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2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十六） 化学平衡状态 化学平衡常数 （含答案）
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这是一份2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（三十六） 化学平衡状态 化学平衡常数 （含答案），共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时跟踪检测（三十六） 化学平衡状态 化学平衡常数
一、选择题
1．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n mol H—H键断裂，同时有n mol O—H键形成
2．(2021·广东等级考)反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中
X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
3．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
C．A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10－2.294
D．30 ℃时，B点对应状态的v正
A．上述反应达到新平衡时x＝2a
B．达到新平衡时，ΔH为原来的2倍
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态
D．NH3的体积分数不变时表明达到平衡状态
5．电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料，主要用于产生乙炔。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下：
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
6．在2 L密闭容器中充入气体A和B，发生反应A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g) ΔH，所得实验数据如下表。下列说法不正确的是( )
实验
编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
A．ΔH<0
B．500 ℃该反应的平衡常数K＝0.32
C．③中达到平衡时，A的转化率大于20%
D．5 min末测得①中n(C)＝0.05 mol，则0到5 min内v(D)＝0.01 mol·L－1·min－1
7．(2023·南京模拟)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
8.(2021·湖南等级考改编)已知：A(g)＋2B(g)3C(g) ΔH＜0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)
9．在恒温条件下向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，发生如下两个反应：
①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g) ΔH1<0，K1
②2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2<0，K2
10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列说法正确的是( )
A．平衡时NO2的转化率为50%
B．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大
C．平衡后c(NO)＝2.5×10－2mol·L－1
D．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为K＝
二、非选择题
10．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝____(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH____(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正____(填“>”“＝”或“<”)v逆。
11．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为________________________________________________。
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________。
12．氨催化氧化时会发生如下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。
4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅰ
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅱ
为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的物质的量与温度的关系如图所示。
(1)该催化剂在低温时选择反应___(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)520 ℃时，4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝__________(不要求得出计算结果，只需列出数学计算式)。
(3)C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是________________________
________________________。
课时跟踪检测（三十六） 化学平衡状态 化学平衡常数
一、选择题
1．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n mol H—H键断裂，同时有n mol O—H键形成
解析：选A A项，是变量，当不变，可以说明反应已达平衡；B项，是不变量，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。
2．(2021·广东等级考)反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中
X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
解析：选D 由题图知，a起始浓度最大，在整个反应过程中浓度一直减小，所以a代表c(X)随t的变化曲线，A说法正确；t1时，三条曲线相交，三种物质的浓度相等，B说法正确；结合题给反应判断，先增加后减小的是c(Y)随t变化的曲线，一直增大的是c(Z)随t变化的曲线，t2时c(Y)在减小，说明Y的消耗速率大于生成速率，C说法正确；由题图知，t3后，只有Y和Z，X完全反应，结合反应①②可得出c(Z)＝2c0－2c(Y)，D说法错误。
3．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
C．A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10－2.294
D．30 ℃时，B点对应状态的v正
A．上述反应达到新平衡时x＝2a
B．达到新平衡时，ΔH为原来的2倍
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态
D．NH3的体积分数不变时表明达到平衡状态
解析：选A 当c(CO2)＝a mol·L－1时，c(NH3)＝2a mol·L－1，温度不变时平衡常数不变，该反应的平衡常数K＝c2(NH3)·c(CO2)，压缩容器容积至原来的一半，达到新平衡时各组分浓度与原平衡相同，即x＝2a，A正确；ΔH只与反应的始态和终态及方程式有关，与平衡移动无关，该反应的ΔH始终不变，B错误；反应物中没有气体，则混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能由此判断反应达到平衡状态，C错误；NH3与CO2的物质的量之比始终为2∶1，NH3的体积分数不变不能表明达到平衡，D错误。
5．电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料，主要用于产生乙炔。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下：
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
