中斷裂3NA個H—H,說明v正