化学平衡常数

A组　定向巩固

定向巩固一、平衡常数的概念、特点及意义

1.化学平衡常数可以用K来表示,下列关于化学平衡常数的说法中正确的是(　　)

A.K越大,反应物的转化率越小

B.K与反应物的浓度有关

C.K与生成物的浓度有关

D.K与温度有关

K越大,反应物的转化率越大;一个确定的化学反应,其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。

D

2.某温度时,反应SO2(g)+ word/media/image1.gif O2(g)SO3(g)的平衡常数K=50。在同一温度下,反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)的平衡常数K1应为(　　)

A.2 500 B.100 C.4×10-4 D.2×10-2

K=word/media/image2.gif,K1=word/media/image3.gif,K1=word/media/image4.gif=4×10-4。

C

3.导学号90514071将一定体积的SO3(g)充入恒容的密闭容器中,发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)并达到平衡;保持温度不变,再充入相同体积的SO3(g),达到新平衡后,与原平衡相比,下列值减小的是(　　)

A.平均相对分子质量 B.SO3(g)的转化率

C. word/media/image5.gif D. word/media/image6.gif

假设在原容器上增加一个相同的容器(两容器有隔板),保持温度不变,向增加的容器中充入相同体积的SO3(g),则可建立与原平衡一样的平衡,此时A、B、C、D各项的值均不变,然后抽掉隔板,将容器压缩至原容器大小,则压强增大,平衡逆向移动,气体的总物质的量减小,但总质量不变,因此平均相对分子质量增大;SO3(g)的转化率减小;c(SO2)、c(SO3)均增大,但c(SO3)增大的程度比c(SO2)增大的程度大,则word/media/image5.gif增大; word/media/image6.gif可看作该反应的平衡常数的倒数,而平衡常数只与温度有关,则不发生变化。

B

4.导学号90514072汽车尾气净化中的一个反应如下:

NO(g)+CO(g) word/media/image1.gif N2(g)+CO2(g)

ΔH=-373.4 kJ·mol-1

在恒容的密闭容器中,反应达到平衡后,改变某一条件,下列示意图正确的是(　　)

该反应为气体分子数减小的放热反应,升高温度,平衡逆向移动,生成物浓度减小,反应物浓度增大,平衡常数减小,A项错误;同理升高温度,平衡逆向移动,CO的转化率减小,B项错误;平衡常数只受温度影响,与物质的量无关,C项正确;增加氮气的物质的量,平衡逆向移动,NO的转化率减小,D项错误。

C

5.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%

　　　　　　N2+3H22NH3

起始物质的量/mol 2 8 0

转化物质的量/mol word/media/image7.gif 2 word/media/image8.gif

平衡物质的量/mol word/media/image8.gif 6 word/media/image8.gif

平衡时氮气的体积分数为word/media/image9.gif×100%≈15%。

C

6.X、Y、Z三种气体,取X和Y按1∶1的物质的量之比混合,放入密闭容器中发生如下反应:X(g)+2Y(g)2Z(g),达到平衡后,测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3∶2,则Y的转化率最接近于(　　)

A.33% B.40%

C.50% D.66%

设X和Y起始物质的量均为n,转化的X的物质的量为x。

　　　　　X(g)　+　2Y(g)　　2Z(g)

起始物质的量/mol n n 0

转化物质的量/mol x 2x 2x

平衡物质的量/mol n-x n-2x 2x

word/media/image10.gif,x=word/media/image11.gifn。

所以Y的转化率为word/media/image12.gif×100%=66.7%。

D

定向巩固二、理解化学平衡常数的三种关系及化学平衡常数的应用

7.下列关于化学平衡常数的说法中,正确的是(　　)

A.在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值

B.当改变反应物的浓度时,化学平衡常数会发生改变

C.化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关

D.化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度

化学平衡常数只与温度有关,所以选项A、B、C三项均错误。

D

8.已知830 ℃时,反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数K=1,将各物质按表中的物质的量(单位:mol)投入恒容容器中,则开始时反应逆向进行的是(　　)

Qc(A)=1.2,Qc(B)=0.25,Qc(C)=0,Qc(D)=1。Qc(B)、Qc(C)均小于平衡常数K,所以B、C两种情况下反应正向进行;Qc(D)=1,反应处于平衡状态;Qc(A)大于1,反应逆向进行。

A

9.如图所示表示两个常见的固氮反应:①N2+3H22NH3和②N2+O22NO的平衡常数的对数(lg K)与温度的关系,根据图中的数据判断下列说法正确的是 (　　)

A.反应②为放热反应

B.常温下,反应①的反应速率很大,而反应②的反应速率很小

C.升高温度,反应①的反应速率增大,反应②的反应速率减小

D.在常温下,利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大

温度升高,反应①的lgK减小,说明反应①是放热反应;温度升高,反应②的lgK增大,说明反应②是吸热反应,A项错误。K值的大小只表示反应进行的程度,与反应速率无关,B项错误。不论反应是放热还是吸热,升高温度,反应速率均增大,C项错误。D项正确。

