选择性必修1第二章化学反应速率与化学平衡第二节化学平衡（3）_新人教版高二化学选修一、二、三_新人教版高中化学选择性必修第一册_高二化学（选择性必修第一册）学案练习

v ；M点为刚达到平衡点（如图甲）；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温， 正 逆 A的百分含量增加或C的百分含量减少（如图乙），平衡左移，故正反应ΔH＜0。 3. 不在曲线上的点的处理 在曲线上的点都处于平衡状态，v =v ，不在曲线上的点都在“奔向平衡的路上”， 正 逆 v ≠v 。若从正反应方向趋向平衡。则v >v ；若从逆反应方向趋向平衡，则v v ；则L线的右下方（F点），v ＜v 。 正 逆 正 逆 【即时练】 已知：2NO + O 2NO ΔH ＜ 0 ，其他条件一定时，NO的转化率与温度的关系 2 2 第16页曲线如下，图中有 a、b、c、d 四点，其中表示未达平衡状态，且 v ＞ v 的点是（ 正 逆 ） A. a点 B. b点 C. c点 D. d点 【答案】C 【解析】A. a点在曲线上，处于平衡状态，v（正）= v（逆），故A错误；B、b点在 曲线上，处于平衡状态，v（正）= v（逆），故B错误；C. c点在曲线下方，未达到平衡 状态，欲达到同温度下的平衡状态，即由 c点向上引垂直线到曲线上的一点，则 NO的转 化率要增大，平衡向右移动，即v（正）＞v（逆），所以C选项是正确的；D、d点在曲 线上方，未达到平衡状态，欲达到同温度下的平衡状态，即由 d点向下引垂线到曲线上的 一点，则NO的转化率要减小，平衡向左移动，即v（逆）＞v（正），故D错误；所以C 选项是正确的。 例题1 下列叙述与对应的图相符的是（ ） A. 图甲表示反应：4CO（g）＋2NO （g） N （g）＋4CO （g） ΔH<0， 在其他 2 2 2 条件不变时，改变起始物CO的物质的量对此反应平衡的影响，则有T0 2 4 2 【答案】A 【解析】A中反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，平衡时 φ（N ）减小，则有 2 Tv M P B. 平衡常数：K v 正 逆 【答案】D 【解析】A项，温度越高，反应速率越大，v < v ；B项，由题图可知，升温，c M P （I-）减小，所以平衡常数：K >K ；C项，M、N两点相比，M点温度低于N点温度，升 3 N P 温，平衡左移，所以M点的c（I-）小。 例题3 将燃煤废气中的 CO 转化为甲醚的反应原理为 2CO （g）+6H （g） 2 2 2 CHOCH （g）+3H O（g）；已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时， 3 3 2 CO 的转化率如图： 2 第18页此反应____________（填“放热”或“吸热”）；若温度不变，提高投料比[ n （H）/n（CO）]，则 K 将____________（填“增大”“减小”或“不变”）。 2 2 【答案】放热 不变 【解析】当投料比一定时，温度越高，CO 的转化率越低，所以升温平衡左移，正反 2 应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。 （答题时间：40分钟） 一、选择题 1. 一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是（ ） A. CO （g）＋2NH （g） CO（NH ）（s）＋HO（g） ΔH<0 2 3 2 2 2 B. CO（g）＋H（g） CO（g）＋HO（g） ΔH>0 2 2 2 C. CHCHOH（g） CH===CH （g）＋HO（g） ΔH>0 3 2 2 2 2 D. 2C HCHCH（g）＋O（g） 2C HCH===CH（g）＋2HO（g） ΔH<0 6 5 2 3 2 6 5 2 2 2. 对于反应2A（g）＋B（g） 2C（g） ΔH<0，下列图像正确的是（ ） 第19页3. 在某密闭容器中，可逆反应：A（g）＋B（g） xC（g）符合图中（Ⅰ）所示 关系，φ（C）表示气体C在混合气体中的体积分数。由此判断，对图像（Ⅱ）说法不正确 的是（ ） A. p＞p，Y轴表示A的转化率 3 4 B. p＞p，Y轴表示B的质量分数 3 4 C. p＞p，Y轴表示B的转化率 3 4 D. p＞p，Y轴表示混合气体的平均相对分子质量 3 4 二、非选择题 4. 能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应 用前景。工业上合成甲醇的反应为CO（g）＋2H（g） CHOH（g） ΔH<0。 2 3 （1）在300 ℃，5 MPa条件下，将0. 20 mol的CO与0. 58 mol H 的混合气体充入2 L 2 密闭容器发生反应，反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图所示。 ①列式计算300 ℃时该反应的平衡常数K＝________。 ②300 ℃时，将0. 50 mol CO、1. 00 mol H 和1. 00 mol CH OH充入容积为2 L的密闭 2 3 容器中，此时反应将________。 第20页A. 向正反应方向移动 B. 