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-1-化学平衡常数化学反应进行的方向一、选择题1.(2019·潮州模拟)水的三态的熵值的大小关系正确的是()A.S(s)S(l)S(g)B.S(l)S(s)S(g)C.S(g)S(l)S(s)D.S(g)S(s)S(l)【解析】选C。按H2O(g)→H2O(l)→H2O(s),水分子的排列越来越有序,水分子的运动范围越来越小,故混乱度越来越小,其熵越来越小。2.(2019·咸阳模拟)下列变化过程中,ΔH0、ΔS0的是()A.2SO32SO2+O2B.2C2H6(g)+7O2(g)4CO2(g)+6H2O(g)C.NH4NO3(s)N(aq)+N(aq)D.Cl22Cl【解析】选B。乙烷燃烧是放热反应,反应后气体分子数量增加,所以该反应过程中,ΔH0,ΔS0。3.已知NH3催化氧化制备NO时发生竞争反应:①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)ΔH1=-905kJ·mol-1;②4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)ΔH2=-1266.6kJ·mol-1。为分析催化剂的选择性,向1L恒容密闭容器中通入1molNH3和2molO2,测得NO和N2的物质的量与温度的关系如图所示:下列有关该反应的说法错误的是()A.两个反应只能在低温下自发进行-2-B.两个反应在化学热力学上趋势很大C.该催化剂在840℃时主要选择反应①D.NO的物质的量W点小于Z点的主要原因为W点温度更高,反应②正向进行程度小【解析】选A。两个反应均为放热的熵增反应,任何条件均可自发,A项错误;两个反应均为放热很多的放热反应,在热力学上进行趋势很大,B项正确;由题给图象可知该催化剂在840℃时主要选择反应①,C项正确;在840℃后该催化剂主要选择反应①,由于反应②放热,W点温度更高,故反应②正向进行程度小,NO的物质的量小,D项正确。4.(2019·衡水模拟)已知下列反应在常温下均为非自发反应,则在高温下仍为非自发的是()A.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)B.Fe2O3(s)+C(s)2Fe(s)+CO2(g)C.N2O4(g)2NO2(g)D.6C(s)+6H2O(l)C6H12O6(s)【解析】选D。在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理叫熵增原理,在用来判断过程的方向时,称为熵判据。对于同一种物质而言,S(g)S(l)S(s)。A、C都是分解反应,都是吸热反应,即ΔH0,又是熵增反应,即ΔS0,因此当高温时可能有ΔH-TΔS0,故在高温下可自发进行,而B也是熵增反应,也是吸热反应,同A、C一样在高温下可自发进行。D是熵减小反应,温度越高,则ΔH-TΔS的值越大,因此在高温下不能自发进行。5.(2019·西安模拟)反应C(s)+2H2(g)CH4(g)在1000K时Kp=9955.75,当总压为101kPa,气体组成是H270%,CH420%,N210%时,上述反应()A.正向移动B.逆向移动C.达到平衡D.不一定【解析】选A。Qp==Pa-1=4.04×10-6Pa-1,可见QpKp,则平衡正向移动。6.(2019·临沂模拟)在3种不同条件下,分别向容积为2L的恒容密闭容器中充入2molA和1molB,发生反应:2A(g)+B(g)2D(g)ΔH=QkJ·mol-1。相关条件和数据见下表:-3-实验编号实验Ⅰ实验Ⅱ实验Ⅲ反应温度/℃700700750达平衡时间/min40530n(D)平衡/mol1.51.51化学平衡常数K1K2K3下列说法正确的是()A.实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1molA和1molD,平衡不移动B.升高温度能加快反应速率的原理是降低了活化能,使活化分子百分数提高C.实验Ⅲ达平衡后容器内的压强是实验Ⅰ的倍D.K3K2K1【解析】选A。实验Ⅲ中,2A(g)+B(g)2D(g)起始(mol·L-1)10.50反应(mol·L-1)0.50.250.5平衡(mol·L-1)0.50.250.5化学平衡常数为K===4,温度不变,平衡常数不变,实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1molA和1molD,则此时容器中c(A)=1mol·L-1,c(B)=0.25mol·L-1,c(D)=1mol·L-1,此时浓度商Qc==4=K,平衡不发生移动,故A正确;B.升高温度,增大了分子的能量,增加了活化分子百分数,使反应速率加快,但反应的活化能不变,故B错误;C.根据理想气体状态方程pV=nRT,反应起始时向容器中充入2molA和1molB,实验Ⅲ达平衡时,n(D)=1mol,根据反应方程式,则平衡时n(A)=1mol,n(B)=0.5mol,实验Ⅰ达平衡时,n(D)=1.5mol,根据反应方程式,n(A)=0.5mol,n(B)=0.25mol,则实验Ⅲ达平衡后容器内的压强与实验Ⅰ达平衡后容器内的压强之比为==≠,故C错误;D.反应为2A(g)+B(g)2D(g),比较实验Ⅰ和Ⅲ,温度升高,平衡时D的量减少,化学平-4-衡向逆反应方向移动,则K3K1,温度相同,平衡常数相同,则K1=K2,综上,则平衡常数的关系为K3K2=K1,故D错误。7.(2019·北京朝阳区模拟)乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1mol,容器体积为1L]。下列分析不正确的是()A.乙烯气相直接水合反应的ΔH0B.图中压强的大小关系为p1p2p3C.图中a点对应的平衡常数K=D.达到平衡状态a、b所需要的时间:ab【解析】选B。压强不变时,升高温度乙烯转化率降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应,则ΔH0,A正确;相同温度下,增大压强平衡正向移动,乙烯转化率增大,根据图知,相同温度下转化率:p1p2p3,则压强p1p2p3,B错误;a点乙烯转化率为20%,则消耗的n(C2H4)=1mol×20%=0.2mol,可逆反应C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)开始(mol·L-1)110消耗(mol·L-1)0.20.20.2平衡(mol·L-1)0.80.80.2化学平衡常数K===,C正确;温度越高、压强越大化学反应速率越快,反应达到平衡时间越短,温度、压强均是ab,则反应速率ab,所以达到平衡状态a、b所需要的时间:ab,故D正确。