第3節(jié)化學(xué)平衡移動(dòng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、選擇題1．已知反應(yīng)2CO(g)=2C(s)＋O2(g)的ΔH為正值，ΔS為負(fù)值。設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度的變化而變化，下列說法中正確的是()。A．低溫下能自發(fā)進(jìn)行B．高溫下能自發(fā)進(jìn)行C．低溫下不能自發(fā)進(jìn)行，高溫下能自發(fā)進(jìn)行D．任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行2．250℃和1.01×105Pa時(shí)，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.76kJ·mol－1能自發(fā)進(jìn)行，其自發(fā)進(jìn)行的原因是()A．是吸熱反應(yīng)B．是放熱反應(yīng)C．是熵減少的反應(yīng)D．熵增效應(yīng)大于能量效應(yīng)3．在某一溫度下，某一密閉容器中，M、N、R三種氣體濃度的變化如圖a所示，若其他條件不變，當(dāng)溫度分別為T1和T2時(shí)，N的體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間關(guān)系如圖b所示。則下列結(jié)論正確的是()。圖a圖bA．該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：M(g)＋3N(g)2R(g)ΔH＞0B．達(dá)到平衡后，若其他條件不變，減小容器體積，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)C．達(dá)到平衡后，若其他條件不變，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大，M的轉(zhuǎn)化率減小D．達(dá)到平衡后，若其他條件不變，通入稀有氣體，平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)4．(2018年遼寧大連測(cè)試)將一定量的氨基甲酸銨置于恒容的密閉真空容器中(固體體積忽略不計(jì))，使其達(dá)到化學(xué)平衡：H2NCOONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表：溫度/℃15.020.025.030.035.0平衡總壓強(qiáng)/kPa5.78.312.017.124.0平衡氣體總濃度/(10－3mol·L－1)2.43.44.86.89.4下列有關(guān)敘述正確的是()。A．在低溫下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行B．15℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)約為C．當(dāng)混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)反應(yīng)限度D．恒溫條件下，向原平衡體系中再充入2molNH3和1molCO2，達(dá)平衡后CO2濃度不變5．已知反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝QkJ·mol－1，在三個(gè)不同容積的容器中分別充入1molCO與2molH2，恒溫恒容，測(cè)得平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率如下表。下列說法正確的是()。編號(hào)溫度/℃容器體積CO轉(zhuǎn)化率平衡壓強(qiáng)①200V150%p1②200V270%p2③350V350%p3A.反應(yīng)速率：③>①>②B．平衡時(shí)體系壓強(qiáng)：p1∶p2＝5∶4C．若容器體積V1>V3，則Q<0D．若實(shí)驗(yàn)②中CO和H2用量均加倍，則CO轉(zhuǎn)化率<70%6．(2018屆廣東清遠(yuǎn)清城期末)判斷下列反應(yīng)的熵值增加的是()。A．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)B．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)C．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)D．Cu(s)＋Cl2(g)=CuCl2(s)一定溫度下，在三個(gè)體積均為2.0L的恒容密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)。編號(hào)溫度/℃起始物質(zhì)的量/mol平衡物質(zhì)的量/mol達(dá)到平衡所需時(shí)間/sPCl5(g)PCl3(g)Cl2(g)Ⅰ3200.400.100.10t1Ⅱ3200.80t2Ⅲ4100.400.150.15t3下列說法正確的是()。A．平衡常數(shù)K：容器Ⅱ＞容器ⅢB．反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，PCl5的轉(zhuǎn)化率：容器Ⅱ＜容器ⅠC．反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，容器Ⅰ中的平均速率為v(PCl5)＝eq\f(0.10,t1)mol·L－1·s－1D．起始時(shí)向容器Ⅲ中充入PCl50.30mol、PCl30.45mol和Cl20.10mol，則反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進(jìn)行二、非選擇題8．(2018屆吉林吉大附中摸底)甲醇是一種可再生能源，由CO2制備甲醇的過程可能涉及的反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.58kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2反應(yīng)Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH3＝－90.77kJ·mol－1回答下列問題：(1)反應(yīng)Ⅱ的ΔH2＝____________，若反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，則K2＝________(用K1、K3表示)。(2)反應(yīng)Ⅲ自發(fā)進(jìn)行的條件是____________(填“較低溫度”“較高溫度”或“任何溫度”)。