2024年高考化学二轮复习回归基础专题13化学平衡常数的计算及应用训练（含解析）

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2024年高考化学二轮复习回归基础专题13化学平衡常数的计算及应用训练
一、单选题，共7小题
1．（2023·黑龙江大庆·二模）25C时，0.1mol/LK2Cr2O7溶液中存在如下平衡：①，②，随溶液pH的变化如图所示，下列说法错误的是
A．溶液中：
B．向K2Cr2O7溶液中加入少量Na2SO4固体，溶液的pH不变
C．溶液中
D．当溶液pH=9.0时，HCrO的平衡浓度：
2．（23-24高二上·重庆九龙坡·阶段练习）一定量的与足量的碳，在体积可变的恒压密闭容器中反应：。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知：。下列说法正确的是
A．550℃时，若充入稀有气体，、均减小，平衡不移动
B．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数
C．T℃时，反应达平衡后的转化率为50%
D．T℃时，若充入等体积的和，平衡不移动
3．（22-23高二上·河南焦作·期末）在可逆反应2SO2(g)+O2 2SO3(g)的平衡状态下，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Qc为浓度商)
A．Qc不变，K变大，O2转化率增大 B．Qc不变，K变大，SO2转化率增大
C．Qc变小，K不变，O2转化率减小 D．Qc增大，K不变，SO2转化率增大
4．（2022高三·全国·专题练习）用尿素水解生成的催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为，下列说法正确的是
A．上述反应
B．上述反应平衡常数
C．上述反应中消耗，转移电子的数目为
D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
5．（2021·海南·高考真题）制备水煤气的反应 ，下列说法正确的是
A．该反应
B．升高温度，反应速率增大
C．恒温下，增大总压，H2O(g)的平衡转化率不变
D．恒温恒压下，加入催化剂，平衡常数增大
6．（22-23高二上·云南楚雄·阶段练习）O3也是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下：
反应①O3O2+[O] ΔH1＞0，平衡常数为K1
反应②[O]+O32O2 ΔH2＜0，平衡常数为K2
总反应：2O33O2 ΔH＜0，平衡常数为K
下列叙述正确的是
A．压强增大，K2减小 B．总反应中当2v正(O2)=3v逆(O3)时，反应达到平衡
C．[O]为催化剂 D．K=K1+K2
7．（19-20高二下·北京延庆·期末）一定条件下的可逆反应：A(g)+3B(g) 2C(g)ΔH=－akJ·mol 1。下列说法正确的是
A．该反应达到最大限度时，c(C)＝2c(A)
B．容器压强不变，充入少量Ar气(Ar气与A、B、C气体都不反应)，平衡不移动
C．降温，由于反应的化学平衡常数(K)改变，使Qc＜K，平衡发生移动
D．该条件下，将1molA和足量B投入密闭容器中充分反应，放出akJ的热量
二、多选题，共2小题
8．（23-24高三上·山东·阶段练习）在160℃、200℃条件下，分别向两个容积为2L的刚性容器中充入2molCO(g)和2molN2O(g)，发生反应：CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) ΔH<0。实验测得两容器中CO或N2的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A．CO的转化率：d﹥c
B．ac段N2的平均反应速率为0.10mol/(L·min)
C．该反应达到平衡状态时c(CO)+c(CO2)=2mol/L
D．200℃时，该反应的平衡常数Kc=2.25
9．（2022·湖南·高考真题）向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A． B．气体的总物质的量：
C．a点平衡常数： D．反应速率：
三、解答题，共1小题
10．（2024高三·全国·专题练习）二甲醚是无色气体，可作为一种新型能源，同时也是重要的化工原料，采用催化加氢可合成二甲醚，发生的反应如下：
Ⅰ．　
Ⅱ．　
回答下列问题：
(1)在压强、和的起始投料一定的条件下，发生反应Ⅰ、Ⅱ，实验测得(平衡转化率和平衡时的选择性随温度的变化如图所示。(已知：的选择性)
其中表示平衡时的选择性的曲线是 (填“①”或“②”)；温度高于300℃时，曲线②随温度升高而升高的原因是 。
(2)对于反应Ⅱ的反应速率其中、分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压(分压总压物质的量分数)。
a．达到平衡后，降低温度， (填“增大”、“减小”或”不变”)；
