第二讲 化学反应进行的方向和化学平衡状态一、选择题1．在已经处于化学平衡状态的体系中，如果下列量发生变化，其中一定能表明化学平衡移动的是( )A．反应混合物的浓度 B．反应体系的压强C．正、逆反应的速率 D．反应物的转化率解析对于“等体反应”，缩小反应容器，压强增大，平衡不移动，但反应混合物的浓度增大，正逆反应速率增大，可知A、B、C错误。答案D2．分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )。A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)ΔH＝＋163kJ·mol－1B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝＋91kJ·mol－1D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98kJ·mol－1解析 反应自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。答案 D2．某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4kJ/mol。N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )A．将1mol氮气、3mol氢气，置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ\nB．平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)＜K(B)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应速率增大，正反应速率减小解析因为该反应为可逆反应，加入1molN2、3molH2，两者不可能完全反应生成NH3，所以放出的热量小于92.4kJ，A错；从状态A到状态B的过程中，改变的是压强，温度没有改变，所以平衡常数不变，B错；因为该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C对；升高温度，正、逆反应速率都增大，D错。答案C4．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是( )。A．c1∶c2＝3∶1B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0mol·L－1<c1<0.14mol·L－1答案 D5．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表：t℃70080083010001200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是( )。A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)B．上述反应的正反应是放热反应C．若在1L的密闭容器中通入CO2和H2各1mol,5min后温度升高到830℃，此时测得CO2为0.4mol，该反应达到平衡状态D．若平衡浓度符合关系式＝，则此时的温度为1000℃解析 依平衡常数的表达式可知A正确；升高温度K减小，平衡左移，正反应为放热反应，B正确；5min后CO、H2O、CO2、H2的浓度分别为0.6mol·L－1、0.6mol·L－1、0.4mol·L－1、0.4mol·L－1，＝\n<1，平衡向右移动，C错误；＝，D正确。答案 C6．某温度下，在一个2L的密闭容器中，加入4molA和2molB进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6molC，则下列说法正确的是( )A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝B．此时，B的平衡转化率是40%C．增大该体系的压强，化学平衡常数增大D．增加B，B的平衡转化率增大解析化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的B的物质的量是1.6mol×0.5＝0.8mol，所以B的转化率为40%，B正确；增大压强时平衡常数不变，平衡常数只与温度有关，C错误；增加B后平衡右移，A的转化率增大，而B的转化率减小，D错误。答案：B7．已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0kJ·mol－1。一定条件下，向体积为1L的密闭容器中充入1molCO2和3molH2，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间的变化曲线如下图所示。下列叙述中正确的是( )A．欲增大平衡状态时c(CH3OH)/c(CO2)的比值，可采用升高温度的方法B．3min时，CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率，且二者浓度相同C．欲提高H2的平衡转化率只能加压减小反应容器的体积D．从反应开始到平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝0.075mol·L－1·min－1解析该反应正反应为放热反应，升温平衡逆移，c(CH3OH)/c(CO2)减小，A错；欲提高H2转化率，还可用降温等其他方法，C错；达平衡时v(H2)＝3v(CO2)＝3×0.075mol/L·min＝0.225mol/L·min，D错。答案B二、非选择题\n8．由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用引起了各界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，该反应的能量变化如图所示：(1)上述反应平衡常数K的表达式为_______________________________________________________________，温度降低，平衡常数K________(填“增大”、“不变”或“减小”)。(2)在体积为2L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，测得CO2的物质的量随时间变化如下表所示。从反应开始到5min末，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)＝________。t/min0251015n(CO2)/mol10.750.50.250.25(3)在相同温度容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是________(填写序号字母)。a．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1b．容器内压强保持不变c．H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1d．容器内的密度保持不变解析 (1)该反应生成物比反应物能量低，是放热反应；温度降低，平衡正向移动，K值增大。(2)v(H2)＝3v(CO2)＝×3＝0.15mol·L－1·min－1。