【精品课时同步附带解析】 高二化学人教版选修4 第2.3.3 化学平衡常数

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人教版《选修四》第二章第三节
化学平衡常数
一、选择题
1．下列对化学平衡常数K的描述中，正确的是(　　)
A．K越大，正反应进行的程度越大
B．温度升高，K值增大
C．反应物的转化率增大时，K值一定增大
D．平衡向逆反应方向移动时，K值减小
2．在密闭容器中发生如下反应mA(g)＋nB(g)pC(g)，达到平衡后，保持温度不变，将气体体积缩小到原来的，当达到新平衡时，C的浓度为原来的1.9倍，下列说法正确的是(　　)
A．m＋n>p
B．平衡向逆反应方向移动
C．A的转化率提高
D．C的体积分数增加
3．一定温度下，在容积为2
L的密闭容器中发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，部分数据见下表(表中t2>t1)。
反应时间/min
0
t1
t2
n(CO)/mol
1.20
0.80
n(H2O)/mol
0.60
0.20
n(CO2)/mol
0
n(H2)mol
0
下列说法正确的是(　　)
A．反应在t1
min内的平均速率为v(H2)＝
mol·L－1·min－1
B．平衡时CO的转化率为66.67%
C．该温度下反应的平衡常数为1
D．其他条件不变，若起始时n(CO)＝0.60
mol，n(H2O)＝1.20
mol，则平衡时n(CO2)＝0.20
mol
4．等物质的量的X(g)与Y(g)在密闭容器中进行反应：X(g)＋2Y(g)3Z(g)＋Q(s)　△H>0，下列叙述正确的是(　　)
A．当容器中X与Y的物质的量之比满足1∶2时反应达到平衡
B．达到平衡时X的转化率为25%，则平衡常数K为9/4
C．达到平衡后，反应速率2v正(Y)＝3v逆(Z)
D．达到平衡后，加入Q，平衡逆向移动
5．一定温度下，在容积为1
L的密闭容器中，存在如下关系：xH2O(g)(H2O)x(g)，反应物和生成物的物质的量随时间的变化关系如图。下列说法不正确的是(　　)
A．x＝3
B．该温度下，反应的平衡常数为0.125
L2/mol2
C．平衡时混合气体的平均摩尔质量是33.3
g/mol
D．t1时刻，保持温度不变，再充入1
mol
H2O(g)，重新达到平衡时，将增大
6．已知在25℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g)　K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K＝4×10－92
下列说法正确的是(　　)
A．NO分解反应NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
7．汽车尾气中NO产生的反应为：N2(g)＋O2(g)2NO(g)。一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是
(　　)
A．温度T下，该反应的平衡常数K＝
B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小
C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0
8．化学平衡常数可以用K来表示，下列关于化学平衡常数的说法中正确的是(　　)
A．K越大，反应物的转化率越小
B．K与反应物的浓度有关
C．K与生成物的浓度有关
D．K与温度有关
9．某温度时，反应SO2(g)+O2(g)SO3(g)的平衡常数K=50。在同一温度下，反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)的平衡常数K1应为(　　)
A．2
500
B．100
C．4×10-4
D．2×10-2
10．在淀粉-KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)+I-(aq)I3－(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：
t/℃
5
15
25
35
50
K
1
100
841
689
533
409
下列说法正确的是(　　)
A．反应I2(aq)+I-(aq)I3－(aq)的ΔH>0
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(I3－)减小
C．该反应的平衡常数表达式为K=
D．25
℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K大于689
11．某温度下，向容积为1
L的密闭反应器中充入0.10
mol
SO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数为(　　)
A．8.0×102
B．1.6×103C．3.2×103
D．4.0×102
12．在一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2
mol
SO2和1
mol
O2发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，达到平衡后改变下述条件，SO3气体平衡浓度不发生改变的是(　　)
A．保持温度和容器体积不变，充入1
mol
SO3(g)
B．保持温度和容器压强不变，充入1
mol
SO3(g)
C．保持温度和容器压强不变，充入1
mol
O2(g)
D．保持温度和容器压强不变，充入1
mol
Ar(g)
二、非选择题
13．氨是重要的氮肥，合成原理为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4
kJ·mol－1。回答下列问题：
(1)写出平衡常数K的表达式_________________________________________，
如果降低温度，该反应K值____________，化学反应速率______，N2的转化率______。(填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)在500℃、20
