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限时集训(二十三) 化学平衡常数与化学平衡的计算 (限时：60分钟 满分：100分) 一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分) 1．放热反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在温度T1时达到平衡，c1(CO)＝c1(H2O)＝1.0 mol/L，其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至T2时，反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和 c2(H2O)，平衡常数为K2，则( ) A．K2和K1的单位均为mol/L B．K2＞K1 C．c2(CO)＝c2(H2O) D．c1(CO)＞c2(CO) 2．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下： 2NO(g)N2(g)＋O2(g) K1＝1×1030 2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081 2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92 以下说法正确的是( ) A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2) B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80 C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2 D．以上说法都不正确 3．已知FeCl3溶液与KSCN溶液混合后发生反应FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl，达到平衡后，改变条件，则下列说法正确的是( ) A．向溶液中加入少许KCl固体，溶液颜色变浅 B．升高温度，平衡一定发生移动 C．加入少许KCl固体或者加入少许FeCl3固体平衡常数均发生变化，且变化方向相反 D．平衡常数表达式为K＝ 4．(2011·福建高考)25 ℃时，在含有Pb2＋、Sn2＋的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb2＋(aq)Sn2＋(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2＋)和c(Sn2＋)变化关系如图所示。下列判断正确的是( ) A．往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2＋)增大 B．往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2＋)变小 C．升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，说明该反应ΔH>0 D．25 ℃时，该反应的平衡常数K＝2.2 5．某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝9/4。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如表所示。 起始浓度 甲 乙 丙 c(H2)/mol·L－1 0.010 0.020 0.020 c(CO2)/mol·L－1 0.010 0.010 0.020 下列判断不正确的是( ) A．平衡时，乙中H2的转化率大于60% B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率是60% C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.008 mol/L D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢 6．某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C，则下列说法正确的是( ) A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝ B．此时，B的平衡转化率是40% C．增大该体系的压强，化学平衡常数增大 D．增加B，B的平衡转化率增大 7．(2011·全国高考卷)在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( ) A．5% B．10% C．15% D．20% 8．相同温度下，体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.6 kJ/mol。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表： 容器编号 起始时各物质物质的量/mol 达平衡时体系能量的变化 N2 H2 NH3 ① 1 3 0 放出热量：23.15 kJ ② 0.9 2.7 0.2 放出热量：Q 下列叙述错误的是( ) A．容器①、②中反应的平衡常数相等 B．平衡时，两个容器中NH3的体积分数均为 C．容器②中达平衡时放出的热量Q＝23.15 kJ D．若容器①体积为0.5 L，则平衡时放出的热量小于23.15 kJ 9．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH>0 T1温度下的部分实验数据为： t/s 0 500 1 000 1 500 c(N2O5)/mol/ L 5.00 3.52 2.50 2.50 下列说法不正确的是( ) A．500 s内N2O5分解速率为2.96×10－3 mol/(L·s) B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1 000 s时N2O5转化率为50% C．