人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡第2课时同步测试题

第2课时　化学平衡常数

基础过关练

题组一　化学平衡常数的含义及其表达式

1.(原创)下列关于化学平衡常数的叙述正确的是 (深度解析)

A.化学平衡常数表示反应进行的程度,与温度无关

B.两种物质反应,不管怎样书写化学方程式,平衡常数均相同

C.化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值

D.温度一定,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数

2.(2020湖南益阳箴言中学高二上期末)已知可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),其平衡常数表达式正确的是              (　　)

A.K=　　　　　　　 B.K=

C.K=　　　　　　　D.K=

3.(2020湖北荆州高二上期末)298 K时,各反应的平衡常数如下:

①N2(g)+O2(g) 2NO(g)　K1=1×10-30

②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　K2=2×1081

③2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)　K3=4×10-92

则该温度下,NO、H2O、CO2这三种化合物分解释放氧气的倾向最大的是 (　　)

A.NO　　　　　　B.H2O　　　　　　C.CO2　　　　　　D.无法判断

4.(2021河南洛阳豫西名校第一次联考)反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数为K1,反应2HI(g) H2(g)+I2(g)的平衡常数为K2,则K1、K2的关系为(平衡常数为同温度下的测定值)              (　　)

A.K1=2K2　　　B.K1=   C.K1=　　　D.K1=K2

题组二　化学平衡常数的计算

5.将4 mol SO2与2 mol O2充入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

6.某温度时,反应SO2(g)+O2(g) SO3(g)的平衡常数K=50。在同一温度下,反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)的平衡常数K1应为              (　　)

A.2 500　　　　　　　 B.100　　　　　　

C.4×10-4　　　　　　　D.2×10-2

7.(2021山东聊城九校开学联考)已知:对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系:Q=,Q叫做该反应的浓度商。Q<K,反应向正反应方向进行;Q=K,反应处于平衡状态;Q>K,反应向逆反应方向进行。甲醇(结构式)是一种基础有机化工原料,应用广泛。工业上可利用废气中的CO2合成CH3OH,发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49 kJ·mol-1。

(1)已知反应中的相关化学键键能数据如下:

氢气中H—H键比甲醇中C—H键　　　　(填“强”或“弱”)。相同条件下该反应的正反应活化能Ea(正)=216 kJ·mol-1,则逆反应活化能Ea(逆)=

　　　kJ·mol-1。 

(2)在1 L恒容密闭容器中充入CO2和H2,所得实验数据如下表:

实验①平衡常数K=　　　　。实验②达到平衡时H2的转化率为　　　　。实验③a=　　　　。 

能力提升练

题组一　化学平衡常数与转化率的计算

1.()在一定温度下,反应H2(g)+X2(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中,在该温度下HX(g)的最大分解率接近于　              (　　)

A.5%　　　　　　B.17%　　　　　　C.25%　　　　　　　D.33%

2.(2021山东六校阶段性联考,)一定温度下,向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJ·mol-1。当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的,下列说法错误的是              (　　)

A.当容器内气体的压强不变时说明该反应达到化学平衡状态

B.SO2的转化率为90%

C.达到平衡时反应放出的热量为196 kJ

D.此温度下该反应的平衡常数K=20 250

3.()某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:X(g)+mY(g) 3Z(g)。平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是              (　　)

A.m=2

B.两次平衡的平衡常数相同

C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1

D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1

4.(2021北京二中学段考试,)高炉炼铁过程中发生反应:Fe2O3(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g),该反应在不同温度下的平衡常数见下表。

下列说法正确的是 (　　)

A.增加高炉的高度可以有效降低炼铁尾气中CO的含量

B.由表中数据可判断该反应:反应物的总能量>生成物的总能量

C.为了使该反应的K增大,可以在其他条件不变时,增大c(CO)

D.1 000 ℃下Fe2O3与CO反应,t min达到平衡时c(CO)=2×10-3 mol/L,则用CO表示该反应的平均速率为 mol/(L·min)

题组二　化学平衡常数相关综合考查

5.()已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g)　ΔH>0,请回答下列问题。

(1)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,则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　　　。 

6.(2021湖南怀化联考,)亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂,可通过反应:2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)获得。

