2025人教版高中化学选择性必修1同步--分层作业8　化学平衡常数（含解析）

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2025人教版高中化学选择性必修1
分层作业8　化学平衡常数
A级 必备知识基础练
题组1.化学平衡常数及表达式
1.(2024·安徽名校联盟联考)已知Fe3O4(s)+4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g),该反应的化学平衡常数的表达式为(　　)
A.K=
B.K=
C.K=
D.K=
2.已知下列反应的平衡常数:
①SO2(g)+O2(g)SO3(g)　K1;
②NO(g)+O2(g)NO2(g)　K2。
则反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)的平衡常数为(　　)
A.K1+K2 B.K2-K1
C. D.K1×K2
3.(2024·福建福州六校联考)在固定容积的密闭容器中,进行反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,其化学平衡常数K与温度的关系如表。下列说法正确的是(　　)
温度/℃ 25 125 225 ……
平衡常数 4.1×106 K1 K2 ……
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)能说明反应已达平衡状态
B.平衡常数:K1=K2
C.混合气体的平均摩尔质量不再改变,不能说明反应已达平衡状态
D.充入少量稀有气体,压强增大,化学反应速率和平衡常数一定增大
题组2.化学平衡常数的相关计算
4.在密闭容器中,给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热,在催化剂存在下发生反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)。在500 ℃时,平衡常数K=9。若反应开始时,一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.2 mol·L-1,则在此条件下CO的转化率为(　　)
A.25% B.50% C.75% D.80%
5.(2024·湖南衡阳三校联考)一定温度下,将2 mol A气体和2 mol B气体混合放入容积为2 L的密闭刚性容器中,发生反应:2A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),2 min末反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测得C的物质的量浓度为0.4 mol·L-1,下列说法正确的是(　　)
A.x的值为1
B.A的平衡转化率为40%
C.此温度下,该反应的平衡常数K=0.5
D.A和B的平衡转化率相等
6.(2024·辽宁抚顺六校联考)在一定容积的密闭容器中,进行反应2X(g)+Y(s)Z(g)+W(g)　ΔH=a kJ·mol-1,若其化学平衡常数K和温度t的关系如下表。下列叙述正确的是(　　)
t/℃ 700 800 900 1 000 1 200
K 0.6 1.0 1.3 1.8 2.7
A.a<0
B.该反应的化学平衡常数表达式为K=
C.若在1 L容器中通X和Y各0.3 mol,在800 ℃时反应,某时刻测得X的物质的量为0.1 mol,说明该反应已达平衡
D.在1 000 ℃时,反应Z(g)+W(g)2X(g)+Y(s)的平衡常数为1.8
7.在容积固定为1 L的密闭容器中通入一定量的N2O4,发生反应:N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0,100 ℃时体系中各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.t0时刻反应已经达到平衡状态
B.100 ℃时,反应的平衡常数K为0.36
C.待容器中混合气体的密度不变时,说明反应达到平衡状态
D.100 ℃时,在0~60 s时间段反应的平均反应速率v(N2O4)=0.010 mol·L-1·s-1
B级 关键能力提升练
8.在一定温度下,将0.4 mol A(g)和0.2 mol B(g)充入1 L的恒容密闭容器中发生反应:2A(g)+B(g)xC(g),达到平衡时测得C(g)的浓度为0.060 mol·L-1,B(g)的物质的量为0.14 mol。下列说法中正确的是(　　)
A.x的值为2
B.达到平衡时A的转化率为30%
C.该温度下,该反应的化学平衡常数K=1
D.反应前容器内气体的压强与平衡时容器内气体的压强之比为4∶5
9.一定条件下,将3 mol X和1 mol Y混合于2 L恒容的密闭容器中,发生反应:3X(g)+Y(g)Z(s)+2W(g)。2 min末该反应达到平衡,生成W的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.当混合气体的密度不再改变时,该反应达到平衡状态
B.0~2 min用Z表示的反应速率为0.2 mol·L-1·min-1
C.从1 min到2 min过程中,容器内气体的压强没有变化
