高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第三节 化学平衡第3课时课后复习题

第3课时　化学平衡常数

基础过关练

题组一　化学平衡常数及其影响因素

1.(2021黑龙江大庆实验中学高二月考)下列关于化学平衡常数的说法正确的是              (　　)

A.在任何条件下,同一个反应的化学平衡常数是相同的

B.化学平衡常数是任意时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值

C.化学平衡常数随反应体系压强的变化而变化

D.对于一个给定的化学方程式,化学平衡常数的大小只与温度有关,与反应物的浓度无关

2.(2021辽宁大连高二月考)已知下列反应的平衡常数:H2(g)+S(s) H2S(g)　K1;S(s)+O2(g) SO2(g)　K2。则反应H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡常数为              (　　)

A.K1+K2　　　　B.K1-K2　　　　C.K1·K2　　　　D.

题组二　化学平衡常数的基本计算

3.(2021河南豫南九校高二第二次联考)将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s) NH3(g)+HI(g);②2HI(g) H2(g)+I2(g)。达到平衡时,c(H2)=0.5 mol·L-1,c(HI)=4 mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为(　　)

A.9　　　　　　B.16　　　　　　C.20　　　　　　D.25

4.(2021江苏启东中学高二月考)在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8 mol A2气体和0.6 mol B2气体,一定条件下发生如下反应:A2(g)+B2(g) 2AB(g)　ΔH<0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是              (　　)

A.图中a的值为0.15

B.该反应的平衡常数K=0.03

C.温度升高,平衡常数K减小

D.平衡时A2的转化率为62.5%

题组三　化学平衡常数的综合应用

5.1 000 K时,反应C(s)+2H2(g)CH4(g)的K=8.28×107,当体系中c(H2)=0.7 mol·L-1、c(CH4)=0.2 mol·L-1时,上述反应              (　　)

A.向正反应方向进行　　　　　　B.向逆反应方向进行

C.达到平衡　　　　　　        D.无法判断进行方向

6.(2021内蒙古赤峰二中高二月考)已知反应X(g)+Y(g) R(g)+Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830 ℃时,向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y,0~4 s内v(X)=

0.005 mol/(L·s)。下列说法正确的是 (　　)

A.4 s时容器内c(Y)=0.78 mol/L

B.达平衡时,X的转化率为80%

C.反应达平衡后,升高温度,平衡正向移动

D.1 200 ℃时反应R(g)+Q(g) X(g)+Y(g)的平衡常数K=0.4

7.(2021云南红河高二月考)在一体积为10 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,在T ℃时发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0,CO和H2O的浓度变化如图所示。

(1)0~4 min内的平均反应速率v(CO)=　　　 mol·L-1·min-1。 

(2)T ℃时该反应的化学平衡常数K=　　　　。 

(3)若其他条件不变,第6 min时再充入3.0 mol H2O(g),则平衡向　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 

8.(2020福建南安第一中学高二上月考)合成甲醇的反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)　ΔH=-90.8 kJ·mol-1,t ℃时此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应10 min后测得各组分的浓度如下:

(1)该反应的平衡常数表达式K=　　　　。 

(2)该时间段内反应速率v(H2)=　　　　。 

(3)比较10 min时正、逆反应速率的大小:v正　　　v逆(填“>”“<”或“=”)。 

(4)反应达到平衡后,保持其他条件不变,若将容器的体积扩大一倍,v正　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),v逆　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),平衡向　　　　(填“逆向”“正向”或“不”)移动,平衡常数K　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

能力提升练

1.(2021北京二中高二月考,疑难1,)钨(W)在高温下可缓慢升华。碘钨灯中封存的碘蒸气能发生反应:W(s)+I2(g) WI2(g),利用工作时灯泡壁与灯丝的温度差,将沉积在灯泡壁上的钨“搬运”回灯丝上。对于该过程的理解不正确的是              (　　)

A.工作时,电能转化为光能和热能

B.工作时,在灯泡壁和灯丝上发生的反应的平衡常数互为倒数

C.W(s)+I2(g) WI2(g)为放热反应

D.碘蒸气的作用是延长灯丝的使用寿命

2.(2021辽宁省实验中学高二月考,疑难1,)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)　ΔH<0。在恒容的密闭容器中发生上述反应,下列有关说法正确的是              (　　)

A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大

B.单位时间内消耗NH3和N2的物质的量之比为1∶1时,反应达到平衡

C.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,逆反应速率减小,平衡常数减小

D.其他条件不变,使用高效催化剂,废气中氮氧化物的平衡转化率增大

3.(2020安徽滁州定远中学高二素质检测,疑难1、2,)一定条件下,体积为5 L的密闭容器中,1 mol X和1 mol Y进行反应:2X(g)+Y(g)Z(g),经20 s达到平衡,生成0.1 mol Z。下列说法正确的是              (　　)

