相对于a点,c点温度高,反应速率快;相对于d点,b点压强大,反应速率快,B项错误。
c点温度高于a点温度,c点平衡常数小于a点;b点、d点温度不变,平衡常数不变,C项正确。
相对于a点,c点平衡逆向移动,平均摩尔质量减小;相对于d点,b点压强大,平衡正向移动,平均摩尔质量增大,D项错误。
答案 C
8.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。
O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。
常温常压下发生反应如下:
反应① O3O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1;
反应② [O]+O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2;
总反应:
2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。
下列叙述正确的是( )
A.降低温度,K减小
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
解析 A项,降温,总反应平衡右移,K增大,错误;B项,K1=、K2=、K==K1·K2,错误;C项,升温,反应①右移,c([O])增大,提高消毒效率,正确;D项,对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,错误。
答案 C
9.已知反应:
2CH3COCH3(l)CH3COCH2COH(CH3)2(l)。
取等量CH3COCH3,分别在0℃和20℃下,测得其转化分数随时间变化的关系曲线(Y-t)如图所示。
下列说法正确的是( )
A.b代表0℃下CH3COCH3的Y-t曲线
B.反应进行到20min末,CH3COCH3的>1
C.升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率
D.从Y=0到Y=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的=1
解析 本题考查化学平衡,意在考查考生对平衡移动的理解和对图象的识别能力。
温度升高,达到平衡所用的时间缩短,因此b曲线对应的温度为20℃,A选项错误;温度升高,速率加快,B选项速率之比应小于1;由图象可知,达到平衡时b曲线丙酮的转化率较低,C选项错误;在两曲线交点处,两种温度下转化的丙酮量相等,D选项正确。
答案 D
10.在2L恒容密闭容器中充入2molX和1molY,发生反应:
2X(g)+Y(g)3Z(g) ΔH<0,反应过程持续升高温度,测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。
下列推断正确的是( )
A.升高温度,平衡常数增大
B.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
C.Q点时,Y的转化率最大
D.平衡时充入Z,达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
解析 A项,分析图象,X的体积分数先减小后增大,减小到最低,这是化学平衡的建立过程,后增大,这是平衡的移动过程,升高温度,体积分数增大,说明升高温度,平衡向左移动,使平衡常数减小,故A错;B项,M点温度高,故反应速率快,B错误;从开始到Q点是正向建立平衡的过程,转化率逐渐增大,从Q到M点升高温度,平衡向左移动,使转化率降低,Q点最大,故C正确;平衡时再充入Z,达到的新平衡与原平衡是等效的,故体积分数相等,D错。
答案 C
11.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。
工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:
3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH<0
完成下列填空:
(1)在一定温度下进行上述反应,若反应容器的容积为2L,3min后达到平衡,测得固体的质量增加了2.80g,则H2的平均反应速率为_____________________________________________mol/(L·min);该反应的平衡常数表达式K=____________________。
(2)上述反应达到平衡后,下列说法正确的是____。
a.其他条件不变,压强增大,平衡常数K减小
b.其他条件不变,温度升高,平衡常数K减小
c.其他条件不变,增大Si3N4物质的量平衡向左移动
d.其他条件不变,增大HCl物质的量平衡向左移动
(3)一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是______(填选项字母)。
a.3v逆(N2)=v正(H2)
b.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
c.混合气体密度保持不变
d.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
(4)若平衡时H2和HCl的物质的量之比为,保持其他条件不变,降低温度后达到新的平衡时,H2和HCl的物质的量之比________(填“>”“=”或“<”)。
解析
(1)反应达到平衡后,Δn(Si3N4)==0.02mol,故v(H2)===0.02mol/(L·min)。