解析：选C 由反应①可知，K1＝c(Ca)·c(CO)，故A项正确；Ca(g)＋2C(s)CaC2(s)与Ca(g)＋C(s)CaC2(s)的化学计量数为倍数关系，而K为指数关系，则反应Ca(g)＋C(s)CaC2(s)平衡常数K＝，故B项正确；K与温度有关，则2 000 ℃时增大压强，K1、K2均不变，故C项错误；由盖斯定律可知①×2－②得到2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g)，其ΔH＝(2a－b)kJ·mol－1，故D项正确。
6．在2 L密闭容器中充入气体A和B，发生反应A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g) ΔH，所得实验数据如下表。下列说法不正确的是( )
实验
编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
A．ΔH<0
B．500 ℃该反应的平衡常数K＝0.32
C．③中达到平衡时，A的转化率大于20%
D．5 min末测得①中n(C)＝0.05 mol，则0到5 min内v(D)＝0.01 mol·L－1·min－1
解析：选B 由①②中数据可知，其他条件相同时，温度升高，达到平衡时C的物质的量减少，所以正反应是放热反应，即ΔH＜0，A正确；由②中数据可知达平衡时n(A)＝0.32 mol、n(B)＝0.02 mol、n(C)＝0.08 mol、n(D)＝0.16 mol，所以c(A)＝0.16 mol·L－1、c(B)＝0.01 mol·L－1、c(C)＝0.04 mol·L－1、c(D)＝0.08 mol·L－1，则化学平衡常数K＝＝0.16，B错误；②中达到平衡时，A的转化率为20%，而③中起始投入量是②的一半，③相对于②来说，相当于减压，由于正反应是气体分子数增大的反应，平衡正向移动，所以③中达到平衡时A的转化率比②中大，即大于20%，C正确；由于5 min末测得①中n(C)＝0.05 mol，所以n(D)＝0.1 mol，则v(D)＝＝0.01 mol·L－1·min－1，D正确。
7．(2023·南京模拟)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C 由平衡曲线可知，升温平衡逆向移动，ΔH<0，A正确；T2>T1，K2
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)
解析：选B 该反应是反应前后气体分子数不变的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量始终不变，总压强始终不变，A错误；t2时，设向容器中加入C，正反应速率逐渐增大，达到新的平衡后保持不变，变化情况与图像相符，B正确；t2时，设向容器中加入3 mol C，相当于加入1 mol A和2 mol B，则状态Ⅱ相当于起始投料为2 mol A和5 mol B，若是投料为2 mol A和6 mol B与状态Ⅰ等效，故状态Ⅱ相当于减少了B的投料，平衡逆向移动，A的体积分数变大，即φ(Ⅱ)＞φ(Ⅰ)，C错误；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，即K(Ⅱ)＝K(Ⅰ)，D错误。
9．在恒温条件下向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，发生如下两个反应：
①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g) ΔH1<0，K1
②2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2<0，K2
10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列说法正确的是( )
A．平衡时NO2的转化率为50%
B．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大
C．平衡后c(NO)＝2.5×10－2mol·L－1
D．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为K＝
解析：选A 10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%，则平衡时混合气体总物质的量为(0.2＋0.2＋0.1)mol×(1－20%)＝0.4 mol，10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1，则平衡时n(ClNO)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1×10 min×2 L＝0.15 mol，设①中反应的NO2为x mol，②中反应的Cl2为y mol，则：
2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)
起始/mol 0.2 0
转化/mol x 0.5x
平衡/mol 0.2－x 0.5x
2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)
起始/mol 0.2 0.1 0
转化/mol 2y y 2y
平衡/mol 0.2－2y 0.1－y 2y
则0.5x＋2y＝0.15，(0.2－x＋0.2－2y＋0.1－y)＋0.5x＋2y＝0.4，联立方程，解得x＝0.1、y＝0.05，故平衡时NO2的转化率为×100%＝50%，A正确；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，则其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，平衡常数K2不变，B错误；由分析可知，平衡后c(NO)＝＝＝0.05 mol·L－1，C错误；由盖斯定律可知，由①×2－②可得反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)，则其平衡常数K＝，D错误。
二、非选择题
10．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝____(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH____(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正____(填“>”“＝”或“<”)v逆。
解析：(1)反应③可通过反应①、②加和而得，故K3＝K1·K2。
(2)500 ℃时K3＝2.5×1.0＝2.5,800 ℃时K3＝0.15×2.50<2.5，故升温，K减小，平衡左移，ΔH<0。(3)Q＝≈0.88<2.5，反应向正向移动，v正>v逆。
答案：(1)K1·K2 (2)< (3)>
11．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为________________________________________________。
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，放出热量很大，故热力学趋势很大；
(2)由图可知，90 CoAl先达到平衡状态，所以90CoAl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)放出热量很大的反应
(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%
12．氨催化氧化时会发生如下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。
4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅰ
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅱ
为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的物质的量与温度的关系如图所示。
(1)该催化剂在低温时选择反应___(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)520 ℃时，4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝__________(不要求得出计算结果，只需列出数学计算式)。
(3)C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是________________________
________________________。
解析：(1)由图示可知低温时，容器中主要产物为N2，则该催化剂在低温时选择反应Ⅱ。
(2)两个反应同时进行
故520 ℃时4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝。(3)已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0，正反应是放热反应，当反应达到平衡后，温度升高，平衡向左移动，导致NO的物质的量逐渐减小，故C点比B点所产生的NO的物质的量少。
