高中人教版 (新课标)第三节 化学平衡第3课时课时练习

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[目标要求] 1.知道化学平衡常数的含义。2.能运用化学平衡常数对化学反应进行的程度做出判断。3.能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。
1．含义
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(简称平衡常数)，用符号“K”表示。
2．表达式
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到化学平衡状态时，平衡常数的表达式为：K＝eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)。
3．意义
(1)K值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之进行的程度就越小，转化率就越小。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
4．反应物的转化率
某指定反应物的转化率α＝eq \f(Δn,n始)×100%＝eq \f(Δc,c始)×100%。

知识点一 化学平衡常数的概念
1．对于3Fe＋4H2O(g)高温
Fe3O4＋4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为( )
A．K＝eq \f(cFe3O4·cH2,cFe·cH2O) B．K＝eq \f(cFe3O4·c4H2,cFe·c4H2O)
C．K＝eq \f(c4H2O,c4H2) D．K＝eq \f(c4H2,c4H2O)
答案 D
解析 平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，但固体浓度视为1，不写入平衡常数计算式中。
2．关于化学平衡常数的叙述，正确的是( )
A．只与化学反应方程式本身和温度有关
B．只与反应的温度有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
答案 A
解析 大量实验证明，化学平衡常数决定于两个方面的因素：化学反应的本身和反应体系的温度，与起始浓度等其他外界条件没有任何关系。
知识点二 平衡常数的应用
3．1 000 K时反应C(s)＋2H2(g)
CH4(g)的K＝8.28×107，当各气体物质的量浓度分别为H2 0.7 ml·L－1、CH4 0.2 ml·L－1时，上述反应( )
A．正向移动 B．逆向移动 C．达到平衡 D．不一定
答案 A
解析 Q＝eq \f(0.2,0.72)＝0.408
Qv逆。
4．放热反应CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)在温度t1时达到平衡，c1(CO)＝c1(H2O)＝1.0 ml·L－1，其平衡常数为K1。其他条件不变，升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O)，平衡常数为K2，则( )
A．若增大CO浓度，K2和K1都增大
B．K2＞K1
C．c2(CO)＝c2(H2O)
D．c1(CO)＞c2(CO)
答案 C
解析 升高温度，该平衡左移，c2(CO)>c1(CO)，K1>K2，因为K只与温度有关，与浓度无关，则增大CO浓度不会影响K1、K2。
练基础落实
1．2 000 K时，反应CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)
CO2(g)的平衡常数为K，则相同温度下反应
2CO2(g)
2CO(g)＋O2(g)的平衡常数K′为( )
A.eq \f(1,K) B．K2 C.eq \f(1,K2) D.eq \f(1,K\f(1,2))
答案 C
解析 平衡常数与化学方程式的写法有关，对于以上两个反应：K＝eq \f(cCO2,cCO·c\f(1,2)O2)，K′＝eq \f(c2CO·cO2,c2CO2)，所以K′＝eq \f(1,K2)。
2．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
答案 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，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。
3．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eq \f(1,2)，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
答案 B
解析 气体体积缩小到原来的eq \f(1,2)，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＋n4．298 K时，各反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)
2NO(g)，K＝1×10－30；
②2H2(g)＋O2(g)
2H2O(g)，K＝2×1081；
③2CO2(g)
2CO(g)＋O2(g)，K＝4×10－92
则常温下，NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是( )