其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol/L，则T1 D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1>K3，则T1>T3 10．(2011·江苏高考)700 ℃时，向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的 CO 和 H2O，发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)反应过程中测定的部分数据见下表(表中 t2>t1)： 反应时间/min n(CO)/mol n(H2O)/mol 0 1.20 0.60 t1 0.80 t2 0.20 下列说法正确的是( ) A．反应在t1 min 内的平均速率为 v(H2)＝ mol/(L·min) B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入 0.60 mol CO 和1.20 mol H2O，达到平衡时n(CO2)＝ 0.40 mol C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2O，与原平衡相比，达到新平衡时 CO 转化率增大，H2O 的体积分数减小 D．温度升高至800 ℃，上述反应平衡常数为 0.64，则正反应为吸热反应 二、非选择题(本题包括4小题，共50分) 11．(12分)(1)(2012·江苏高考节选)一定条件下，NO与NO2存在下列反应：NO(g)＋NO2(g)N2O3(g)，其平衡常数表达式为K＝________________。 (2)二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－23.5 kJ·mol－1。在T1℃时，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。 ①在T1℃时，反应的平衡常数为________；CH3OH的转化率为________。 ②相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1、c(H2O)＝0.6 mol·L－1、c(CH3OCH3)＝1.2 mol·L－1，此时正、逆反应速率的大小：v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“＝”)。 12．(12分)(2012·北京高考节选)用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。 反应A：4HCl＋O22Cl2＋2H2O 对于反应A，下图是4种投料比[n(HCl)∶n(O2)分别为1∶1、2∶1、4∶1、6∶1]下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。 (1)曲线b对应的投料比是________。 (2)当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的关系是________。 (3)投料比为2∶1、温度为400 ℃时，平衡混合气中Cl2的物质的量分数是________。 13．(12分)(2012·重庆高考节选)尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。 (1)工业上尿素由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为________________________________________________________________________。 (2)当氨碳比＝4时，CO2的转化率随时间的变化关系如图所示。 ①A点的逆反应速率v逆(CO2)________B点的正反应速率v正(CO2)(填“大于”、“小于”或“等于”)。 ②NH3的平衡转化率为________。 14．(14分)在一定温度下，将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应： CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。 (1)该反应的化学平衡常数表达式K＝________。 (2)已知在700 ℃时，该反应的平衡常数K1＝0.5，则该温度下反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝________，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数K3＝________。 (3)已知在1 000 ℃时，该反应的平衡常数K4＝1.0，则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。 (4)在1 000 ℃下，某时刻CO2的物质的量为2 mol，则此时v(正)________v(逆)(填“>”、“＝”或“<”)。 答 案 限时集训(二十三) 化学平衡常数与化学平衡的计算 1．选C 升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数K2＜K1，K1、K2单位均为1，c1(CO)＜c2(CO)，C正确。 2．选C K1的表达式应为K1＝；常温下，水分解产生O2，是H2和O2化合生成H2O的逆反应，因此其平衡常数的数值应为K2的倒数，数值为5×10－82；由于三个反应都处在常温下，根据K值的大小可以得出三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2。 3．选B 该反应的本质是Fe3＋与SCN－之间的反应，即：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，与其他离子无关，故加入KCl固体对平衡无影响，A项错误；其平衡常数表达式为K＝，D项错误；只要温度不变，平衡常数就不会发生变化，C项错误；任何反应都伴随着温度的变化，故改变温度，平衡一定发生移动，B项正确。 4．