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3含解析

化学平衡常数 化学反应进行方向

 平衡常数的计算

1.(2020·天津高三模拟)T2 ℃时,将1 mol X和2 mol Y投入2 L的密闭容器中,发生反应:X(g)+2Y(g)3Z(g)　ΔH,测得X、Y的量随时间变化如下表,平衡时物质X的体积分数为φ,该反应的平衡常数(K)随温度的变化如图,则下列判断正确的是              (　　)

A.前5 min用Z表示的平均反应速率为1.2 mol·L-1·min-1

B.T2 ℃时,对于反应X(g)+Y(g)Z(g)　ΔH′,2ΔH′=ΔH

C.T2 ℃时,若以1 mol X、2 mol Y和1 mol Z充入上述容器中,达到平衡时X的体积分数比φ大

D.该反应的正反应是吸热反应,且T1<T2

【解析】选B。前5分钟消耗X的物质的量为0.5 mol,由方程式可知生成Z

1.5 mol,则用Z表示反应速率为0.15 mol·L-1·min-1,故A错误;反应热与化学计量数呈正比,则T2 ℃时,对于反应X(g)+Y(g)Z(g)　ΔH′,则2ΔH′=ΔH,故B正确;反应前后体积不变,若以1 mol X、2 mol Y和1 mol Z充入上述容器中,等效于加入 mol X和 mol Y,体积比为1∶2,与原平衡等效,X的转化率不变,故C错误;由图可知,随着温度升高,平衡常数减小,说明升温平衡向逆向移动,则正反应为放热反应,由表中数据可知,5分钟达到平衡,平衡时X为0.5 mol,则

　　　　　　X(g)+2Y(g)3Z(g)

开始/mol    1    2     0

改变/mol   0.5    1   1.5

平衡/mol   0.5   1   1.5

由于反应前后气体的体积不变,用物质的量代替浓度计算平衡常数,故有K==6.75,大于温度T1时的平衡常数4,故温度T1>T2,故D错误。

【加固训练】

　　(2019·沧州模拟)300 ℃时,将气体X和气体Y各0.16 mol 充入10 L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)　ΔH<0,一段时间后反应达到平衡。反应过程中测定的数据如下表:

下列说法正确的是 (　　)

A.前2 min的平均反应速率v(X)=2.0×10-2 mol·L-1 ·min-1

B.其他条件不变,再充入0.1 mol X和0.1 mol Y,再次平衡时Y的转化率不变

C.当v逆(Y)=2v正(Z)时,说明反应达到平衡

D.该反应在250 ℃时的平衡常数小于1.44

【解析】选B。A.前2 min的平均反应速率v(X)=v(Y)= mol·L-1 ·min-1=2.0

×10-3 mol·L-1 ·min-1,故A错误;B.其他条件不变,再充入0.1 mol X和0.1 mol Y,相当于加压,加压平衡不移动,再次平衡时Y的转化率不变,故B正确;C.当v逆(Y)=2v正(Z)时,反应未达到平衡,故C错误;D.该反应在300 ℃时,平衡常数为1.44,降温平衡右移,250 ℃时的平衡常数大于1.44,故D错误。

2.(2020·无锡模拟)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点的值为0.15

B.该反应的平衡常数K=0.03

C.温度升高,平衡常数K值减小

D.平衡时A2的转化率为62.5%

【解析】选B。A项,Δc(AB)=0.5 mol·L-1,Δc(A2)=(0.4-a) mol·L-1,由化学方程式可知,0.5∶(0.4-a)=2∶1,a=0.15,正确;B项,当Δc(AB)=0.5 mol·L-1时,Δc(B2)=0.25 mol·L-1,平衡时c(B2)=(0.3-0.25)mol·L-1=0.05 mol·L-1,K= =,错误;C项,ΔH<0,反应为放热反应,升高温度,K减小,正确;D项,Δc(AB)=0.5 mol·L-1时,Δc(A2)=0.25 mol·L-1,α(A2)=×100%=62.5%,正确。

3.(2020·吉安模拟)某温度下在2 L密闭容器中加入一定量A,发生以下化学反应:2A(g)B(g)+C(g)　ΔH=-48.25 kJ·mol-1,反应过程中B、A的浓度比与时间t有如图所示关系,若测得第15 min时c(B)=1.6 mol·L-1,下列结论正确的是

(　　)

A.该温度下此反应的平衡常数为3.2

B.A的初始物质的量为4 mol

C.反应到达平衡时,放出的热量是193 kJ

D.反应达平衡时,A的转化率为80%

【解析】选D。根据c(B)=1.6 mol·L-1,n(B)=3.2 mol,看图可推知n(A)=1.6 mol,根据三步法计算可知

　　　　　2A(g)B(g)+C(g)

