高考化学一轮复习考点规范练20 化学平衡常数及转化率 化学反应的调控

考点规范练20　化学平衡常数及转化率　化学反应的调控一、选择题1.把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中,在一定条件下发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),5min末该反应达到平衡,此时生成C的物质的量为2mol,测定D的平均反应速率为0.1mol·L-1·min-1,下列说法错误的是(　　)。A.x=2B.B的转化率为20%C.平衡时A的浓度为0.75mol·L-1D.反应在恒温达平衡时,容器内压强为开始时的85%2.某温度下,将3molA和2molB充入一密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5min末反应达平衡,各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)=c(C)·c(D)。若在温度不变的情况下将容器的容积扩大为原来的10倍,B的转化率不发生变化,则B的转化率为(　　)。A.60%B.40%C.24%D.4%3.(2021黑龙江双鸭山高三月考)浓度均为0.1mol·L-1的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图,下列说法不正确的是(　　)。A.平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1B.p1、p2、p3、p4由大到小的顺序为p1<p2<p3<p4C.1100℃、p4条件下,该反应10min时达到平衡点X,则v(CO2)=0.008mol·L-1·min-1D.随着温度升高,CH4的转化率减小4.(2021福建漳州高三模拟)温度为T1时,在容积为10L的恒容密闭容器中充入一定量的M(g)和N(g),发生反应M(g)+N(g)2P(g)+Q(g)　ΔH>0。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是(　　)。t/min0510n(M)/mol6.04.0n(N)/mol3.01.08学科网（北京）股份有限公司\nA.若T2时该反应的化学平衡常数为0.64,则T1>T2B.0~5min内,用M表示的平均反应速率为0.4mol·L-1·min-1C.该反应在第8min时v逆>v正D.当M、N的转化率之比保持不变时,可判断该反应达到平衡状态5.温度为T时,在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g)2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如表所示,下列说法正确的是(　　)。物质XYZ初始浓度/(mol·L-1)0.10.202min时浓度/(mol·L-1)0.08ab平衡浓度/(mol·L-1)0.050.050.1A.平衡时,X的转化率为20%B.当温度为T时,该反应的平衡常数为40C.平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆减小,平衡向正反应方向移动D.前2min内,用Y的浓度变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03mol·L-1·min-16.科学家研究以太阳能为热源分解Fe3O4,最终循环分解水制H2,其中一步重要反应为2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)　ΔH=akJ·mol-1。在一定压强下,Fe3O4的平衡转化率随温度变化的α(Fe3O4)-T曲线如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)。A.a>0B.压强p1>p2C.升高温度,该反应的平衡常数增大D.将体系中O2分离出去,能提高Fe3O4的转化率7.在两个固定容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)n(CO2)充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)　ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)。8学科网（北京）股份有限公司\nA.该反应在常温下不可能自发进行B.氢碳比,X<2.0C.若起始时,CO2、H2浓度分别为0.5mol·L-1、1.0mol·L-1,则可得P点对应温度的平衡常数的值为512D.向处于P点状态的容器中,按物质的量之比为2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,再次平衡后α(CO2)减小二、非选择题8.在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度下进行如下反应:A(g)B(g)+C(g)　ΔH=+85.1kJ·mol-1。反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:时间t/h01248总压强p100kPa4.915.586.327.318.54时间t/h1620253035总压强p100kPa9.509.529.539.539.53请回答下列问题:(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为　　　　　　　　　　。 (2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为　　　　　　　　,平衡时A的转化率为　　　　(结果保留一位小数),列式并计算反应的平衡常数K。 (3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总=　　　　mol,n(A)=　　　　　　　mol。 ②下表为反应物A的浓度与反应时间的数据,计算:a=　　　　(结果保留两位有效数字)。 