A.0~20 s内,X的反应速率为0.01 mol·L-1·s-1

B.将容器体积变为10 L,Y的平衡浓度大于原来的

C.其他条件不变,若增大压强,则该反应的平衡常数增大

D.若该反应的ΔH>0,升高温度,X的体积分数增大

4.(疑难1、2,)人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力,CO吸入肺中发生反应:CO+HbO2 O2+HbCO,37 ℃时,该反应的平衡常数K=220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍,会使人智力受损。下列结论错误的是              (　　)

A.反应CO+HbO2 O2+HbCO的平衡常数K=

B.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时,人的智力才会受损

C.人体吸入的CO越多,与血红蛋白结合的O2越少

D.把CO中毒的病人放入高压氧舱中解毒,其原理是使上述平衡向左移动

5.(疑难3,)在一个1 L的密闭容器中加2 mol A和1 mol B发生反应:2A(g)+B(g) 3C(g)+D(s),达到平衡时C的浓度为1.2 mol/L,C的体积分数为a%。维持容器的体积和温度不变,按下列配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍是1.2 mol/L,C的体积分数仍为a%的是　(　　)

A.6 mol C+2 mol D

B.4 mol A+2 mol B

C.1 mol A+0.5 mol B+1.5 mol C

D.3 mol C+5 mol D

6.(2020吉林东北师大附中高二阶段验收,疑难1、2,)将2 mol A和1 mol B充入V L密闭容器中,在一定条件下发生反应:2A(g)+B(g)2C(g)。平衡时C的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示:

下列判断正确的是 (　　)

A.b>e

B.415 ℃、2.0 MPa时B的转化率为60%

C.该反应的ΔH>0

D.平衡常数K(550 ℃)>K(350 ℃)

7.(2020湖北十堰竹山一中等三校高二月考联考,疑难1、2,)已知二甲醚是一种重要的清洁燃料,可以通过CH3OH分子间脱水制得:

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=+23.5 kJ·mol-1。

在T1 ℃,恒容密闭容器中建立上述平衡,体系中各组分浓度随时间变化如图所示。请回答下列问题:

(1)该条件下反应平衡常数表达式K=　　　　,在T1 ℃时,反应的平衡常数为　　　　,0~t1 min内用CH3OH表示的化学反应速率为　　　　。 

(2)相同条件下,若改变起始浓度,某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)=0.6 mol·L-1、c(H2O)=0.6 mol·L-1、c(CH3OCH3)=1.2 mol·L-1,此时正、逆反应速率的大小:v(正)　　　　v(逆)(填“>”“<”或“=”)。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　同一个反应的化学平衡常数只随温度改变而改变,A项错误;化学平衡常数是达到化学平衡状态时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,B项错误;改变体系的压强,平衡常数不变,C项错误;对于确定的反应,化学平衡常数的大小只与温度有关,与反应物的浓度无关,D项正确。

2.D　由题给化学方程式可知K1=、K2=,反应H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡常数K==×=。

3.C　平衡时c(HI)=4 mol·L-1,HI分解生成H2的浓度为0.5 mol·L-1,NH4I分解生成的HI的浓度为4 mol·L-1+2×0.5 mol·L-1=

5 mol·L-1,所以NH4I分解生成的NH3的浓度为5 mol·L-1,故反应①的平衡常数K=c(NH3)·c(HI)=5×4=20。

4.B　当AB的浓度由0增加至0.5 mol·L-1,由该反应可知,A2的浓度应减小0.25 mol·L-1,即a=(0.4-0.25) mol·L-1=0.15 mol·L-1,则图中a的值为0.15,A项正确;结合方程式可知平衡时B2的浓度变化也为0.25 mol·L-1,即平衡时B2的浓度为0.05 mol·L-1,K===,B项错误;由于正反应为放热反应,故升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,C项正确;根据上述分析可知平衡时A2的转化率为×100%=62.5%,D项正确。

5.A　对于该反应,当H2的物质的量浓度为0.7 mol·L-1、CH4的物质的量浓度为0.2 mol·L-1时,此时浓度商Qc=≈0.41<8.28×107,反应向正反应方向进行。A项正确。

6.B　根据0~4 s内v(X)=0.005 mol/(L·s),可知v(Y)=0.005 mol/(L·s),则4 s内Δc(Y)=0.005 mol/(L·s)×4 s=0.02 mol/L,Y的初始浓度为=0.4 mol/L,则4 s时容器内c(Y)=0.4 mol/L-0.02 mol/L=0.38 mol/L,A项错误;根据830 ℃平衡常数为1.0,设平衡时参加反应的X为a mol/L,则反应中消耗Y为a mol/L,生成的R和Q均为a mol/L,即=1.0,解得a=0.08,则X的转化率α=×100%=80%,B项正确;根据升高温度,平衡常数减小,可知平衡逆向移动,C项错误;1200 ℃时反应R(g)+Q(g) X(g)+Y(g)的平衡常数K==2.5,D项错误。

7.答案　(1)0.03　(2)1　(3)正反应　

解析　(1)结合图像可知0~4 min内Δc(CO)=0.20 mol·L-1-0.08 mol·L-1=0.12 mol·L-1,即0~4 min内的平均反应速率v(CO)==0.03 mol·L-1·min-1。(2)结合图像可知平衡时CO、H2O(g)的平衡浓度分别为0.08 mol·L-1、0.18 mol·L-1,根据化学方程式可知CO2和H2的平衡浓度均为0.12 mol·L-1,故T ℃时该反应的化学平衡常数K==1。(3)若其他条件不变,第6 min时再充入3.0 mol H2O(g),即增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动。

