2024届高考化学复习讲义第七章化学反应速率和化学平衡第三讲平衡常数及转化率考点二平衡常数的应用含答案

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平衡常数的应用
1.根据平衡常数计算某物质的浓度。
2.判断可逆反应进行的程度。温度一定时，K越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的平衡转化率越大；反之，反应物的平衡转化率越小。
3.判断反应是否达到平衡或反应进行的方向。对于化学反应aA（g）＋bB（g）⇌cC（g）＋dD（g）的任意状态，浓度商Qc＝cc（C）·cd（D）ca（A）·cb（B）。Qc＜K，反应向正反应方向进行；Qc＝K，反应处于平衡状态；Qc＞K，反应向逆反应方向进行。
4.判断反应的热效应。
研透高考 明确方向
命题点1 用平衡常数求某物质浓度
1.[2021河北改编]雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：
①CO2（g）⇌CO2（aq）
②CO2（aq）＋H2O（l）⇌H＋（aq）＋HCO3－（aq）
25 ℃时，反应②的平衡常数为K。
溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比（分压＝总压×物质的量分数），比例系数为yml·L－1·kPa－1，当大气压强为p kPa，大气中CO2（g）的物质的量分数为x时，溶液中CO2的浓度为 pxy ml·L－1，H＋的浓度为 Kw＋K·pxy ml·L－1（写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO3－的电离）。
解析 由题意知，大气中CO2的分压为pkPa·x，根据c（CO2）p（CO2）＝yml·L－1·kPa－1，知c（CO2）＝pxyml·L－1，结合电荷守恒c（H＋）＝c（OH－）＋c（HCO3－）和K＝c（H＋）·c（HCO3－）c（CO2），得c2（H＋）＝c（OH－）·c（H＋）＋c（HCO3－）·c（H＋）＝Kw＋K·c（CO2），故c（H＋）＝Kw＋K·pxy ml·L－1。
2.[2021浙江改编]在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为：
Cl2（g）⇌Cl2（aq） K1＝c（Cl2）/p
Cl2（aq）＋H2O（l）⇌H＋（aq）＋Cl－（aq）＋HClO（aq） K2
其中p为Cl2（g）的平衡压强，c（Cl2）为Cl2在水溶液中的平衡浓度。
（1）平衡常数K2的表达式为K2＝ c（H＋）·c（Cl－）·c（HClO）c（Cl2） 。
（2）Cl2在水溶液中的平衡浓度为 K1p 。
（3）氯气在水中的溶解度（以物质的量浓度表示）为c，则c＝ K1p＋（K1K2p）13 。（用平衡压强p和上述平衡常数表示，忽略HClO的电离，Cl2的溶解度＝Cl2在水溶液中的平衡浓度＋Cl2与水反应消耗的浓度）
解析 （1）由平衡常数的定义知，K2＝c（H＋）·c（Cl－）·c（HClO）c（Cl2）。（2）由题中K1＝c（Cl2）/p可得，Cl2在水溶液中的平衡浓度为K1p。（3）设与水反应消耗的Cl2浓度为c1，则反应生成的c（H＋）＝c（Cl－）＝c（HClO）＝c1，K2＝c13c（Cl2），c13＝c（Cl2）×K2＝K1p×K2，c1＝3K1K2p，Cl2的溶解度c＝Cl2在水溶液中的平衡浓度＋Cl2与水反应消耗的浓度＝c（Cl2）＋c1＝K1p＋3K1K2p。
命题点2 用平衡常数判断反应进行的方向
3.[北京高考改编]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 mml·L－1，c（HI）＝0.78 mml·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的可能性最大的是（ C ）
（注：1 mml·L－1＝10－3ml·L－1）
解析 本题没有给出平衡时c（H2），无法计算该温度下的平衡常数，则无法通过比较K和Qc的大小来判断反应进行的方向，但可比较4组实验中Qc的大小关系，Qc越大，则反应逆向进行的可能性越大。A项，Qc＝×1.00＝1，B项，Qc＝×0.22≈50.28，C项，Qc＝×0.44≈82.64，D项，Qc＝×0.44≈50.28，C项Qc最大，反应逆向进行的可能性最大，故选C。
4.[2021重庆改编]已知常温下，反应Ⅰ：CuSO4·3H2O（s）⇌CuSO4·H2O（s）＋2H2O（g）的平衡压强p（H2O）＝747 Pa；反应Ⅱ：CuSO4·H2O（s）⇌CuSO4（s）＋H2O（g）的平衡压强p（H2O）＝107 Pa。
25 ℃时为了保持CuSO4·H2O晶体纯度，可将其存放在盛有大量Na2CO3·H2O晶体[平衡压强p（H2O）＝706 Pa]的密闭容器中，简述其理由 25 ℃时Na2CO3·H2O晶体中水蒸气的平衡压强（706 Pa）大于反应Ⅱ的平衡压强（107 Pa），使反应Ⅱ的平衡逆向移动；小于反应Ⅰ的平衡压强（747 Pa），使反应Ⅰ的平衡正向移动，则可保持CuSO4·H2O晶体纯度（也可计算Qc与K1、K2的关系，对比说明） 。
命题点3 用平衡常数判断反应的热效应
5.[2022海南]已知：CO2（g）＋4H2（g）催化剂2H2O（g）＋CH4（g）的平衡常数（K）与反应温度（t）之间的关系如图1所示。
图1
若反应为基元反应，且反应的ΔH与活化能（Ea）的关系为｜ΔH｜＞Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图（图2）。
图2
（生成物的能量在0～a之间即可）
解析 由题图1可知，该反应的平衡常数随反应温度的升高而减小，故该反应是放热反应，其生成物的能量低于反应物的能量，｜ΔH｜＞Ea，则生成物的能量小于a，但不能为0。
6.[2021广东]设Kpr为相对压力平衡常数，反应a、c、e的ln Kpr随1T（温度的倒数）的变化如图所示。
反应a、c、e中，属于吸热反应的有 ac （填字母）。
解析 根据题图，随着1T增大，反应a、c的ln Kpr减小，则Kpr减小，说明平衡逆向移动，根据化学平衡移动原理，降温时平衡向放热反应方向移动，知反应a、c的逆反应均为放热反应，则反应a、c的正反应均为吸热反应。A
B
C
D
c（I2）/（mml·L－1）
1.00
0.22
0.44
0.11
c（H2）/（mml·L－1）
1.00
0.22
0.44
0.44
c（HI）/（mml·L－1）
1.00
1.56
4.00
1.56