高中第1节 化学反应的方向第1课时课时训练

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第2节　化学反应的限度
第1课时　化学平衡常数　平衡转化率
基础过关练
题组一　化学平衡常数
1.(2021黑龙江大庆实验中学高二上月考)下列关于化学平衡常数的说法正确的是 (　　)
A.在任何条件下,同一个反应的化学平衡常数是相同的
B.当改变反应物的浓度时,化学平衡常数会发生改变
C.化学平衡常数随反应体系压强的变化而变化
D.对于一个给定的化学方程式,化学平衡常数的大小只与温度有关,与反应物的浓度无关
2.(2021河南豫西名校高二第一次大联考)反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数为K1;反应HI(g) 12H2(g)+12I2(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=1K22
C.K1=K22　　　　D.K1=12K2
3.(2021广东省实验中学高二上期中)O3也是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点,O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下:
反应①:O3 O2+[O]　ΔH>0,平衡常数为K1;
反应②:[O]+O3 2O2　ΔH<0,平衡常数为K2;
总反应:2O3 3O2　ΔH<0,平衡常数为K
下列叙述中正确的是 (　　)
A.升高温度,K增大
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
题组二　反应平衡状态的判断
4.(2021山西大学附中高二上第一次诊断)二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。以下说法能说明反应3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是 (　　)
A.H2和CO2的浓度之比为3∶1
B.单位时间内断裂3个H—H同时断裂1个C←O
C.恒温恒容条件下,气体的密度保持不变
D.绝热体系中,体系的温度保持不变
5.(2021四川成都双流棠湖中学高二上第一次月考)在恒温、恒容条件下,可逆反应2HI(g) H2(g)+I2(g)在密闭容器中进行,下列能说明该反应已达到平衡状态的是 (　　)
A.c(H2)与c(I2)保持相等
B.混合气体的颜色不再改变
C.容器内压强不随时间变化而变化
D.混合气体分子总数不随时间变化而变化
6.(2021吉林二中高三上月考)在恒温、体积为2 L的密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2,发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0。下列可认定该可逆反应已达到化学平衡状态的是 (　　)
A.容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1
B.v正(CO2)=3v逆(H2)
C.容器内混合气体平均相对分子质量保持不变
D.容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度都相等
题组三　化学平衡常数与平衡转化率的计算
7.(2021山东泰安新泰一中高二上第一次月考)某温度下,反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)的平衡常数K1=4×10-4 mol·L-1,在同一温度下,反应SO2(g)+12O2(g) SO3(g)的平衡常数K2为 (　　)
A.250 (mol·L-1)-12　　　　B.200 (mol·L-1)-12
C.50 (mol·L-1)-12　　　　D.2×10-2 (mol·L-1)-12
8.(2021河南豫南九校高二上第二次联考)一定温度下,在2 L的恒容密闭容器中发生反应A(g)+2B(g) 3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示:
物质n/molt/min
A
B
C
0
2.0
2.4
0
5


0.9
10
1.6


15
　
1.6

下列说法正确的是 (　　)
A.0~5 min用A表示的平均反应速率为0.09 mol·L-1·min-1
B.该反应在10 min后才达到平衡
C.平衡状态时,c(C)=0.6 mol·L-1
D.物质B的平衡转化率为20%


能力提升练
题组一　化学平衡常数的计算与应用
1.(2020甘肃兰州高二上期中,)在容积一定的密闭容器中,进行反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度的关系如下表:
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
根据以上信息推断以下说法正确的是 (　　)
A.此反应为放热反应
B.此反应只有达到平衡时,密闭容器中的压强才不会变化
C.其他条件相同时,此反应在1 000 ℃时的反应速率比700 ℃时大
D.该反应的化学平衡常数越大,反应物的转化率越低
2.(2021湖南长沙南雅中学高二上入学试卷,)在容积一定的密闭容器中,加入一定量的NO(g)和足量C(s),发生反应C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g),平衡时NO(g)的物质的量浓度c(NO)与温度T的关系如图所示,则下列说法中,正确的是 (　　)