开始/mol   x   0   0

变化/mol 6.4 3.2 3.2

平衡/mol 1.6 3.2 3.2

可以计算出x=8 mol,B错误;K==4,A错误;A的转化率为×100%= 80%,D正确;到达平衡时生成B为3.2 mol,放出的热量是3.2 mol×

48.25 kJ·mol-1=154.4 kJ,C错误。

4.(2019·全国卷Ⅲ节选)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:

Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) ∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:

可知反应平衡常数K(300 ℃)____________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K

(400 ℃)=____________(列出计算式)。 

【解析】根据题中示意图可以看出随着温度的升高,HCl的转化率降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,所以温度越高,反应进行的程度越小,K值越小,即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。相同条件下进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越大,HCl的转化率越低;进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越小,HCl的转化率越高。即三条曲线中,最上面一条是c(HCl)∶c(O2)=1∶1的变化曲线。将400 ℃时的数据代入可得: K=。

答案:大于　

【归纳提升】

有关化学平衡计算的三点注意事项

(1)注意反应物和生成物的浓度关系:反应物:c(平)=c(始)-c(变);生成物:c(平) =c(始)+c(变)。

(2)利用=和=计算时要注意m总应为气体的质量,V应为反应容器的体积,n总应为气体的物质的量。

(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数之比,但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比,这是计算的关键。

转化率的判断与计算

5.(改编)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浓度增加,表明该反应是吸热反应

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。A项,升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应吸热,正反应放热,错误;B项,通入CO气体瞬间正反应速率增大,达到最大值,向正反应方向建立新的平衡,正反应速率开始减小,错误;C项,设反应前H2S的物质的量为n mol,容器的容积为1 L,则

　　　　　　CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)　K=0.1

n(始)/mol 10    n      0    0

n(变)/mol 2    2      2    2

n(平)/mol 8    n-2   2     2

因为该反应是反应前后气体体积不变的反应,所以有K==0.1,解得n=7,正确;D项,根据上述数据计算可知CO的转化率为20%,错误。

6.(2020·成都模拟)在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g),所得实验数据如下表:             

下列说法正确的是 (　　)

A.实验①中,若5 min时测得n(M)=0.050 mol,则0至5 min时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2 mol·L-1·min-1

B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0

C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%

D.实验④中,达到平衡时,b>0.060

【解析】选C。该反应是气体分子数相等的反应,由实验①②数据知:温度升高,M的产率减小,所以该反应的正反应是放热反应。实验①中,0～5 min内,v(N)= v(M)==1×10-3 mol·L-1·min-1,A项错误;实验②中,达到平衡时,c(X) ==0.002 mol·L-1,c(Y)==0.032 mol·L-1,c(M)=c(N) ==0.008 mol·L-1,K==1,B项错误;实验③温度与实验②相同,所以平衡常数相同,K==1,解得a=0.12,所以反应转化的X也是

0.12 mol,X的平衡转化率为×100%=60%,C项正确;实验④中反应物起始浓度均为实验③的一半,两实验中反应物比值相等,因该反应是气体分子数不变的反应,所以若在恒温恒容条件下两实验所达平衡是等效的,即实验④若在800 ℃达平衡时,n(M)=0.06 mol,现在温度是900 ℃,升高温度,平衡逆向移动,故b<0.060,D项错误。

7.(2020·天水模拟)已知可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g)　ΔH>0。请回答下列问题:

(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-1;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为____________。 

(2)若反应温度升高,M的转化率____________(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4 mol·L-1,c(N)=a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,a=____________。 

(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为:c(M)=c(N)=b mol·L-1,达到平衡后,M的转化率为____________。 

【解析】(1)由化学方程式知反应消耗的N与M的物质的量相等,则N的转化率为×100%=25%。

(2)因为正反应是吸热反应,温度升高,平衡右移,所以M的转化率增大。

(3)反应温度不变,平衡常数不变,由(1)中数据

　　　　　　　　M(g)+  N(g)P(g)+Q(g)

起始/(mol·L-1)   1   2.4    0    0

变化/(mol·L-1) 0.6   0.6    0.6 0.6

平衡/(mol·L-1) 1-0.6  2.4-0.6 0.6 0.6

K===,

根据(3)中数据,

　　　　　　　　M(g)+N(g)P(g)+Q(g)

