2025人教版新教材化学高考第一轮基础练--第36讲　化学平衡常数及转化率（含答案）

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2025人教版新教材化学高考第一轮
第36讲 化学平衡常数及转化率
层次1基础性
1.下列关于化学平衡常数K的说法错误的是(　　)
A.对于某一可逆反应来说,K只与温度有关,与浓度无关
B.升高温度,K变小,正反应是放热反应
C.K越大,反应进行得越彻底
D.使用合适的催化剂,既可以改变反应速率,也可以改变平衡常数K
2.利用CO2和CH4反应制备合成气(CO、H2)的原理是CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH>0。温度为T ℃时,该反应的平衡常数为K。下列说法正确的是(　　)
A.K越大,说明反应速率、CO2的平衡转化率越大
B.增大压强,平衡向逆反应方向移动,K减小
C.升高温度,反应速率和平衡常数K都增大
D.加入催化剂,能提高合成气的平衡产率
3.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)　K1　ΔH1<0;
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2　ΔH2<0。
则反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数是(　　)
A. B.2K1-K2
C. D.-K2
4.(2023·广东汕头期末)Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
①Cl2(g)2Cl·(g)快
②CO(g)+Cl·(g)COCl·(g)快
③COCl·(g)+Cl2(g)COCl2(g)+Cl·(g)慢
其中反应②存在v(正)=k正c(CO)c(Cl·)、v(逆)=k逆c(COCl·)
下列说法正确的是(　　)
A.反应①的活化能大于反应③的
B.反应②的平衡常数K=
C.要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应②的速率
D.选择合适的催化剂能加快该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率
5.(2023·广东深圳一模)恒容密闭容器中,n mol CO2与3n mol H2在不同温度下发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),达到平衡时,各组分的物质的量浓度(c)随温度(T)变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.该反应的平衡常数随温度升高而增大
B.曲线Y表示c(C2H4)随温度的变化关系
C.提高投料比[n(CO2)∶n(H2)],可提高H2的平衡转化率
D.其他条件不变,2n mol CO2与6n mol H2在T1 ℃下反应,达到平衡时c(H2)6.1 mol CH3CH2OH和1 mol H2O充入恒容密闭容器中发生反应:2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g),在550 K时,气体混合物中H2的物质的量分数x(H2)与反应时间t的关系如表所示。
t/min 0 20 40 60 80 100
x(H2)/% 0 15 29 40 48 48
上述反应中,正反应速率v(正)=k正·x2(CO)·x4(H2),逆反应速率v(逆)=k逆·x(CH3CH2OH)·x(H2O),其中k正、k逆为速率常数,则k逆=　　　　　　(以Kx和k正表示,其中Kx为用物质的量分数表示的平衡常数);若k逆=75 mol·L-1·min-1,在t=80 min时,v(逆)=　 　　　　　　。
层次2综合性
7.(2023·广东深圳检测)工业上制备硫酸过程中涉及反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH。某密闭容器中投入一定量SO2和O2,在p1、p2两个不同压强下平衡时SO2的含硫百分含量[SO2的含硫百分含量为×100%]随温度变化如图。下列说法正确的是(　　)
A.ΔH>0
B.p1>p2
C.逆反应速率:v(b)>v(a)
D.平衡常数:K(a)=K(b)
8.已知:2Cr+2H+Cr2+H2O。25 ℃时,调节初始浓度为1.0 mol·L-1的Na2CrO4溶液的pH,测定平衡时溶液中c(Cr2)和c(H+),获得如图所示的曲线。下列说法不正确的是(　　)
A.平衡时,pH越小,c(Cr2)越大
B.A点Cr的平衡转化率为50%
C.A点Cr转化为Cr2反应的平衡常数K=1014
D.平衡时,若溶液中c(Cr2)=c(Cr),则c(H+)>2.0×10-7 mol·L-1
9.(2023·广东东莞检测)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中,在不同温度下进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0。得到如表中的两组数据:
实验 编号 平衡 常数 起始 量/mol 平衡 量/mol 达到平衡 所需时 间/min
SO2 O2 SO2 O2
1 T1 K1 4 2 x 0.8 6
2 T2 K2 4 2 0.4 y t
下列说法不正确的是(　　)
A.实验1在前6 min的平均反应速率v(SO2)=0.2 mol·L-1·min-1
B.T1、T2的关系:T1>T2
C.K1、K2的关系:K2>K1
D.x=1.6,y=0.2,t<6
10.T1时,在1 L的密闭容器中进行反应:2A(g)+B(g)2C(g)。A、B的起始浓度分别为0.40 mol·L-1、0.96 mol·L-1,起始压强为p0,反应达到平衡状态时压强为p,。下列说法错误的是(　　)