(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时,涉及如下反应:

①2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+ClNO(g)　K1

②4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)　K2

③2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)　K3　

则K3=　　　　(用K1、K2表示)。 

(2)300 ℃时,2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)的正反应速率表达式为v(正)=k·cn(ClNO),测得速率和浓度的关系如下表所示:

k=　　　　。 

(3)按投料比n(NO)∶n(Cl2)=2∶1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应,平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图所示:

①在p压强条件下,M点时容器内NO的体积分数为　　　　。 

②若反应一直保持在p压强条件下进行,则M点的分压平衡常数Kp=　　　　(用含p的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　一个确定的化学反应,其化学平衡常数通常情况下只与反应体系的温度有关,A项错误;相同物质的反应,书写的化学方程式不同时,化学计量数发生改变,平衡常数可能改变,B项错误;化学平衡常数为平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,C项错误;在一定温度下,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数,D项正确。

反思升华

(1)化学平衡常数(K)与浓度商(Q)的表达式相同,但各物质的浓度不一定相同,K中各物质的浓度必须是平衡浓度,而Q中各物质的浓度是任意时刻的浓度。

(2)化学平衡常数不能表示反应的快慢,即K大,化学反应速率不一定大。

2.C　化学平衡常数是利用平衡状态下物质的平衡浓度计算的,K=。

3.A　根据N2(g)+O2(g) 2NO(g)　K1=1×10-30可知NO分解释放氧气的反应2NO(g) N2(g)+O2(g)的平衡常数K'1==1×1030,根据2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　K2=2×1081可知水分解释放氧气的反应2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)的平衡常数K'2==5×10-82,CO2分解释放O2:2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)　K3=4×10-92,化学平衡常数越大,表示反应进行的程度越大,由于平衡常数:1×1030>5×10-82>4×10-92,因此NO分解释放氧气的倾向最大。

4.C　反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数为K1,则相同温度下,反应2HI(g) H2(g)+I2(g)的平衡常数为1/K1,故反应2HI(g) H2(g)+I2(g)的平衡常数K2=1/K1,C项正确。

5.A　　　　2SO2(g)　+　O2(g) 2SO3(g)

初始:　　　 4 mol　　  2 mol　　 0

转化:　　　 2 mol　　  1 mol　　 2 mol

平衡:　　　 2 mol　　  1 mol　　 2 mol

平衡时c(SO2)=0.5 mol·L-1,c(O2)=0.25 mol·L-1,c(SO3)=0.5 mol·L-1,则K==4。

6.C　由题意知,该温度下,K=,K1=,则K1==4×10-4。

7.答案　(1)强　265　(2)4.5　23.1%　0.13

解析　(1)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49 kJ·mol-1,ΔH=750 kJ·mol-1×2+E(H—H)×3-E(C—H)×3-465 kJ·mol-1-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1×2=-49 kJ·mol-1,E(H—H)×3-E(C—H)×3=-49 kJ·mol-1-750 kJ·mol-1×2+465 kJ·mol-1+343 kJ·mol-1+465 kJ·mol-1×2=189 kJ·mol-1,E(H—H)>E(C—H),氢气中H—H键比甲醇中C—H键强。相同条件下该反应的正反应活化能Ea(正)=216 kJ·mol-1,则逆反应活化能Ea(逆)=216 kJ·mol-1+49 kJ·mol-1=265 kJ·mol-1。

(2)在1 L恒容密闭容器中充入CO2和H2,列出三段式:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

c(起始)mol·L-1   0.23 0.19      0    0

c(转化)mol·L-1   0.03 0.09    0.03  0.03

c(平衡)mol·L-1    0.2 0.1    0.03  0.03

实验①平衡常数K==4.5。实验②达到平衡时H2转化率为×100%≈23.1%。实验②和实验③的温度相同,平衡常数相同,则=,解得a=0.13。

能力提升练

1.B　由题中的反应和数据可知:在该温度下HX(g) H2(g)+X2(g)的平衡常数K=0.1。设HX(g)的分解反应达到平衡后其减小的浓度为x mol·L-1,则平衡时HX、H2、X2的浓度分别为(1.0-x) mol·L-1、0.5x mol·L-1、0.5x mol·L-1,则有=0.1,解得x≈0.17,故HX的转化率为×100%=17%。

