高中 | 化学平衡常数 题目答案及解析

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选修四

第二章 化学反应速率和化学平衡

第三节 化学平衡

化学平衡常数

为模拟上述工业合成氨的过程,向体积恒为$\rm 2\;\rm L$的密闭容器$\rm ($温度恒为$T^\circ\rm C)$中充入$\rm 1\;\rm mol\;\rm N_{2}$$\rm 3\;\rm mol\;\rm H_{2}$发生上述反应,测得$\rm N_{2}$的体积分数$\varphi\!\!\text{ (}{{\text{N}}_{\text{2}}}\text{)}$随时间$(t)$的变化如下表所示:

$t/\rm min$$\rm 0$$\rm 10$$\rm 20$$\rm 30$$\rm 40$$\rm 50$
$\rm (N_{2})$$\rm 0.250$$\rm 0.225$$\rm 0.210$$\rm 0.203$$\rm 0.200$$\rm 0.200$

$\rm 40\;\rm min$时,$\rm N_{2}$的物质的量浓度是                $\rm ($保留三位有效数字$\rm )$

[["

$\\rm 0.333\\;\\rm mol/L$

"]]

由题干表中数据可知,$\rm 40\;\rm min$$\rm N_{2}$的体积分数为$\rm 0.200$,结合分析三段式分析有:$\dfrac{{1-x}}{{1-x+3-3x+2x}}\rm =0.200$,解得$ x=\dfrac{\text{1}}{\text{3}}\rm mol$,则$\rm N_{2}$的物质的量浓度是$\dfrac{\text{(1-}\dfrac{\text{1}}{\text{3}}\text{)mol}}{\text{2\;\rm L}}\rm =\dfrac{\text{1}}{\text{3}}\rm mol/L≈0.333\;\rm mol/L$

$\rm 0$~$\rm 40\;\rm min$内,用$\rm H_{2}$表示该反应的平均速率为                

[["

$\\rm 0.0125\\;\\rm mol/(L·min)$

"]]

$(1)$分析可知,$\rm 0$~$\rm 40\;\rm min$内,用$\rm H_{2}$表示该反应的平均速率为$\text{ }\!\!\upsilon\!\!\text{ =}\dfrac{\Delta{ c}}{\text{ }\!\!\Delta{ t}}=\dfrac{\Delta{ n}}{{V }\!\!\Delta{ t}}=\dfrac{{3 }\!\!\times\dfrac{{1}}{{3}}\text{mol}}{{2\;\rm L }\!\!\times\!\!{ 40\;\rm min}}\rm =0.0125\;\rm mol/(L·min)$

$\rm \alpha\%$表示$\rm N_{2}$的平衡转化率,则关于上述平衡体系的下列判断正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

若向恒温恒容的平衡体系中充入$\\rm H_{2}$,则$\\rm \\alpha\\%$一定增大

","

若向恒温恒压的平衡体系中充入$\\rm He$,则$K$一定减小

","

$K$减小,则温度一定升高

","

$\\rm \\alpha\\%$减小,则$K$一定减小

"]
[["AC"]]

$\rm A$.若向恒温恒容的平衡体系中充入$\rm H_{2}$,则平衡正向移动,则$\rm \alpha\%$一定增大,$\rm A$正确;

$\rm B$$\rm K$为平衡常数只是温度的函数,故若向恒温恒压的平衡体系中充入$\rm He$,则$\rm K$一定不变,$\rm B$错误;

$\rm C$$\rm K$为平衡常数只是温度的函数,已知合成氨正反应是一个放热反应,即升高温度平衡逆向移动,平衡常数$\rm K$减小,故若$\rm K$减小,则温度一定升高,$\rm C$正确;

$\rm D$$\rm K$为平衡常数只是温度的函数,若$\rm \alpha\%$减小,但温度不变,则$\rm K$不变,$\rm D$错误;

$T^\circ\rm C$时,向另一$\rm 2\;\rm L$恒容容器中,按下表数据投料。则该时刻$v_{正}(N_{2})$                $ v_{逆}(\rm N_{2})($选填“$\rm \gt $”、“$\rm \lt $”或“$\rm =$$\rm )$

物质物质的量$\rm /mol$
$\rm N_{2}$$\rm 4$
$\rm H_{2}$$\rm 10$
$\rm NH_{3}$$\rm 6$
[["

$\\rm \\gt $

"]]

$(1)$小问分析可知,$\rm 40\;\rm min$$\rm N_{2}$的物质的量浓度为:$\dfrac{\text{1}}{\text{3}}\rm mol/L$$\rm H2$的物质的量浓度为:$\rm 1\;\rm mol/L$$\rm NH3$的物质的量浓度为:$\dfrac{\text{1}}{\text{3}}\rm mol/L$ ,又知$T^\circ\rm C$$\rm 40\;\rm min$下反应已经达到化学平衡,此时该反应的平衡常数为:$ K=\dfrac{{{{c}}^{\text{2}}}\text{(N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{)}}{{c(}{{\text{N}}_{\text{2}}}\text{)}{{{c}}^{\text{3}}}\text{(}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{)}}\rm =\dfrac{{{\text{(}\dfrac{\text{1}}{3}\text{)}}^{\text{2}}}}{\text{(}\dfrac{1}{3}\text{)}\times {{\text{1}}^{\text{3}}}}\rm =\dfrac{\text{1}}{\text{3}}$,向另一$\rm 2\;\rm L$恒容容器中,按表中数据投料,此时$ Q{_\rm c}=\dfrac{{{{c}}^{\text{2}}}\text{(N}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{)}}{{c(}{{\text{N}}_{\text{2}}}\text{)}{{{c}}^{\text{3}}}\text{(}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{)}}=\dfrac{{{\text{3}}^{\text{2}}}}{\text{2 }\!\!\times\!\!\text{ }{{\text{5}}^{\text{3}}}} =0.036\lt K$,说明反应还在向正方向进行,故则该时刻$\upsilon \rm _{正}(N_{2})\gt \upsilon \rm _{逆}(N_{2})$

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