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MCAT物理:平衡常数和反应商

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例子问题

问题1:平衡常数和反应商

下列哪个关于K的陈述是错误的_情商一个可逆的化学反应?

可能的答案:

为K_情商增加，反应中平衡产物浓度增加

在K中发现了纯液体和固体的浓度_情商方程

K_情商不受催化剂影响

K_情商与温度有关吗

正确答案:

在K中发现了纯液体和固体的浓度_情商方程

解释：

K_情商只包括气体和水溶液的浓度。纯固体和纯液体的浓度不在方程中。

K_情商由下式给出，其中表示的浓度为平衡浓度。

$K_{eq}=\frac{[products]}{[reactants]}$

K_情商是给定温度下给定反应的性质。催化剂只影响反应速率和活化能，不影响反应。等于K的值_情商根据方程，增加，产物的平衡浓度也必须增加。

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问题2:平衡常数和反应商

对于任何给定的化学反应，都可以画出能量图。能量图描述了反应中不同步骤的能级，同时也表明了能量的净变化，并提供了相对反应速率的线索。

下面是一个科学家在实验室里研究的反应图。一名学生在前一天晚上开始反应，但科学家不确定反应的类型。他找不到学生的笔记，除了下面的反应图。

无标题的

最终，反应达到平衡。科学家改变了反应容器，再次测量了Q。他现在发现Q大于K的值_情商他测量了反应达到平衡的时间。因为Q > K_情商反应恢复平衡时必须克服的第一个活化能是多少?

可能的答案:

第4点和第5点的能量差

点3和点4之间的能量差

点2和点3之间的能量差

点1和点2之间的能量差

点3和点5之间的能量差

正确答案:

第4点和第5点的能量差

解释：

因为Q现在大于K_情商我们知道我们需要反向反应来回到平衡，此时Q = K_情商。较大的Q值表明[产物]必须减少，以便在K处达到平衡_情商。

$Q=\frac{[products]}{[reactants]}$

$K_{eq}=\frac{[equilibrium\ product]}{[equilibrium\ reactant]}$

在生成物到反应物的转化过程中，我们必须克服的第一个活化能是生成物的能量(第5点)和第一个过渡态(第4点)之间的差值。

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问题3:平衡常数和反应商

$CO(g) + 2H_{2}(g) \rightarrow CH_{3}OH(g)$

$K_{eq} = 14.5$

写出给定反应的质量作用定律。

可能的答案:

$K_{eq}=\frac{[CH_3OH]}{[CO]}$

$K_{eq} = \frac{[CO][H_{2}]^{2}}{[CH_{3}OH]}$

$K_{eq} = \frac{[CH_{3}OH]}{[CO]2[H_{2}]}$

$K_{eq} = \frac{[CH_{3}OH]}{[CO][H_{2}]^{2}}$

正确答案:

$K_{eq} = \frac{[CH_{3}OH]}{[CO][H_{2}]^{2}}$

解释：

质量作用定律用于将化学方程与平衡常数进行比较。在方程式中，生成物的浓度在上面，反应物的浓度在下面。平衡方程中的系数变成平衡方程中的指数。虽然纯固体和液体可以排除在方程式之外，但纯气体仍然必须包括在内。

$aA+bB\rightarrow cC\ K_{eq}=\frac{[C]^c}{[A]^a[B]b}$

$CO(g) + 2H_{2}(g) \rightarrow CH_{3}OH(g)\ K_{eq}=\frac{[CH_3OH]}{[CO][H_2]^2}$

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问题4:平衡常数和反应商

$CO(g) + 2H_{2}(g) \rightarrow CH_{3}OH(g)$

$K_{eq} = 14.5$

H的分压₂和CH_3.OH分别为0.5atm和1.4atm。反应平衡时CO的分压是多少?