MPa时，将N2、H2置于一个容积为2
L的密闭容器中发生反应，反应过程中各种物质的物质的量随时间的变化如图所示，回答下列问题：
①10
min内以NH3表示的平均反应速率为_________________________________。
②在10～20
min内，NH3浓度变化的原因可能是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．使用了催化剂
B．缩小容器体积
C．降低温度
D．增加NH3物质的量
③第1次平衡的时间为：____________，第2次平衡的时间为：____________，
第1次平衡：平衡常数K1＝
_____________________________________________________
(带数据的表达式)，第2次平衡时NH3的体积分数__________；
④在反应进行至25
min时，曲线发生变化的原因：
_______________________________，达第二次平衡时，新平衡的平衡常数
K2______K1(填“大于”、“小于”或“等于”)。
14．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表所示：
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
试回答下列问题：
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为________________________。
(2)在800
℃发生上述反应，以下表中物质的物质的量投入恒容反应器中，其中向正反应方向移动的有________(填“A”、“B”、“C”、“D”或“E”)。
n(CO)
n(H2O)
n(H2)
n(CO2)
A
1
5
2
3
B
2
2
1
1
C
3
3
0
0
D
0.5
2
1
1
E
3
1
2
1
(3)已知在一定温度下，C(s)＋CO2(g)2CO(g)的平衡常数为K；C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数为K1；CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数为K2；则K、K1、K2之间的关系是____________。
(4)向V
L密闭容器中通入10
mol
CO和10
mol水蒸气，在T℃时达到平衡，然后快速通过碱石灰，将所得的混合气体燃烧，测得放出的热量为2842
kJ(已知CO的燃烧热为283
kJ·mol－1，H2的燃烧热为286
kJ·mol－1)，则T℃时的化学平衡常数K＝________。
15．在容积为1.00
L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：
(1)反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100
℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60
s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________。
(2)100
℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.0020
mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10
s又达到平衡。
①T________100
℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是_____________________。
②列式计算温度T时反应的平衡常数K2________________________。
(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是________________________。
16．实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，回答下列问题：
(1)已知某温度下某反应的化学平衡常数表达式为：K＝，它所对应的化学反应为：________________________。
(2)已知在一定温度下，
①C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH1＝a
kJ/mol　平衡常数K1；
②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH2＝b
kJ/mol　平衡常数K2；
③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH3　平衡常数K3。
则K1、K2、K3之间的关系是________，ΔH3＝____________________(用含a、b的代数式表示)。
(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，该反应平衡常数随温度的变化如表所示：
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
该反应的正反应方向是________反应(填“吸热”或“放热”)，若在500
℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020
mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为________。
人教版《选修四》第二章第三节
化学平衡常数
参考答案与解析
一、选择题
【答案】
1.A
【解析】温度升高时，对于放热反应，K将减小，对于吸热反应，K才增大，B项错误；因为K只与温度有关，而平衡移动的方向还与其他多种因素有关，也就是说当平衡右移时，K值不一定增大，C、D项错误。
【题型】选择题
【难度】容易