答案：(1)Ⅱ (2) (3)该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左移动
课时跟踪检测（三十六） 化学平衡状态 化学平衡常数
一、选择题
1．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n mol H—H键断裂，同时有n mol O—H键形成
2．(2021·广东等级考)反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中
X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
3．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
C．A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10－2.294
D．30 ℃时，B点对应状态的v正
A．上述反应达到新平衡时x＝2a
B．达到新平衡时，ΔH为原来的2倍
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态
D．NH3的体积分数不变时表明达到平衡状态
5．电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料，主要用于产生乙炔。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下：
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
6．在2 L密闭容器中充入气体A和B，发生反应A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g) ΔH，所得实验数据如下表。下列说法不正确的是( )
实验
编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
A．ΔH<0
B．500 ℃该反应的平衡常数K＝0.32
C．③中达到平衡时，A的转化率大于20%
D．5 min末测得①中n(C)＝0.05 mol，则0到5 min内v(D)＝0.01 mol·L－1·min－1
7．(2023·南京模拟)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
8.(2021·湖南等级考改编)已知：A(g)＋2B(g)3C(g) ΔH＜0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)
9．在恒温条件下向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，发生如下两个反应：
①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g) ΔH1<0，K1
②2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2<0，K2
10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列说法正确的是( )
A．平衡时NO2的转化率为50%
B．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大
C．平衡后c(NO)＝2.5×10－2mol·L－1
D．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为K＝
二、非选择题
10．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝____(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH____(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正____(填“>”“＝”或“<”)v逆。
11．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为________________________________________________。
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________。
12．氨催化氧化时会发生如下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。
4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅰ
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅱ
为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的物质的量与温度的关系如图所示。
(1)该催化剂在低温时选择反应___(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)520 ℃时，4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝__________(不要求得出计算结果，只需列出数学计算式)。
(3)C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是________________________
________________________。
课时跟踪检测（三十六） 化学平衡状态 化学平衡常数
一、选择题
1．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n mol H—H键断裂，同时有n mol O—H键形成
解析：选A A项，是变量，当不变，可以说明反应已达平衡；B项，是不变量，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。
2．(2021·广东等级考)反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中
X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
解析：选D 由题图知，a起始浓度最大，在整个反应过程中浓度一直减小，所以a代表c(X)随t的变化曲线，A说法正确；t1时，三条曲线相交，三种物质的浓度相等，B说法正确；结合题给反应判断，先增加后减小的是c(Y)随t变化的曲线，一直增大的是c(Z)随t变化的曲线，t2时c(Y)在减小，说明Y的消耗速率大于生成速率，C说法正确；由题图知，t3后，只有Y和Z，X完全反应，结合反应①②可得出c(Z)＝2c0－2c(Y)，D说法错误。
3．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态
C．A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10－2.294
D．30 ℃时，B点对应状态的v正
A．上述反应达到新平衡时x＝2a
B．达到新平衡时，ΔH为原来的2倍
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态
D．NH3的体积分数不变时表明达到平衡状态
解析：选A 当c(CO2)＝a mol·L－1时，c(NH3)＝2a mol·L－1，温度不变时平衡常数不变，该反应的平衡常数K＝c2(NH3)·c(CO2)，压缩容器容积至原来的一半，达到新平衡时各组分浓度与原平衡相同，即x＝2a，A正确；ΔH只与反应的始态和终态及方程式有关，与平衡移动无关，该反应的ΔH始终不变，B错误；反应物中没有气体，则混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能由此判断反应达到平衡状态，C错误；NH3与CO2的物质的量之比始终为2∶1，NH3的体积分数不变不能表明达到平衡，D错误。
5．电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料，主要用于产生乙炔。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下：
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
解析：选C 由反应①可知，K1＝c(Ca)·c(CO)，故A项正确；Ca(g)＋2C(s)CaC2(s)与Ca(g)＋C(s)CaC2(s)的化学计量数为倍数关系，而K为指数关系，则反应Ca(g)＋C(s)CaC2(s)平衡常数K＝，故B项正确；K与温度有关，则2 000 ℃时增大压强，K1、K2均不变，故C项错误；由盖斯定律可知①×2－②得到2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g)，其ΔH＝(2a－b)kJ·mol－1，故D项正确。