(2)平衡常数是温度的函数,与压强无关,故a错误;温度升高,平衡逆向移动,K减小,故b正确;增大固体物质的物质的量,平衡不移动,故c错误;增大n(HCl),平衡逆向移动,K减小,故d正确。
(3)a项,表示v正=v逆,故正确;b项,均为v正,故错误;c项,由于容器密闭恒容,反应体系中Si3N4为固体,当混合气体的密度不变时,则气体物质总质量不再变化,说明反应已经达到平衡状态,故正确;d项,当各物质的浓度比等于化学计量数之比时,不能表示反应已达到平衡状态,故错误。
(4)温度降低,平衡正向移动,n(H2)减小,n(HCl)增大,故达到新平衡时<。
答案
(1)0.02
(2)bd (3)ac (4)<
B组·重点选做题
12.100℃时,若将0.100molN2O4气体放入1L密闭容器中,发生反应N2O4(g)2NO2(g),c(N2O4)随时间的变化如表所示。
回答下列问题:
时间/s
0
20
40
60
80
100
0.100
0.070
0.050
0.040
0.040
0.040
(1)在0~40s时段,化学反应速率v(NO2)为______mol·L-1·s-1;此温度下的化学平衡常数K为__________。
(2)下列能说明该反应达到平衡状态的是________(填选项字母)。
A.2v(N2O4)=v(NO2)
B.体系的颜色不再改变
C.混合气体的密度不再改变
D.混合气体的压强不再改变
(3)该反应达到平衡后,降温至50℃,c(N2O4)变为0.080mol·L-1,混合气体的颜色变__________(填“深”或“浅”),该反应的正反应为__________反应(填“吸热”或“放热”),判断的理由是__________________________________。
(4)该反应达到平衡后,若只改变一个条件,达到新平衡时,下列能使NO2的体积分数增大的是____(填选项字母)。
A.充入一定量的NO2
B.增大容器的容积
C.分离出一定量的NO2
D.充入一定量的N2
(5)100℃时,若将9.2gNO2和N2O4气体放入1L密闭容器中,某时刻测得容器内气体的平均相对分子质量为50,则此时v正(N2O4)__________v逆(N2O4)(填“>”“=”或“<”)。
解析
(1)在0~40s时段,v(NO2)=2v(N2O4)=2×=0.0025mol·L-1·s-1。
由表中数据可知,60s时反应达到平衡,平衡时,c(N2O4)=0.040mol·L-1,c(NO2)=2×(0.100-0.040)mol·L-1=0.12mol·L-1,K===0.36。
(2)A项,没有指明反应速率是“一正一逆”,不能说明反应达到平衡;B项,体系的颜色不再改变,说明c(NO2)的浓度不变,说明反应达到平衡状态;C项,由于混合气体的质量不变,容器的体积不变,故反应无论是否达到平衡,混合气体的密度均不发生变化,不能说明反应达到平衡状态;D项,若反应正向进行,混合气体的总物质的量会增大,若反应逆向进行,混合气体的总物质的量会减小,故混合气体的压强不再改变,说明混合气体的总物质的量不变,说明正、逆反应进行的趋势相同,反应已达到平衡状态。
(3)该反应达到平衡后,降温至50℃,c(N2O4)由0.040mol·L-1变为0.080mol·L-1,说明降温平衡逆向移动,即逆反应为放热反应,正反应为吸热反应,由于平衡逆向移动,故c(NO2)减小,则混合气体的颜色变浅。
(4)充入一定量的NO2,对NO2的体积分数的影响与增大气体压强对NO2的体积分数的影响一致,而增大气体压强,平衡逆向移动,NO2的体积分数减小,A不符合题意;增大容器的容积,气体压强减小,平衡正向移动,NO2的体积分数增大,B符合题意;分离出一定量的NO2,对NO2的体积分数的影响与减小气体压强对NO2的体积分数的影响一致,而减小压强,平衡正向移动,NO2的体积分数增大,C符合题意;充入一定量的N2,各组分的浓度不变,平衡不移动,NO2的体积分数不变,D不符合题意。
(5)某时刻,n(混合气体)==0.184mol,设n(NO2)=xmol,n(N2O4)=ymol,则x+y=0.184,46x+92y=9.2,将两式联立得:
x=0.168,y=0.016,则c(NO2)=0.168mol·L-1,c(N2O4)=0.016mol·L-1,Q===1.764>K=0.36,反应逆向进行,v正(N2O4)<v逆(N2O4)。
答案
(1)0.0025 0.36
(2)BD (3)浅 吸热 降低温度平衡向放热反应方向移动,降低温度c(N2O4)浓度增大,平衡逆向移动(或从NO2浓度变化角度解释也可) (4)BC (5)<
13.为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl4,以减少对其臭氧层的破坏。
化学家研究在催化剂作用下,通过下列反应:
CCl4+H2CHCl3+HCl使CCl4转化为重要的化工原料氯仿(CHCl3)。
此反应伴随有副反应,会生成CH2Cl2、CH3Cl和CH4等。
已知CCl4的沸点为77℃,CHCl3的沸点为61.2℃。
(1)在密闭容器中,该反应达到平衡状态后,测得如下数据(假设不考虑副反应)。
①此反应的化学平衡常数表达式为______________________________________________________________________,
在110℃时平衡常数为________。
②实验1中,CCl4的转化率A________50%(填“大于”“小于”或“等于”)。
③实验2中,10h后达到平衡,H2的平均反应速率为________________。
④实验3中,B的值________(填选项字母)。