可能的答案:

要回答这个问题需要更多的信息。

14.5atm

0.193atm

0.386atm

正确答案:

0.386atm

解释：

如果反应处于平衡状态，我们知道质量作用定律等于上述信息中给出的平衡常数。当反应只包含气体时，分压值可以代替浓度。因此，我们只需要把这些值加到方程中，求解一氧化碳(CO)的分压。

$K_{eq}=\frac{P_{CH_3OH}}{P_{CO}P_{}H_2}^2}=14.5$

$K_{eq} = \frac{1.4atm}{P_{CO}(0.5atm)^{2}} = 14.5$

$P_{CO}=\frac{1.4}{14.5(0.5)^2}=0.386atm$

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问题5:平衡常数和反应商

一位科学家正在研究一种反应，并将反应物置于室温下的烧杯中。随着反应的进行，她通过核磁共振分析了产物。根据核磁共振读数，她确定反应过程如下:

$NH_{4}^{+}(aq) + NO_{2}^{-}(aq) \rightarrow N_{2}(g) +2H_{2}O(l)$

为了更好地理解反应过程，她改变了反应物的浓度，研究了反应速率的变化。下表显示了她在三次实验中进行修改后的反应浓度。

$\begin{matrix} Trial & [NH_4^+] & [NO_2^-] &Rate \\ 1& 0.480M &0.120M &0.018\frac{M}{s} \\ 2& 0.240M & 0.120M& 0.009\frac{M}{s}\\ 3& 0.240M& 0.360M & 0.027\frac{M}{s} \end{matrix}$

当反应达到平衡时，下列哪一项是正确的?

反应物和生成物的能级是相等的

2正反反应的反应速率相等

3反应物和生成物的浓度是相等的

可能的答案:

第三只

二只

II和III

I和II

I, II，和III

正确答案:

二只

解释：

当反应达到平衡时，正反反应速率相等。反应达到平衡状态与浓度无关。达到平衡也不会改变反应物和生成物固有的能量性质。

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问题1:平衡常数和反应商

$NH_{4}^{+}(aq) + NO_{2}^{-}(aq) \rightarrow N_{2}(g) +2H_{2}O(l)$

为了更好地理解反应过程，她改变了反应物的浓度，研究了反应速率的变化。下表显示了她在三次实验中进行修改后的反应浓度。

$\begin{matrix} Trial & [NH_4^+] & [NO_2^-] &Rate \\ 1& 0.480M &0.120M &0.018\frac{M}{s} \\ 2& 0.240M & 0.120M& 0.009\frac{M}{s}\\ 3& 0.240M& 0.360M & 0.027\frac{M}{s} \end{matrix}$

在某一特定时间点，上述反应的反应商计算为1.5。文中假设的特定条件下的平衡常数为0.06。关于反应平衡，下列哪个表述是正确的?

可能的答案:

当反应达到平衡时，反应物的浓度将保持不变

当反应达到平衡时，反应物的浓度会增加

当反应达到平衡时，反应物的浓度会先升高，然后降低

当反应达到平衡时，反应物的浓度会先降低，然后升高

当反应达到平衡时，反应物的浓度会降低

正确答案:

当反应达到平衡时，反应物的浓度会增加

解释：

如果反应商大于平衡常数，则与平衡浓度相比，产物的相对丰度较高。反过来说，相对于平衡浓度，反应物一定是缺乏的。反应物的浓度需要增加，直到反应达到平衡。

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问题1:平衡常数和反应商

$CO(g) + 2H_{2}(g) \rightarrow CH_{3}OH(g)$

$K_{eq} = 14.5$

这个反应的初始浓度列在下面。

$[CH_{3}OH] = 2.5M, [CO] = 1.3M, [H_{2}] =0.6M.$

根据这些初始浓度，哪个说法是正确的?

可能的答案:

生成物与反应物之比大于平衡常数

反应处于平衡状态

$Q=\frac{[CO][H_2]^2}{[CH_3OH]}$

反应会向左移动

远期汇率将大于反向汇率

正确答案:

远期汇率将大于反向汇率

解释：

当给定初始浓度时，我们可以确定反应商(Q)。反应商与平衡常数(生成物浓度除以反应物浓度)由相同的方程给出，但其值会随着系统反应而波动，而平衡常数则基于平衡浓度。

通过比较反应商和平衡常数，我们可以确定反应最初将朝哪个方向进行。

$Q\ \text{or}\ K_{eq}=\frac{[CH_3OH]}{[H_2]^2[CO]}$

反应商和初始浓度写在下面。

$\frac{[2.5]}{[0.6]^{2}[1.3]} = 5.3$

这表明生成物与反应物之比小于平衡常数。因为Q小于K_情商开始时，我们得出结论，反应会一直进行，直到Q等于K_情商。这样，分母(反应物)减少，分子(生成物)增加，使Q更接近K_情商。

