第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
课时2 化学平衡常数
1. 对于可逆反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)，在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式正确的是（ ）。
A. K= B. K=
C. K= D. K=
2. 在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是：
①H2＋F22HF K=1047； ②H2＋Cl22HCl K=1017；
③H2＋Br22HBr K=109； ④H2＋I22HI K=1。
比较K值的大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是（ ）。
A. ①④③② B. ④②③① C. ①②③④ D. 无法确定
3. 对于可逆反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列措施能使反应中活化分子百分数、化学反应速率和化学平衡常数都变化的是（ ）。
A. 增大压强 B. 升高温度 C. 使用催化剂 D. 多充入O2
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)+(g)(g)+(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0.02 mol/L，则在此条件下CO的转化率为（ ）。
A. 25% B. 50% C. 75% D. 80%
5. 将1 mol CO和充入容积为5 L的恒容密闭容器中，在催化剂存在下发生反应，达到化学平衡时，的转化率为50%。在其他条件不变的情况下，再充入至上述反应器中，则反应达到平衡时，最接近（ ）。
A. 0.10 mol/L B. 0.11 mol/L C. 0.12 mol/L D. 0.13 mol/L
6. 工业上在恒容密闭容器中用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH，该反应的平衡常数表达式为_______。
7. 随着氮氧化物对环境及人类活动影响的日趋严重，如何消除大气污染物中的氮氧化物成为人们关注的主要问题之一，利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下： 。
（1）一定温度下，在恒容密闭容器中按照充入反应物，发生上述反应。下列不能判断该反应达到平衡状态的是_______ (填字母)。
A．
B．不变
C．容器内压强不变
D．容器内混合气体的密度不变
E．1 mol N—H键断裂的同时，生成1 mol O—H键
（2）已知该反应速率，(、分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数，则x=_______，y=_______。
8. 北京时间2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g) ΔH＞0。在610 K时，将0.1 mol H2S与0.3 mol CO2充入2.5 L的空钢瓶中，经过10 min，反应达到平衡，反应平衡时水蒸气的物质的量分数为0.125。
（1）H2S的平衡转化率α =____%，反应平衡常数K=____。
（2）在610 K时，经过10 min反应达到平衡状态时生成H2O的平均化学反应速率=____。
9. 某温度下，将H2(g)和I2(g)各1 mol的气态混合物充入2 L的密闭容器中，充分反应，5 min后达到平衡，测得c(HI)=0.2 mol·L-1。
（1）计算从反应开始至达到平衡，用H2(g)表示的反应速率_________。
（2）求该反应的平衡常数_________。
真题链接
10. （2024·北京）可采用催化氧化法将工业副产物制成，实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式：。下图所示为该法的一种催化机理。
下列说法不正确的是（ ）。
A. Y为反应物，W为生成物
B. 反应制得，须投入
C. 升高反应温度，被氧化制的反应平衡常数减小
D. 图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
11.（2023·湖北）纳米碗是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，可以由分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。的反应机理和能量变化如下：
回答下列问题：
（1）已知中的碳氢键和碳碳键的键能分别为和，H—H键能为。估算的_______。
（2）图示历程包含_______个基元反应，其中速率最慢的是第_______个。
（3）纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为_______、_______。
（4）1 200 K时，假定体系内只有反应发生，反应过程中压强恒定为(即的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数为_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
（5）及反应的(为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是_______。
（6）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成的反应速率的是_______(填字母)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂1. 对于可逆反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)，在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式正确的是（ ）。
A. K= B. K=
C. K= D. K=
【答案】D
【解析】化学平衡常数是达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，固体、纯液体不计入平衡常数表达式，反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式是K=，故选D。
2. 在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是：
①H2＋F22HF K=1047； ②H2＋Cl22HCl K=1017；
③H2＋Br22HBr K=109； ④H2＋I22HI K=1。
比较K值的大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是（ ）。
A. ①④③② B. ④②③① C. ①②③④ D. 无法确定
【答案】C
【解析】平衡常数越大表示反应正向进行的程度越大，由已知反应的平衡常数可知：平衡常数：K①>K②>K③>K④，则反应正向进行程度由大到小的顺序为：①②③④，故选C。
3. 对于可逆反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列措施能使反应中活化分子百分数、化学反应速率和化学平衡常数都变化的是（ ）。
A. 增大压强 B. 升高温度 C. 使用催化剂 D. 多充入O2
【答案】B
【解析】化学平衡常数仅受温度影响，故选B。
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)+(g)(g)+(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0.02 mol/L，则在此条件下CO的转化率为（ ）。
A. 25% B. 50% C. 75% D. 80%
【答案】C
【解析】由题意可以得到三段式：
已知，则x=0.015 mol/L，CO的转化率，故选C。
5. 将1 mol CO和充入容积为5 L的恒容密闭容器中，在催化剂存在下发生反应，达到化学平衡时，的转化率为50%。在其他条件不变的情况下，再充入至上述反应器中，则反应达到平衡时，最接近（ ）。
A. 0.10 mol/L B. 0.11 mol/L C. 0.12 mol/L D. 0.13 mol/L
