专题2第三单元化学平衡状态化学平衡常数苏教版选择性必修1（含解析）

化学平衡状态　化学平衡常数
1．可逆反应N2＋3H2 2NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)
B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3)
D．v正(N2)＝3v逆(H2)
2．在一定条件下，某容器中充入N2和H2合成NH3，以下叙述错误的是(　　)
A.开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零
C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定
D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定
3．有关可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是(　　)
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增大容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系：2v正(NH3)＝3v正(H2O)
4．在密闭容器中进行反应X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡状态时，各物质的浓度可能是(　　)
A．c(Z)＝0.3 mol·L－1
B．c(X2)＝0.2 mol·L－1
C．c(Y2)＝0.4 mol·L－1
D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1
5．一定条件下，将NO2与SO2以体积比为1∶2置于恒温密闭容器中，发生反应：NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的物质的量之比保持不变
D．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2
6．已知298.15 K时，可逆反应：Pb2＋(aq)＋Sn(s) Pb(s)＋Sn2＋(aq)的平衡常数K＝2.2，若溶液中Pb2＋和Sn2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，则此时反应进行的方向是(　　)
A．向右进行 B．向左进行
C．处于平衡状态 D．无法判断
7．已知下列反应的平衡常数：H2(g)＋S(s) H2S(g)，K1；S(s)＋O2(g) SO2(g)，K2。则反应H2(g)＋SO2(g) O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是(　　)
A．K1＋K2 B．K1－K2
C．K1×K2 D．
8．在1 L恒温恒容的密闭容器中投入一定量N2O5，依次发生反应：
反应1：N2O5(g)===N2O4(g)＋O2(g)
ΔH＝＋28.4 kJ·mol－1；
反应2：N2O4(g) 2NO2(g)　
ΔH＝－56.9 kJ·mol－1。
现有下列情况：①混合气体的密度保持不变；②气体压强保持不变；③气体的平均摩尔质量保持不变；④保持不变；⑤O2的物质的量保持不变；⑥v正(N2O4)∶v逆(NO2)＝1∶2。能表明反应2一定达到平衡状态的是(　　)
A．①②③⑤ B．②③④⑥
C．①③⑤⑥ D．②③④⑤
9．在一定温度下，下列反应的化学平衡常数数值如下：
①2NO(g) N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030
②2H2(g)＋O2 2H2O(g)　K2＝2×1081
③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92
以下说法正确的是(　　)
A．该温度下，反应①的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)
B．该温度下，反应2H2O(g) 2H2(g)＋O2(g)的平衡常数的数值约为5×10－80
C．该温度下，NO、H2O、CO2产生O2的倾向由大到小顺序为NO>H2O>CO2
D．以上说法都不正确
10．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，相同温度下，开始时反应逆向进行的是(　　)
选项 A B C D
n(CO2) 3 1 0 1
n(H2) 2 1 0 1
n(CO) 1 2 3 0.5
n(H2O) 5 2 3 2
11.某温度下，在2 L密闭容器中加入一定量A，发生化学反应2A(g) B(g)＋C(g) ΔH＝－48.25 kJ·mol－1，反应过程中B、A的浓度比值与时间t有如图所示关系，若测得第15 min时c(B)＝1.6 mol·L－1，下列结论正确的是(　　)
A．该温度下此反应的平衡常数为3.2
B．A的初始物质的量为4 mol
C．反应达平衡时，放出的热量是193 kJ
D．反应达平衡时，A的转化率为80%
12．一定条件下，在容积为2 L的密闭容器里加入一定物质的量的A，发生如下反应并建立平衡：A(g) 2B(g)，2B(g) C(g)＋2D(g)，测得平衡时各物质的浓度是c(A)＝0.3 mol·L－1 ，c(B)＝0.2 mol·L－1，c(C)＝0.05 mol· L－1，最初向容器里加入A的物质的量是(　　)
A．0.5 mol　　　　　B．0.8 mol
C．0.9 mol D．1.2 mol
13．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g) Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如表：
温度/℃ 25 80 230
平衡常数 5×104 2 1.9×10－5
下列说法不正确的是(　　)
A．升温不利于生成Ni(CO)4(g)
B．在25 ℃时，反应Ni(CO)4(g) Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5
C．在80 ℃时，测得某时刻，Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v正＞v逆
D．在80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1
14．碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。请回答下列问题：
