高三化学下考点训练23 化学平衡及其影响因素

考点 23　化学平衡及其影响因素 [题组一　基础小题] 1．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是(　　) A．实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气 B．配制 FeCl3 溶液时加入少量的盐酸 C．实验室利用双氧水制备氧气时使用催化剂 D．工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率 答案　C 解析　A 项中，存在 Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO，饱和食盐水中 Cl－浓 度较高使平衡逆向移动；B 项中，加酸后 H＋浓度变大，使铁离子水解平衡逆向 移动；C 项中，催化剂不能使平衡发生移动；D 项中，2SO2＋O2 2SO3，加 入过量 O2 有利于反应向正方向移动，提高 SO2 的转化率。 2．在某定容密闭容器中发生如下反应：2SO2(g)＋O 2(g) 2SO3(g)　ΔH0 B．图中 Z 的大小为 a>3>b C．图中 X 点对应的平衡混合物中n(H2O) n(CH4)＝3 D．温度不变时，图中 X 点对应的平衡在加压后 φ(CH4)减小 答案　A 解析　A 项，根据图像可知，温度升高，φ(CH4)减小，说明平衡右移，则正 反应是吸热反应，该反应的焓变 ΔH>0，故正确；B 项，温度一定时，Z 增大， 平衡右移，φ(CH4)减小，则 av 正，平衡向逆 反应方向移动，说明正反应为气体物质的量增大的反应；综合上述分析可知，可 逆反应正反应为吸热反应且正反应为气体体积增大的反应。故选 B。 [题组一　基础大题] 12．已知工业上合成氨的反应为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔHv(第二步反应) B．反应的中间产物只有 NO3 C．第二步中 NO2 与 NO3 的碰撞仅部分有效 D．第三步反应活化能较高 答案　(1)O2 (2)②30.0　6.0×10－2　③大于　温度提高，体积不变，总压强提高；NO2 生成 N2O4 为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高　 ④13.4 (3)AC 解析　(1)氯气在反应中得到电子作氧化剂，硝酸银中只有氧元素化合价会 升高，所以氧化产物是氧气，分子式为 O2。 (2)②根据方程式可知生成氧气与消耗 N2O5 的物质的量之比是 1∶2，又因为 压强之比等于物质的量之比，所以消耗 N2O5 的压强是 2.9 kPa×2＝5.8 kPa，则 此时 N2O5 的压强是 35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，因此此时反应速率 v＝2.0×10 －3×30 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。 ③由于温度升高，容器体积不变，总压强提高，且 NO2 生成 N2O4 为放热反 应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温 度至 35 ℃，则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p∞(35 ℃)大于 63.1 kPa。④根据表中数据可知 N2O5 完全分解时的压强是 63.1 kPa，根据方程式可知完全 分解时最初生成的 NO2 的压强是 35.8 kPa×2＝71.6 kPa，O2 是 35.8 kPa÷2＝17.9 kPa，总压强应该是 71.6 kPa＋17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后压强减少了 89.5 kPa－ 63.1 kPa＝26.4 kPa，所以根据方程式 2NO2(g) N2O4(g)可知平衡时 N2O4 对应 的压强是 26.4 kPa，NO2 对应的压强是 71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，则反应 的平衡常数 Kp＝18.82 26.4 kPa≈13.4 kPa。 (3)第一步反应快速平衡，所以第一步的逆反应速率大于第二步的反应速率， A 正确；根据第二步和第三步可知中间产物还有 NO，B 错误；根据第二步反应 生成物中有 NO2 可知 NO2 与 NO3 的碰撞仅部分有效，C 正确；第三步为快反应， 所以第三步反应的活化能较低，D 错误。 14．(2017·全国卷Ⅱ)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。 回答下列问题： (1)正丁烷(C4H10)脱氢制 1­丁烯(C4H8)的热化学方程式如下： ①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)　 ΔH1 已知：②C4H10(g)＋1 2O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·mol－1 ③H2(g)＋1 2O2(g)===H2O(g) 　ΔH3＝－242 kJ·mol－1 反应①的 ΔH1 为________ kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度 及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率 提高，应采取的措施是________(填标号)。 A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强 D．降低压强(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作 用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料 气中 n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的 原因是_______________________________________________________________。 (3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的 短碳链烃类化合物。丁烯产率在 590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 ____________________________、______________________________；590 ℃之 后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是__________________________________。 答案　(1)＋123　小于　AD (2)氢气是产物之一，随着 n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大 (3)升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高反应速率加快　丁烯高 温裂解生成短链烃类 解析　(1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即 ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·mol－1－(－242 kJ·mol－1)＝＋123 kJ·mol－1。由图(a)可知，同温下，x MPa 时 丁烯的平衡产率高于 0.1 MPa 时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x 小于 0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应， 因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应， 因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以 A、D 选项正确。 (2)由于氢气是产物之一，随着 n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以 丁烯产率降低。 (3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁 烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温 条件下能够发生裂解，因此当温度超过 590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。 [题组三　模拟大题] 　 　　　 15．(2018·河南十所名校阶段测试四)氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合 成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH。 (1)已知每破坏 1 mol 有关化学键需要的能量如下表： H—H N—H N—N N≡N 435.9 kJ 390.8 kJ 192.8 kJ 945.8 kJ 则 ΔH＝________。 (2)在恒温、恒压容器中，按体积比 1∶3 加入 N2 和 H2 进行合成氨反应，达 到平衡后，再向容器中充入适量氨气，达到新平衡时，c(H2)将________(填“增 大”“减小”或“不变”)。 (3)在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时 N2、H2 分别为 0.1 mol、 0.3 mol 时，平衡后混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。 ①其中，p1、p2 和 p3 由大到小的顺序是____________，其原因是 ______________________________________。 ②若分别用 vA(N2)和 vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态 A、B 时的化学反 应速率，则 vA(N2)________vB(N2)(填“>”“p2>p3　温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大，平衡混合物 中氨的体积分数越大　②< ③5925.9 L2·mol－2 (4)①②③ 解析　(1)反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和，所以 ΔH＝ (3×435.9＋945.8－6×390.8) kJ·mol－1＝－91.3 kJ·mol－1。 (2)因为是在恒温、恒压容器中，按 1∶3 体积比加入 N2 和 H2，满足合成氨 反应的计量数之比，达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，相当于以体积比为 1∶3 充入适量 N2 和 H2，新平衡与原平衡等效，故各组分的浓度不变。 (3)①温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大平衡混合物中氨的体积 分数越大。②B 点的温度高，且压强大，所以 vB(N2)>vA(N2)。 ③　　　　　 N2(g)　＋　3H2(g) 2NH3(g) 起始/mol: 0.1 0.3 0 变化/mol: x 3x 2x 平衡/mol：　0.1－x　　0.3－3x　　　 2x 平 衡 时 氨 的 体 积 分 数 为 2x 0.1－x＋0.3－3x＋2x ＝ 0.667 ， x ＝ 0.08 ， K ＝ c2(NH3) c(N2)·c3(H2) ＝ (0.16 mol·L－1)2 0.02 mol·L－1 × (0.06 mol·L－1)3 ≈5925.9 L2·mol－2。 (4)若反应未达平衡时，即继续生成 NH3 和 CO2，体积不变，容器中混合气 体的压强增大、密度增大、物质的量增大，但 NH3 和 CO2 的物质的量之比始终 是 2∶1，故混合气体的平均相对分子质量始终不变、NH3 的体积分数始终不变，故①②③能说明该反应达到平衡状态。