b．在一定温度和压强下的反应Ⅱ，按照n(CO2)：n(H2)=6：7投料，当CO2转化率为50%时，用气体分压表示的平衡常数 。
四、填空题，共4小题
11．（2024高三·全国·专题练习）CO2资源化利用受到越来越多的关注，它能有效减少碳排放，有效应对全球的气候变化，并且能充分利用碳资源。二氧化碳催化加氢制甲醇有利于减少温室气体排放，涉及的反应如下：
I．
Ⅱ． kJ mol-1　
Ⅲ． kJ mol-1　
回答下列问题：
在恒温恒压(压强为p)的某密闭容器中，充入1 mol 和3 mol ，仅发生反应I和Ⅱ，经过一段时间后，反应I和Ⅱ达到平衡，此时测得的平衡转化率为20%，甲醇的选择性为50%{甲醇选择性[]}，则该温度下反应I的平衡常数 (写出计算式即可，分压=总压×物质的量分数)。
12．（2024高三·全国·专题练习）以节能减排为基础的低碳经济已成为实现人类可持续发展的重要课题，“减排”的关键是减少CO2排放，而“减排” 的重要手段是合理利用CO2。回答下列问题：
由CO2合成二甲醚的反应原理为：2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g) <0 。在恒容密闭容器中进行上述反应，某压强下起始时按照不同氢碳比投料(如图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，测得CO2 平衡转化率与温度的关系如下图所示。
在1L恒容密闭容器中按曲线Ⅲ的起始氢碳比投料，充入 4mol H2 和 2mol CO2 ，达到平衡。已知该反应速率v=v正-v逆=k正·c2(CO2)·c6(H2)-k逆·c(CH3OCH3)·c3(H2O)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关。a点处= (填数值，保留两位小数)；a、b、c处 lgk正-lgk逆的大小关系为 (用 a 、b 、c 表示)。
13．（2024高三·全国·专题练习）亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂，可由NO与Cl2在通常条件下反应得到，化学方程式为2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)。
(1)已知亚硝酰氯的结构为Cl-N=O，几种化学键的键能数据如下表：
化学键 N≡O Cl-Cl Cl-N N=O
键能/(kJ/mol) 630 243 a 607
则2NO(g) +Cl2(g) 2ClNO(g) 的ΔH= kJ/mol。(用含a的代数式表示)
(2)反应Cl2(g) +2NO(g) 2ClNO(g)的速率方程式可表示为v正=k正·c(Cl2)c(NO)， v逆=k逆·c2(ClNO)，其中k正、k逆代表正、逆反应的速率常数，其与温度、催化剂等有关，与浓度无关。已知：pk=-lgk。如图所示有2条直线分别代表pk正、pk逆与的关系，若该反应为放热反应，其中代表pk正与关系的直线是 (填字母)，理由是 。
14．（2024高三·全国·专题练习）CO2资源化利用受到越来越多的关注，它能有效减少碳排放，有效应对全球的气候变化，并且能充分利用碳资源。二氧化碳催化加氢制甲醇有利于减少温室气体排放，涉及的反应如下：
I．
II． kJ mol-1
III． kJ mol-1
回答下列问题：
(1) kJ mol-1。
(2)平衡常数 (用、表示)。
五、计算题，共3小题
15．（2024高三·全国·专题练习）在一定条件下、主要发生以下反应：
① kJ mol-1
② kJ mol-1
若在一定温度下，投料比例相同(充入物质的量之比为1∶4的和)，通入恒容密闭容器中，发生上述反应达到平衡，测得反应前容器内压强为，平衡时压强为，甲烷压强为。则甲烷的选择性为 (用、、中相关字母表示，下同)，反应②的压强平衡常数的值为 。
16．（2024高三·全国·专题练习）在体积为的密闭容器中，进行如下化学反应：，化学平衡常数与温度的关系如下表：
700 800 850 1000 1200
0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
在条件下，将和按体积比通入的恒容密闭容器中发生上述反应，后反应达平衡，此时压强为。该反应的分压平衡常数 。(为以分压表示的平衡常数，分压总压物质的量分数)
17．（2024高三·全国·专题练习）在下，恒压反应器中，按初始投料发生反应：，初始总压为，反应平衡后，的平衡转化率为，则该反应的平衡常数Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
参考答案：
1．D
【详解】A．由物料守恒可知，重铬酸钾溶液中，则溶液中，故A正确；
B．向重铬酸钾溶液中加入硫酸钠固体，反应①和②中的各微粒的浓度均不发生变化，平衡不移动，溶液中氢离子浓度不变，溶液pH不变，故B正确；
C．由方程式可知，反应的平衡常数K===，故C正确；
D．由图可知，溶液pH为9时，溶液中＞104，则由物料守恒可知，溶液中，由反应②可知，K2===，解联立方程可知，溶液中，故D错误；
故选D。
2．D
