通用版2022届高三化学一轮复习强化训练化学平衡常数含解析

化学平衡常数

【课堂练习】

1．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1，反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为 8 mol。下列说法正确的是(　　)

A．升高温度，H2S浓度增大，表明该反应正反应是吸热反应

B．通入CO后，正反应速率逐渐增大

C．反应前H2S物质的量为7 mol

D．CO的平衡转化率为80%

解析：选C　升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，A不正确。通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，B不正确。设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为1 L，列“三段式”进行解题：

　　　　　　　　CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)

　10　　　a　　　　0　　　0

  2  2  2  2

  8  a－2  2  2

化学平衡常数K＝＝0.1，解得a＝7，C正确。

CO的平衡转化率为×100%＝20%，D不正确。

2．(2020·浙江1月选考)一定温度下，在2 L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示：

下列说法正确的是(　　)

A．0～5 min用A表示的平均反应速率为0.09 mol·L－1·min－1

B．该反应在10 min后才达到平衡

C．平衡状态时，c(C)＝0.6 mol·L－1

D．物质B的平衡转化率为20%

答案：C

3．[双选](2019·江苏高考)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(　　)

A．反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0

B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率

C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率

D．380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2 000

解析：选BD　A错：实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率，虚线表示相同条件下NO的平衡转化率，随着温度升高，由虚线知，NO的平衡转化率减小，即温度升高，2NO＋O22NO2的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应，ΔH<0。B对：与X点相同温度下，NO的转化率没有达到最大，所以反应没有达到平衡，如果延长反应时间，使反应达到平衡，则可以提高NO转化率。C错：Y点处，反应已达平衡，通入O2时，平衡正向移动，NO的转化率会提高。D对：设起始时c(NO)＝a mol·L－1，则：

　　　　　　2NO　　＋　　O2　　　　2NO2

　 a　　　　　5.0×10－4　　　 　0

　0.5a　 　　　0.25a　　　 　　0.5a

　0.5a　 　(5.0×10－4－0.25a)　0.5a

K＝＝

当0.25a＝0时，K＝2 000，但0.25a>0，所以K>2 000。

4．(2020·山东新高考联盟10月考试)下列说法不正确的是(　　)

A．2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)常温下能自发进行，说明该反应的ΔH<0

B．对于可逆反应3H2＋N22NH3，升温能使反应物中活化分子百分数增加

C．化学反应的活化能越小，反应速率越快

D．铁钉上镀锌，铁钉接电源正极

答案：D

5．[双选]O3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。常温常压下发生的反应如下：

反应①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；

反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；

总反应：2O33O2　ΔH<0　平衡常数为K。

下列叙述正确的是(　　)

A．降低温度，总反应K减小

B．K＝K1·K2

C．适当升温，可提高消毒效率

D．压强增大，K2减小

解析：选BC　降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B项正确；升高温度，反应①平衡向右移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。

6.用活性炭还原法可以处理氮氧化物，向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO。发生反应C(s)＋2NO(g)===N2(g)＋CO2(g)。在T1℃时，反应进行不同时间测得各物质的浓度如下表。

下列说法不正确的是(　　)

A．T1℃时，该反应在0～20 min内的平均反应速率v(CO2)＝0.015 mol·L－1·min－1

B．根据上表的数据判断，30 min后改变的条件可能是缩小容器的体积

C．若30 min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5∶3∶3，则和原平衡相比，NO的转化率降低

D．在T1℃时，该反应的化学平衡常数为

答案：D

7．(2019·天津高考·节选)将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：

①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g)　ΔHl>0

②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)ΔH2<0

③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)ΔH3

(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备，写出产生H2的电极名称________(填“阳极”或“阴极”)，该电极反应方程式为__________________________

____________________________。

(2)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是________________________________________

__________________。

(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填标号)。

a．B点：v正>v逆　　　 B．v正：A点>E点

c．反应适宜温度：480～520 ℃

(4)反应③的ΔH3＝________(用ΔH1，ΔH2表示)。温度升高，反应③的平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”)。

解析：(1)电解KOH溶液制H2，实质是电解水。生成H2的一极为阴极，反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H＋＋2e－===H2↑。

(2)反应①要使ΔG<0，由图可知温度最低为1 000 ℃。

反应②中ΔS<0，即－TΔS>0，在相同温度下，ΔG2<ΔG1的主要原因是ΔH2<ΔH1。

(3)B点时反应正向移动，即v正>v逆，a正确。A点温度比E点低，所以v正：vA<vE，b错误。由题图可知，温度为480～520 ℃时，SiCl4转化率较高，该温度为适宜温度，c正确。

(4)根据盖斯定律即可得③＝②－①，所以ΔH3＝ΔH2－ΔH1。由于ΔH2<0，ΔH1>0，所以ΔH3<0，即反应③为放热反应，升温时反应③逆向移动，平衡常数K减小。

