2021版高中化学一轮复习练习：第07章 第3课时　化学平衡常数　化学反应进行的方向 Word版含解析

课时3　化学平衡常数　化学反应进行的方向

一、选择题

1．下列说法不正确的是(　　)

A．焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数能自发进行的反应是放热反应

B．在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大

C．一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热

D．一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关

解析　一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关。

答案　C

2．下列关于平衡常数的说法正确的是(　　)

A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度

B．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值

C．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂等无关

D．从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的程度

解析　在平衡常数表达式中，反应物及生成物浓度均为达到化学平衡时的浓度；在温度一定时，对一个确定化学计量数的可逆反应，化学平衡常数是一个恒定值，其大小只与温度有关，与其他外界条件无关，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度。

答案　D

3．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＝K　　 C．K1＝　 D．K1＝K2

解析　K1＝c2(HI)/[c(H2)·c(I2)]，K2＝[c(H2)·c(I2)]/c(HI)，K1＝。

答案　C

4．某温下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝c(A)·c2(B)/[c2(E)·c(F)]，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，下列说法正确的是(　　)

A．增大c(A)、c(B)，K增大

B．降低温度，正反应速率增大

C．该反应的焓变为负值

D．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)

解析　平衡常数K只随温度的变化而变化，与浓度变化无关，A错；降低温度，正、逆反应速率均减小，B错；降温时，F的浓度增大，说明平衡逆向移动，正反应是吸热反应，则焓变为正值，C错；根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物，E、F为反应物，且对应指数为其化学方程式中物质前的化学计量数，D正确。

答案　D

5．(2016·济南高三质检)可逆反应：2SO2＋O22SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2。下列说法正确的是(K为平衡常数，Q为浓度商)(　　)

A．Q不变，K变大，O2转化率增大

B．Q不变，K变大，SO2转化率减小

C．Q变小，K不变，O2转化率减小

D．Q增大，K不变，SO2转化率增大

解析　当可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，平衡向右进行，但O2转化率减小，浓度商Q变小，K不变。

答案　C

6．(2016·重庆联考)放热反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在温度t1时达到平衡，c1(CO)＝c1(H2O)＝1.0 mol·L－1，其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O)，平衡常数为K2，则(　　)

A．K2和K1的单位均为mol·L－1

B．K2>K1

C．c2(CO)＝c2(H2O)

D．c1(CO)>c2(CO)

解析　温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数为K2<K1，单位为1，c1(CO)<c2(CO)，C正确。

答案　C

7．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)；已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法不正确的是(　　)

A．该反应的逆反应为吸热反应

B．平衡常数：KM>KN

C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)

D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低

解析　升高温度CO2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，A正确；该反应的正反应是放热反应，升温平衡常数减小，B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在250 ℃时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，C错误，D正确。

答案　C

8．Cl2合成有机物时会产生副产物HCl。利用反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)可实现氯的循环利用。如图是反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。当该反应达平衡时，下列叙述正确的是(　　)

A．该反应平衡常数的表达式K＝

B．及时分离出H2O，平衡正向移动，这是正反应速率逐渐增大的缘故

C．若向恒容平衡体系内再加入1 mol O2，则达新平衡时，HCl的转化率增大

D．随温度升高，该反应的平衡常数K值会变大

解析　A项错误，该反应平衡常数的表达式K＝；B项错误，分离出H2O，平衡会正向移动，原因是逆反应速率随c(H2O)的减小而减小，正反应速率大于逆反应速率；C项正确，向恒容平衡体系内再加入1 mol O2，平衡正向移动，使HCl的转化率增大；D项错误，由温度对HCl平衡转化率影响的曲线可知，该反应是放热反应，温度升高会使平衡逆向移动，平衡常数K值会变小。

答案　C

9．一定温度下，在一个容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，经充分反应达到平衡后，生成的HI(g)占气体体积的50%，该温度下，在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g)H2(g)＋I2(g)，则下列判断正确的是(　　)

A．后一反应的平衡常数为1

B．后一反应的平衡常数为0.5

C．后一反应达到平衡时，H2的平衡浓度为0.25 mol·L－1

D．后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度0.5  mol·L－1

解析　前一反应达平衡时c(H2)＝c(I2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝1 mol·L－1，则平衡常数K1＝＝＝4，而后一反应的平衡常数K2＝＝＝0.5，A项错误，B项正确；设后一反应达平衡时c(H2)＝x  mol·L－1，则平衡时c(I2)＝x  mol·L－1，c(HI)＝(0.5－2x) mol·L－1，K2＝＝0.5，解得x＝0.125，故平衡时c(H2)＝0.125  mol·L－1，c(HI)＝0.25  mol·L－1，C项错误，D项错误。