D.反应过程中X和Y的转化率之比为3∶1
10.(2024·安徽宿州联考)在容积不变的密闭容器中,将2 mol CO(g)与3 mol H2O(g)混合加热到一定温度,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),反应达到平衡时,该反应的平衡常数K=1.0。下列说法正确的是(　　)
A.该反应的平衡常数表达式为K=
B.反应达到平衡时,c(CO2)+c(H2O)+c(H2)=4.2 mol·L-1
C.CO的平衡转化率为40%
D.不管反应进行到何种程度,容器中原子个数之比N(H)∶N(C)∶N(O)=6∶2∶5保持不变
11.(2024·辽宁朝阳地区联考)某温度时两个恒容密闭容器中仅发生反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)　ΔH>0。实验测得:v正(NO2)=k正c2(NO2),v逆(NO)=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,只受温度影响。
容器 编号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1)
c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2)
Ⅰ 0.6 0 0 0.2
Ⅱ 0.6 0.1 0
下列说法不正确的是(　　)
A.增大c(NO2),该反应的化学平衡常数增大
B.容器Ⅰ中NO2的平衡转化率约为66.7%
C.两容器中达到平衡状态时,平衡常数:K(Ⅱ)=K(Ⅰ)
D.该反应的化学平衡常数可表示为K=
C级 学科素养拔高练
12.(2024·广东东莞七校联考)在一定容积的密闭容器中进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题:
(1)一般来说,化学平衡常数K　　　　　,通常认为该反应进行较完全。
(2)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是　　　　　。
a.v正(H2)=v逆(H2O)
b.反应停止,正、逆反应速率都等于零
c.容器中压强不再发生变化
d.混合气体中c(CO2)不变
(3)某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol CO2和1 mol H2充分反应达到平衡时,CO的平衡浓度为0.25 mol·L-1,试判断此时的温度为　　　　　。
(4)若在(3)所处的温度下,在1 L的密闭容器中加入2 mol CO2和3 mol H2,充分反应达到平衡时,CO2的平衡转化率为　　　　　。
分层作业8　化学平衡常数
1.C　解析 书写平衡常数表达式时,固体和纯液体不需要表示出来,Fe3O4、Fe不能出现在平衡常数表达式中,C项符合题意。
2.C　解析 反应①的化学平衡常数K1=,反应②的化学平衡常数K2=;由反应①-②可得反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),则该反应的平衡常数为K=。
3.A　解析 v正(H2)、v逆(NH3)分别代表正、逆反应速率,当2v正(H2)=3v逆(NH3)时,该反应达到平衡状态,A正确;平衡常数K与温度有关,温度不同,平衡常数不同,故平衡常数:K1≠K2,B错误;平衡建立过程中气体总物质的量不断变化,混合气体总质量不变,则混合气体的平均摩尔质量是变量,当平均摩尔质量不再改变时,该反应达到平衡状态,C错误;恒容时,充入少量稀有气体,体系压强增大,但原反应中各气体的浓度不变,则反应速率不变,由于温度不变,则平衡常数不变,D错误。
4.C　解析 对于反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),在开始时c(CO)=c(H2O)=0.2 mol·L-1,假设平衡时CO的转化浓度为x mol·L-1,则根据物质反应的转化关系可知,平衡时c(CO)=c(H2O)=(0.2-x) mol·L-1,c(H2)=c(CO2)=x mol·L-1,由于在500 ℃时平衡常数K=9,则有=9,解得x=0.15,故在此条件下CO的转化率为×100%=75%。
5.B　解析 2 min末生成0.8 mol D,生成C的物质的量为0.4 mol·L-1×2 L=0.8 mol,则有,解得x=2,A错误;根据反应方程式,生成0.8 mol D时必定消耗0.8 mol A和0.4 mol B,则A的转化率为α(A)=×100%=40%,B正确;B的转化率为α(B)=×100%=20%,A和B的转化率不相等,D错误;利用“三段式”法计算平衡常数:
　　　　　　2A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)
起始浓度/(mol·L-1) 1 1 0 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.4 0.2 0.4 0.4
平衡浓度/(mol·L-1) 0.6 0.8 0.4 0.4
对应温度下,该反应的平衡常数K=≈0.089,C错误。