A.T1时,A的平衡转化率为80%
B.T1时,K=20,Kp=
C.T1达到平衡时,再充入0.08 mol C和0.20 mol B,则平衡将正向移动
D.T2时(T2>T1),平衡常数为10,可知该反应为放热反应
11.(2024·浙江温州模拟)已知HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOHCO+H2O　K1
Ⅱ.HCOOHCO2+H2　K2
T温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水。含碳物质浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。下列有关说法不正确的是(　　)
A.混合体系达平衡后:c(CO2)·c(H2)>c(CO)
B.活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ
C.c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动
D.c(HCOOH)可降为0
12.乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料,用途广泛。
实验测得2CH2CH2(g)+O2(g)2(g)　ΔH<0中,v(逆)=k逆·c2(),v(正)=k正·c2(CH2CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。
(1)反应达到平衡后,仅降低温度,下列说法正确的是　　　　　(填字母)。
A.k正、k逆均增大,且k正增大的倍数更多
B.k正、k逆均减小,且k正减小的倍数更少
C.k正增大、k逆减小,平衡正向移动
D.k正、k逆均减小,且k逆减小的倍数更少
(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol CH2CH2(g)和1 mol O2(g),在一定温度下只发生上述反应,经过10 min反应达到平衡,体系的压强变为原来的0.875,则0~10 min内v(O2)=　　　　　,=　　　　　　　　。
13.亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂,可由NO和Cl2反应得到,化学方程式为2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)。
(1)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g),在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示:
图A
①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)=　　　　　 mol·L-1·min-1。
②T2时该反应的平衡常数K=　　　　　　。
③T2时Cl2的平衡转化率为　　　　　　　。
(2)若按投料比n(NO)∶n(Cl2)=2∶1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应,平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图B所示:
图B
①该反应的ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”)0。
②在p压强条件下,M点时容器内NO的体积分数为　　　　　　　　。
③若反应一直保持在p压强条件下进行,则M点的压强平衡常数Kp=　　　　　　(用含p的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。
14.如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104 Pa和105 Pa)。(已知:丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)
(1)104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是　　　　(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。
(2)104 Pa、500 ℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=　　　　　　　(已知:气体分压=气体总压×体积分数)。
层次3创新性
15.(2024·四川绵阳模拟)甲酸甲酯(HCOOCH3)是一种重要的有机合成中间体,可通过甲醇催化脱氢法制备,其工艺过程包含以下反应:
反应Ⅰ:2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) K1,ΔH1=+51.2 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　K2,ΔH2=+90.1 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应HCOOCH3(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH3=　　　　　 kJ·mol-1,K3=　　　　　(用K1、K2表示)。
(2)对于反应Ⅰ:增大压强,平衡　　　　　(填“向左”“向右”或“不”)移动。保持压强不变,要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施是　　　　　、　　　　　。