答案：(1)阴极　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H＋＋2e－===H2↑　(2)1 000 ℃　ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小　(3)a、c　(4)ΔH2－ΔH1　减小

8．(2020·山东新高考模拟)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：

CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l)CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l)

已知v正＝k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v逆＝k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其中v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，x为各组分的物质的量分数。

(1)反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料，测得348 K、343 K、338 K三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如图所示。

该醇解反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。348 K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx＝________(保留2位有效数字)。

在曲线①、②、③中，k正－k逆值最大的曲线是________；A、B、C、D四点中， v正最大的是______，v逆最大的是________。

(2)343 K时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。则达到平衡后，初始投料比________时，乙酸甲酯转化率最大；与按1∶2投料相比，按2∶1投料时化学平衡常数Kx________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)该醇解反应使用离子交换树脂作催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是________。

a．参与了醇解反应，但并不改变反应历程

b．使k正和k逆增大相同的倍数

c．降低了醇解反应的活化能

d．提高乙酸甲酯的平衡转化率

解析：(1)根据图像可知，温度①>②>③，转化率①>②>③，故ΔH>0；A点反应物浓度最大，温度最高，C点生成物浓度最大，温度最高。

(2)K只与温度有关。

(3)a选项催化剂参与反应 ，且改变反应历程，d选项催化剂不影响平衡移动。

答案：(1)>　3.2　①　A　C　(2)2∶1　不变

(3)bc

9.通常合成甲醇的主要反应为CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(g)，起始时容器中只有a mol·L－1 CO和b mol·L－1 H2，平衡时测得混合气体中CH3OH的物质的量分数[φ(CH3OH)]与温度(T)、压强(p)之间的关系如图所示。

(1)压强为p1，温度为T1和T2时对应的平衡常数分别为K1、K2，则K1________K2(填“>”“<”或“＝”)；若恒温(T1)恒容条件下，起始时a＝2、b＝4，测得平衡时混合气体的压强为p1 kPa(如图所示)，则T1时该反应的压强平衡常数Kp＝________ 。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，用含p1的代数式表示)

(2)若在温度为T1、压强为p1的条件下向密闭容器中加入等物质的量的CO、H2、CH3OH气体，则反应开始时v(CO)正______v(CO)逆(填“>”“<”“＝”或“无法确定”)。

(3)若恒温恒容条件下，起始时a＝1、b＝2，则下列叙述能说明反应达到化学平衡状态的是________。

A．混合气体的密度不再随时间的变化而变化

B．混合气体的平均摩尔质量不再随时间的变化而变化

C．CO、H2的物质的量浓度之比为1∶2，且不再随时间的变化而变化

D．若将容器改为绝热恒容容器时，平衡常数K不随时间变化而变化

解析：(1)由题图可知，T1温度下φ(CH3OH)大于T2温度下的，说明T1时反应进行程度大，则K1>K2；若恒温(T1)恒容条件下，起始时a＝2、b＝4，起始量之比等于化学计量数之比，变化量之比也等于化学计量数之比，则CO和H2的物质的量分数之比也等于化学计量数之比。由图中信息可知，到达平衡状态时，φ(CH3OH)＝40%，则φ(CO)＝(1－40%)×＝20%，φ(H2)＝(1－40%)×＝40%，测得平衡时混合气体的压强为p1 kPa，则T1时该反应的压强平衡常数Kp＝＝ kPa－2。(2)当温度为T1，压强为p1时，加入等物质的量的CO、H2与CH3OH，则三者的体积分数均为，故此时Qp＝＝<Kp，反应正向进行，即v(CO)正>v(CO)逆。(3)A项，由于气体的总质量和总体积均不变，故混合气体的密度为定值，无法根据密度判断是否达到平衡，不符合题意；B项，混合气体的物质的量是变量，故混合气体的平均摩尔质量也是变量，当其不再随时间的变化而变化时，达到平衡，符合题意；C项，由于变化量之比等于化学计量数之比，故CO、H2的物质的量浓度之比恒为1∶2，无法据此判断是否达到平衡状态，不符合题意；D项，平衡常数只与温度有关，若将容器改为绝热恒容容器时，平衡常数K不随时间变化而变化时，该反应达到平衡状态，符合题意。

答案：(1)>　 kPa－2(单位不要求)　(2)>　(3)BD

10．(2019·全国卷Ⅱ·节选)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。

(1)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　ΔH＝89.3 kJ·mol－1，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。

A．通入惰性气体　　　　　 B．提高温度

C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度

(2)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。

A．T1>T2

B．a点的反应速率小于c点的反应速率

C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1

解析：(1)设碘和环戊烯的物质的量均为1 mol，达平衡时转化的物质的量为x mol，由题意得：

(g)＋I2(g)(g)＋2HI(g)