8.答案　(1)

(2)0.08 mol/(L·min)　(3)>　(4)减小　减小　逆向　不变

解析　(1)该反应的平衡常数表达式K=。(2)反应过程中v(CH3OH)===0.04 mol/(L·min),v(H2)=2v(CH3OH)=0.08 mol/(L·min)。(3)此时Qc===100<160,反应向正反应方向进行,即v正>v逆。(4)反应达到平衡后,其他条件相同时,若将容器的体积扩大一倍,反应向逆反应方向移动,浓度降低,正、逆反应速率都减小;温度不变,平衡常数K保持不变。

能力提升练

1.B　碘钨灯工作时,发光发热,电能转化为光能和热能,A项正确;根据题中信息可知,灯泡壁上发生W(s)+I2(g) WI2(g),平衡常数K1=;灯丝上发生WI2(g) W(g)+I2(g),平衡常数K2=,即K1与K2不互为倒数,B项错误;结合题中信息可知灯泡工作时,灯丝的温度高于灯泡壁的温度,升高温度,题给化学平衡向吸热反应方向移动,使WI2(g)减少,平衡向逆反应方向移动,则正反应是放热反应,C向正确;扩散到灯泡壁的钨与I2(g)反应生成WI2(g),WI2(g)扩散到灯丝重新分解出钨沉积到灯丝表面,从而延长钨丝使用寿命,D项正确。

2.B　升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,化学平衡常数减小,A项错误;单位时间内消耗NH3和N2的物质的量之比为1∶1时,各组分的浓度均保持不变,反应达到平衡状态,B项正确;若其他条件不变,平衡时增加NH3的浓度,会使正反应速率增大,逆反应速率也逐渐增大,直至建立新的平衡状态,但温度不变,化学平衡常数不变,C项错误;由于使用高效催化剂,对化学平衡无影响,故废气中氮氧化物的转化率不变,D项错误。

3.B　根据“三段式”法:2X(g)+Y(g)Z(g)

　　　起始/mol:　      1　　1       0

　　　变化/mol:　     0.2　0.1　　　0.1

　　　平衡/mol:　     0.8　0.9　　　0.1

20 s内,v(X)==0.002 mol·L-1·s-1,A项错误;容器体积变为10 L,若平衡不移动Y的浓度变为原来的,但减小压强平衡逆向移动,Y增多,即Y的平衡浓度大于原来的,B项正确;平衡常数只受温度影响,与压强无关,C项错误;若该反应ΔH>0,升温,平衡正向移动,X的体积分数减小,D项错误。

4.B　当吸入的CO与O2浓度之比等于0.02时,根据平衡常数K=可知,=220,=4.4,4.4>0.02,智力早已受到了损害,故B错误。

5.D　开始加入6 mol C、2 mol D,按化学计量数全部折算成反应物,相当于加入4 mol A和2 mol B,是原加入A和B的量的2倍,平衡时C的浓度是2.4 mol/L,A错误;开始加入4 mol A、2 mol B,相当于在加入2 mol A和1 mol B达平衡后,再加入2 mol A和1 mol B,平衡不移动,平衡时C的浓度大于1.2 mol/L,B错误;开始加入1 mol A、0.5 mol B和1.5 mol C,缺少D物质,无法寻找等效量,故C错误;D为固体,开始加入3 mol C和5 mol D,按化学计量数把生成物转化为反应物,相当于加入2 mol A和1 mol B,与原平衡为等效平衡,D正确。

6.A　该反应为气体体积减小的反应,加压平衡右移,C的体积分数增加,则b>54.0,e<36.0,据此可知b>e,A项正确;根据415 ℃、2.0 MPa时C的体积分数为40.0%,设平衡时消耗B x mol,列“三段式”如下:

　　　　　  2A(g)+B(g) 2C(g)

起始/mol: 2　　  1       0

变化/mol: 2x　　 x　　　2x

平衡/mol: 2-2x　 1-x　　2x

即×100%=40.0%,解得x=0.5,则B的转化率为50%,B项错误;结合表格数据可知升温C的体积分数减小,即平衡逆向移动,该反应的ΔH<0,C项错误;升温,平衡逆向移动,K减小,即K(550 ℃)<K(350 ℃),D项错误。

7.答案　(1)K=　5.0　 mol·L-1·min-1　(2)>

解析　(1)根据题中信息可写出平衡常数的表达式K=,在T1 ℃时CH3OH(g)、CH3OCH3(g)、H2O(g)的平衡浓度分别为0.4 mol·L-1、1 mol·L-1、0.8 mol·L-1,则K==5.0;0~t1 min内v(CH3OH)== mol·L-1·min-1。(2)根据题中数据可知浓度商Qc==2.0<5.0,即此时平衡正向移动,v(正)>v(逆)。