高考化学一轮复习课时分层作业二十四化学平衡常数化学反应进行的方向含解析新人教版

化学平衡常数　化学反应进行的方向

(建议用时40分钟)

1．(2021·徐州模拟)自由能的变化(ΔG)是反应方向判断的复合判据：ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG＜0时，反应正向自发进行。已知工业上常利用CH4和H2O来制备水煤气，原理为CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＞0，则下列说法正确的是(　　)

A．ΔS＞0　高温下能自发

B．ΔS＜0　高温下能自发

C．ΔS＜0　低温下能自发

D．ΔS＞0　任何温度下能自发

【解析】选A。CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH＞0，气体的物质的量增大，所以ΔS＞0，而ΔH＞0、ΔS＞0，则在高温下能自发。

2．(2021·成都模拟)一定温度下，某气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝c(A)·c2(B)/c2(E)·c(F)，恒容时，若温度适当降低，则F的浓度增加，下列说法中正确的是(　　)

A．降低温度，正反应速率减小、逆反应速率增大

B．增大c(A)、c(B)，K增大

C．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(s)⇌A(g)＋2B(g)

D．该反应的焓变ΔH＞0

【解析】选D。降低温度，减少活化分子百分数，所以正逆反应速率都减小，故A错误；化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，与物质浓度无关，故B错误；根据化学平衡常数知，F是气体且是反应物，其反应方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)，故C错误；降低温度，F浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，降低温度平衡向放热反应方向移动，则正反应是吸热反应，焓变大于0，故D正确。

3．(2021·宁波模拟)已知热化学方程式：aX(g)＋3Y(s)⇌bZ(g)　ΔH＜0。现在2 L的密闭容器中加入0.9 mol的X和1 mol的Y，当Y的物质的量减少0.75 mol时，达到平衡状态，此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L－1和0.5 mol·L－1，该温度下的平衡常数为(　　)

A．　　 B．

C．35     D．20

【解析】选A。

aX(g)　＋　　3Y(s)⇌bZ(g)　ΔH＜0

始    0.9    1    0

反应    0.25a    0.75    0.25b

平衡    0.2×2＝0.4    0.25    0.5×2＝1

所以　0.9－0.25a＝0.4，0.25b＝1，则a＝2，b＝4，则该温度下的平衡常数K＝＝＝。

4．(2021·石嘴山市模拟)E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(s)＋4F(g)⇌G(g)，已知该反应的平衡常数值如下表所示，下列说法正确的是(　　)

A.上述反应是熵增反应

B．25 ℃时，反应G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数值是0.5

C．在80 ℃时，测得某时刻，F、G浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v(正)＞v(逆)

D．恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，达新平衡时，G的体积百分含量将增大

【解析】选D。正反应为气体物质的量减小的反应，正反应为熵减的反应，故A错误；相同温度下，G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数与E(s)＋4F(g)⇌G(g)的平衡常数互为倒数，故25 ℃时，反应G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数值是＝2×10－5，故B错误；此时浓度商Qc＝＝8＞K＝2，反应向逆反应方向进行，故v(正)＜v(逆)，故C错误；恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，相当于在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，达新平衡时，G的体积百分含量将增大，故D正确。

【加固训练—拔高】

(2021·北京模拟)一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)⇌2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)＝0.11 mmol·L－1，c(HI)＝0.78 mmol·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是(　　)

(注：1 mmol·L－1＝10－3mol·L－1)

【解析】选C。Qc(A)＝＝1，Qc(B)＝

≈50.28，Qc(C)＝≈82.64，Qc(D)＝≈50.28，Qc(C)的值最大。

5．(2021·慈溪模拟)在2.0 L恒温恒容密闭容器中发生反应：2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)　ΔH＞0，起始时充入2.0 mol H2S，反应过程中的部分数据如表所示，下列说法正确的是(　　)

A. 2 min时，H2的生成速率为0.25 mol·L－1·min－1

B．上述反应的平衡常数K＝0.675

C．3 min时，H2S的分解率一定小于60%

D．反应达平衡后，升高温度，平衡逆向移动

【解析】选B。反应速率指的是0～2 min这一段时间的平均反应速率，不是2 min的时刻速率，故A错误；由分析数据可知反应的平衡常数K＝＝0.675，故B正确；4 min时达到平衡，H2S的分解率为×100%＝60%，但不能确定3 min是否达到平衡，如平衡时，则等于60%，故C错误；该反应ΔH＞0，是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，故D错误。

【加固训练—拔高】

(2021·德州模拟)已知反应：

CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)⇌CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按ω＝向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系，图乙表示反应的平衡常数K与温度T的关系。则下列说法正确的是(　　)