初始物质的量/mol　　 1　 　　1　　　0　　　　0

转化物质的量/mol  xxx  2x

平衡物质的量/mol  1－x  1－xx  2x

平衡时，容器内气体总物质的量为(2＋x)mol，

则有×100%＝20%，解得x＝0.4

则环戊烯的转化率为×100%＝40%

总压强为105Pa×(1＋20%)＝1.2×105Pa

因此各种气体的分压为p()＝1.2×105Pa×＝0.3×105Pa

p(I2)＝1.2×105Pa×＝0.3×105Pa

p()＝1.2×105Pa×＝0.2×105Pa

p(HI)＝1.2×105Pa×＝0.4×105Pa

反应的平衡常数Kp＝＝

≈3.56×104Pa。

欲增加环戊烯的平衡转化率，则平衡正向移动，由于该反应是吸热反应，因此升温可使平衡正向移动；增加碘的浓度，平衡正向移动，环戊烯的转化率提高。

(2)由c­t图像的变化趋势可看出T2时，环戊二烯浓度的变化趋势大，因此T2大于T1，选项A错误；影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等，a点时温度较低，但环戊二烯浓度较大，c点时温度较高，但环戊二烯浓度较小，故无法比较a点和c点的反应速率大小，选项B错误；相同温度下，随着时间的延长，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，选项C正确；由图像知，开始时环戊二烯的浓度为1.5 mol·L－1，b点时的浓度为0.6 mol·L－1，设二聚体的物质的量浓度为x mol·L－1，则有：

　　　　　　　　　　　　　　2二聚体

初始物质的量浓度/(mol·L－1)　 　1.5　　　　0

转化物质的量浓度/(mol·L－1)  2xx

平衡物质的量浓度/(mol·L－1)  0.6 x

则有1.5－2x＝0.6，解得x＝0.45，因此选项D正确。

答案：(1)40%　3.56×104　BD　(2)CD

11．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。

(2)反应③的ΔH________(填“>”或“<”)0。

(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________(填“>”“＝”或“<”)v逆。

解析：(1)K1＝，K2＝，K3＝，

K3＝K1·K2。

(2)根据K3＝K1·K2,500 ℃和800 ℃时，反应③的平衡常数分别为2.5和0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH<0。

(3)500 ℃时 ，K3＝2.5，

Q＝＝≈0.88<K3，

故反应正向进行，v正>v逆。

答案：(1)K1·K2　(2)<　(3)>

【总结归纳】

化学平衡常数的概念及应用

1．概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。

2．表达式

(1)对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，

K＝。

(2)固体或纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式

①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝。

②Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝。

(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。

3．意义及影响因素

4．应用

(1)判断、比较可逆反应进行的程度

一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K值越大，反应进行的程度越大；一般来说，K≥105时认为反应进行比较完全。

(2)判断可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡

(3)判断可逆反应的反应热

　　　　化学平衡常数与转化率的计算

1．明确三个量的关系

(1)三个量：起始量、变化量、平衡量。

(2)关系

①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。

②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。

③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。

2．掌握四个公式

(1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。

(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。

产率＝×100%。

(3)平衡时混合物组分的百分含量＝×100%。

(4)某组分的体积分数＝×100%。

3．谨记一个答题模板

反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的转化量为mx mol，容器容积为V L，则有以下关系：

　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)

起始/mol  ab  0  0

转化/mol  mxnxpxqx

平衡/mol  a－mxb－nxpxqx

对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转)

对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)

则有：①K＝

②c平(A)＝ mol·L－1

③α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝

④φ(A)＝×100%

⑤＝

⑥混＝ g·L－1[其中M(A)、M(B)分别为A、B的摩尔质量]

⑦平衡时体系的平均摩尔质量：

＝ g·mol－1

4．高考新宠——压强平衡常数(Kp)的计算

(1)Kp含义

在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度，计算得到的平衡常数叫压强平衡常数，其单位与表达式有关。

例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。

(2)计算技巧

化学反应进行的方向

1．自发过程

(1)含义：在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。

(2)特点

①能量状态能量状态。

②序状态序状态。

2．熵和熵变

(1)熵是量度体系混乱程度的物理量，符号为S。

(2)影响熵大小的因素：

①相同条件下，物质不同熵不同。

②同一物质：S(g)S(l)S(s)。

(3)熵变(ΔS)＝生成物的总熵－反应物的总熵。

3．反应进行的方向

(1)判据

(2)规律

①ΔH_＜__0，ΔS_＞__0的反应任何温度下都能自发进行。

②ΔH_＞__0，ΔS_＜__0的反应任何温度下都不能自发进行。

③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH＜0，ΔS＜0时，低温下反应能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时，高温下反应能自发进行。