8.温度为TK时,将0.40molA气体充入2.0L固定容积的密闭容器中,发生反应A(g)2B(g)ΔH0,经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的部分数据见下表:时间/s0204080100-5-n(A)/mol0.400.200.10n(B)/mol00.240.600.60下列说法正确的是()A.0～40s的平均反应速率v(B)=0.01mol·L-1·s-1B.TK时该反应的平衡常数为3.6C.相同条件下,若起始时充入0.80molA,则达到平衡时c(B)小于0.60mol·L-1D.相同条件下,若起始时向容器中充入0.05molA、0.70molB,则反应达到平衡前v(正)v(逆)【解析】选C。0～40s的平均反应速率v(B)=2v(A)=2×=0.005mol·L-1·s-1,A项错误;100s时反应处于平衡状态,平衡常数K===1.8,B项错误;相同条件下,若起始时投入0.80molA,则达到的平衡相当于原平衡缩小一半容器体积的效果,平衡向左移动,C项正确;Qc==4.91.8,达到平衡前反应逆向进行,故反应达到平衡前v(正)v(逆),D项错误。二、非选择题9.有A、B、C、D四个反应:反应ABCDΔH/kJ·mol-110.51.80-126-11.7ΔS/J·mol-1·K-130.0-113.084.0-105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是__________;任何温度下都不能自发进行的反应是__________;另两个反应中,在温度高于________℃时可自发进行的反应是__________;在温度低于________℃时可自发进行的反应是___________________________________。【解析】放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行,吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。放热的熵减反应在低温下能自发进行,吸热的熵增反应在高温下可以自发进行,具体温度可以根据ΔH-TΔS=0计算出来。答案:CB77A-161.6D10.(2019·潍坊模拟)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:ⅠSO2+2H2O+I2H2SO4+2HIⅡ2HIH2+I2-6-Ⅲ2H2SO42SO2+O2+2H2O(1)分析上述反应,下列判断正确的是________。a.反应Ⅲ易在常温下进行b.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强c.循环过程中需补充H2Od.循环过程产生1molO2的同时产生1molH2(2)一定温度下,向1L密闭容器中加入1molHI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如图所示。该温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=________。相同温度下,若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,则________是原来的2倍。a.平衡常数b.HI的平衡浓度c.达到平衡的时间d.平衡时H2的体积分数【解析】(1)H2SO4沸点较高,在常温下不发生分解;反应Ⅰ中SO2的还原性比HI强;循环过程中H2O分解生成了H2与O2,需补充;循环过程中产生1molO2同时产生2molH2,c正确。(2)2HI(g)H2(g)+I2(g)初始(mol·L-1):100平衡(mol·L-1):0.80.10.1该反应的平衡常数K1===,相同温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K==64。该温度下,开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,平衡常数不变,HI、H2、I2平衡浓度均为原来的2倍,初始浓度变大,反应速率加快,HI、H2、I2的体积分数均不变,故选b。答案:(1)c(2)64b-7-11.顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:该反应的速率方程可表示为v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:(1)已知:t1温度下,k(正)=0.006s-1,k(逆)=0.002s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=________;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。(2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号),平衡常数值K2=________;温度t2________t1(填“小于”“等于”或“大于”),判断理由是________________________________。【解析】(1)根据v(正)=k(正)c(顺)、k(正)=0.006s-1,则v(正)=0.006c(顺),v(逆)=k(逆)c(反),k(逆)=0.002s-1,v(逆)=0.002c(反),达到化学平衡状态时正逆反应速率相等,则0.006c(顺)=0.002c(反),K1=c(反)/c(顺)=0.006÷0.002=3;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),说明断键吸收的能量小于成键释放的能量,即该反应为放热反应,则ΔH小于零。(2)随着时间的推移,顺式异构体的质量分数不断减小,则符合条件的曲线是B,设顺式异构体的起始浓度为x,该可逆反应左右物质系数相等,均为1,则平衡时,顺式异构体的浓度为0.3x,反式异构体的浓度为0.7x,所以平衡常数值K2=0.7x÷0.3x=7/3,因为K1K2,放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动,所以温度t2大于t1。答案:(1)3小于(2)B7/3大于放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动12.丙烯是三大合成材料的基本原料。丙烷脱氢是工业生产丙烯的重要途径,其热化学