【答案】D
【解析】将1 mol CO和1 mol H2O(g)充入容积为5 L的恒容密闭容器中，根据题意可列出三段式：
平衡常数K==1，再加入1 mol H2O(g)，相当于初始时加2 mol H2O(g)，设CO转化的浓度为x，列出三段式：
平衡常数K===1，解得x≈0.13 mol/L，故选D。
6. 工业上在恒容密闭容器中用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH，该反应的平衡常数表达式为_______。
【答案】
【解析】已知反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，该反应的平衡常数表达式。
7. 随着氮氧化物对环境及人类活动影响的日趋严重，如何消除大气污染物中的氮氧化物成为人们关注的主要问题之一，利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下： 。
（1）一定温度下，在恒容密闭容器中按照充入反应物，发生上述反应。下列不能判断该反应达到平衡状态的是_______ (填字母)。
A．
B．不变
C．容器内压强不变
D．容器内混合气体的密度不变
E．1 mol N—H键断裂的同时，生成1 mol O—H键
（2）已知该反应速率，(、分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数，则x=_______，y=_______。
【答案】（1）AE （2）5 0
【解析】（1）因为NH3与NO的起始投入量之比为2∶3，变化量之比为2∶3，所以在反应进行的任意阶段，都存在，无法判断反应是否达平衡状态，A符合题意；随着反应的进行，n(NH3)不断减小，n(N2)不断增大，当不变时，反应达平衡状态，B不符合题意；反应前后气体的分子数不等，随着反应的进行，容器内的压强不断发生改变，当容器内压强不变时，反应达平衡状态，C不符合题意；反应生成物H2O呈液态，随着反应的进行，气体的密度在不断改变，当容器内混合气体的密度不变时，反应达平衡状态，D不符合题意；1 mol N—H键断裂的同时，生成1 mol O—H键，虽然数值之比等于化学计量数之比，但反应进行的方向相同，不能判断反应是否达平衡状态，E符合题意；故选AE；（2）已知该反应速率，(、分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数=，与反应的化学方程式得出的平衡常数表达式K=进行对照，可确定x=5，y=0。
8. 北京时间2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g) ΔH＞0。在610 K时，将0.1 mol H2S与0.3 mol CO2充入2.5 L的空钢瓶中，经过10 min，反应达到平衡，反应平衡时水蒸气的物质的量分数为0.125。
（1）H2S的平衡转化率α =____%，反应平衡常数K=____。
（2）在610 K时，经过10 min反应达到平衡状态时生成H2O的平均化学反应速率=____。
【答案】（1）50 0.2 （2）0.002 mol·L-1·min-1
【解析】（1）由于H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)是气体总物质的量不变的反应，反应前气体的总物质的量=0.1 mol+0.3 mol=0.4 mol，在610 K平衡时，气体的总物质的量仍为0.4 mol，根据题意，平衡时水蒸气的物质的量=0.4 mol×0.125=0.05 mol，由此可列出反应的三段式：
①H2S的平衡转化率α =；平衡常数K=；（2）在610 K时，经过10 min反应达到平衡时，v(H2O)==0.002 mol·L-1·min-1。
9. 某温度下，将H2(g)和I2(g)各1 mol的气态混合物充入2 L的密闭容器中，充分反应，5 min后达到平衡，测得c(HI)=0.2 mol·L-1。
（1）计算从反应开始至达到平衡，用H2(g)表示的反应速率_________。
（2）求该反应的平衡常数_________。
【答案】（1）0.02 mol/(L·min) （2）0.25
【解析】5 min后达到平衡，测得c(HI)=0.2 mol·L-1，则：
据此解答。（1）根据分析，从反应开始至平衡，用H2(g)表示的反应速率为= 0.02 mol/(L·min)；（2）该反应的平衡常数K==0.25。
真题链接
10. （2024·北京）可采用催化氧化法将工业副产物制成，实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式：。下图所示为该法的一种催化机理。
下列说法不正确的是（ ）。
A. Y为反应物，W为生成物
B. 反应制得，须投入
C. 升高反应温度，被氧化制的反应平衡常数减小
D. 图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
【答案】B
【解析】由该反应的热化学方程式可知，该反应涉及的主要物质有HCl、O2、CuO、Cl2、H2O；CuO与Y反应生成Cu(OH)Cl，则Y为HCl；Cu(OH)Cl分解生成W和Cu2OCl2，则W为H2O；CuCl2分解为X和CuCl，则X为Cl2；CuCl和Z反应生成Cu2OCl2，则Z为O2；综上所述，X、Y、Z、W依次是Cl2、HCl、O2、H2O。由分析可知，Y为反应物HCl，W为生成物H2O，A正确；CuO在反应中作催化剂，会不断循环，适量即可，B错误；总反应为放热反应，其他条件一定，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，C正确；图中涉及的两个氧化还原反应是和，D正确。
11.（2023·湖北）纳米碗是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，可以由分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。的反应机理和能量变化如下：
回答下列问题：
（1）已知中的碳氢键和碳碳键的键能分别为和，H—H键能为。估算的_______。
（2）图示历程包含_______个基元反应，其中速率最慢的是第_______个。
（3）纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为_______、_______。
（4）1 200 K时，假定体系内只有反应发生，反应过程中压强恒定为(即的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数为_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
（5）及反应的(为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是_______。
（6）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成的反应速率的是_______(填字母)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
【答案】（1）128 （2）3 3 （3）6 10 （4）
（5）在反应过程中，断裂和形成的化学键相同 （6）a
【解析】（1）由和的结构式和反应历程可以看出，中断裂了2个碳氢键，形成了1个碳碳键，所以的()=。（2）由反应历程可知，包含3个基元反应，分别为，，，其中第三个反应的活化能最大，反应速率最慢。（3）由的结构分析，可知其中含有1个五元环，10个六元环，每脱两个氢形成一个五元环，则共含有6个五元环，10个六元环。（5）1 200 K时，假定体系内只有反应发生，反应过程中压强恒定为(即的初始压强)，平衡转化率为α，设起始量为1 mol，则根据信息列出三段式：
则，，，该反应的平衡常数=。（5）及反应的(为平衡常数)随温度倒数的关系如题图。图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。（6）由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率，反应速率也加快，a符合题意；由化学方程式可知，该反应为体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率， b不符合题意；加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意。