A．① B．② C．③ D．无法判断
答案 A
解析 要判断NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向，则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数，然后比较大小即可。由计算可知：
①2NO(g)
N2(g)＋O2(g)，K＝1×1030
②2H2O(g)
2H2(g)＋O2(g)，K＝5×10－82
③2CO2(g)
2CO(g)＋O2(g)，K＝4×10－92
平衡常数越大，表示反应进行得越彻底，因此反应①即NO分解放氧的倾向最大。
5．写出下列反应中平衡常数的表达式：
(1)Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O
2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋
(2)C(s)＋H2O(g)
CO(g)＋H2(g)
(3)CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g)
答案 (1)K＝eq \f(c2CrO\\al(2－,4)·c2H＋,cCr2O\\al(2－,7))
(2)K＝eq \f(cCO·cH2,cH2O)
(3)K＝eq \f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)
6．合成氨反应N2(g)＋3H2(g)高温、高压
催化剂
2NH3(g)在某温度下达到平衡时，各物质的浓
度是c(N2)＝3 ml·L－1，c(H2)＝9 ml·L－1，c(NH3)＝4 ml·L－1，求：
①该温度时的平衡常数；②N2、H2的起始浓度。
答案 ①K＝7.32×10－3
②c(N2)＝5 ml·L－1 c(H2)＝15 ml·L－1
解析 K＝eq \f(c2NH3,cN2·c3H2)＝eq \f(42,3×93)＝7.3×10－3
N2 ＋ 3H2  2NH3
起始 x y 0
平衡 3 ml·L－1 9 ml·L－1 4 ml·L－1
Δc x－3 ml y－9 ml·L－1 4 ml·L－1
eq \f(x－3,4)＝eq \f(1,2) x＝5 ml·L－1
eq \f(y－9,4)＝eq \f(3,2) y＝15 ml·L－1
7．对可逆反应aA(g)＋bB(g)
cC(g)＋dD(g)，达到平衡时，各物质的物质的量浓度应满足以下关系：eq \f(ccC·cdD,caA·cbB)＝K，K为一常数，称为化学平衡常数，其反应的K值只与温度有关，现有反应：CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，在850℃时，K＝1。
(1)若升高温度到950℃，达到平衡时K________(填“大于”、“小于”或“等于”)1。
(2)850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 ml CO,3.0 ml H2O,1.0 ml CO2和x ml H2，则：
①当x＝5.0时，上述平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是__________。
答案 (1)小于 (2)①逆反应 ②x<3.0
解析 (1)对于放热反应，升高温度，平衡左移，K值变小。
(2)Q＝eq \f(cH2·cCO2,cCO·cH2O)＝eq \f(\f(5.0,V)×\f(1.0,V),\f(1.0,V)×\f(3.0,V))＝eq \f(5.0,3.0)>1
此时，v逆>v正，平衡向逆反应方向移动，Qv逆，根据上式，当x<3.0时，Q练方法技巧
关于平衡常数的计算
8．在一个容积为500 mL的密闭容器中，充入5 ml H2和2 ml CO。在一定温度和一定压强下，发生如下反应：
2H2(g)＋CO(g)
CH3OH(g)，经过5 min后达到平衡状态。若此时测得CH3OH蒸气的浓度为2 ml·L－1，求：
(1)以H2的浓度变化表示的该反应的速率。
(2)达到平衡时CO的转化率。
(3)该温度下的K。
答案 (1)0.8 ml·L－1·min－1 (2)α(CO)＝50%
(3)K＝0.17
解析 2H2(g) ＋ CO(g)
CH3OH(g)
c(始) 10 ml·L－1 4 ml·L－1 0
Δc 2x x x
c(平) 10－2x 4－x x
x＝2 ml·L－1，则Δc(H2)＝4 ml·L－1
则v(H2)＝eq \f(ΔcH2,Δt)＝＝0.8 ml·L－1·min－1
α(CO)＝×100%＝50%
K＝eq \f(2,62×2)＝0.17。
练综合拓展
9．氨是重要的氮肥，合成原理为：N2(g)＋3H2(g)高温、高压
催化剂
2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－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：
10 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”)。
答案 (1)K＝eq \f(c2NH3,cN2·c3H2) 增大 减小 增大
(2)①0.005 ml·L－1·min－1 ②A
③20～25 min 35～40 min eq \f(0.152,0.125×0.0753) 45.5%
④移走0.1 ml NH3 等于