(3)在400 kPa、铜基催化剂存在下,向密闭容器中通入CH3OH进行Ⅰ、Ⅱ两个反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①随温度升高,CH3OH的平衡组成比例呈现如图所示趋势的原因是 　　　　　　　　　。
②550 K时,反应2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=　　　　　kPa, CH3OH的平衡转化率为　　　　　。
③研究表明,在700 K以后升高体系温度,HCOOCH3的产率下降,可能的原因是 　　　　　　　　　　　　　。
第36讲　化学平衡常数及转化率
1.D　解析 平衡常数只受温度影响,使用催化剂可以加快反应速率,但不影响平衡常数,D错误。
2.C　解析 K越大,说明反应进行得越完全,CO2的平衡转化率越大,但反应速率受外界因素影响,反应速率不一定越大,A错误;K只受温度影响,温度不变,则K不变,B错误;升高温度,活化分子百分数增大,反应速率增大,该反应ΔH>0,为吸热反应,则平衡常数K增大,C正确;加入催化剂,只能改变反应速率,平衡不移动,则不能提高合成气的平衡产率,D错误。
3.A　解析 2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)　K1=;2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2=;4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)　K=。
4.B　解析 活化能越小,反应速率越快,则反应①的活化能小于反应③的活化能,A错误;反应②存在v(正)=k正c(CO)c(Cl·)、v(逆)=k逆c(COCl·),平衡时正、逆反应速率相等,则K=,B正确;慢反应决定整个反应速率,要提高合成COCl2的速率,关键是提高反应③的速率,C错误;催化剂不影响平衡移动,则选择合适的催化剂能加快该反应的速率,而COCl2的平衡产率不变,D错误。
5.C　解析 由图可知,温度升高,H2的平衡浓度增大,说明平衡逆向移动,则该反应为放热反应,平衡常数随温度升高而减小,A错误;结合反应可知,Δc(C2H4)为Δc(H2O)的,则曲线Y表示c(H2O)随温度的变化关系,B错误;提高投料比[n(CO2)∶n(H2)],平衡正向移动,H2的平衡转化率增大,C正确;其他条件不变,2n mol CO2与6n mol H2在T1 ℃下反应,相当于增大压强,该反应是气体体积减小的反应,平衡正向移动,H2的浓度减小,当然仍大于n mol CO2与3n mol H2在T1 ℃下发生反应时H2的平衡浓度c1 mol·L-1,D错误。
6.答案 　1.47 mol·L-1·min-1
解析 平衡时v(正)=v(逆),可得k正·x2(CO)·x4(H2)=k逆·x(CH3CH2OH)·x(H2O),Kx=,k逆=;t=80 min时,H2的物质的量分数为48%,则CO的物质的量分数为24%,CH3CH2OH、H2O的物质的量分数均为14%。v(逆)=k逆·x(CH3CH2OH)·x(H2O)=75 mol·L-1·min-1×0.14×0.14=1.47 mol·L-1·min-1。
7.C　解析 由图可知温度越高,SO2的含量越高,所以该反应的焓变ΔH<0,A项错误;图中纵轴表示SO2的含硫百分含量随压强的变化,压强越大SO2的平衡体积分数越小,所以p2>p1,B项错误;由图可知a、b两点对应各物质的物质的量均相等,b点温度、压强均较高,逆反应速率较大,则v(b)>v(a),C项正确;该反应为放热反应,则温度越高,平衡常数越小,所以平衡常数:K(a)>K(b),D项错误。
8.D　解析 从题给图像可以看出,pH越小,平衡时c(Cr2)越大,A点c(Cr2)=0.25 mol·L-1,反应掉的c(Cr)=0.25 mol·L-1×2=0.5 mol·L-1,Cr的平衡转化率为50%,此时,平衡常数K==1014,故A、B、C三项均正确;若溶液中c(Cr2)=c(Cr)≈0.33 mol·L-1,此时,c(H+)<2.0×10-7 mol·L-1,D项不正确。
9.D　解析 实验1从开始到反应达到化学平衡时,氧气的变化量为2 mol-0.8 mol=1.2 mol,根据反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知,平衡时二氧化硫消耗的物质的量为1.2 mol×2=2.4 mol,则平衡时二氧化硫的物质的量为4 mol-2.4 mol=1.6 mol,即x=1.6;实验2平衡时二氧化硫消耗的物质的量为4 mol-0.4 mol=3.6 mol,根据反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知,平衡时氧气消耗的物质的量为3.6 mol×=1.8 mol,则平衡时氧气的物质的量为2 mol-1.8 mol=0.2 mol,即y=0.2。实验1在前6 min的反应速率v(SO2)==0.2 mol·L-1·min-1,A正确;反应起始量相同,由达到平衡时氧气物质的量可知,实验2反应进行的程度大,反应是放热反应,温度升高,平衡向吸热反应方向进行,所以温度T1>T2,B正确;根据B项可知,温度T1>T2,该反应为放热反应,温度升高,平衡向着逆反应方向移动,则反应物浓度增大、生成物浓度减小,平衡常数减小,所以平衡常数K2>K1,C正确;根据分析可知,x=1.6,y=0.2,由于温度T1>T2,温度越低,反应速率越慢,达到平衡状态的时间越长,所以t>6,D错误。
10.C　解析 设反应达平衡时,C的浓度为2x mol·L-1,则
　　　　　　　2A(g)　　+　　B(g) 　2C(g)
起始/(mol·L-1) 0.40 0.96 0
转化/(mol·L-1) 2x x 2x
