高考化学一轮复习题组训练7.3化学平衡常数化学反应进行方向1含解析

化学平衡常数 化学反应进行方向

平衡常数的概念辨析

1.(2020·海淀区模拟)生产硫酸的主要反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH =-197 kJ·mol-1。图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法正确的是              (　　)

A.X代表压强

B.推断L2>L1

C.A、B两点对应的平衡常数相同

D.当SO2(g)和SO3(g)生成速率相等时,则反应达到平衡

【解析】选D。该反应的正反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,但图象中SO2的平衡转化率减小,所以X不能表示压强,只表示温度,A错误;L1、L2应为压强,压强越大,物质的转化率越大,则L2<L1,B错误;A、B点温度不同,平衡常数不同,C错误;当SO2(g)和SO3(g)生成速率相等时,正逆反应速率相等,为平衡状态,D正确。

2.(2020·济南模拟)已知,相关数据见下表:

根据以上信息判断,下列结论错误的是 (　　)

A.a>b

B.增大压强,平衡状态Ⅱ不移动

C.升高温度,平衡状态Ⅲ向正反应方向移动

D.反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应

【解析】选C。由Ⅰ+Ⅱ=Ⅲ,得K3=K1·K2,则a>2,b <1,a>b,A项正确;Ⅱ是等体积反应,增大压强,平衡不移动,B项正确;由a>2,b<1,可知随温度升高,K2、K3均减小,故反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应,D项正确;升温时反应Ⅱ、Ⅲ均向逆反应方向移动,C项不正确。

3.(2020·巢湖模拟)某温度下,在一个2 L的密闭容器中,加入4 mol A和2 mol B,发生反应3A(g)+2B(g)4C(s)+2D(g),反应一段时间后达到平衡状态,测得生成1.6 mol C。下列说法正确的是              (　　)

A.该反应的平衡常数表达式为K=

B.B的平衡转化率是40%

C.增大压强,化学平衡常数增大

D.增加B的量,B的平衡转化率增大

【解析】选B。化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体,而物质C是固体,A项错误;根据化学方程式可知,平衡时B减少的物质的量=1.6 mol×0.5=0.8 mol,故B的平衡转化率为40%,B项正确;化学平衡常数只与温度有关,增大压强化学平衡常数不变,C项错误;增加B的量,平衡向正反应方向移动,但B的增加量比平衡的移动量幅度大,故A的转化率增大,而B的转化率减小,D项错误。

4.(2020·海淀区模拟)三氯氢硅(SiHCl3)是光伏产业的一种关键化学原料,制备反应的方程式为Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g),同时还有其他副反应发生。当反应体系的压强为0.05 MPa时,分别改变进料比[n(HCl)∶n(Si)]和反应温度,二者对SiHCl3产率影响如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.降低压强有利于提高SiHCl3的产率

B.制备SiHCl3的反应为放热反应

C.温度为450 K,平衡常数:K(x)>K(y)>K(z)

D.增加HCl的用量,SiHCl3的产率一定会增加

【解析】选B。降低压强平衡向气体体积增大的方向移动,即对应此反应降低压强平衡逆向移动, SiHCl3的产率会降低,故A错误;由图可知温度升高SiHCl3产率减小,所以逆反应是吸热反应,正反应是放热反应,故B正确;平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数是一个定值,则温度为450 K,平衡常数:K(x)=K(y)=

K(z),故C错误;如图所示,当n(HCl)∶n(Si)的进料比由1∶1增大到3∶1时,SiHCl3的产率是增加的,当增大到6∶1时,SiHCl3的产率反而减小,故D错误。

【归纳提升】

ΔH的表达式与K的计算式间的关系

若反应中存在ΔH3=ΔH1+ΔH2,则K3=K1·K2;若反应中存在ΔH3=ΔH1-ΔH2,则K3=K1/K2。因此,一般地,ΔH3=aΔH1+bΔH2,则K3=×;ΔH3=aΔH1-bΔH2,则K3=。

化学平衡常数的应用

5.(2020·漳州模拟)化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志,在常温下,下列反应的平衡常数的数值如下:

2NO(g)N2(g)+O2(g)　K1=1×1030

2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　K2=2×1081

2CO2(g)2CO(g)+O2(g)　K3=4×10-92。

以下说法正确的是 (　　)

A.常温下,NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1=c(N2)·c(O2)

B.常温下,水分解产生O2,此时平衡常数的数值约为5×10-80

C.常温下,NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2

D.以上说法都不正确

【解析】选C。K1的表达式应为K1=,A错误;常温下,水分解产生O2,是H2和O2化合生成H2O的逆反应,因此其平衡常数的数值应为K2的倒数,数值为5×10-82,B错误;由于三个反应都处在常温下,根据K值的大小可以得出三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2,C正确,故D错误。

6.(改编)某温度下反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=57.0,现向此温度下的真空容器中充入0.2 mol·L-1 H2(g)、0.5 mol·L-1 I2(g)及0.3 mol·L-1 HI(g),则下列说法中正确的是              (　　)

A.反应正好达到平衡

B.反应向左进行

C.反应向某方向进行一段时间后K<57.0

D.反应向某方向进行一段时间后c(H2)<0.2 mol·L-1

【解析】选D。此时的浓度商为Qc===0.9<K,故平衡右移。

7.(2020·成都模拟)在300 mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),已知该反应平衡常数与温度的关系如下表:

下列说法不正确的是 (　　)

A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应

B.25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5

C.80 ℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3 mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L-1

D.80 ℃时,测得某时刻,Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)