(3)反应过程中n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)之比不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据。该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应，当容器内压强不变时，说明正反应速率和逆反应速率相等，反应达到平衡。当氢气的消耗速率与甲醇的消耗速率之比为3∶1时，说明氢气的消耗速率和生成速率相等，反应达到平衡。无论反应是否达到平衡，容器内气体的密度都不变。答案 (1)K＝ 增大(2)0.15mol·L－1·min－1 (3)bc9．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟利昂作制冷剂，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。请回答下列问题：(1)利用水煤气合成二甲醚的总反应为：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)；ΔH＝－246.4kJ·mol－1\n它可以分为两步，反应分别如下：①4H2(g)＋2CO(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)， ΔH1＝－205.1kJ·mol－1②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)；ΔH2＝________。(2)在一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，只改变一个条件能同时提高反应速率和CO转化率的是________(填字母代号)。a．降低温度 B．加入催化剂c．缩小容器体积 D．增加H2的浓度e．增加CO的浓度(3)在一体积可变的密闭容器中充入3molH2、3molCO、1molCH3OCH3、1molCO2，在一定温度和压强下发生反应：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍。问：①反应开始时正、逆反应速率的大小：v(正)______(填“＞”、“＜”或“＝”)v(逆)。②平衡时n(CH3OCH3)＝________，平衡时CO的转化率＝________。解析(1)由盖斯定律①＋②＝总反应，故ΔH＝ΔH1＋ΔH2，ΔH2＝ΔH－ΔH1＝－246.4kJ·mol－1＋205.1kJ·mol－1＝－41.3kJ·mol－1。(2)降温反应速率会减小，加入催化剂不改变转化率，增加CO的浓度会减小CO的转化率，c和d符合题意。(3)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)始3 311转3x 3xxx平3－3x 3－3x1＋x1＋x由密度之比等于体积反比，即物质的量的反比，得：＝ 解得x＝0.75CO的转化率为×100%＝75%。答案：(1)－41.3kJ·mol－1 (2)cd(3)①＞ ②1.75mol 75%10．在一定温度下将3molCO2和2molH2混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝________。(2)已知在700℃时，该反应的平衡常数K1＝0.6，则该温度下反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝________，反应CO2(g)＋H2(g)\nCO(g)＋H2O(g)的平衡常数K3＝________。(3)已知在1000℃时，该反应的平衡常数K4为1.0，则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。(填编号)A．容器中压强不变B．c(CO2)＝c(CO)C．生成amolCO2的同时消耗amolH2D．混合气体的平均相对分子质量不变(5)在1000℃下，某时刻CO2的物质的量为2.0mol，则此时v正________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。该温度下反应达到平衡时，CO2的转化率为________。解析 (2)K2＝，K3＝K1(3)升高温度，平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动即正反应是一个吸热反应。(4)因为该反应为反应前后气体体积不变的反应，所以压强不变，平均相对分子质量不变，均不能说明达到平衡状态，A、D错；选项B中CO2和CO的浓度相等，不能说明其浓度不再变化，故B错；生成CO2代表逆反应，消耗H2代表正反应，且比值等于反应化学方程式中的化学计量数之比，选项C正确。(5)CO2的物质的量为2.0mol时，H2为1.0mol，CO为1.0mol，H2O(g)为1.0mol，其浓度分别为1.0mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1，则Qc＝＝<1，该反应向正反应方向进行，v正>v逆。起始时，c(CO2)＝＝1.5mol·L－1c(H2)＝＝1mol·L－1设达到平衡时，CO的浓度为xCO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)1.5100xxxx1.5－x1－xxxK＝＝＝1，解得：x＝0.6mol·L－1所以，α(CO2)＝×100%＝40%。\n答案 (1) (2)1.67 0.77 (3)吸热 (4)C (5)> 40%11．汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致：N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH＞0，已知该反应在2404℃，平衡常数K＝64×10－4。请回答：(1)某温度下，向2L的密闭容器中充入N2和O2各1mol，5分钟后O2的物质的量为0.5mol，则N2的反应速率________。(2)假定该反应是在恒容条件下进行，判断该反应达到平衡的标志________。A．消耗1molN2同时生成1molO2B．混合气体密度不变C．混合气体平均相对分子质量不变D．2v正(N2)＝v逆(NO)(3)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，下列变化趋势正确的是________(填字母序号)。(4)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比，此时平衡混合气中NO的体积分数________。(填“变大”、“变小”或“不变”)(5)该温度下，某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10－1mol/L、4.0×10－2mol/L和3.0×10－3mol/L，此时反应________________(填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”)，理由是__________________________________________________。\n