平衡/(mol·L-1) 0.40-2x 0.96-x 2x
恒温恒容时,压强之比等于物质的量之比,则,解得x=0.16,故A的平衡转化率为×100%=80%,A项正确;平衡时,K==20,A、B、C的平衡分压分别为p=p,p=p、p=p,则Kp=,B项正确;保持容积不变,混合气体中再充入0.08 mol C和0.20 mol B,则C和B的浓度分别为0.40 mol·L-1和1.00 mol·L-1,故Q==25>K,反应逆向移动,C项错误;温度升高,K减小,可知平衡逆向移动,则该反应为放热反应,D项正确。
11.D　解析 根据图像可知混合体系达平衡后,c(CO2)·c(H2)>c(CO),A正确;根据图像可知,CO浓度达到最大值时表明反应Ⅰ达平衡,此时CO2浓度未达最大值,即反应Ⅱ尚未达平衡状态,说明反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ,即活化能:反应Ⅰ<反应Ⅱ,B正确;根据图像中CO2和CO浓度变化,即反应Ⅰ和Ⅱ可知,c(CO)浓度变小的原因是CO2的生成导致反应Ⅰ平衡逆向移动,C正确;过程Ⅰ和Ⅱ均为可逆过程,则c(HCOOH)不可能降为0,D错误。
12.答案 (1)B　(2)0.025 mol·L-1·min-1　0.75
解析 (1)该反应是放热反应,反应达到平衡后,仅降低温度,k正、k逆均减小,平衡向放热方向即正向移动,正反应速率大于逆反应速率,因此k正减小的倍数更少。
(2)　　　　 2CH2CH2(g) + O2(g) 2(g)
开始/mol 1 1 0
转化/mol 2x x 2x
平衡/mol 1-2x 1-x 2x
=0.875,x=0.25,则0~10 min内v(O2)==0.025 mol·L-1·min-1,k逆·c2()=k正·c2(CH2CH2)·c(O2),=0.75。
13.答案 (1)①0.1　②2　③50%
(2)①<　②40%　③
解析 (1)①10 min时,c(NOCl)=1 mol·L-1,则转化的NO的物质的量为1 mol,则v(NO)==0.1 mol·L-1·min-1。②平衡常数K==2。③Cl2的平衡转化率为×100%=50%。
(2)①根据图像,升高温度,平衡时NO的转化率减小,平衡逆向移动,说明该反应的正反应属于放热反应,ΔH<0。
②根据图像,在p压强条件下,M点NO的转化率为50%,根据2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)可知,气体减小的体积为反应的NO的体积的一半,因此NO的体积分数为×100%=40%。
③设NO的物质的量为2 mol,则Cl2的物质的量为1 mol。
　　　 2NO(g)　 +　 Cl2(g) 2NOCl(g)
起始/mol 2 1 0
反应/mol 1 0.5 1
平衡/mol 1 0.5 1
平衡分压 p× p× p×
M点的压强平衡常数Kp=。
14.答案 (1)ⅰ　(2)3.3×103 Pa
解析 (1)丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,丙烯的平衡体积分数减小;该反应为吸热反应,温度升高,平衡向正反应方向移动,丙烯的平衡体积分数增大,故曲线ⅰ代表104 Pa时丙烯的平衡体积分数。
(2)104 Pa、500 ℃时,丙烯的平衡体积分数为33%,设起始丙烷为1 mol,转化率为x,由题意建立如下三段式:
　　　 C3H8(g) C3H6(g) + H2(g)
起始/mol 1 0 0
变化/mol x x x
平衡/mol 1-x x x
则由丙烯的平衡体积分数为33%可得,=0.33,解得x≈0.5,丙烷、丙烯和氢气的分压均为104 Pa×,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp= Pa=104× Pa≈3.3×103 Pa。
15.答案 (1)+129.0　
(2)向左　升高温度　改良催化剂
(3)①反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应,升高温度,平衡均向正反应方向移动　②64　47.4%　③反应Ⅰ的选择性下降
解析 (1)根据盖斯定律反应Ⅲ=2×反应Ⅱ-反应Ⅰ,ΔH3=2ΔH2-ΔH1=2×(+90.1 kJ·mol-1)-(+51.2 kJ·mol-1)=+129.0 kJ·mol-1;K3=。
(2)对于反应Ⅰ:增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动即向左移动;保持压强不变,要缩短反应达到平衡的时间,就是加快反应速率,可以采用升高温度或改良催化剂的措施。
(3)①反应Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应,升高温度,平衡均向正反应方向移动,CH3OH的平衡组成比例下降。
②在400 kPa、铜基催化剂存在下,密闭容器中发生反应Ⅰ:2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)和反应Ⅱ:
CH3OH(g)CO(g)+2H2(g),550 K时CH3OH的物质的量分数等于H2的物质的量分数等于0.4,CO的物质的量分数为0.04,则HCOOCH3的物质的量分数等于1-0.4-0.4-0.04=0.16,p(CH3OH)=p(H2)=0.4×400 kPa=160 kPa,p(CO)=0.04×400 kPa=16 kPa,p(HCOOCH3)=0.16×400 kPa=64 kPa,Kp= kPa=64 kPa;根据碳原子守恒,CH3OH的平衡转化率=×100%≈47.4%。③在700 K以后升高体系温度,HCOOCH3的产率下降,可能的原因是反应Ⅰ的选择性下降。
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