D

10.一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应2HI(g)H2(g)+I2(g),H2的物质的量随时间的变化如图所示。

(1)0~2 min内的平均反应速率v(HI)=　　　　　。该温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=　　　　。 

(2)相同温度下,若开始加入HI(g) 的物质的量是原来的2倍,则　　　　　是原来的2倍。 

A.平衡常数

B.HI的平衡浓度

C.达到平衡的时间

D.平衡时H2的体积分数

(1)　　　　H2(g)　+　I2(g)2HI(g)

起始/mol 0 0 1

转化/mol 0.1 0.1 0.2

平衡/mol 0.1 0.1 0.8

0~2min内的平均反应速率v(HI)=0.1mol·L-1·min-1,该温度下,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=64。

(2)若开始加入HI的物质的量是原来的2倍,相当于先将2molHI加入到2L的容器中(达到的平衡状态与原平衡一致,即HI的平衡浓度、H2的体积分数与原平衡相同),达到平衡后再将体积压缩至1L,因为该反应为气体体积不变的反应,加压平衡不移动,所以HI的平衡浓度为原来的2倍,H2的体积分数不变;温度不变,平衡常数不变;加入HI的物质的量增大,反应物浓度增大,反应速率增大,达到平衡的时间小于原来的2倍。

(1)0.1 mol·L-1·min-1　64

(2)B

11.导学号90514073温度为T℃时,向某恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2O(g),发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41.2 kJ·mol-1,反应过程中测定的部分数据见下表(表中t12):

(1)n1=　　　　,n2=　　　　。 

(2)从反应开始至达到平衡,该反应放出的热量为　　　　 kJ。 

(3)温度为T℃时,该反应的平衡常数K=　　　　。某温度时,测得上述反应的平衡常数为1.1,则该温度　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)T℃。 

(4)若起始时通入的CO和H2O(g)均为0.8 mol,则平衡时CO的物质的量是　　　　 mol。 

(1)　　CO(g)+　H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始/mol 1.20 0.60 0 0

转化/mol 0.40 0.40 0.40 0.40

t1或t2/mol 0.80 0.20 0.40 0.40

由此可知n1=0.20,n2=0.80。

(2)该反应放出的热量为0.40mol×41.2kJ·mol-1=16.48kJ。

(3)T℃时,平衡常数K=word/media/image13.gif=1。若平衡常数K由1变为1.1,应使化学平衡正向移动,因该反应为放热反应,故应降低温度。

(4)设转化的CO的物质的量为x。

　CO(g)　+　H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始 0.8mol 0.8mol 0 0

转化 x x x x

平衡 0.8mol-x 0.8mol-x x x

温度不变,平衡常数不变,可得word/media/image14.gif=1,解得:x=0.4mol,故平衡时CO的物质的量为0.8mol-0.4mol=0.4mol。

(1)0.20　0.80

(2)16.48　(3)1　小于

(4)0.4

B组　综合提升

1.在一定条件下,向密闭容器中充入30 mL CO和20 mL水蒸气,使其反应,当反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)达到平衡时,水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等,则下列叙述错误的是(　　)

A.平衡后CO的体积分数为40%

B.平衡后CO的转化率为25%

C.平衡后水的转化率为50%

D.平衡后混合气体的平均相对分子质量为24

设达到平衡时,反应掉CO的体积为x。

　CO(g)　+　H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始: 30mL 20mL 0 0

变化: x x x x

平衡: 30mL-x 20mL-x x x

由题意知:20mL-x=x,故x=10mL

故平衡后CO的体积分数为word/media/image15.gif×100%=40%,CO的转化率为word/media/image16.gif×100%≈33.3%,H2O的转化率为word/media/image17.gif×100%=50%,平衡后混合气体的平均相对分子质量不变,仍为word/media/image18.gif=24。

B

2.导学号90514074某温度下,H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=word/media/image19.gif。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下表所示。

下列判断不正确的是(　　)

A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%

B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%

C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012 mol·L-1

D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢

设甲容器中转化的H2的浓度为xmol·L-1。

　　　　　　　　H2　+　CO2　H2O+CO

甲始态/(mol·L-1): 0.010 0.010 0 0

甲反应/(mol·L-1): x x x x

甲终态/(mol·L-1): 0.010-x 0.010-x x x

word/media/image20.gif,所以x=0.006,甲中H2的转化率为60%,乙相当于在甲的基础上又充入了H2,CO2的转化率增大,A项正确;丙相当于在甲的基础上加压,平衡不移动,丙中CO2的浓度是甲中CO2浓度的2倍,甲平衡时CO2浓度为0.004mol·L-1,B项正确、C项错误;由浓度可知D项正确。

C

3.导学号90514075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(?)+2D(?)。反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6 mol C,且反应前后的压强之比为5∶4(相同的温度下测量),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=word/media/image21.gif

B.此时,B的平衡转化率是35%

C.增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数增大

D.增加C,B的平衡转化率不变

平衡时容器内混合气体总的物质的量为(4mol+2mol)×word/media/image22.gif=4.8mol,生成C的物质的量为1.6mol,则:

　　3A(g)+2B(g)4C(?)+2D(?)