A. 图甲中ω1＞1

B．图乙中，线A表示正反应的平衡常数

C．在恒容容器中进行，压强不变时反应达到平衡状态

D．当温度为T1、ω＝2时，Cl2的转化率约为33.3%

【解析】选D。增大氯气的量，平衡正向移动，丙烯的体积分数减小，则图甲中ω1＜1，故A错误；由图甲可知，随着温度的升高，丙烯的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应的平衡常数减小，则图乙中，线B表示正反应的平衡常数，故B错误；该反应是气体分子数不变的反应，反应开始到平衡，容器压强都不改变，在恒容容器中进行，压强不变时不能说明反应达到平衡状态，故C错误；当温度为T1、ω＝2时，平衡常数K＝1，

K===1,解得x=,则Cl2的转化率为×100%≈33.3%,故D正确。

6. (双选)I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)I(aq)　ΔH。某I2、KI混合溶液中，I－的物质的量浓度c(I－)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是(　　)

A．该反应ΔH>0

B．若在T1、T2温度下，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2

C．若反应进行到状态D时，一定有v正>v逆

D．状态A与状态B相比，状态A的c(I)大

【解析】选A、C。温度升高，c(I－)逐渐增大，说明升高温度，化学平衡逆向移动ΔH<0，A错误；K＝，温度升高，平衡向逆反应方向移动，由于T2>T1，则K1>K2，B正确；从图中可以看出D点并没有达到平衡状态，c(I－)小于该温度下的平衡浓度，所以反应逆向进行，故v逆>v正，C错误；升高温度，平衡逆向移动，c(I)变小，T2>T1，所以状态A的c(I)大，D正确。

7．(2021·邢台模拟)T ℃时，在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2)，发生反应COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)，同时还发生反应2CO(g) 2C(s)＋O2(g)，当反应达到平衡时，测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol，则该温度下，CO(g)＋Cl2(g) COCl2(g)的平衡常数K为(　　)

A．　　　　B．2　　　　C．　　　　D．

【解析】选D。T ℃时，在3 L的密闭容器中充入4 mol光气，若同时发生的反应还有2CO(g)2C(s)＋O2(g)，当反应达到平衡时，测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol，设消耗COCl2(g)物质的量为x，

　　　　 COCl2(g) Cl2(g)＋CO(g)

起始量(mol) 4       0     0

变化量(mol) x       x     x

平衡量(mol) 4－x      x     x

　　　　2CO(g) 2C(s)＋O2(g)，

起始量    x       0     0

变化量    1      1     0.5

平衡量    2      1    0.5

x＝3 mol，则平衡浓度COCl2(g)为mol·L－1，Cl2(g)为1 mol·L－1，CO(g)为mol·L－1。COCl2(g) Cl2(g)＋CO(g)的平衡常数K＝＝2，则该温度下，Cl2(g)＋CO(g)⇌COCl2(g)的平衡常数K＝。

8．(2021年重庆适应性测试)MTP是一类重要的药物中间体，可以由TOME经环化后合成。其反应式为

为了提高TOME的转化率，反应进行时需及时从溶液体系中移出部分甲醇。TOME的转化率随反应时间的变化如图所示。设TOME的初始浓度为a mol·L－1，反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法错误的是(　　)

A．X、Y两点的MTP的物质的量浓度相等

B．X、Z两点的瞬时速率大小为v(X)＞v(Z)

C．若Z点处于化学平衡，则210℃时反应的平衡常数K＝mol·L－1

D．190℃时，0～150 min之间的MTP的平均反应速率为mol·L－1·min－1

【解析】选B。开始量相同，X、Y两点转化率相同，所以MTP的物质的量浓度相同，A正确；相同条件下温度越高速率越大，所以X、Z两点的速率大小为v(X)＜v(Z)，B错误；若Z点处于化学平衡，则：

　　　　　　　　TOME　　MTP　＋　CH3OH

起始/mol·L－1    a    0    0

转化/mol·L－1    a×0.98    a×0.98    a×0.98

平衡/mol·L－1    a×0.02    a×0.98    a×0.98

K＝mol·L－1，C正确；190 ℃时，0～150 min 之间Δc(MTP)＝a×67%＝0.67a mol·L－1，则(MTP)＝mol·L－1·min－1，D正确。

【加固训练—拔高】

(2021·威海模拟)某温度下，在2 L密闭容器中投入一定量的X、Y，发生反应aX(g)＋bY(g)⇌cZ(g)，经测定前4 s内v(Z)＝0.05 mol·L－1·s－1，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示，下列说法中错误的是(　　)

A.该反应的化学方程式为3X(g)＋Y(g)⇌2Z(g)