【详解】A．550℃时，在体积可变的恒压密闭容器中充入稀有气体，等效于扩容减压，v正、v逆均减小，平衡右移，A错误；
B．925℃时，CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数都为4%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数：Kp=，故B错误；
C．T℃时，CO2和CO体积分数为50%，
1-x=2x，x=，反应达平衡后 ，故C错误；
D．T℃时，充入等体积的CO2和CO，CO2和CO体积分数仍为50%，不影响原来平衡状态，平衡不移动，故D正确；
故选D。
3．C
【详解】当可逆反应2SO2(g)+O2 2SO3(g)达到平衡状态后，保持温度不变，则平衡常数K不变；浓度商，容器容积不变，向容器中充入一定量的O2，分母变大，所以浓度商Qc减小，平衡正向移动，由于充入了O2，所以O2的转化率减小，故C正确；
故选C。
4．B
【详解】A．由方程式可知，该反应是一个气体分子数增大的反应，即熵增的反应，反应△S＞0，故A错误；
B．由方程式可知，反应平衡常数，故B正确；
C．由方程式可知，反应每消耗4mol氨气，反应转移12mol电子，则反应中消耗1mol氨气转移电子的数目为3mol×4××6.02×1023=3×6.02×1023，故C错误；
D．实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，故D错误；
故选B。
5．B
【详解】A．该反应的正反应是气体体积增大的反应，所以△S＞0，A错误；
B．升高温度，物质的内能增加，分子运动速率加快，有效碰撞次数增加，因此化学反应速率增大，B正确；
C．恒温下，增大总压，化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，使H2O(g)的平衡转化率减小，C错误；
D．恒温恒压下，加入催化剂，化学平衡不移动，因此化学平衡常数不变，D错误；
故合理选项是B。
6．B
【详解】A．平衡常数只受温度变化的影响，压强增大，温度不变，则平衡常数K2不变，A错误；
B．总反应为2O33O2，当2v正(O2)=3v逆(O3)时，正、逆反应速率之比等于化学计量数之比，则反应达到平衡，B正确；
C．从题干可以看出，[O]为反应①的产物，对总反应来说，仅属于反应的中间产物，所以[O]不是该反应的催化剂，C错误；
D．总反应=反应①+反应②，则K=K1 K2，D错误；
故选B。
7．C
【详解】A．不确定A和C物质的起始浓度，无法确定平衡时两者浓度的关系，A错误；
B．保持压强不变，充入少量Ar气，即增大体积，参与反应的气体分压减小，则平衡逆向移动，B错误；
C．降低温度，正、逆反应速率均减小，该反应是放热反应，逆反应速率降低的程度较大，故平衡向正向移动，C正确；
D．该反应是可逆反应，反应物不能完全转换成生成物，则放出的能量小于akJ，D错误；
答案选C。
8．AD
【分析】已知随着反应的进行，N2的物质的量增大，CO的物质的量减小，故ac曲线表示N2的随时间的变化，bd曲线表示CO随时间的变化，由图中可知ac先达到平衡，说明ac对应的温度更高，据此分析解题。
【详解】A．据分析可知，ac对应的温度更高，该反应△H<0，温度升高，平衡向逆移动，CO的转化率：d﹥c，故A正确；
B．ac段N2的平均反应速率为，故B错误；
C．根据反应CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)，原子守恒由c(CO)+c(CO2)=1mol/L，故C错误；
D．由分析可知，ac曲线对应温度为200℃，达到平衡，平衡时N2的物质的量为1.2mol，故三段分析为，平衡常数，故D正确；
故答案选AD。
9．BC
【详解】A．甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程PV=nRT可知，刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即＜0，故A错误；
B．根据A项分析可知，上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B正确；
C．a点为平衡点，此时容器的总压为p，根据理想气体状态方程PV=nRT可知，在恒容条件下进行，气体的物质的量之比等于整体之比，根据A项分析可知，绝热条件下，反应到平衡状态放热，所以Ta＞T始，压强：Pa=P始，则na＜n始，可设Y转化的物质的量浓度为xmol L 1，则列出三段式如下：，则有＜，计算得到x＞0.75，那么化学平衡常数K=＞，故C正确；
D．根据图象可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D错误。
综上所述，答案为BC。
10．(1) ① 温度高于300℃时，反应Ⅱ起主导作用，反应Ⅱ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，二氧化碳的转化率升高；（或反应Ⅰ的，反应Ⅱ的，温度升高使转化为CO的平衡转化率上升，转化为的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度）