(1)羰基硫(O===C===S)能引起催化剂中毒和大气污染等。羰基硫的氢解和水解反应是两种常用的脱硫方法，其反应原理为
①氢解反应：COS(g)＋H2(g) H2S(g)＋CO(g)　ΔH1
②水解反应：COS(g)＋H2O(g) H2S(g)＋CO2(g)　ΔH2＝－35 kJ·mol－1
已知CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH3＝－42 kJ·mol－1，则ΔH1＝________。若平衡常数K与温度T之间存在lg K＝＋b(a、b为常数)的线性关系，图甲中直线符合该氢解反应平衡常数K与温度T关系的是________(填序号)。
(2)焦炭还原NO2发生反应：2NO2(g)＋2C(s) N2(g)＋2CO2(g)。在恒温条件下，1 mol NO2和足量焦炭发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图乙所示，计算可得M点时该反应的平衡常数Kp＝________。(Kp是用平衡分压代替平衡浓度表示的反应平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)
15．一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有3 mol SO2发生了反应。
(1)反应生成了________mol SO3，v(SO2)＝________。
(2)平衡时SO3的浓度是________，SO2的转化率是________。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________mol。
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是________(填序号)。
①体系内压强不再改变
②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④v正(SO3)＝2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
(5)该温度下，SO3(g) SO2(g)＋O2(g)的平衡常数K＝________。
16．某温度下，在一密闭容器中充入一定量CO2，并加入足量铁粉，发生反应：Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)，测得CO2和CO浓度随时间的变化如图所示：
(1)0～8 min，v(CO)＝________________ mol·L－1·min－1。
(2)下列措施中，能够改变平衡时c(CO)/c(CO2)的比值的是________(填序号)。
A．温度　　　　　B．铁粉的量(足量)
C．压强 D．CO的量
(3)已知：反应Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)的平衡常数为K1；反应Fe(s)＋H2O(g) FeO(s)＋H2(g)的平衡常数为K2。不同温度时K1、K2的值如下表：
温度/K K1 K2
973 1.47 2.38
1 173 2.15 1.67
根据表中数据，计算反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)的K。
①温度为973 K时：K＝________________________________________________________________________；
②温度为1 173 K时，K＝________________________________________________________________________；
③反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)是________(填“吸热”或“放热”)反应。
课时作业11　化学平衡状态　化学平衡常数
1．解析：达到平衡状态时正、逆反应速率相等，各组成成分的含量不变。正、逆反应速率相等是指用同一种物质来表示的反应速率。可逆反应中用各种物质表示的反应速率与化学计量数成正比，需将其转换为同一物质表示速率进行比较。
答案：C
2．答案：B
3．解析：根据反应速率之比等于化学计量数之比可知，4v正(O2)＝5v正(NO)，该反应达到化学平衡状态时，v正(NO)＝v逆(NO)，则4v正(O2)＝5v逆(NO)，A项正确；单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，均表示正反应方向，不能说明正、逆反应速率相等，反应不一定达到化学平衡状态，B项错误；达到化学平衡时，若增大容器容积，则各物质的浓度减小，正、逆反应速率均减小，C项错误；根据反应速率之比等于化学计量数之比可知，3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D项错误。
答案：A
4．解析：假设反应由正反应方向开始进行，由于Y2(g)过量，则X2(g)完全转化时，Z(g)浓度为0.4 mol·L－1；假设反应由逆反应方向开始进行，则Z(g)完全转化时，X2(g)、Y2(g)的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1。由题意知，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物，故A项正确，B、C项错误；反应前后气态物质体积不变，反应达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L－1，D项错误。
答案：A
5．解析：由于该反应为反应前后气体体积不变的反应，体系的压强始终保持不变，A项错误；SO3和NO的物质的量之比始终为1∶1，C项错误；消耗SO3和生成NO2均表示同一方向的反应，D项错误。
答案：B
6．解析：Q＝＝＝1＜K＝2.2，故反应未达到平衡，反应向右进行。
答案：A
7．解析：K1＝，K2＝，H2(g)＋SO2(g) O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K3＝＝K1×＝。
答案：D
8．解析：本题考查化学平衡状态的判断。①反应中各物质均为气体，混合气体的总质量不变，且反应在恒容条件下进行，则混合气体的密度始终不变，故不能判断是否达到平衡，错误；②反应2的平衡建立过程中，气体总物质的量不断变化，则气体压强不断变化，当气体压强保持不变时，反应2达到平衡状态，正确；③平衡建立过程中，混合气体的总质量不变，但其总物质的量不断变化，故当气体的平均摩尔质量保持不变时，反应2达到平衡状态，正确，④保持不变，则c(NO2)、c(N2O4)均保持不变，反应2达到平衡状态，正确；⑤反应1是不可逆反应，O2的物质的量始终保持不变，不能据此判断反应2是否达到平衡，错误；⑥v正(N2O4)∶v逆(NO2)＝1∶2，正、逆反应速率相等，反应2达到平衡状态，正确。