答案　B

10．某温度下，反应H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝。该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如表所示：

下列判断不正确的是(　　)

A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%

B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%

C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.008 mol·L－1

D．反应开始时，乙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢

解析　设甲容器中，平衡时氢气的变化浓度为x，则：K＝＝，解得x＝0.006 0 mol·L－1，平衡时c(H2)＝c(CO2)＝0.010－x＝0.004 0 mol·L－1，c(H2O)＝c(CO)＝0.006 0 mol·L－1，α(H2)＝×100%＝60%。因乙中H2的起始浓度大于甲，故乙平衡相当于是甲平衡正向移动的结果，乙中CO2的转化率大于60%，A项正确；丙平衡可看作是2个甲平衡合并而成的，又因H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)是平衡不受压强影响的反应，故丙平衡中物质的转化率不变，仅各物质的浓度是甲平衡中各物质浓度的2倍，所以B、C项正确；由于三组反应中丙中各物质的浓度最大，甲中各物质的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，D项错误。

答案　D

二、填空题

11．对于可逆反应CO＋H2O(g)CO2＋H2，回答下列问题：

(1)830 K时，若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为________；平衡常数K的值为________。

(2)830 K，若只将起始时c(H2O)改为6 mol·L－1，则水蒸气的转化率为____。

(3)若830 K时，起始浓度c(CO)＝a mol·L－1，c(H2O)＝b mol·L－1，H2的平衡浓度c(H2)＝c mol·L－1，则：

①a、b、c之间的关系式是________；

②当a＝b时，a＝________c。

解析　在以下计算中，各浓度单位均为mol·L－1。

K＝＝1，α(H2O)＝×100%＝40%。

(2)设CO的转化浓度为x

K＝＝1，解得x＝1.5 mol·L－1，则α(H2O)＝×100%＝25%。

＝1，化简得c＝，因为a＝b，所以a＝2c。

答案　(1)40%　1　(2)25%　(3)①c＝　②2

12．无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为：N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝＋24.4 kJ/mol。

(1)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中，下述现象能说明反应达到平衡的是________。

a．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)  　　　　 b．体系颜色不变

c．气体平均相对分子质量不变  　d．气体密度不变

达到平衡后，保持体积不变升高温度，再次达到平衡时，混合气体颜色________(填“变深”、“变浅”或“不变”)，判断理由是_____________。

(2)平衡常数K可用反应体系中气体物质的分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×物质的量分数[例如：p(NO2)＝p总×x(NO2)]。写出上述反应平衡常数Kp的表达式________(用p总、各气体物质的量分数x表示)；影响Kp的因素为________。

(3)上述反应中，正反应速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp为________(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度的298 K、压强的100  kPa)，已知该条件下，k正＝4.8×104 s－1，当N2O4分解10%时，v正＝________kPa·s－1。

(4)真空密闭容器中放入一定量N2O4，维持总压强p0恒定，在温度为T ℃时，平衡时N2O4分解百分率为α。保持温度不变，向密闭容器中充入等量N2O4，维持总压强在2p0条件下分解，则N2O4的平衡分解率的表达式为

_________________________________________________________。

解析　(1)2v正(N2O4)＝v逆(NO2)时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡，a项错误；体系颜色不变，则NO2的浓度不变，说明反应达到平衡，b项正确；该反应体系全为气体，气体质量保持不变，而反应前后气体分子数不相等，因此气体的平均相对分子质量为变量，当平均相对分子质量不变时可以说明反应达到平衡，c项正确；该反应体系全为气体，气体质量保持不变，容器容积也保持不变，故气体密度为一定值，气体密度不变不能说明反应达到平衡，d项错误。正反应为吸热反应，保持体积不变升高温度，平衡正向移动，NO2的浓度增大，故混合气体颜色变深。(2)Kp＝＝，与化学平衡常数K一样，影响Kp的因素为温度。(3)Kp＝，达到平衡时，v正＝v逆，即k正·p(N2O4)＝k逆·p2(NO2)，＝，故Kp＝。设起始时N2O4为a mol，当N2O4分解10%时，N2O4为0.9a mol，NO2为0.2a mol，则x(N2O4)＝＝。故v正＝k正·p(N2O4)＝4.8×104s－1×100 kPa×＝3.9×106kPa·s－1。(4)设充入的N2O4的量为n mol，维持总压强p0恒定，达到平衡时，N2O4的分解百分率为α，则N2O4为n(1－α)mol，NO2为2nα mol，Kp＝＝p0×。维持总压强2p0恒定，达到平衡时，设N2O4的分解百分率为β，则N2O4为n(1－β)mol，NO2为2nβ mol，Kp＝＝2p0×。根据Kp不变，知p0×＝2p0×，解得β＝。