【解析】选D。随着温度的升高,平衡常数逐渐减小,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,因此正反应是放热反应,A项正确;逆反应的平衡常数是正反应的倒数,B正确;选项C中,根据80 ℃时平衡常数的表达式可知,Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L-1,C正确;如果80 ℃时,测得某时刻,Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时=8>2,反应向逆反应方向进行,则此时v(正)<v(逆),D项错误。

8.(2020·丰台区模拟)在一定体积的密闭容器中,进行化学反应CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如表:

回答下列问题: 

(1)该反应的化学平衡常数表达式K=____________。 

(2)该反应为____________(填“吸热”或“放热”)反应。 

(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为___________________________。 

(4)若830 ℃时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K____________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。 

(5)830 ℃时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的容积,平衡___________________________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。 

(6)若1 200 ℃时,在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1,则此时上述反应____________________________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“达到平衡”)。 

【解析】(1)根据化学方程式可写出K=。

(2)分析表中数据可知,随着温度的升高,K值逐渐增大,说明正反应是吸热反应。

(3)某温度下,由3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O)得出=0.6=K,查表知K=0.6时对应温度是700 ℃。

(4)只要温度不变,K值就不变。

(5)830 ℃时达到平衡,扩大容器容积,由于反应前后气体的物质的量不变,则平衡不移动。

(6)该条件下Qc==4>K=2.6,故反应向逆反应方向进行。

答案:(1)　(2)吸热　(3)700 ℃

(4)等于　(5)不　(6)向逆反应方向进行

【归纳提升】

应用化学平衡常数时应注意的四个问题

(1)化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。

(2)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。

(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,其浓度可看作一个常数,而不计入平衡常数表达式中。

(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改变;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。

【加固训练】

　　1.(2020·中山模拟)反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1;反应HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数为K2,则K1、K2的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)              (　　)

A.K1=2K2　　　　　 B.K1=

C.K1=    D.K1=

【解析】选C。由反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1,则相同温度下,反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数为,故反应HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2=,故K1=。

2.(2020·铜仁模拟)利用醋酸二氨合铜[Cu(NH3)2Ac]溶液吸收CO,能达到保护环境和能源再利用的目的,反应的化学方程式为Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO。已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示:

下列说法正确的是 (　　)

A.上述正反应为吸热反应

B.15 ℃时,反应[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac+CO+NH3的平衡常数为2×10-5

C.保持其他条件不变,减小压强,CO的转化率升高

D.醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对CO的吸收多少没有影响

【解析】选B。根据提供的数据,温度降低,平衡常数增大,说明降低温度,平衡向正反应方向移动,则正反应为放热反应,A项错误;[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac +CO+NH3为Cu(NH3)2Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO的逆反应,两反应的平衡常数互为倒数,则[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac+CO+NH3在15 ℃时的平衡常数K==2×10-5,B项正确;减小压强,平衡逆向移动,CO的转化率降低,C项错误;增大醋酸二氨合铜溶液的浓度,平衡向正反应方向移动,有利于CO的吸收,D项错误。

3.(2019·黄冈高三模拟)雾霾中含有多种污染物,其中有氮氧化物(NOx)、CO、SO2等,给人类健康带来了严重影响,化学在解决雾霾污染中发挥了重要作用。

(1)氮硫的氧化物间存在如下转化SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g);实验测得平衡常数与温度的关系如图所示。回答下列问题:

①该反应正反应的活化能____________(填“>”或“<”)逆反应的活化能。 

②反应速率v=v正-v逆=k正·-k逆·xNO,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,T1℃时,k正____________k逆(填“>”“<”或“=”)。 

③T1 ℃时,在体积为2 L的容器中加入1 mol SO2(g)、1 mol NO2(g),5 min时测得=0.2,此时平衡向____________(填“正”或“逆”)反应方向移动, =____________(保留2位小数)。 

(2)已知:2NO(g)N2(g)+O2(g)　

ΔH=-180.6 kJ·mol-1,在某表面催化剂的作用下,NO可以分解生成N2、O2,其反应机理可简化为

第一步:2NO →N2O2　　　快

第二步:N2O2 →N2+O2 慢

下列表述正确的是____________(填标号)。 

A.所有化合反应都是放热反应

B.N2O2是该反应的中间产物

C.加入合适的催化剂可以减小反应热ΔH,加快反应速率

D.第一步的活化能比第二步低

【解析】(1)①K正随温度的增加而减小,K逆随温度的增加而增大,则说明该反应正反应为放热反应,ΔH<0,则正反应的活化能<逆反应的活化能;

②SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)是气体分子数不变的反应,化学平衡常数K正==,T1 ℃时K正=K逆=1,平衡时v正=v逆,所以K正=K逆;

③T1 ℃时,K=1,在体积为2 L的容器中加入1 mol SO2(g)、1 mol NO2(g),5 min时测得=0.2,则

             　   SO2(g)+ NO2(g)SO3(g)+NO (g)

起始(mol·L-1)    0.5   0.5     0     0

转化(mol·L-1)    x      x     x     x

5min时(mol·L-1) 0.5-x   0.5-x  x     x

此时=0.2,

则=0.2,解得x=0.2,

则浓度商Qc==<1,

则平衡向正方向移动,

v正=k正·,

v逆=k逆·xNO,

则====2.25。

(2)不是所有的化合反应都是放热反应,如C和CO2化合生成CO的反应为吸热反应,A项错误;反应生成后又被消耗的物质属于中间产物,N2O2是该反应的中间产物,B项正确;加入合适的催化剂可以加快化学反应速率,但不能改变反应热,C项错误;第一步反应为快反应,第二步的反应为慢反应,快反应的活化能较低,D项正确。

答案:(1)<　=　正　2.25　(2)BD