6.C　解析 升高温度,平衡常数增大,说明正反应吸热,则有a>0,A错误;Y是固体,不代入平衡常数表达式,该反应的化学平衡常数表达式为K=,B错误;若在1 L容器中通入X和Y各0.3 mol,在800 ℃时反应,某时刻测得X的物质的量为0.1 mol,则Z的物质的量是0.1 mol、W的物质的量为0.1 mol,此时浓度商Q==1=K,说明该反应已达平衡,C正确;在1 000 ℃时,反应Z(g)+W(g)2X(g)+Y(s)是题干中原反应的逆反应,则其平衡常数为,D错误。
7.B　解析 t0时刻之后,反应物还在减少,生成物还在增加,则t0时刻未达到平衡状态,A错误;由图中数据可得,该反应的平衡常数为K==0.36,B正确;该反应中,反应物和生成物都是气体,反应过程中气体总质量不变,体积不变,密度始终不变,则密度不变不能说明反应达到平衡状态,C错误;0~60 s时间段,N2O4的浓度变化为0.100 mol·L-1-0.040 mol·L-1=0.060 mol·L-1,则v(N2O4)==0.001 mol·L-1·s-1,D错误。
8.B　解析 利用“三段式”法进行分析和计算:
　　　　　　　2A(g)+B(g)xC
起始浓度/(mol·L-1) 0.4 0.2 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.120 0.060 0.060
平衡浓度/(mol·L-1) 0.280 0.140 0.060
根据相同时间内B(g)、C(g)的浓度变化之比等于其化学计量数之比可得:,则有x=1,A错误;达到平衡时A的转化率为×100%=30%,B正确;该温度下,该反应的化学平衡常数K=≈5.47,C错误;恒温恒容时,气体的压强之比等于其物质的量之比,则p前∶p平=n前∶n平=(0.4 mol+0.2 mol)∶(0.14 mol+0.28 mol+0.06 mol)=5∶4,D错误。
9.A　解析 生成物Z为固体,随反应的进行,气体的总质量将减小,气体密度随正反应的进行而减小,当混合气体的密度不再改变时,该反应达到平衡状态,A正确;Z为固体,不能用Z的浓度变化表示化学反应速率,B错误;由图可知,随反应的进行,容器内气体的总物质的量将减小,根据同温同容时,气体的压强之比等于气体的物质的量之比可知,从1 min到2 min过程中,容器内气体的压强将减小,C错误;反应过程中Δn(X)=3Δn(Y),反应过程中X和Y的转化率之比为=1∶1,D错误。
10.D　解析 设平衡时CO转化了x mol,由题意列“三段式”如下:
　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始/mol 2 3 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 2-x 3-x x x
则平衡常数K==1,解得x=1.2。H2O是气态,应写在平衡常数表达式中,即K=,A错误;由于容器容积未知,无法计算各物质的浓度,B错误;平衡时,CO转化了1.2 mol,则CO的转化率为×100%=60%,C错误;根据原子守恒知,H、C、O三种原子的个数比始终等于起始时三者的个数之比(即6∶2∶5),D正确。
11.A　解析 化学平衡常数K只与温度有关,与反应物浓度c(NO2)无关,A错误;利用“三段式”法计算出容器Ⅰ中各组分的改变浓度和平衡浓度:
　　　　　　2NO22NO　+　O2
c(始)/(mol·L-1) 0.6 0 0
c(变)/(mol·L-1) 0.4 0.4 0.2
c(平)/(mol·L-1) 0.2 0.4 0.2
容器Ⅰ中NO2的平衡转化率为×100%≈66.7%,B正确;容器Ⅱ和容器Ⅰ的温度相同,故达到平衡时平衡常数K相同,C正确;平衡时,v正(NO2)=v逆(NO),即k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),从而可得K=,D正确。
12.答案 (1)>105　(2)ad　(3)830 ℃　(4)60%
解析 (3)某温度下,在2 L的密闭容器中加入1 mol CO2和1 mol H2,充分反应达到平衡时,CO的平衡浓度为0.25 mol·L-1,列出“三段式”:
　　　　　　H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.5 0.5 0 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.25 0.25 0.25 0.25
平衡浓度/(mol·L-1) 0.25 0.25 0.25 0.25
则K==1.0,从表中数值知,此时的温度为830 ℃。
(4)若在(3)所处的温度下,在1 L的密闭容器中加入2 mol CO2和3 mol H2,充分反应达到平衡时,列出“三段式”:
　　　　　　H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
起始浓度/(mol·L-1) 3 2 0 0
转化浓度/(mol·L-1) x x x x
平衡浓度/(mol·L-1) 3-x 2-x x x
则K==1.0,解得x=1.2,因此CO2的平衡转化率为×100%=60%。
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