(3)在一定條件下，2L恒容密閉容器中充入3molH2和1.5molCO2，僅發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同反應(yīng)溫度與體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，如下表所示。溫度/℃500TCO2的平衡轉(zhuǎn)化率60%40%①T________(填“高于”或“低于”)500℃②溫度為500℃時(shí)，該反應(yīng)10min用H2表示該反應(yīng)的速率為____________________________________________。b．該溫度下，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K＝__________。(4)某研究小組將一定量的H2和CO2充入恒容密閉容器中并加入合適的催化劑(發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，測(cè)得不同溫度下體系達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率(a)及CH3OH的產(chǎn)率(b)，如下圖所示。①該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是________(填編號(hào))。A．升高溫度B．縮小容器體積C．分離出甲醇D．增加CO2的濃度②據(jù)圖可知當(dāng)溫度高于260℃后，CO的濃度隨著溫度的升高而________(填“增大”“減小”“不變”或“無法判斷”)9．已知在298K和101kPa條件下，有如下反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH2＝－221kJ·mol－1反應(yīng)Ⅲ：N2(g)＋O2(g)=2NO(g)ΔH3＝＋180.5kJ·mol－1回答下列問題：(1)汽車尾氣凈化原理為反應(yīng)Ⅳ：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝________，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)。(2)如果在一定溫度下，體積為2L的密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Ⅳ，0～4min各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化如下表所示：物質(zhì)NOCON2CO2起始/mol0.401.02min末/mol2.00.801.64min末/mol1.6①求0～2min內(nèi)用CO來表示的平均反應(yīng)速率v(CO)＝______________。②試計(jì)算該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)平衡常數(shù)K＝________。(3)若一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，上述反應(yīng)Ⅳ達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容積為3L,c(N2)隨時(shí)間t的變化曲線x如下圖所示。①若在t2min時(shí)改變一個(gè)條件，c(N2)隨反應(yīng)時(shí)間t的變化如曲線y所示，則改變的條件是________。②若在t2min時(shí)升高溫度，t3min時(shí)重新達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出在t2～t4內(nèi)c(N2)的變化曲線。10．(2018屆山西太原一模)乙苯是一種用途廣泛的有機(jī)原料，可制備多種化工產(chǎn)品。(一)制備苯乙烯(原理如反應(yīng)Ⅰ所示)：(g)＋H2(g)ΔH＝＋124kJ·mol－1(1)部分化學(xué)鍵的鍵能如下表所示：化學(xué)鍵C—HC—CC=CH—H鍵能/(kJ·mol－1)412348x436根據(jù)反應(yīng)Ⅰ的能量變化，計(jì)算x＝________。(2)工業(yè)上，在恒壓設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ時(shí)，常在乙苯蒸氣中通入一定量的水蒸氣。請(qǐng)用化學(xué)平衡理論解釋通入水蒸氣的原因：__________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知吉布斯自由能ΔG＝ΔH－TΔS，當(dāng)ΔG<0時(shí)反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。由此判斷反應(yīng)Ⅰ在________(填“高溫”或“低溫”)更易自發(fā)進(jìn)行。(二)制備α-氯乙基苯(原理如反應(yīng)Ⅱ所示)：(g)＋Cl2(g)(g)＋HCl(g)ΔH2＞0(4)T℃時(shí)，向10L恒容密閉容器中充入2mol乙苯(g)和2molCl2(g)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，乙苯(或Cl2)、α-氯乙基苯(或HCl)的物質(zhì)的量濃度(c)隨時(shí)間(t)變化的曲線如下圖所示：①0～2min內(nèi)，以HCl表示的該反應(yīng)速率v(HCl)＝______________。②6min時(shí)，改變的外界條件為________，該條件下的平衡常數(shù)K的數(shù)值＝________。③10min時(shí)，保持其他條件不變，再向容器中充入1mol乙苯、1molCl2、1molα-氯乙基苯和1molHCl，則此時(shí)該反應(yīng)v正______v逆(填“＞”“＜”或“＝”)；若12min時(shí)反應(yīng)再次達(dá)到平衡，則在0～12min內(nèi)，Cl2的轉(zhuǎn)化率α＝________。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)11．(2018年貴州黔東南模擬)工業(yè)上利用CO和H2合成甲醇，而CO和H2來源于煤的氣化?；卮鹣铝袉栴}。Ⅰ.(1)已知：①H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH1＝－241.8kJ·mol－1②C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH2＝－110.5kJ·mol－1則焦炭與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________________________________。