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问题1:平衡常数和反应商

一位科学家准备在化学课上演示热力学第二定律的实验。为了进行实验，这位科学家在一月份把全班学生带到室外，并收集了一杯水和一个便携式炉子。

外面的温度是零下10摄氏度。这位科学家要求学生在回答他的问题时考虑以下几点:

吉布斯自由能公式:

Δg = Δh - tΔs

液固水相变反应:

H₂O(l) + H₂O(s) + X

这位科学家准备了两种情景。

场景1:

科学家把杯子埋在外面的雪里，和他的学生一起回到教室，一个小时后，学生们检查杯子。他们发现杯子里的水已经结冰了。

场景2:

然后，科学家把冰冻的那杯水放在炉子上，启动煤气。全班发现水很快就融化了。

在水融化后，科学家要求学生们考虑两个假设的场景作为一个思想实验。

场景3:

一旦场景2结束时液态水完全融化，科学家就会关闭气体并监测水的变化。尽管处于寒冷的空气中，水却从不结冰。

场景4:

科学家从场景1的末尾取出冷冻的水，把它放在活动炉子上，水仍然是冷冻的。

文章中的同一位科学家测量了实验室中另一种反应的变量。他知道这个反应在标准条件下是自发的，标准自由能变化为- 43kj /mol。利用实验室计算的变量，他确定吉布斯自由能的值为0 kJ/mol。然后他计算了这个反应的反应商，同时知道平衡常数是3 × 10^3.。什么是正确的反应商?

可能的答案:

它一定等于3 × 10^3.

它必须是零

它必须小于3 × 10^3.

一定是1

它必须大于3 × 10^3.

正确答案:

它一定等于3 × 10^3.

解释：

在平衡状态下，反应商和平衡常数相等。

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问题9:平衡常数和反应商

对于任何给定的化学反应，都可以画出能量图。能量图描述了反应中不同步骤的能级，同时也表明了能量的净变化，并提供了相对反应速率的线索。

无标题的

通道中的科学家能够计算出在容器中发生的反应的反应商(Q)。如果反应正在进行，但尚未达到平衡，反应商与反应常数(K_情商）？

(假设反应在水溶液中进行，开始时有100%的反应物，没有生成物)。

可能的答案:

K_情商会小于Q吗

Q等于零，K等于_情商会大于1吗

K_情商Q等于

K_情商等于0,Q大于1

Q小于K_情商

正确答案:

Q小于K_情商

解释：

在平衡态，K_情商问题表明，从100%的反应物开始，反应还没有达到平衡。为了达到平衡，反应物必须不断减少，生成物必须不断积累。这就需要增加Q来最终达到K的值_情商。本质上，Q从0开始，增加到K_情商在平衡。

$Q=\frac{[products]}{[reactants]}$

$K_{eq}=\frac{[equilibrium\ product]}{[equilibrium\ reactant]}$

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问题1:平衡常数和反应商

$2NO_{(g)}+2H_{2 (g)}\leftrightharpoons N_{2 (g)}+2H_{2}O_{(g)}$

在上面的反应中，如果浓度 $\small NO$ 翻了一倍?

可能的答案:

没有变化

$\frac{1}4$

$\frac{1}{2}$

正确答案:

$\frac{1}4$

解释：

对于一般的化学方程 $\alpha A + \beta B \rightleftharpoons \gamma C + \delta D$ 式中，A、B、C、D是元素，希腊字母是它们的系数，我们得到反应商方程:

$Q=\frac{[C]^{\gamma}[D]^{\delta}}{[A]^{\alpha}[B]^{\beta}}$

我们可以通过代入变量得到反应商方程。

$2NO_{(g)}+2H_{2 (g)}\leftrightharpoons N_{2 (g)}+2H_{2}O_{(g)}$

$Q=\frac{[N_{2}][H_{2}O]^{2}}{[NO]^{2}{[H_{2}]}^{2}}$

注意浓度 $\small NO$ 是在分母上，是平方，所以浓度翻倍 $\small NO$ 反应商变化了1 / 4。

$Q_2=\frac{[N_{2}][H_{2}O]^{2}}{[2NO]^{2}{[H_{2}]}^{2}}=\frac{[N_{2}][H_{2}O]^{2}}{4[NO]^{2}{[H_{2}]}^{2}}$

$Q_2=\frac{1}{4}K_c$

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