高中专题2 化学反应速率与化学平衡第二单元 化学反应的方向与限度第3课时课时练习

第3课时　化学平衡常数

基础巩固

1.下列说法正确的是(　　)。

A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数表达式相同

B.改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K

C.平衡常数K既与温度、反应物本身的性质有关,也与反应物浓度、压强有关

D.从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度

答案:D

解析:平衡常数只受温度的影响,与浓度、压强无关,不同温度下,化学平衡常数不同。化学方程式中各物质的化学计量数不同,化学平衡常数表达式也不同,故A、B、C项错误;平衡常数K越大,反应正向进行的程度越大,故由平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度,D项正确。

2.对于3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),反应的化学平衡常数的表达式为(　　)。

A.K=

B.K=

C.K=

D.K=

答案:C

解析:平衡常数是生成物浓度的化学计量数次幂之积与反应物浓度的化学计量数次幂之积的比值,但固体浓度视为常数,不写入平衡常数表达式中。

3.在一定条件下,已达平衡的可逆反应:2A(g)+B(g)2C(g),下列说法中正确的是(　　)。

A.平衡时,此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系:K=

B.改变条件后,该反应的平衡常数K一定不变

C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数随之变化

D.若平衡时增加A和B的浓度,则平衡常数会减小

答案:A

解析:对于确定的反应,K只与温度有关,改变除温度之外的条件都不会引起K的改变。

4.将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中,在一定条件下反应达到平衡:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L-1。则此条件下的平衡常数K为(　　)。

A.4 B.0.25

C.0.4 D.0.2

答案:A

解析:　　　　         2SO2(g)     +      O2(g)             2SO3(g)

 1 0.5 0

 0.5 0.25 0.5

 0.5 0.25 0.5

K==4。

5.将2 mol X和2 mol Y充入2 L密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g)+aQ(g),达到平衡时生成0.8 mol Z,测得Q的浓度为0.4 mol·L-1,下列叙述错误的是(　　)。

A.a的值为2

B.平衡时X的浓度为0.2 mol·L-1

C.平衡时Y的转化率为60%

D.平衡时Z的体积百分含量为20%

答案:B

解析:由题意知生成Q的物质的量为0.8mol,与生成Z的物质的量相等。由物质的量的转化量之比等于化学计量数之比,可得a=2,A项正确;达到平衡时,X反应了0.4mol,Y反应了1.2mol,平衡时X的物质的量为1.6mol,Y的物质的量为0.8mol,则平衡时X的浓度为0.8mol·L-1,Y的转化率为60%,B项错误,C项正确。平衡时气体的总物质的量为4mol,所以平衡时Z的体积百分含量为20%,D项正确。

6.一定条件下,将一定量的A、B的混合气体充入密闭容器中发生下列反应:2A(g)+2B(g)C(g)+D(g)

ΔH>0。当由M平衡到N平衡过程中,温度与对应变化及M、N平衡混合气中某些气体的物质的量如图所示。则平衡M到平衡N过程中B的转化率是(　　)。

A.24% B.30%

C.60% D.48%

答案:A

解析:由图像知Δn(A)=Δn(B)=1.5mol-0.3mol=1.2mol,所以Δn(B)=1.2mol,α(B)=×100%=×100%=24%,A项正确。

7.25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示:

下列说法错误的是(　　)。

A.反应达到平衡时,X的转化率为50%

B.该反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g),其平衡常数为1 600

C.增大压强,平衡常数增大

D.改变温度可以改变该反应的平衡常数

答案:C

解析:X的浓度变化了0.05mol·L-1,所以达到化学平衡时,X的转化率为0.05mol·L-1÷0.1mol·L-1×100%=50%,A项正确。Y的浓度变化了0.15mol·L-1,Z的浓度变化了0.1mol·L-1,故该反应的化学方程式为X(g)+3Y(g)2Z(g),其平衡常数K==1600,B项正确。对于一个确定的可逆反应,平衡常数与浓度、压强无关,只与温度有关,C项错误,D项正确。

8.已知某温度下可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g)　ΔH>0,请回答下列问题:

(1)该温度下,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=　。 

(3)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　　　　　　　　　。 

答案:(1)25%

(2)6

(3)41.4%

解析:　　(1)            M(g)         +            N(g)               P(g)      +            Q(g)　ΔH>0

 1 2.4 0 0

 0.6 0.6 0.6 0.6

 0.4 1.8 0.6 0.6

所以:α(N)=×100%=25%,K==0.5。

(2)　　M(g)              +      N(g)                P(g)            +         Q(g)　ΔH>0

 4 a 0 0

 2 a-2 2 2

由K==0.5,解得a=6。

(3)设M的转化率为x,则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为:

c(M)=b(1-x)mol·L-1,c(N)=b(1-x)mol·L-1,c(P)=bxmol·L-1,c(Q)=bxmol·L-1,

由K==0.5,解得x=41.4%。

能力提升

1.电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料。已知2 000 ℃时,电石的生产原理如下:

①CaO(s)+C(s)Ca(g)+CO(g)　ΔH1=a kJ·mol-1

平衡常数K1

②Ca(g)+2C(s)CaC2(s)　ΔH2=b kJ·mol-1　平衡常数K2

以下说法不正确的是(　　)。

A.反应①K1=c(Ca)·c(CO)

B.反应Ca(g)+C(s)CaC2(s)　平衡常数K=

C.2 000 ℃时增大压强,K1减小、K2增大

D.反应2CaO(s)+CaC2(s)3Ca(g)+2CO(g)