(2)已知反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－99kJ·mol－1中的相關(guān)化學(xué)鍵鍵能如下：化學(xué)鍵H—HC—OCOH—OC—HE/(kJ·mol－1)436343x465413則x＝________。Ⅱ.(3)在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH2發(fā)生反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g),CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與總壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。①該反應(yīng)的ΔS________0，圖中的T1________T2。(填“>”“<”或“＝”)②該合成反應(yīng)的溫度一般控制在240℃～270℃________________________________________________________________________。③圖中a點(diǎn)時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為________，該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)為Kp＝________(kPa)－2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(4)利用合成氣(主要成分為CO和H2)合成甲醇，發(fā)生主要反應(yīng)如下：Ⅰ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2Ⅲ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH3上述反應(yīng)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，它們隨溫度變化曲線如下圖所示。則ΔH1________(填“>”“<”或“＝”)ΔH3。理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第3節(jié)化學(xué)平衡移動(dòng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向1．D解析：ΔH為正值，ΔS為負(fù)值，則ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，故選D。2．D解析：反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則有ΔH－TΔS＜0，因ΔH>0，則ΔH<TΔS，即熵增效應(yīng)大于能量效應(yīng)。3．C解析：從圖a可得出該反應(yīng)為M(g)＋3N(g)2R(g)，從圖b中可看出T1＞T2，升高溫度，N的體積分?jǐn)?shù)變大，即平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A錯(cuò)誤；縮小容器的體積，即增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，B錯(cuò)誤；升高溫度，v正、v逆均增大，平衡逆向移動(dòng)，M的轉(zhuǎn)化率減小，C正確；若是在恒溫恒容的容器中通入稀有氣體，則平衡不移動(dòng)，D錯(cuò)誤。4．D解析：反應(yīng)的ΔS＞0，溫度升高平衡時(shí)總濃度增大，說明正方向吸熱，即ΔH>0，根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS可知在高溫下該反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；15.0℃時(shí)，總濃度為2.4×10－3mol·L－1，容器內(nèi)氣體的濃度之比為2∶1，故NH3和CO2的濃度分別為1.6×10－3mol·L－1、0.8×10－3mol·L－1，代入平衡常數(shù)表達(dá)式：K＝(1.6×10－3)2×0.8×10－3＝2.048×10－9，故B錯(cuò)誤；反應(yīng)混合氣體中NH3和CO2的比值始終是2∶1，混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量始終是定值，無法判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；恒溫條件下，平衡常數(shù)不變，且K＝c2(NH3)×c(CO2)，反應(yīng)混合氣體中NH3和CO2的比值始終是2∶1，故重新平衡時(shí)CO2的濃度不變，故D正確。5．C解析：①和②體積不知，壓強(qiáng)不知，無法比較兩者的反應(yīng)速率，A錯(cuò)誤；體積不知，所以壓強(qiáng)之比不一定是5∶4，B錯(cuò)誤；③和①CO的轉(zhuǎn)化率相同，若容器體積V1>V3，③到①平衡逆向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小，但降低溫度使CO的轉(zhuǎn)化率增加，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以Q<0，C正確；若實(shí)驗(yàn)②中CO和H2用量均加倍，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則CO轉(zhuǎn)化率大于70%，D錯(cuò)誤。6．C7．B解析：平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故平衡常數(shù)K：容器Ⅰ＝容器Ⅱ，容器Ⅰ和容器Ⅲ相比，容器Ⅲ生成物的物質(zhì)的量增大，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)吸熱，平衡常數(shù)K：容器Ⅱ<容器Ⅲ，A錯(cuò)誤；正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡左移，即PCl5的轉(zhuǎn)化率：容器Ⅱ＜容器Ⅰ，B正確；v(PCl5)＝v(Cl2)＝eq\f(0.05,t1)mol·L－1·s－1，C錯(cuò)誤；根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算Ⅲ中K＝0.045，起始時(shí)向容器Ⅲ中充入PCl50.30mol、PCl30.45mol和Cl20.10mol，則此時(shí)Qc＝0.075>K，則反應(yīng)將向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，D錯(cuò)誤。