初始量/mol 4 2 0 0

转化量/mol 1.2 0.8 1.6 0.8

平衡量/mol 2.8 1.2 1.6 0.8

分析可知D为气体,C为固体或液体,该反应的化学平衡常数表达式是K=word/media/image23.gif,A项错误;平衡时B的转化率是word/media/image24.gif×100%=40%,B项错误;增大该体系的压强,平衡向右移动,由于温度不变,故化学平衡常数不变,C项错误;由于C为固体或液体,增加C对平衡没有影响,B的平衡转化率不变,D项正确。

D

4.导学号90514076高炉炼铁过程中发生的主要反应为word/media/image11.gifFe2O3(s)+CO(g) word/media/image7.gif Fe(s)+CO2(g)。

已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:

请回答下列问题:

(1)该反应的平衡常数表达式K=　　　　,ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”); 

(2)在一个容积为10 L的密闭容器中,1 000 ℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol,反应经过10 min 后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)=　　　　　　　　　　、CO的平衡转化率=　　　　; 

(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率,可采取的措施是　　　　。 

A.减少Fe的量

B.增加Fe2O3的量

C.移出部分CO2

D.提高反应温度

E.减小容器的容积

F.加入合适的催化剂

(1)注意物质的状态,随着温度升高K逐渐减小,所以此反应是放热反应。

(2)设转化的CO的浓度为xmol·L-1。

　word/media/image11.gifFe2O3(s)+CO(g) word/media/image7.gif Fe(s)+CO2(g)

始态/(mol·L-1): 0.1 0.1

反应/(mol·L-1): x x

终态/(mol·L-1): 0.1-x 0.1+x

温度为1000℃,所以K=word/media/image25.gif=4.0,所以x=0.06,v(CO2)= word/media/image26.gif =0.006mol·L-1·min-1。

(3)Fe2O3、Fe均是固体,改变Fe、Fe2O3的量不影响反应速率和化学平衡,故A、B项反应速率、化学平衡均不改变;C项移出部分CO2,平衡右移,正确;D项此反应为放热反应,升高温度,平衡左移,错误;E项减小容器容积,相当于增大压强,平衡不移动,错误;F项催化剂只影响化学反应速率,对平衡移动无影响,错误。

(1) word/media/image27.gif　<

(2)0.006 mol·L-1·min-1　60%

(3)C

5.在一定温度下,向一个5 L的密闭容器中通入2 mol N2和8 mol H2及固体催化剂,使之反应。已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1,平衡时容器内气体压强为起始时的80%。

(1)计算平衡时容器内NH3的体积分数为　　　　　,该温度下反应的平衡常数为　　　　　　。 

(2)加入2 mol N2和8 mol H2,达到平衡时,放出热量为　　　　(填序号)。 

A.大于92.2 kJ

B.等于92.2 kJ

C.小于92.2 kJ

D.可能大于或小于或等于92.2 kJ

(1)平衡时容器内混合气体总的物质的量为(2mol+8mol)×80%=8mol。设转化的N2的物质的量为xmol。

　　　　N2(g)　+　3H2(g)2NH3(g)

初始量/mol 　2 　8 　0

转化量/mol 　x 　3x 　2x

平衡量/mol 　2-x 　8-3x 　2x

解得x=1。平衡时,N2、H2、NH3的物质的量分别为1mol、5mol、2mol,浓度分别为0.2mol·L-1、1mol·L-1、0.4mol·L-1。氨气的体积分数即物质的量分数为word/media/image28.gif×100%=25%;K=word/media/image29.gif=0.8。

(2)因反应生成的NH3为2mol,根据热化学方程式的意义可知,放出的热量为92.2kJ。

(1)25%　0.8

(2)B

6.在容积为1 L的密闭容器中,进行如下反应:A(g)+2B(g)C(g)+D(g),在不同温度下,D的物质的量n(D)和时间t的关系如图。

请回答下列问题:

(1)能判断反应达到化学平衡状态的依据是　。 

A.容器中压强不变

B.混合气体中c(A)不变

C.v正(B)=2v逆(D)

D.c(A)=c(C)

(2)若最初加入1.0 mol A和2.2 mol B,利用图中数据计算800 ℃时的平衡常数K=　　　　　　　,该反应为　　　　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。 

(1)该反应是一个反应前后气体体积减小的反应,容器中压强不变,可以作为反应达到平衡状态的标志,A项正确;反应达到平衡时,混合气体中c(A)不变,B项正确;当v正(B)=2v逆(D)时,该反应达到平衡状态,C项正确;当c(A)=c(C)时,该反应不一定达到平衡状态,D项错误。

(2)　　　　　　　A(g)+2B(g)C(g)+D(g)

开始/(mol·L-1) 1.0 2.2 0 0

转化/(mol·L-1) 0.6 1.2 0.6 0.6

平衡/(mol·L-1) 0.4 1.0 0.6 0.6

K=word/media/image30.gif=0.9。

从图像可知,温度升高,平衡向正向移动,故该反应为吸热反应。

(1)ABC

(2)0.9　吸热