2.C　该反应是一个恒容条件下的化学反应,反应前后气体物质的量不相等,故压强不变,说明气体总量不变,反应达到了化学平衡状态,A项正确;设反应的SO2的物质的量为2x mol,列三段式:

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

起始/mol     0.4　　0.2　　　 0

转化/mol　　 2x　　 x　　　　 2x

平衡/mol　  0.4-2x　 0.2-x　　2x

由题意可解得x=0.18,所以SO2的转化率为90%,B项正确;参与反应的SO2为0.36 mol,根据热化学方程式可求得放出的热量为35.28 kJ,C项错误;平衡常数K=20 250,D项正确。

3.D　在2 L的密闭容器中,反应达平衡时,各物质的体积分数之比等于各物质的物质的量之比,即平衡时,n(X)∶n(Y)∶n(Z)=30%∶60%∶10%=3∶6∶1。设第一次平衡时消耗X的物质的量为x,则

　　　　X(g)　+　mY(g) 3Z(g)

起始　 1 mol　  2 mol　 0

转化　　 x　　　mx　　　  3x

平衡　 1 mol-x　2 mol-mx 3x

则(1 mol-x)∶(2 mol-mx)∶3x=3∶6∶1

解得x=0.1 mol、m=2,由此可得,A、C项正确;同理可得第二次平衡时,Z的浓度为0.2 mol·L-1,D项不正确;通常情况下,化学平衡常数只与温度有关,两次平衡,温度相同,故平衡常数相同,B项正确。

4.B　炼铁尾气的成分与高炉高度没有关系,增加高炉的高度,不会降低尾气中CO的含量,A错误;由表中数据可知升高温度,该反应的平衡常数减小,所以该反应属于放热反应,反应物的总能量>生成物的总能量,B正确;平衡常数只和温度有关,所以增大c(CO)不会改变K,C错误;1 000 ℃下Fe2O3(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g),K=c(CO2)/c(CO)=4,c(CO)=2×10-3 mol/L,c(CO2)=8×10-3 mol/L,因为方程式中CO和CO2的化学计量数相等,所以CO的平均速率为 mol/(L·min),D错误。

5.答案　(1)25%　(2)6　(3)41.4%

解析　利用“三段式”法并结合平衡常数进行计算:

(1)                         M(g)+N(g) P(g)+Q(g)

起始浓度(mol·L-1)　　　　　 1　　 2.4　　 0　　0

转化浓度(mol·L-1)　　　　　 0.6　 0.6　　 0.6　0.6

平衡浓度(mol·L-1)　　　　　 0.4　 1.8　　 0.6　0.6

N的转化率为×100%=25%,该温度下,K==0.5。

(2)             M(g)　+　N(g) P(g)　+　Q(g)

起始浓度(mol·L-1) 4　     a　    0　   0

转化浓度(mol·L-1) 2        2       2      2

平衡浓度(mol·L-1) 2　   a-2　    2　  2

由K==0.5,解得a=6。

(3)设达到平衡后,M的转化率为x,则

M(g)　+　N(g) P(g)　+　Q(g)

起始浓度(mol·L-1)　  b　      b　     0　     0

转化浓度(mol·L-1)     bx     bx     bx    bx

平衡浓度(mol·L-1)　 b(1-x)　 b(1-x)　  bx　    bx

由K==0.5,解得x≈41.4%。

6.答案　(1)/K2　(2)4×10-8L/(mol·s)　(3)①40%　②5/p　

解析　(1)①2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+ClNO(g)　K1=,②4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)　K2=,③2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)　K3=,计算得到K3=/K2。

(2)=,解得n=2,则k×(0.3 mol·L-1)2=0.36×10-8 mol·L-1·s-1,k=4×10-8L/(mol·s)。

(3)设起始时NO和Cl2的物质的量分别为2a、a,则

　      2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)

起始　 2a　　a　　　　 0

转化　 a　　 0.5a　　　 a

平衡　 a　　 0.5a　　    a

①M点时容器内NO的体积分数为×100%=40%。

②Kp==5/p。