答案：B
9．解析：由化学平衡常数定义可知K1＝，A项错误；该温度下，水分解反应的平衡常数为＝＝5×10－82，B项错误；该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的反应的化学平衡常数数值分别为1×1030、5×10－82、4×10－92，所以产生O2的倾向：NO>H2O>CO2，C项正确，D项错误。
答案：C
10．解析：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1，所以B、C两种情况下反应向正反应方向进行；Qc(D)＝1，反应处于平衡状态；Qc(A)大于1，反应向逆反应方向进行。
答案：A
11．解析：第15 min时c(B)＝1.6 mol·L－1，则n(B)＝3.2 mol，由题图可推知c(A)＝0.8 mol·L－1，n(A)＝1.6 mol，设A的初始物质的量为x mol，则
　　　　　　　2A(g) B(g)＋C(g)
起始量/mol　　x　　　　0　　　0
转化量/mol x－1.6 3.2 3.2
平衡量/mol 1.6 3.2 3.2
则x－1.6＝3.2×2，解得x＝8，平衡时A、B、C的浓度分别为0.8 mol·L－1、1.6 mol·L－1、1.6 mol·L－1，平衡常数K＝＝4，A、B项错误；反应达平衡时生成3.2 mol B，放出的热量是3.2 mol×48.25 kJ·mol－1＝154.4 kJ，C项错误；反应达平衡时，A的转化率为×100%＝80% ，D项正确。
答案：D
12．解析：因为平衡时，n(A)平＝0.3 mol·L－1×2 L＝0.6 mol，n(B)平＝0.2 mol·L－1×2 L＝0.4 mol，n(C)平＝0.05 mol·L－1×2 L＝0.1 mol，所以n(B)转＝2n(C)平＝0.2 mol，n(B)＝n(B)平＋n(B)转＝0.6 mol，n(A)转＝n(B)＝0.3 mol，n(A)＝n(A)平＋n(A)转＝0.9 mol。
答案：C
13．解析：由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，不利于生成Ni(CO)4(g)，A正确；25 ℃时反应Ni(s)＋4CO(g) Ni(CO)4(g)的平衡常数为5×104，相同温度下，同一可逆反应的正、逆反应平衡常数互为倒数，故25 ℃时，反应Ni(CO)4(g) Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为＝2×10－5，B正确；浓度商Q＝＝8，大于80 ℃时的平衡常数，故反应逆向进行，v正＜v逆，C错误；80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，c(CO)＝＝1 mol·L－1，故c[Ni(CO)4]＝K·c4(CO)＝(2×14) mol·L－1＝2 mol·L－1，D正确。
答案：C
14．解析：(1)根据盖斯定律，由②－①得CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH3＝－42 kJ·mol－1，则ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝＋7 kJ·mol－1。该氢解反应的正反应为吸热反应，平衡常数K随着温度T的升高而增大，随着的增大而减小，所以题图甲中符合该氢解反应平衡常数K与温度T关系的直线为z。
(2)设参加反应的NO2为x mol，列三段式：
　　　　2NO2(g)＋2C(s) N2(g)＋2CO2(g)
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol xxx
平衡量/mol 1－xxx
根据题图乙可知，M点对应的平衡状态下，c(NO2)＝c(CO2)，即n(NO2)＝n(CO2)，则有1－x＝x，解得x＝0.5，平衡时，n(NO2)＝0.5 mol、n(N2)＝0.25 mol、n(CO2)＝0.5 mol，气体的总物质的量为1.25 mol，则p(NO2)＝p(CO2)＝×10 MPa＝4 MPa，p(N2)＝×10 MPa＝2 MPa，所以M点时该反应的平衡常数Kp＝＝＝2。
答案：(1)＋7 kJ·mol－1　z　(2)2
15．解析：(1)(2)(3)v(SO2)＝＝＝0.03 mol·L－1·min－1
　　 　2SO2　＋　O2　 　2SO3
开始：　　　5 mol　　　3 mol　　　0
变化： 3 mol 1.5 mol 3 mol
平衡： 2 mol 1.5 mol 3 mol
则平衡时SO3的浓度为＝0.3 mol·L－1，SO2的转化率为×100%＝60%，平衡时混合气体的总物质的量为2 mol＋1.5 mol＋3 mol＝6.5 mol。(4)根据反应方程式知：①体系压强不变，说明反应已达平衡状态；②容器的体积不变，混合气体的质量不变，则反应过程中密度始终不变，密度不变不能说明反应已达平衡状态；③混合气体的总质量不变，但反应过程中混合气体的总物质的量改变，若平均相对分子质量不变，说明反应已达平衡状态；④表示v正＝v逆，说明反应已达平衡状态；⑤三者的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明反应已达平衡状态。(5)反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的K＝＝15，所以该温度下，SO3(g) SO2(g)＋O2(g)的K′＝＝.
答案：(1)3　0.03 mol·L－1·min－1　(2)0.3 mol·L－1　60%　(3)6.5　(4)①③④　(5)
16．解析：(1)v(CO)＝＝＝0.062 5 mol·L－1·min－1。
(2)本题容易错选D。c(CO)/c(CO2)其实是该反应的平衡常数表达式，而平衡常数只受温度影响，故只能选A。
(3)Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)
平衡常数K1＝；
Fe(s)＋H2O(g) FeO(s)＋H2(g)
平衡常数K2＝；
而CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
平衡常数K＝，则K＝，故973 K时：K＝＝≈0.62；1 173 K时：K＝≈1.29；随着温度的升高，K增大，说明该反应为吸热反应。
答案：(1)0.062 5　(2)A　(3)①0.62　②1.29　③吸热