向逆反应方向移动 C. 处于平衡状态 D. 无法判断 ③下列措施可提高甲醇产率的是________。 A. 压缩容器体积 B. 将CHOH（g）从体系中分离 3 C. 充入He，使体系总压强增大 D. 再充入0. 20 mol CO和0. 58 mol H 2 （2）若其他条件不变，使反应在500 ℃下进行，在图中作出甲醇的物质的量浓度随 时间的变化的示意图。 5. 已知A（g）＋B（g） C（g）＋D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下： 温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200 平衡常数 1. 7 1. 1 1. 0 0. 6 0. 4 回答下列问题： （ 1 ） 该 反 应 的 平 衡 常 数 表 达 式 K ＝ ________ ， ΔH________ （填“<”、“>”或“＝”）0。 （2）830 ℃时，向一个5 L的密闭容器中充入0. 20 mol A和0. 80 mol B，如反应初始 6 s内A的平均反应速率v（A）＝0. 003 mol·L－1·s－1。则6 s时c（A）＝________mol·L－ 1，C 的物质的量为________mol；若反应经一段时间后，达到平衡时 A 的转化率为 ________，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol 氩气，平衡时A的转化率为________。 （3）判断该反应是否达到平衡的依据为________。 a. 压强不随时间改变 b. 气体的密度不随时间改变 c. c（A）不随时间改变 d. 单位时间里生成C和D的物质的量相等 （4）1 200 ℃时，反应C（g）＋D（g） A（g）＋B（g）的平衡常数的值为 ________。 6. CH CO 催化重整不仅可以得到合成气（CO和H ），还对温室气体的减排具有重要意 4 2 2 义。回答下列问题： （1）CHCO 催化重整反应为：CH（g）＋CO（g）===2CO（g）＋2H（g）。 4 2 4 2 2 已知：C（s）＋2H（g）===CH （g） ΔH＝－75 kJ·mol－1 2 4 C（s）＋O（g）===CO （g）ΔH＝－394 kJ·mol－1 2 2 1 C（s）＋ O（g）===CO（g）ΔH＝－111 kJ·mol－1 2 2 该催化重整反应的 ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高 CH 平衡转化率的条件是 4 第21页________（填标号）。 A. 高温低压 B. 低温高压 C. 高温高压 D. 低温低压 某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH 、1 mol CO 以及催化剂进行重整反应， 4 2 达到平衡时CO 的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。 2 （2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表： 积碳反应 消碳反应 CH （g）＝C(s)+2H (g) CO (g)+C(s)＝2CO(g) 4 2 2 ΔH/(kJ⋅mol−1 ) 75 172 活化能/ 催化剂X 33 91 (kJ⋅mol−1 ) 催化剂Y 43 72 ①由上表判断，催化剂X________Y（填“优于”或“劣于”），理由是 ____________________________________。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的 变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率 （v）的叙述正确的是________（填标号）。 A. K 、K 均增加 积 消 B. v 减小，v 增加 积 消 C. K 减小，K 增加 积 消 D. v 增加的倍数比v 增加的倍数大 消 积 ②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为 v＝k·p（CH ）·[p 4 （CO ）]－0. 5（k为速率常数）。在p（CH ）一定时，不同p（CO ）下积碳量随时间的变 2 4 2 化趋势如下图所示，则 p （CO ）、p （CO ）、p （CO ）从大到小的顺序为 a 2 b 2 c 2 ________________。 第22页第23页1.【答案】A 【解析】四个选项中水蒸气均为生成物。依左图可知：T>T ，升温，水蒸气含量减 2 1 小，平衡左移，所以正反应为放热反应即ΔH<0，B、C错；依右图可知：p>p ，增压，水 1 2 蒸气含量增加，即正反应为气体体积减小的反应，A对，D错。 2.【答案】D 3.【答案】B c(CH 3 OH) 0.02 4.【答案】（1）① ＝ ＝4 c(CO)⋅c2 (H ) 0.8×0.25 2 ②B ③A、B、D （2）如图所示 【解析】（1）②向体系中加入0. 50 mol CO、1. 00 mol H 和1. 