答案　(1)bc　变深　正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c(NO2)增加，混合气体颜色加深

(2)(其他合理答案亦可)　温度

(3)　3.9×106

(4)

13．甲醇是重要的有机化工原料，目前世界甲醇年产量超过2.1×107吨，在能源紧张的今天，甲醇的需求也在增大。甲醇的合成方法是：

(ⅰ)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.1 kJ· mol－1

另外：

(ⅱ)2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566.0 kJ· mol－1

(ⅲ)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572.0 kJ· mol－1

若混合气体中有二氧化碳存在时，还发生下列反应：

(ⅳ)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.1 kJ· mol－1

回答下列问题：

(1)甲醇的燃烧热为________________ kJ· mol－1。

(2)在碱性条件下利用一氯甲烷(CH3Cl)水解也可制备少量的甲醇，该反应的化学方程式为_____________________________________________________。

(3)若反应在密闭恒容绝热容器中进行，反应(ⅳ)对合成甲醇反应中CO的转化率的影响是___________________________________________________。

a．增大    b．减小

c．无影响    d．无法判断

(4)在恒温恒容的密闭容器中发生反应(ⅰ)，各物质的浓度如下表：

①x＝____________________。

②前2 min内H2的平均反应速率为v(H2)＝____________________。该温度下，反应(ⅰ)的平衡常数K＝____________________。

③反应进行到第2 min时，改变了反应条件，改变的这个条件可能是___(填序号)。

a．使用催化剂　b．降低温度　c．增加H2的浓度

(5)下图是温度、压强与反应(ⅰ)中CO转化率的关系：

①由图像可知，较低温度时，CO转化率对________(选填“温度”或“压强”)敏感。

②由图像可知，温度越低，压强越大，CO转化率越高，但实际生产往往采用300～400 ℃和10 MPa的条件，其原因是__________________________。

解析　(1)利用盖斯定律，热化学方程式(ⅲ)－(ⅰ)＋(ⅱ)，得新的热化学方程式为CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－764.9 kJ· mol－1。(2)根据提示知CH3Cl中的Cl原子被羟基取代生成CH3OH。(3)反应(ⅳ)消耗反应(ⅰ)的另外一种反应物氢气，而且生成反应(ⅰ)的反应物CO，使反应(ⅰ)的CO转化率降低；但反应(ⅳ)为吸热反应，使体系温度降低，反应(ⅰ)正向移动，使反应(ⅰ)中CO的转化率提高，两个原因孰轻孰重不得而知，故无法判断反应(ⅳ)对反应(ⅰ)中CO转化率的影响。

(4)①,CO(g)＋,2H2(g),,CH3OH(g),始态,0.8 mol·L－1,1.6 mol·L－1,,0,2 min,0.6 mol·L－1,1.2 mol·L－1,,0.2 mol·L－1)

②v(H2)＝2v(CH3OH)＝2×0.2 mol·L－1/2 min＝0.2 mol·L－1·min－1。平衡常数K＝0.5/(0.62×0.3) L2· mol－2＝4.6 L2· mol－2。③2 min到4 min的反应速率大于0到2 min，而降低温度，反应速率降低，b项错误；由表格中的数据可知c项错误；故a项使用催化剂是正确的。(5)①由图像可知，不管压强多大，只要温度较低，则转化率均较高，故转化率对温度较敏感。②温度较低，反应速率慢，不利于甲醇的生成；压强太大对设备要求高，成本高。

答案　(1)764.9

(2)CH3Cl＋NaOH―→CH3OH＋NaCl[或CH3Cl＋H2OCH3OH＋HCl]

(3)d

(4)①1.2　②0.2 mol·L－1·min－1　4.6 L2· mol－2　③a

(5)①温度　②温度较低，反应速率慢；压强太大，成本高