B．前4 s内，v(X)＝0.075 mol·L－1·s－1

C．平衡时，Y的转化率为50%

D．12 s和15 s时的化学平衡常数一致

【解析】选C。前12 s内，反应到达平衡时，

v(X)＝＝mol·(L·s)－1＝mol·(L·s)－1，到达平衡v(Y)＝＝mol·(L·s)－1＝，根据反应速率之比等于化学计量数之比，则＝＝3∶1，由于前4 s内v(Z)＝0.05 mol·(L·s)－1，则＝＝3∶2，所以最简比为a＝3，b＝1，c＝2，则发生的反应为3X(g)＋Y(g) 2Z(g)，故A正确；前4 s内，v(X)＝＝mol·(L·s)－1＝0.075 mol·(L·s)－1，故B正确；平衡时，Y的转化率为×100%＝40%，故C错误；化学平衡常数只随温度的改变而改变，则12 s和15 s时的化学平衡常数一致，故D正确。

9．(双选)CO2催化重整CH4的反应：(Ⅰ)CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)；ΔH1，主要副反应：(Ⅱ)H2(g)＋CO2(g) CO(g)＋H2O(g)；ΔH2＞0，(Ⅲ)4H2(g)＋CO2(g) CH4(g)＋2H2O(g)；ΔH3＜0。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比1∶1充入气体，加入催化剂，测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.ΔH1<0

B．若反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时，转移电子数之比为3∶4

C．300～580 ℃时，H2O的体积分数不断增大，是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量

D．T ℃时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81

【解析】选A、C。反应(Ⅰ)可由2倍(Ⅱ)减去反应(Ⅲ)得到，故ΔH1＝2ΔH2－ΔH3，再根据图示，随温度的升高，CH4和CO2的体积分数减小，说明升温，平衡正向移动，而升温平衡向吸热方向移动，正反应吸热，ΔH1＞0，故A错误；反应Ⅰ每消耗1 mol CO2，转移电子数为6 mol，反应Ⅲ每消耗 1mol CO2，转移电子数为8 mol，所以反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时，转移电子数之比为3∶4，故B正确；300～580 ℃时，H2O的体积分数不断增大，反应(Ⅲ)是放热反应，升温时，平衡逆向移动消耗H2O，反应(Ⅱ)是吸热反应，升温时正向移动，生成H2O，而由于反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成水的量，故C错误；T ℃时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则CO2转化的浓度为×75%＝0.75 mol·L－1，根据三段式：

　 　　　　　　　  CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)

    起始量：mol·L－1    1      1       0      0

    转化量：mol·L－1    0.75    0.75      1.5     1.5

    平衡量：mol·L－1    0.25    0.25      1.5     1.5

若不考虑副反应，则反应(Ⅰ)的平衡常数＝，但由于副反应(Ⅲ)中，消耗的氢气的量比二氧化碳多得多，故计算式中，分子减小得更多，值小于81，故D正确。

10．(2021·北京模拟)氨催化分解既可防治氨气污染，又能得到氢能源，得到广泛研究。

(1)已知：①反应Ⅰ：4NH3(g)＋3O2(g)⇌2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－1 266.6 kJ· mol－1，

②H2的燃烧热ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1

③水的气化时ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1

反应Ⅰ热力学趋势很大(平衡常数很大)的原因为________________________

__________________________________________________________________；

(2)在Co­Al催化剂体系中，压强p0下氨气以一定流速通过反应器，得到不同催化剂下氨气转化率随温度变化曲线如下图，活化能最小的催化剂为____________，温度高时NH3的转化率接近平衡转化率的原因_________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

如果增大气体流速，则b点对应的点可能为________(填“a”“c”“d”“e”或“f”)；

(3)温度为T时，体积为1 L的密闭容器中加入0.8 mol NH3和0.1 mol H2，30 min达到平衡时，N2体积分数为20%，则T时平衡常数K＝__________，NH3分解率为________________。

【解析】(1)反应Ⅰ的ΔH1＝－1 266.6 kJ· mol－1，放热量很大，故热力学趋势很大；

(2)由图可知，90 Co­Al先达到平衡态，所以90 Co­Al是活化能最小的催化剂；2NH3(g)⇌N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋92.1 kJ· mol－1此反应为吸热反应，升高温度平衡向正向移动，提高氨气的转化率；此反应为气体体积增大的反应，增大气体流速平衡逆向移动，b点对应的点可能为e；

(3)由题给数据可知，设平衡时氮气的物质的量为x  mol，则：

　   2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)

初始量

/mol    0.8      0    0.1

变化量

/mol    2x       x    3x

平衡量

/mol    0.8－2x     x    0.1＋3x

相同条件下气体的物质的量之比等于体积之比，所以达到平衡时N2的体积分数为×100%＝20%，解得x＝0.3 mol，故平衡常数K＝＝7.5，NH3分解率为×100%＝75%。

答案：(1)放热量很大的反应

(2)90Co­Al

平衡转化率随温度升高而增大，此反应为吸热反应，温度升高，反应速率加快，转化率接近平衡转化率　e

(3)7.5　75%