6．在2 L密闭容器中充入气体A和B，发生反应A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g) ΔH，所得实验数据如下表。下列说法不正确的是( )
实验
编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(A)
n(B)
n(C)
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
A．ΔH<0
B．500 ℃该反应的平衡常数K＝0.32
C．③中达到平衡时，A的转化率大于20%
D．5 min末测得①中n(C)＝0.05 mol，则0到5 min内v(D)＝0.01 mol·L－1·min－1
解析：选B 由①②中数据可知，其他条件相同时，温度升高，达到平衡时C的物质的量减少，所以正反应是放热反应，即ΔH＜0，A正确；由②中数据可知达平衡时n(A)＝0.32 mol、n(B)＝0.02 mol、n(C)＝0.08 mol、n(D)＝0.16 mol，所以c(A)＝0.16 mol·L－1、c(B)＝0.01 mol·L－1、c(C)＝0.04 mol·L－1、c(D)＝0.08 mol·L－1，则化学平衡常数K＝＝0.16，B错误；②中达到平衡时，A的转化率为20%，而③中起始投入量是②的一半，③相对于②来说，相当于减压，由于正反应是气体分子数增大的反应，平衡正向移动，所以③中达到平衡时A的转化率比②中大，即大于20%，C正确；由于5 min末测得①中n(C)＝0.05 mol，所以n(D)＝0.1 mol，则v(D)＝＝0.01 mol·L－1·min－1，D正确。
7．(2023·南京模拟)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C 由平衡曲线可知，升温平衡逆向移动，ΔH<0，A正确；T2>T1，K2
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)＜K(Ⅰ)
解析：选B 该反应是反应前后气体分子数不变的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量始终不变，总压强始终不变，A错误；t2时，设向容器中加入C，正反应速率逐渐增大，达到新的平衡后保持不变，变化情况与图像相符，B正确；t2时，设向容器中加入3 mol C，相当于加入1 mol A和2 mol B，则状态Ⅱ相当于起始投料为2 mol A和5 mol B，若是投料为2 mol A和6 mol B与状态Ⅰ等效，故状态Ⅱ相当于减少了B的投料，平衡逆向移动，A的体积分数变大，即φ(Ⅱ)＞φ(Ⅰ)，C错误；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，即K(Ⅱ)＝K(Ⅰ)，D错误。
9．在恒温条件下向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，发生如下两个反应：
①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g) ΔH1<0，K1
②2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2<0，K2
10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列说法正确的是( )
A．平衡时NO2的转化率为50%
B．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大
C．平衡后c(NO)＝2.5×10－2mol·L－1
D．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为K＝
解析：选A 10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%，则平衡时混合气体总物质的量为(0.2＋0.2＋0.1)mol×(1－20%)＝0.4 mol，10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1，则平衡时n(ClNO)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1×10 min×2 L＝0.15 mol，设①中反应的NO2为x mol，②中反应的Cl2为y mol，则：
2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)
起始/mol 0.2 0
转化/mol x 0.5x
平衡/mol 0.2－x 0.5x
2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)
起始/mol 0.2 0.1 0
转化/mol 2y y 2y
平衡/mol 0.2－2y 0.1－y 2y
则0.5x＋2y＝0.15，(0.2－x＋0.2－2y＋0.1－y)＋0.5x＋2y＝0.4，联立方程，解得x＝0.1、y＝0.05，故平衡时NO2的转化率为×100%＝50%，A正确；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，则其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，平衡常数K2不变，B错误；由分析可知，平衡后c(NO)＝＝＝0.05 mol·L－1，C错误；由盖斯定律可知，由①×2－②可得反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)，则其平衡常数K＝，D错误。
二、非选择题
10．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝____(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH____(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正____(填“>”“＝”或“<”)v逆。
解析：(1)反应③可通过反应①、②加和而得，故K3＝K1·K2。
(2)500 ℃时K3＝2.5×1.0＝2.5,800 ℃时K3＝0.15×2.50<2.5，故升温，K减小，平衡左移，ΔH<0。(3)Q＝≈0.88<2.5，反应向正向移动，v正>v逆。
答案：(1)K1·K2 (2)< (3)>
11．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为________________________________________________。
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，放出热量很大，故热力学趋势很大；
(2)由图可知，90 CoAl先达到平衡状态，所以90CoAl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)放出热量很大的反应
(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%
12．氨催化氧化时会发生如下两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。
4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅰ
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0 Ⅱ
为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的物质的量与温度的关系如图所示。
(1)该催化剂在低温时选择反应___(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(2)520 ℃时，4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝__________(不要求得出计算结果，只需列出数学计算式)。
(3)C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是________________________
________________________。
解析：(1)由图示可知低温时，容器中主要产物为N2，则该催化剂在低温时选择反应Ⅱ。
(2)两个反应同时进行
故520 ℃时4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝。(3)已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0，正反应是放热反应，当反应达到平衡后，温度升高，平衡向左移动，导致NO的物质的量逐渐减小，故C点比B点所产生的NO的物质的量少。
答案：(1)Ⅱ (2) (3)该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左移动
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