00 mol CH OH时，可 2 3 利用反应体系中浓度商和平衡常数的比较，判断平衡的移动方向；③压缩容器体积，压强 增大，平衡右移；将CHOH（g）从体系中分离是降低了生成物的浓度，平衡右移；恒容 3 充惰性气体，平衡不移动；再充入0. 20 mol CO和0. 58 mol H 相当于增大压强，平衡右 2 移。（2）升高温度，平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量浓度减小，但温度升高，化 学反应速率加快。 c(C)⋅c(D) 5.【答案】（1） < c(A)⋅c(B) （2）0. 022 0. 09 80% 80% （3）c （4）2. 5 【解析】（1）因反应中的物质都是气体，根据平衡常数的定义可知，K＝ c(C)⋅c(D) ；由表中数据可知，温度升高，K值减小，故正反应为放热反应，ΔH<0。 c(A)⋅c(B) （2）v（A）＝0. 003 mol·L－1·s－1，则A减少的浓度c（A）＝v（A）·t＝0. 003 mol·L－ 0.2mol 1·s－1×6 s＝0. 018 mol·L－1，故剩余的A的浓度为 －0. 018 mol·L－1＝0. 022 mol·L－ 5L 1；A减少的物质的量为0. 018 mol·L－1×5 L＝0. 09 mol，根据化学方程式中的化学计量关系 知，生成的C的物质的量为0. 09 mol。 设830 ℃达到化学平衡时，A的转化浓度为x mol·L－1，则 第24页A（g） + B（g） C（g）+ D（g） 起始浓度（mol·L－1） 0.04 0.16 0 0 转化浓度（mol·L－1） x x x x 平衡浓度（mol·L－1） 0.04-x 0.16-x x x x⋅x 由 ＝1. 0，解得 x＝0. 032，故 A 的转化率 α（A）＝ (0.04−x)×(0.16−x) 0.032mol⋅L−1 ×100%＝80%；由于容器的容积是固定的，通入氩气后各组分的浓度不 0.04mol⋅L−1 变，反应速率不改变，化学平衡不移动。 （3）由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，容器中压强、气体的密度都始终不 变，a、b项不符合题意；c（A）随反应的进行不再变化，c可以说明反应已达到平衡状 态；不论是否达到平衡状态，单位时间里生成C和D的物质的量都相等，d项不符合题 意。 （4）反应“C（g）＋D（g） A（g）＋B（g）”与“A（g）＋B（g） C（g） ＋D（g）”互为逆反应，平衡常数互为倒数关系，故1 200 ℃时，C（g）＋D（g） A 1 （g）＋B（g）的平衡常数K＝ ＝2. 5。 0.4 1 6. 【答案】（1）247 A （2）①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的 3 活 化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD ②p（CO）、p（CO）、p（CO） c 2 b 2 a 2 【解析】 （1）已知：①C（s）＋2H（g）===CH （g） 2 4 ΔH＝－75 kJ·mol－1 ②C（s）＋O（g）===CO （g） ΔH＝－394 kJ·mol－1 2 2 1 ③C（s）＋ O（g）===CO（g） ΔH＝－111 kJ·mol－1 2 2 根据盖斯定律可知③×2－②－①即得到CHCO 催化重整反应CH （g）＋CO （g） 4 2 4 2 ===2CO（g）＋2H （g）的ΔH＝＋247 kJ·mol－1。正反应是体积增大的吸热反应，所以有 2 利于提高CH 平衡转化率的条件是高温低压；某温度下，在体积为2 L 的容器中加入2 mol 4 CH 、1 mol CO 以及催化剂进行催化重整反应，达到平衡时CO 的转化率是50%，根据方 4 2 2 程式可知 CH（g）＋CO（g）===2CO（g）＋2H（g） 4 2 2 起始浓度（mol·L－1） 1 0. 5 0 0 转化浓度（mol·L－1） 0. 25 0. 25 0. 5 0. 5 第25页平衡浓度（mol·L－1） 0. 75 0. 25 0. 5 0. 5 0.52 ×0.52 1 所以平衡常数为 mol2·L－2＝ mol2·L－2。 0.75×0.25 3 （2）①根据表中数据可知相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应 的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大，所以催化剂 X劣于Y。正反应均 是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此 K 、K 均增加，A正确，C错误； 积 消 升高温度反应速率均增大，B错误；积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低，这说 明v 增加的倍数比v 增加的倍数大，D正确。 消 积 ②根据反应速率方程式可知在p（CH ）一定时，生成速率随p（CO ）的升高而降低， 4 2 根据图像可知 p （CO ）、p （CO ）、p （CO ）从大到小的顺序为 p （CO ）、p a 2 b 2 c 2 c 2 b （CO）、p（CO）。 2 a 2 第26页