【答案】
2.B
【解析】气体体积缩小到原来的，相当于加压，若平衡不移动，各物质的浓度应为原来的2倍。现在C的浓度为原来的1.9倍，说明平衡向逆反应方向移动，A的转化率减小，C的体积分数减小。根据勒夏特列原理，m＋n【题型】选择题
【难度】容易
【答案】
3.C
【解析】根据化学方程式可知在t1
min内生成0.40
mol
H2，因此在t1
min内的平均速率为v(H2)＝＝
mol·L－1·min－1，故A错误。根据化学方程式可知t1
min、t2
min时均有n(CO)＝0.80
mol，n(H2O)＝0.20
mol，n(CO2)＝n(H2)＝0.40
mol，故表格中t1
min、t2
min时的数据均为平衡时的物质的量。据此可求出CO平衡时转化率为0.4mol/1.2mol×100%＝33.33%。故B错误。由于该反应是一个反应前后气体体积不变的反应，将平衡时的物质的量代入平衡常数表达式，可计算出反应的平衡常数为1，C正确。根据平衡常数值可计算出D项中平衡时n(CO2)＝0.40
mol，故D错误。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
4.B
【解析】反应中X、Y按照物质的量之比1∶2进行反应，而容器中两者物质的量之比为1∶2时不一定达到平衡，A项错误；设X、Y起始的物质的量都为1
mol，容器的体积为VL，达到平衡时X的物质的量是1
mol×(1－25%)＝0.75
mol，消耗X的物质的量是0.25
mol，则Y的物质的量为1
mol－0.25
mol×2＝0.5
mol，生成Z的物质的量为0.25
mol×3＝0.75
mol，则平衡常数K＝＝，B项正确；达到平衡后3v正(Y)＝2v逆(Z)，C项错误；由于Q为固体，加入Q后平衡不移动，D项错误。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
5.C
【解析】本题以化学平衡图像为载体考查化学平衡的移动、化学平衡常数以及化学平衡的计算，意在考查考生的分析能力和判断能力。根据图像可得如下关系：
　　　xH2O(g)(H2O)x(g)
起始
5
mol
　　
0
mol
转化
3
mol
　　1
mol
平衡
2
mol
　　1
mol
化学方程式中的化学计量数之比等于参加反应各物质的物质的量之比，则x＝3，A项正确；该温度下反应的平衡常数K＝＝0.125
L2/mol2，B项正确；平衡时混合气体的平均摩尔质量＝＝30
g/mol，C项错误；t1时刻，保持温变不变，再充入1
mol水蒸气，相当于增大压强，平衡右移，重新达到平衡时，将增大，D项正确。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
6.C
【解析】A中此反应的平衡常数K＝＝==1015；B中K2与反应条件无关，实际上常温下H2和O2不易反应；C中通过分解方向的平衡常数大小分析分解放出O2的倾向；D中三个反应的焓变未知，温度升高对三个反应的影响不同，则平衡常数变化不同。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
7.A
【解析】　　　N2(g)　＋　O2(g)
2NO(g)
始(mol·L－1)：c0　　　c0　　　0
转(mol·L－1)：c0－c1　c0－c1　2(c0－c1)
平(mol·L－1)：c1　　　c1　　
2(c0－c1)
故T温度下K＝，A项正确；对于反应物、生成物均为气体的反应来说，恒容条件下，密度是定值，B项不正确；催化剂只影响反应速率，不影响平衡状态，C项不正确；若曲线b对应的条件是温度改变，则a到b应是升温，升高温度c(N2)变小，说明平衡正向移动，该反应的ΔH>0，D项不正确。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
8.D
【解析】K越大，反应物的转化率越大；一个确定的化学反应，其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。
【题型】选择题
【难度】容易
【答案】
9.C
【解析】SO2（g）+O2（g）SO3（g） 的平衡常数K=50，所以相同温度
下2SO2（g）+O2（g）2SO3（g） 的平衡常数K＇=(K)2=502=2500，在同
一温度下，反应2SO3（g）2SO2（g）+O2（g）的平衡常数K1===4×10-4，故选C。
【题型】选择题
【难度】容易
【答案】
10.B
【解析】根据题中提供的数据知温度升高，平衡常数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，故正反应为放热反应，ΔH<0，A选项错；其他条件不变，升高温度，平衡向逆反应方向移动，溶液中c(I3－)减小，B选项正确；该反应的平衡常数表达式为K=，C选项错；平衡常数只与温度有关，25
℃时，向溶液中加入少量KI固体，虽然平衡向正方向移动，但平衡常数不变，D选项错。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
11.B
【解析】　　2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)
起始(mol)
0.10
0
0
平衡(mol)
0.10-2x
2x
x
×100%=20%　x=0.01
mol
K===0.000625，所以逆反应的平衡常数为1
600，B正确。
【题型】选择题
【难度】一般
【答案】
12.B
【解析】A项，恒温恒容时充入1
mol
SO3(g)，瞬间c(SO3)增大，此时平衡就向着减弱这个改变的方向移动，即逆向移动，但新平衡时c(SO3)仍比旧平衡时c(SO3)大，故A项错误。B项，恒温恒压时充入1
mol
SO3(g)，达到平衡后刚好形成在恒温恒压下的等效平衡，所以c(SO3)不变，故B正确。C项，恒温恒压时充入1
mol
O2(g)，则c(O2)一定增大，平衡右移，使c(SO3)增大，故C项错误。D项，恒温恒压充入1
mol
Ar(g)，容器体积增大，平衡逆向移动，c(SO3)减小，故D项错误。
【题型】选择题
【难度】一般
二、非选择题
【答案】
13.