8．(1)41.19kJ·mol－1eq\f(K1,K3)(2)較低溫度(3)①高于②0.135mol·L－1·min－1200(4)①BD②增大解析：(3)①反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，則T高于500℃。②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)eq\f(起始濃度,mol·L－1)0.751.500eq\f(轉(zhuǎn)化濃度,mol·L－1)0.451.350.450.45eq\f(平衡濃度,mol·L－1)0.30.150.450.45用H2表示該反應(yīng)的速率為eq\f(1.35mol·L－1,10min)＝0.135mol·L－1·min－1，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K＝eq\f(0.45×0.45,0.3×0.153)＝200。(4)①升高溫度，加快反應(yīng)速率，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，甲醇生產(chǎn)量減小，A錯(cuò)誤；縮小容器體積，增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，甲醇生產(chǎn)量增大，B正確；分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)，甲醇生產(chǎn)量增大，但反應(yīng)速率減慢，C錯(cuò)誤；增加CO2的濃度，可以加快反應(yīng)速率且使得平衡正向移動(dòng)，甲醇生成量增大，D正確。②反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅲ均為放熱反應(yīng)，溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇，反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO，所以當(dāng)溫度高于260℃后，CO的濃度一定增大。9．(1)－746.5kJ·mol－1低溫(2)①0.10mol·L－1·min－1②1.6(3)①快速將容器體積由3L壓縮到2L②如下圖所示(起點(diǎn)、拐點(diǎn)時(shí)間及趨勢(shì)正確即可)解析：(2)①求0～2min內(nèi)Δn(N2)＝1.0mol－0.80mol＝0.2mol，則Δn(CO)＝0.4mol，用CO來表示的平均反應(yīng)速率v(CO)＝eq\f(0.4mol,2L·2min)＝0.10mol·Lˉ1·minˉ1。②2～4min時(shí)CO2的物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化，可知2min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)eq\f(起始物質(zhì)的量,mol)0.41.61.02.0eq\f(變化物質(zhì)的量,mol)0.40.40.2eq\f(平衡物質(zhì)的量,mol)0.82.00.81.6eq\f(平衡濃度,mol·L－1)0.41.00.40.8該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)平衡常數(shù)K＝eq\f(0.4×0.82,0.42×1.02)＝1.6。(3)①由圖示可知c(N2)的濃度瞬間增大為原來的1.5倍，可通過快速將容器體積由3L壓縮到2L。②t2min時(shí)升高溫度平衡逆向移動(dòng)，c(N2)的濃度會(huì)減小，重新形成新的平衡狀態(tài)。10．(1)612(2)該反應(yīng)正向?yàn)闅怏w分子數(shù)增大的反應(yīng)，通入水蒸氣需增大容器容積，減小體系壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(3)高溫(4)①0.05mol·L－1·min－1②升高溫度81③>86.7%解析：(1)反應(yīng)熱＝反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能，由有機(jī)物的結(jié)構(gòu)可知，應(yīng)是—CH2CH3中總鍵能與—CH=CH2、H2總鍵能之差，由題給數(shù)據(jù)可知ΔH＝(5×412＋348－3×412－x－436)kJ·mol－1＝124kJ·mol－1，解得x＝612kJ·mol－1。(2)降低壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)，制備苯乙烯的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，保持壓強(qiáng)不變，加入水蒸氣，容器體積應(yīng)增大，等效為降低壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率。(3)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行需要滿足ΔH－TΔS＜0，制備苯乙烯的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，ΔS＞0，正反應(yīng)吸熱，ΔH＞0，所以反應(yīng)一定是在高溫條件下才能自發(fā)進(jìn)行。(4)①用氯化氫表示的反應(yīng)速率是eq\f(0.1mol·L－1,2min)＝0.05mol·L－1·min－1。②制備α-氯乙基苯的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體的體積不變，6min時(shí)，乙苯、Cl2的濃度在減小，而α-氯乙基苯和HCl的濃度在增加，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，只能是升高溫度。該溫度下達(dá)到平衡，依據(jù)題干條件可知，平衡常數(shù)為K＝eq\f(0.18×0.18,0.02×0.02)＝81。③10min時(shí)，乙苯、Cl2、α-氯乙基苯和HCl的物質(zhì)的量濃度比為1∶1∶9∶9，保持其他條件不變，再向容器中充入1mol乙苯、1molCl2、1molα-氯乙基苯和1molHCl，相當(dāng)于增加反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。設(shè)轉(zhuǎn)化的乙苯物質(zhì)的量濃度為xmol·L－1，則eq\f(起始,mol·L－1)0.30.30.10.1eq\f(轉(zhuǎn)化,mol·L－1)xxxxeq\f(平衡,mol·L－1)0.3－x0.3－x0.1＋x0.1＋x平衡常數(shù)為K