选D 固体量的改变不会引起平衡的移动，A项错误；加入固体Sn(NO3)2后，溶液中c(Sn2＋)增大，平衡向左移动，从而使c(Pb2＋)增大，B项错误；升高温度时c(Pb2＋)增大，表明平衡向左移动，逆反应吸热，正反应的ΔH<0，C项错误；由图像中平衡时两种离子的浓度及平衡常数表达式知，25 ℃时该反应的平衡常数为2.2，D项正确。 5．选A 利用“三段式”计算容器甲中 H2(g) ＋ CO2(g)H2O(g) ＋ CO(g) c(始)mol·L－1 0.010 0.010 0 0 c(变)mol·L－1 c c c c c(平)mol·L－1 (0.010－c) (0.010－c) c c 根据平衡常数c2/(0.010－c)2＝9/4，得c＝0.006 mol·L－1。 H2的转化率＝0.006/0.010＝60%，同样计算可得丙中H2的转化率也是60%，B正确；乙容器相当于在甲的基础上增大氢气浓度，平衡正移，但氢气的转化率减小，A错；甲和丙是等效平衡关系，起始时各物质浓度是2倍关系，平衡时各物质仍然是2倍关系，C正确。 6．选B 化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的B的物质的量是1.6 mol×0.5＝0.8 mol，所以B的转化率为40%，B正确；增大压强时平衡常数不变，平衡常数只与温度有关，C错误；增加B后平衡右移，A的转化率增大，而B的转化率减小，D错误。 7．选C N2 ＋ 3H22NH3 起始/mol 2 8 0 转化/mol 2/3 2 4/3 平衡/mol 4/3 6 4/3 平衡时氮气的体积分数为×100%≈15%。 8．选C 平衡常数属于温度的函数，相同温度下两容器的平衡常数相同。容器①、②为等效平衡，但两者反应的量不同，故放出的热量不等。若容器①的体积增大一倍，平衡逆向移动，故放出的热量小于23.15 kJ。根据热量的变化可计算出NH3的生成量。 9．选C v(N2O5)＝≈2.96×10－3 mol/(L·s)，A正确；1 000 s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三种量如下： 2N2O54NO2＋O2 起始(mol/L) 5.00 0 0 平衡(mol/L) 2.50 5.00 1.25 则K＝＝＝125， α(N2O5)＝×100%＝50%，B正确；T2温度下的N2O5浓度大于 T1温度下的浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2 10．选B A项，t1时CO减少0.40 mol，则H2增加0.40 mol，用H2表示的平均反应速率为＝mol/(L·min)，故不正确；C项，通入H2O(g)，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，H2O的体积分数比原来增大，不正确；D项，由表格中数据可知，从t1到t2，H2O(g)已不再改变，表明已达到平衡状态，则700 ℃时的平衡常数K＝＝1，升温到800 ℃，平衡常数变为0.64，则表明化学平衡逆向移动，正反应是放热反应，故不正确。 11．解析：(1)根据平衡常数的定义可知， K＝。 (2)①由图像知，反应在t1时达到平衡，平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CH3OCH3)＝1.0 mol·L－1，c(H2O)＝0.8 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1；根据反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)可知，其平衡常数的表达式为K＝，在T1 ℃时，K＝＝5，CH3OH的转化率为×100%＝80%。②根据题目所提供的数据可知，Qc＝＝4.5<5，所以反应正向进行，则v(正)>v(逆)。 答案：(1) (2)①5 80% ②> 12．解析：(1)相同温度下，投料比越大，HCl的平衡转化率越小；则曲线a、b、c、d对应的投料比分别为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。(2)相同投料比时，温度越低，氯化氢的平衡转化率越高；HCl的平衡转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越低。(3)氯化氢与氧气物质的量之比为2∶1、温度为400 ℃时，氯化氢的平衡转化率为80%。 4HCl(g)＋O2(g)2H2O(g)＋2Cl2(g) n(初始)/mol 2 1 0 0 n(转化)/mol 1.6 0.4 0.8 0.8 n(平衡)/mol 0.4 0.6 0.8 0.8 ×100%＝30.8%。 答案：(1)4∶1 (2)投料比越高，对应的反应温度越低 (3)30.8% 13．解析：(1)反应物为CO2、NH3，生成物为CO(NH2)2、H2O，再根据原子守恒可得合成尿素的反应方程式。 (2)①A点时，反应：2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O，处于建立平衡的过程，B点反应处于平衡状态，所以A点CO2的逆反应速率小于B点CO2的正反应速率。②根据图示，B点达平衡时CO2的转化率为60%,1 mol CO2消耗0.6 mol，则4 mol NH3消耗1.2 mol，故NH3的平衡转化率为30%。 答案：(1)2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O (2)①小于 ②30% 14．解析：(1)根据化学平衡常数的概念K＝。 (2)K2＝＝＝＝2， K3＝＝K1＝ ＝。 (3)由于升高温度，该反应的平衡常数增大，故该反应为吸热反应。 (4)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 起始/mol： 3 2 0 0 变化/mol: 1 1 1 1 某时刻/mol: 2 1 1 1 所以c(CO)＝0.5 mol/L，c(H2O)＝0.5 mol/L c(CO2)＝1 mol/L，c(H2)＝0.5 mol/L 故＝ 反应应向正反应方向进行，所以v(正)>v(逆)。 答案：(1) (2)2 (3)吸热 (4)> | ||||||||||||||||||||||||||||||
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