A.等于50% B.大于50%
C.小于50% D.从本题资料无法判断
(2)120℃时,在相同条件的密闭容器中,分别进行H2的初始浓度为2mol·L-1和4mol·L-1的实验,测得反应消耗CCl4的百分率(x%)和生成物中CHCl3的百分含量(y%)随时间(t)的变化关系如图(图中实线是消耗CCl4的百分率变化曲线,虚线是产物中CHCl3的百分含量变化曲线)。
①在图中的四条线中,表示H2的起始浓度为2mol·L-1的实验消耗CCl4的百分率变化曲线的是________(填选项字母)。
②根据上图曲线,氢气的起始浓度为________mol·L-1时,有利于提高CCl4的平衡转化率和产物中CHCl3的百分含量。
你判断的依据是___________________________________________________。
解析
(1)因为CCl4的沸点为77℃,CHCl3的沸点为61.2℃,所以在110℃或100℃时反应中各物质的状态均为气态,其平衡常数K=。
110℃时,由实验2可知反应中各物质的平衡浓度均为0.5mol·L-1,代入表达式计算得平衡常数为1。
实验1和实验2的反应温度相同,所以其平衡常数相同,利用平衡常数相等,可以求出实验1中CCl4的平衡转化率为60%,大于50%。
对于实验3,因温度不同,又不知该反应的热效应,所以无法判断转化率的大小。
(2)由图象可知,氢气的浓度越大反应速率越快,消耗CCl4的百分率变化就越快,相反就比较慢,所以H2的起始浓度为2mol·L-1时,消耗CCl4的百分率变化曲线是c,CCl4的平衡转化率和产物中CHCl3的百分含量均得到提高的是a和b,此时氢气的浓度为
4mol·L-1。
答案
(1)①K= 1 ②大于
③0.05mol·L-1·h-1 ④D
(2)①c ②4 从图中可见,4mol·L-1的a、b曲线比2mol·L-1的c、d曲线的CCl4的转化率和产物中CHCl3的百分含量的数值都高
14.(2017·浙江温州十校联考)苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8),其反应原理是C8H10(g)C8H8(g)+H2(g) ΔH=+120kJ·mol-1。
某温度下,将0.40mol苯乙烷充入2L真空密闭容器中发生反应,测定不同时间该容器内气体的物质的量,得到数据如下表:
时间/min
0
10
20
30
40
n(C8H10)/mol
0.40
0.30
0.24
n2
n3
n(C8H8)/mol
0.00
0.10
n1
0.20
0.20
(1)当反应进行到20min时,该段时间内H2的平均反应速率是__________________。
(2)该温度下,该反应的化学平衡常数是______。
(3)若保持其他条件不变,用0.50molH2(g)和0.50molC8H8(g)合成C8H10(g),当有30kJ热量放出时,该反应中H2的转化率是__________。
此时,该合成反应是否达到了平衡状态?
________(填“是”或“否”),且正反应速率__________逆反应速率(填“大于”“小于”或“等于”)。
(4)对于反应C8H10(g)C8H8(g)+H2(g),下列说法正确的是__________(填选项字母)。
A.恒温恒容条件下C8H10(g)和C8H8(g)生成速率相等能说明该反应达到平衡状态
B.压强增大该反应的平衡常数也增大
C.在恒温恒压条件下,有2molC8H10(g)在容器中完全反应,该反应的反应热为ΔH1,另有4molC8H10(g)在容器中完全反应,该反应的反应热为ΔH2,则ΔH2=2ΔH1。
解析
(1)将0.40mol苯乙烷充入2L真空密闭容器中发生反应,20min后,剩余0.24mol,减少了0.16mol,则:
C8H10(g)C8H8(g)+H2(g)
起始量/mol0.4000
变化量/mol0.160.160.16
20min量/mol0.240.160.16
v(H2)===0.004mol·L-1·min-1。
(2)由表中数据可知,反应进行到30min时达到平衡,则:
C8H10(g)C8H8(g)+H2(g)
起始量/(mol·L-1) 0.20 0 0
变化量/(mol·L-1) 0.10 0.10 0.10
30min量/(mol·L-1)0.10 0.10 0.10
化学平衡常数K==0.1。
(3)根据C8H10(g)C8H8(g)+H2(g) ΔH=+120kJ·mol-1,可知C8H8(g)+H2(g)C8H10(g) ΔH=-120kJ·mol-1,有30kJ热量放出时,说明消耗H2的物质的量为0.25mol,所以氢气转化率为×100%=50%。
由于正、逆反应的平衡常数之积为1,而
(2)中计算的平衡常数为0.1,故
C8H8(g)+H2(g)C8H10(g)的平衡常数为10。
C8H8(g)+H2(g)C8H10(g)
起始量/(mol·L-1) 0.25 0.25 0
变化量/(mol·L-1) 0.125 0.125 0.125
某时刻量/(mol·L-1)0.125 0.125 0.125
=8<10,故反应未达到平衡状态,反应向正方向进行,正反应速率大于逆反应速率。
(4)恒温恒容条件下C8H10(g)和C8H8(g)生成速率相等,说明正、逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,A正确;平衡常数只与温度有关,压强增大该反应的平衡常数不变,B错误;反应热与热化学方程式的书写有关,与实际参加反应的反应物的量无关,C错误。
答案
(1)0.004mol·L-1·min-1
(2)0.1 (3)50% 否 大于 (4)A