ΔH=(2a-b) kJ·mol-1

答案:C

解析:平衡常数只随温度改变而改变,则2000℃时增大压强,平衡常数不变,C项错误;根据盖斯定律①×2-②,可得热化学方程式为2CaO(s)+CaC2(s)3Ca(g)+2CO(g)　ΔH=(2a-b)kJ·mol-1,D项正确。

2.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准。在一定温度下,下列反应的化学平衡常数数值如下:

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

B.该温度下,水分解产生O2,此反应的平衡常数的数值约为5×10-80

C.该温度下,NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2

D.以上说法都不正确

答案:C

解析:由化学平衡常数的定义可知K1=,A项错误;该温度下,水分解反应的平衡常数为=5×10-82,B项错误;该温度下,NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的化学平衡常数数值分别为1×1030、5×10-82、4×10-92,所以产生O2的倾向:NO>H2O>CO2,C项正确,D项错误。

3.将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)nC(g)+2D(g),5 s后反应达到平衡状态,生成2 mol D和2 mol C,则下列结论中不正确的是              (　　)。

A.该温度下反应的化学平衡常数为

B.n=2

C.平衡时B的浓度为1 mol·L-1

D.平衡时B的转化率为50%

答案:D

解析:生成C、D的物质的量相等,则C、D的化学计量数也相等,故n=2,设转化的B的物质的量为xmol,则有:

                                   3A(g)         +          B(g)           2C(g)          +         2D(g)

初始/mol 6 5 0 0

转化/mol 3x x 2x 2x

平衡/mol 6-3x 5-x 2x 2x

根据题意得2x=2,x=1。平衡时B的浓度c(B)==1mol·L-1,转化率α(B)=×100%=20%。K=。

4.在一定温度下,将2 mol A和2 mol B两种气体混合放入容积为2 L的密闭刚性容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)　ΔH<0,2 min末反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测得C的浓度为0.4 mol·L-1。请回答下列问题:

(1)x的值为　　　　。 

(2)A的转化率为α(A)=　　　　。 

(3)此温度下该反应的平衡常数K=　　　　。 

答案:(1)2　(2)60%　(3)0.5

解析:(1)平衡时C的浓度为0.4mol·L-1,则n(C)=0.4mol·L-1×2L=0.8mol,反应生成的C、D的物质的量之比等于化学计量数之比,所以0.8mol∶0.8mol=x∶2,解得x=2。

(2)平衡时n(D)=0.8mol,由反应方程式可知参加反应的n(A)=n(D)=×0.8mol=1.2mol,故A的转化率为×100%=60%。

(3)根据三段式计算平衡时各组分的浓度为:

　　　3A(g)           +       B(g)                2C(g)        +          2D(g)

 1 1 0 0

 0.6 0.2 0.4 0.4

 0.4 0.8 0.4 0.4

故平衡常数K==0.5。

5.已知反应2A(g)+B(g)3C(g),起始时按5∶2的体积比将A、B两种气体混合后充入一恒容密闭容器中,在恒定温度下使其反应,达到化学平衡状态时混合气体中C的体积分数为60%。请回答下列问题:

(1)A、B的转化率分别为αA=　　　　,αB=　　　　。 

(2)平衡时混合气体的平均相对分子质量为(设A的相对分子质量为WA,B的相对分子质量为WB)　　　　　　　　。 

(3)平衡时容器内的压强与起始时相比,压强　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 

答案:(1)56%　70%

(2)

(3)不变

解析:(1)假设反应开始时,B气体的充入量为2mol,达到化学平衡状态时,B的变化量为xmol,则

　　　　2A(g)　+  　B(g)                  3C(g)

起始量/mol 5 2 0

变化量/mol 2x x 3x

平衡量/mol 5-2x 2-x 3x

由题意可知,×100%=60%,解得x=1.4,αA=×100%=56%,αB=×100%=70%。(2)该反应为反应前后气体分子数不变的反应,平衡时混合气体的平均相对分子质量即为A、B两种气体混合时的平均相对分子质量。(3)反应前后气体的总物质的量不变,在恒温恒容条件下,容器内的压强始终不变。

6.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一,尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO,在1 L恒容密闭容器中加入0.100 mol NO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表:

根据上表数据,写出容器中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp=　　　　　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。 

答案:C+2NON2+CO2　

解析:1L恒容密闭容器中加入0.100molNO和2.030mol固体活性炭,生成A、B两种气体,从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出:Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)=1∶2∶1∶1,可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2,反应的化学方程式为C+2NON2+CO2。该反应的平衡常数Kp=,容器的容积为1L,平衡分压之比等于平衡浓度之比,代入表中数据计算得Kp=。

7.在某温度下充入一定量的N2和H2,发生合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应达到平衡时,各物质的物质的量浓度是c(N2)=3 mol·L-1,c(H2)=9 mol·L-1,c(NH3)=4 mol·L-1,则:

(1)该温度时的平衡常数为　　　　　　　。 

(2)起始浓度c(N2)=　　　　　　　。 

(3)H2的转化率为　　　　　　　。 

答案:(1)7.32×10-3

(2)5 mol·L-1

(3)40%

解析:　　　              N2           +            3H2           2NH3

c(起始)/(mol·L-1) a b 0

c(平衡)/(mol·L-1) 3 9 4

(1)K==7.32×10-3。(2)N2的消耗浓度为2mol·L-1,则其起始浓度为a=5mol·L-1。(3)H2的消耗浓度为6mol·L-1,则α(H2)=×100%=40%。