(2) 减小 0.75或
【详解】（1）升高温度，反应向吸热方向进行（即△H＞0的方向），反应Ⅱ正向进行，则Ⅱ中二氧化碳的转化率会升高，结合图可知，曲线初始均下降，则反应Ⅰ为放热反应，反应I向逆向进行，Ⅱ向正向进行，CH3OCH3变少，CO2增多，故CH3OCH3选择性应一直减小，故表示平衡时CH3OCH3选择性的为曲线① 、曲线②为CO2平衡转化率；当T＞300℃时曲线②随温度升高的原因为：反应Ⅰ的△H＞0，Ⅱ的△H＜0，升高温度使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度，故温度T＞300℃时反应Ⅱ占主导；
（2）a．反应Ⅱ为吸热反应，降低温度平衡向放热反应方向进行，故反应Ⅱ逆向进行，故k正-k逆减小；
b．设初始物质的量n(CO2)=6mol，n(H2)=7mol，当二氧化碳转化率为50%时，列三段式：
由于该反应为气体分子数不变的反应，其分压可以用物质的量代替，故。
11．
【详解】（1）在恒温恒压(压强为p)的某密闭容器中，充入1 mol 和3 mol ，仅发生反应Ⅰ和Ⅱ，经过一段时间后，反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡，此时测得CO2的平衡转化率为20%，甲醇的选择性为50%，根据三段式分析可知，,，此时CO2的平衡分压为：p(CO2)=，同理有：p(H2)= ，p(CH3OH)= ，p(H2O)= ，则该温度下反应Ⅰ的平衡常数：。
12． 1.69 a>b=c
【详解】反应达到平衡时，正逆反应速率相等，由题意可得：k正·c2(CO2)·c6(H2)-k逆·c(CH3OCH3)·c3(H2O)=0，则，由图可知，容积为1L的容器中反应达到平衡时，二氧化碳的转化率为50%，则平衡时二氧化碳、氢气、二甲醚、水的浓度分别为(2-2×50%)mol/L=1 mol/L、(4-2×50%×3)mol/L=1 mol/L、2 mol/L×50%×=0.5mol/L、2 mol/L×50%×=1.5mol/L，反应的≈1.69，平衡常数为温度函数，温度不变，平衡常数不变，该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，由图可知，a、b、c的温度大小顺序为ab=c。
13．(1)289-2a
(2) b 该可逆反应的正反应是放热反应，降温，平衡常数增大，正反应速率常数减小的程度小于逆反应速率常数减小的程度
【详解】（1）2NO(g) +Cl2(g) 2ClNO(g) 的ΔH=反应物的键能之和－生成物的键能之和=（2×630+243）kJ·mol－1－（2a+2×607）kJ·mol－1=（289－2a）kJ·mol－1；
（2）速率常数均为正值，温度升高时，其值变大，温度降低时，其值变小，因此，当温度降低时，pk变大；由于该反应为放热反应，若降低温度，平衡向正反应方向移动，反应的平衡常数增大；平衡常数K=，则正反应速率常数减小的程度小于逆反应速率常数减小的程度，所以代表pk与关系的直线是为b；理由是：该可逆反应的正反应是放热反应，降温，平衡常数增大，正反应速率常数减小的程度小于逆反应速率常数减小的程度。
14．(1)-49.5
(2)
【详解】（1）由题干信息可知，反应Ⅱ． kJ mol-1，反应Ⅲ． kJ mol-1，反应Ⅱ+反应Ⅲ即可得到反应Ⅰ． 根据盖斯定律可知，==40.9kJ/mol+(-90.4kJ/mol)=-49.5kJ/mol，故答案为：-49.5；
（2）由小问（1）分析可知，反应Ⅱ+反应Ⅲ即可得到反应Ⅰ，故平衡常数，故答案为： 。
15．
【详解】反应前容器内压强为，平衡时压强为，甲烷压强为，则反应①消耗的二氧化碳的压强为，反应②消耗的二氧化碳的压强为，则甲烷的选择性：；平衡时二氧化碳压强：，压强为，CO压强，氢气压强：，代入平衡常数表达式可得=。
16．1
【详解】根据表格数据可知，在850℃条件下，该反应的平衡常数为1.0，将CO2和 H2按体积比3:7通入2 L的恒容密闭容器中发生上述反应，10min后反应达平衡，此时压强为P，设反应前加入CO2和 H2的物质的量浓度为：3xmol/L、7xmol/L，达到平衡时消耗CO2的物质的量浓度为amol/L，列三段式为：
达到平衡时，气体总物质的量浓度为：(3x-a)mol/L+(7 x -a) mol/L +a mol/L +a mol/L =10 x mol/L，达到平衡时，该反应的平衡常数，则850℃条件下该反应的分压平衡常数：。
17．0.5
【详解】设CO2、H2的初始物质的量均为amol。列三段式：，平衡总物质的量为1.6amol，则平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O的分压依次为1MPa、0.5MPa、0.25MPa、0.25MPa，则该反应的平衡常数=0.5(MPa)-2。
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