反应时间t/h04816c(A)(mol·L-1)0.10a0.0260.0065分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律,得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为　　　　mol·L-1。 8学科网（北京）股份有限公司\n9.研究减少CO2的排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机化合物,主要有以下反应:反应ⅠCO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.6kJ·mol-1反应ⅡCH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)　ΔH2=+23.4kJ·mol-1反应Ⅲ2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH3(1)ΔH3=　　　　kJ·mol-1。 (2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2,发生反应Ⅰ。下列描述能说明反应Ⅰ达到平衡状态的是　　　(填字母)。 A.反应体系总压强保持不变B.容器内的混合气体的密度保持不变C.水分子中断裂2NA个H—O,同时氢分子中断裂3NA个H—H(设NA为阿伏加德罗常数的值)D.CH3OH和H2O的浓度之比保持不变(3)反应Ⅱ在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:物质CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OH(g)浓度(mol·L-1)1.81.80.4此时v正　　　　(填“>”“<”或“=”)v逆,当反应达到平衡状态时,混合气体中CH3OH的体积分数为　　　　。 (4)压强为p时,在不同温度、不同投料比下进行反应Ⅲ,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中,5min后反应达到平衡状态,则0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=　　　　　　　;KA、KB、KC三者之间的大小关系为　　　　　　　　　　　。 答案：1.D　解析:D的平均反应速率为0.1mol·L-1·min-1,则生成D的物质的量是0.1mol·L-1·min-1×4L×5min=2mol。根据物质的变化量之比等于方程式中各物质的化学计量数之比可知,x=2,A项正确。根据方程式可知,消耗A和B的物质的量分别是3mol和1mol,所以B的转化率是1mol5mol×100%=20%,B项正确。平衡时A8学科网（北京）股份有限公司\n的物质的量是6mol-3mol=3mol,其浓度是3mol4L=0.75mol·L-1,C项正确。该反应前后气体分子总数不变,故无论反应是否达到平衡状态,混合气体的压强都不改变,D项错误。2.A　解析:扩大容器容积为原来的10倍,B的转化率不变,则a=1。设B的变化浓度为xmol·L-1,令容器的容积为1L,则:　　　　　　　　A(g)+B(g)C(g)+D(g)起始浓度/(mol·L-1)3200变化浓度/(mol·L-1)xxxx平衡浓度/(mol·L-1)3-x2-xxx根据平衡浓度的关系,(3-x)×(2-x)=x×x,解得x=1.2,则B的转化率为1.2mol2mol×100%=60%,A项正确。3.D　解析:因为生成物CO与H2的物质的量按1∶1生成,所以平衡时CO与H2的物质的量比为1∶1,A项正确。由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(p1)>α(p2)>α(p3)>α(p4),正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强p4>p3>p2>p1,B项正确。压强为p4、1100℃的条件下,达到平衡X点时甲烷的转化率为80%,甲烷的浓度变化量为0.1mol·L-1×80%=0.08mol·L-1,则v(CO2)=ΔcΔt=0.08mol·L-110min=0.008mol·L-1·min-1,C项正确。由题图可知,当压强相同时,温度越高,CH4的平衡转化率越大,D项错误。4.A　解析:该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向进行,平衡常数增大,根据表中数据可知,5min时反应已达到平衡,故T1时该反应的化学平衡常数为(0.4)2×0.20.4×0.1=0.8,T2时该反应的化学平衡常数为0.64,故T1>T2,A项正确,C项错误。根据“三段式”可知,0~5min内,用M表示的平均反应速率为v=ΔcΔt=0.2mol·L-15min=0.04mol·L-1·min-1,B项错误。根据化学方程式M、N的化学计量数之比可知,两者的转化率之比始终保持不变,是个定值,故D项错误。5.D　解析:平衡时,X的转化率=(0.1-0.05)mol·L-10.1mol·L-1×100%=50%,A项错误;温度为T时,该反应的平衡常数K=c2(Z)c(X)·c3(Y)=0.120.05×0.053=1600,B项错误;该反应是气体分子数减小的反应,达平衡后,增大体系压强,v正、v逆均增大,平衡向正反应方向移动,C项错误;前2min内,用Y的浓度变化量表示的平均反应速率v(Y)=3v(X)=3×0.02mol·L-12min=0.03mol·L-1·min-1,D项正确。6.B　解析:根据图像分析,压强一定,温度升高,Fe3O4的平衡转化率升高,该反应为吸热反应,ΔH>0,即a>0,A项正确;温度一定时,压强增大,平衡逆向移动,Fe3O4的平衡转化率降低,故p1<p2,B项错误;升高温度,平衡正向移动,反应的平衡常数增大,C项正确;将体系中O2分离出去,平衡正向移动,能提高Fe3O4的转化率,D项正确。