起始/(mol·L-1)  4    a     0    0

变化/(mol·L-1)  2    2     2    2

平衡/(mol·L-1) 4-2 a-2  2    2

则K===,解得a=6。

(4)同(3)的方法,解得M的转化率为41%。

答案:(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41%

【归纳提升】

平衡转化率的分析与判断方法

(1)反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的转化率分析

①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。

②若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率提高,A的转化率降低。

③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器体积,气体反应物的转化率与化学计量数有关。同倍增大c(A)和c(B)

(2)反应mA(g)nB(g)+qC(g)的转化率分析在T、V不变时,增加A的量,等效于压缩容器体积,A的转化率与化学计量数有关。

增大c(A)

【加固训练】

1.(2020·太原模拟)在1.0 L密闭容器中充入0.10 mol A(g),一定温度下发生反应A(g)B(g)+C(g)　ΔH<0,反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的关系如图所示。则下列分析正确的是              (　　)

A.t2时反应达到平衡,且t2=2t1

B.该温度下此反应的平衡常数K=0.32

C.欲提高平衡体系中B的含量,可采取加入气体A或降低体系温度等措施

D.若平衡时再充入0.1 mol A,则A的转化率增大

【解析】选B。由图可知,O～t1与t1～t2时间段,反应体系总压强均增大0.2 kPa,即消耗等量的A,随着反应的进行,平均反应速率降低,故t2>2t1,A项错误;由阿伏加德罗定律的推论可知,=,解得n=0.18,设反应达到平衡时A变化的物质的量为x mol,根据“三段式”可得:

　　　　　　A(g)B(g)+C(g)

起始量(mol) 0.1   0  0

变化量(mol) x      x  x

平衡量(mol) 0.1-x   x  x

故(0.1-x)+x+x=0.18,解得x=0.08,则平衡时c(A)=0.02 mol·L-1,c(B)=

0.08 mol·L-1,c(C)=0.08 mol·L-1,则K==0.32,B项正确;因反应是放热反应,且反应前后气体分子数增大,故要增大平衡体系中B的含量,可以采用降低温度、减小压强、减少C的量等方法,C项错误;再充入0.1 mol A,平衡正向移动,但A的转化率减小,D项错误。

2.(2020·宜春模拟)N2O5是一种新型硝化剂,一定温度下发生2N2O5(g)4NO2(g)

+O2(g)　ΔH>0,T1温度下的部分实验数据如表,则下列说法错误的是 (　　)

A.500 s内N2O5的分解速率为2.96×10-3 mol·L-1·s-1

B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1 000 s时转化率为50%

C.其他条件不变时,T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol·L-1,则T1<T2

D.T1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则K1>K2

【解析】选C。

　　　　　　2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)

    5.00      0   0

    1.48    2.96  0.74

   3.52

500 s内N2O5的分解速率为=2.96×10-3 mol·L-1·s-1,A项正确;T1温度下1 000 s时:

　　　　　　2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)

    5.00     0      0

    2.50    5.00   1.25

    2.50    5.00   1.25

则转化率为50%,K1==125,B项正确;因正反应方向为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,且能较快达到平衡,其他条件不变时,T2温度下反应到

1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol·L-1,比T1温度下浓度高,说明平衡向逆反应方向移动,则T2<T1,C项错误;升高温度平衡正向移动,K增大,D项正确。

3.(2020·资阳模拟)在2 L恒容密闭容器中充入A(g)和B(g),发生反应A(g)+B(g)2C(g)+D(s),所得实验数据如表:

下列说法不正确的是 (　　)

A.实验①中,若5 min时测得n(B)=0.050 mol,则0～5 min 时间内平均反应速率v(A)=0.015 mol·L-1·min-1

B.实验②中达到平衡后,增大压强,A的转化率不变,平衡常数不变

C.700 ℃时该反应的平衡常数K=4.0

D.实验③中,达到平衡时,a>0.10

【解析】选D。实验①中,若5 min时测得n(B)=0.050 mol,则0～5 min时间内消耗B 0.150 mol,平均反应速率v(A)=v(B)==0.015 mol·L-1·min-1,故A正确;该反应前后气体物质的量不变,实验②中达到平衡后,增大压强,平衡不移动,A的转化率不变,平衡常数不变,故B正确;700 ℃时各物质平衡浓度:c(A)=0.04 mol·L-1、c(B)=0.09 mol·L-1、c(C)=0.12 mol·L-1,该反应的平衡常数K==4.0,故C正确;实验①平衡时n(C)大于实验②平衡时n(C),表明升温平衡左移,平衡常数随温度升高而减小,实验③中,达到平衡时,若a>0.10,则c(A)<0.025 mol·L-1、c(B)<0.025 mol·L-1、c(C)>0.05 mol·L-1,该反应的平衡常数K>4.0,故D不正确。