(1)K＝　增大　减小　增大
(2)①0.005
mol·L－1·min－1　②A
③20～25
min　35～40
min　　45.5%
④移走0.1
mol
NH3　等于
【解析】(1)合成氨反应是正向气体体积减小的放热反应，降温时平衡正向移动，K值增大，化学反应速率减小，氮气的转化率增大；
(2)①根据反应速率=计算；②根据图象知，平衡向正反应方向移动，10min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂；③达到平衡状态时，物质的量不变，以此判断达到平衡的时间段，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，第2次平衡时NH3的体积分数等于氨气的含量；④25分钟，NH3的物质的量突然减少，而H2、N2的物质的量不变，说明应是分离出NH3。
【题型】填空题
【难度】一般
【答案】
14.
(1)K＝
(2)BCE
(3)K＝K1/K2
(4)4/9
【解析】(1)根据化学平衡常数表达式的书写规则，该反应的化学平衡常数表K＝。
(2)A项，Qc＝＝1.2>1，平衡左移；B项，Qc＝＝<1，平衡右移；C项，从正反应开始，平衡右移；D项，Qc＝＝1，平衡不移动；E项，Qc＝<1，平衡右移。B、C、E项符合题意。
(3)由题可知K＝，K1＝，K2＝，所以K＝。
(4)设生成的H2为x
mol，则剩余的CO为(10－x)
mol，故有286x＋(10－x)×283＝2842，则x＝4，K＝＝。
【题型】填空题
【难度】一般
【答案】
15.
(1)大于　0.0010　0.36
mol·L－1
(2)①大于　反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高　②平衡时，c(NO2)＝0.120
mol·L－1＋0.0020
mol·L－1·s－1×10
s×2＝0.16
mol·L－1，c(N2O4)＝0.040
mol·L－1－0.0020
mol·L－1·s－1×10
s＝0.020
mol·L－1，K2＝＝1.3
mol·L－1
(3)逆反应　增大压强平衡向体积减小的方向移动
【解析】(1)由于NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，温度升高，混合气体的颜色加深，说明NO2气体浓度增大，即升温平衡向生成二氧化氮气体的方向移动，升高温度平衡向吸热反应的方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，即ΔH大于0；根据反应速率的定义可求出N2O4的反应速率；由题中图像可知平衡时NO2和N2O4的浓度，将数据代入平衡常数表达式计算即可。(2)①由题意，改变温度，N2O4的浓度减小，则是升高温度，T大于100
℃。②根据速率和时间，求出减少的N2O4的浓度为0.02
mol·L－1，则平衡时N2O4的浓度为0.020
mol·L－1，NO2为0.16
mol·L－1，由平衡常数表达式可得K2的值。(3)缩小体积，即增大压强，增大压强平衡向气体分子数减小的方向移动，所以平衡逆向移动。
【题型】填空题
【难度】一般
【答案】
16.
(1)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)
(2)K3＝K1·K2　(a＋b)kJ/mol
(3)放热　75%
【解析】(1)根据化学平衡常数的定义，结合元素守恒可知还有一种生成物，为C，反应的化学方程式为CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)。(2)将三个热化学方程式按顺序依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，将①、②相加可得③，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(a＋b)
kJ·mol－1。化学平衡常数K3＝K1·K2。(3)由表中数据看出，随温度升高，化学平衡常数减小，可知该反应为放热反应。设CO的平衡转化率为α，由“三段式”：
　　　　　　　H2O(g)　＋　
CO(g)　　CO2(g)＋H2(g)
起始(mol·L－1)
0.020
　　　
0.020
　　　　　
0
　　0
转化(mol·L－1)
0.020α　　　0.020α　　　　0.020α
0.020α
平衡(mol·L－1)
0.020－0.020α
0.020－0.020α　0.020α
0.020α
则＝9，解得α＝0.75。
【题型】填空题
【难度】一般