8学科网（北京）股份有限公司\n7.C　解析:由图可知,随温度升高,CO2的平衡转化率减小,说明升高温度,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,即ΔH<0,根据反应的化学方程式可知ΔS<0,则ΔH-TΔS可能小于0,因此常温下该反应可能自发进行,A项错误;氢碳比越大,二氧化碳的转化率越大,故X>2.0,B项错误;由图可知,P点平衡时二氧化碳转化率为0.50,氢碳比为2.0,根据三段式可计算出此时的平衡常数为512,C项正确;向处于P点状态的容器中,按物质的量之比为2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O,此时平衡正向移动,再次平衡后,α(CO2)增大,D项错误。8.答案:(1)升高温度、减小压强(2)(pp0-1)×100%　94.1%　　　A(g)　　B(g)　+　C(g)起始浓度(mol·L-1)0.1000平衡浓度(mol·L-1)0.10×(1-94.1%)0.10×94.1%0.10×94.1%K=c(B)·c(C)c(A)=1.5(3)①pp0×0.10　(2-pp0)×0.10②0.051　达到平衡前每间隔4h,c(A)约减小为原来的一半　0.013解析:(1)该反应是反应前后气体分子总数增大的吸热反应,故升高温度、减小压强均能使平衡正向移动,从而提高A的平衡转化率。(2)在恒温恒容下,根据阿伏加德罗定律可知,气体的物质的量之比等于气体的压强之比,则α(A)=Δnn(A)×100%=Δpp0×100%=p-p0p0×100%=(pp0-1)×100%。由表中数据可知,p0=4.91×100kPa,平衡时p=9.53×100kPa,则α(A)=(9.534.91-1)×100%≈94.1%。根据“三段式”法计算,则有　　　　　A(g)　　B(g)　+　C(g)起始浓度(mol·L-1)0.1000平衡浓度(mol·L-1)0.10×(1-94.1%)0.10×94.1%0.10×94.1%K=c(B)·c(C)c(A)=1.5。(3)①恒温恒容下,根据阿伏加德罗定律,n0n总=p0p,则n总=pp0n0,n0=0.10mol,故n总=pp0×0.10mol。　　A(g)　　B(g)　　+　　C(g)起始0.10mol00某时刻n(A)0.10mol-n(A)0.10mol-n(A)n总=n(A)+0.10mol-n(A)+0.10mol-n(A)=0.20mol-n(A),则n(A)=0.20mol-n总=0.20mol-pp0×0.10mol=(2-pp0)×0.10mol。8学科网（北京）股份有限公司\n②由表中数据可知,4h时,p=7.31×100kPa,则4h时,n(A)=(2-pp0)×0.10mol=(2-7.314.91)×0.10mol≈0.051mol,故a=0.051。由表中反应物A的浓度与时间间隔(Δt)之间的关系可知,达到平衡前每间隔4h,c(A)约减小为原来的一半。8h时,c(A)=0.026mol·L-1,再经过4h,即12h时,反应物的浓度c(A)为8h时浓度的一半,即为0.013mol·L-1。9.答案:(1)-122.6　(2)AC　(3)>　20%(4)0.18mol·L-1·min-1　KA=KC>KB解析:(1)反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.6kJ·mol-1反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)　ΔH2=+23.4kJ·mol-1反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH3根据盖斯定律,由反应Ⅰ×2-反应Ⅱ得ΔH3=2ΔH1-ΔH2=-49.6kJ·mol-1×2-23.4kJ·mol-1=-122.6kJ·mol-1。(2)反应Ⅰ是反应前后气体的物质的量变化的反应,所以压强不变说明反应达到平衡状态,故A项正确。恒温恒容条件下,由于各物质均为气体,故反应前后质量与体积都不变,混合气体的密度始终不变,故B项错误。水分子中断裂2NA个H—O,同时氢分子中断裂3NA个H—H,说明v正=v逆,故C项正确。CH3OH和H2O的浓度之比保持不变,相当于两者之比等于1∶1,不能说明反应达到平衡状态,故D项错误。(3)在反应CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)中,根据Q=c2(CH3OH)c(CH3OCH3)·c(H2O)=0.421.8×1.8<0.25,说明平衡正向移动,故此时v正>v逆。设CH3OCH3转化了xmol·L-1,则　　　　　CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)起始浓度(mol·L-1)1.81.80.4变化浓度(mol·L-1)xx2x平衡浓度(mol·L-1)1.8-x1.8-x0.4+2x根据K=(0.4+2x)(0.4+2x)(1.8-x)(1.8-x)=0.25,解得x=0.2,混合气体中CH3OH的体积分数为0.8mol·L-11.6mol·L-1+1.6mol·L-1+0.8mol·L-1×100%=20%。(4)设反应生成了xmolCH3OCH3,则　　　2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)起始/mol61200变化/mol2x6xx3x平衡/mol6-2x12-6xx3x已知n(H2)n(CO2)=12mol6mol=2,根据CO2的平衡转化率,T1温度下CO2的转化率为60%,所以有2x6=0.6,解得x=1.8,8学科网（北京）股份有限公司\n故0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=1.8mol2L×5min=0.18mol·L-1·min-1。已知反应为放热反应,投料比一定时,T2对应的CO2的平衡转化率小于T1对应的CO2的平衡转化率,说明T2下平衡逆向移动,K变小,化学平衡常数只与温度有关,所以KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA=KC>KB。8学科网（北京）股份有限公司