A.该反应的ΔH>0
B.若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1 C.在T2时,若反应体系处于状态D,则这时一定有v(正) D.在T3时,若混合气体的密度不再变化,则可以判断反应达到平衡状态C

题组二　平衡转化率的计算
3.()在373 K时,把0.5 mol N2O4通入体积为5 L的恒容真空密闭容器中,立即出现红棕色气体。反应进行到2 s时,NO2的浓度为0.02 mol·L-1。在60 s时,反应达到平衡状态,此时容器内的压强为开始时的1.6倍。下列说法错误的是 (　　)
A.前2 s以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.005 mol·L-1·s-1
B.在2 s时体系内的压强为开始时的1.1倍
C.平衡时体系内含0.2 mol N2O4
D.平衡时,N2O4的转化率为40%
4.(2021福建福州一中高二上期中,)某恒定温度下,在一个2 L的密闭容器中充入A气体和B气体,测得其浓度分别为2 mol/L、1 mol/L,且发生反应:3A(g)+2B(g) 4C(?)+2D(?),已知“?”代表C、D状态未确定,反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6 mol C,且反应前后压强之比为5∶4,则下列说法中正确的是 (　　)
①该反应的化学平衡常数表达式为K=c平4(C)·c平2(D)c平3(A)·c平2(B)
②B的平衡转化率为35%
③增大该体系压强,平衡向右移动,但化学平衡常数不变
④增加C的量,A、B的平衡转化率不变
A.①②　　B.②③　　C.①④　　D.③④
题组三　综合考查
5.(2021河北邢台高二上第一次月考,)工业上利用净化后的水煤气在催化剂作用下与水蒸气发生反应制取氢气,化学方程式为CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)。一定条件下,将4 mol CO与2 mol H2O(g)充入体积为2 L的密闭容器中,体系中各物质的浓度随时间变化如图所示:

(1)在0~4 min时间段内,H2O的反应速率v(H2O)=　　　mol/(L·min),该条件下反应的平衡常数K=　　　(保留两位有效数字)。 
(2)该反应到4 min时,CO的转化率为　　　。 
(3)若6 min时改变的外部条件为升温,则该反应的ΔH　　　0(填“>”“=”或“<”),此时反应的平衡常数　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
(4)下列能判断该反应达到化学平衡状态的依据是　　　。 
a.混合气体的密度不变
b.混合气体中c(CO)不变
c.v正(H2O)=v正(H2)　
d.断裂2 mol H—O键的同时生成1 mol H—H键
(5)若保持与4 min时相同的温度,向体积为2 L的密闭容器中同时充入0.5 mol CO、1.5 mol H2O(g)、0.5 mol CO2和a mol H2,则当a=2.5时,上述反应向　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向进行;若要使上述反应开始时向逆反应方向进行,则a的取值范围为　　　　　　。 

答案全解全析
基础过关练
1.D
2.B
3.C
4.D
5.B
6.C
7.C
8.C
1.D　平衡常数只与温度有关,温度不同,平衡常数不同,故A错误;平衡常数与反应物的浓度无关,故B错误;平衡常数不受压强的影响,改变压强,平衡常数不变,故C错误;平衡常数只与温度有关,与反应物的浓度无关,故D正确。
2.B　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1K1,所以反应HI(g) 12H2(g)+12I2(g)的平衡常数K2=(1K1)12,K1=1K22,故选B。
3.C　由总反应2O3 3O2　ΔH<0可知,正反应为放热反应,所以升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,故A错误;根据盖斯定律,反应①+②可得总反应,所以K=K1×K2,故B错误;适当升温,反应速率增大,可提高消毒效率,故C正确;平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,故D错误。
4.D　A项,H2和CO2的浓度之比为3∶1,无法判断是否达到平衡状态;B项,单位时间内断裂3个H—H同时断裂1个C←O,正、逆反应速率不相等,说明没有达到平衡状态;C项,该反应中气体的密度为定值,气体的密度不变,不能说明反应达到平衡状态;D项,绝热体系中,体系的温度为变量,当体系的温度保持不变时,表明正、逆反应速率相等,达到平衡状态;故选D。
5.B　A项,根据化学方程式可知,无论反应是否达到平衡状态c(H2)与c(I2)都保持相等,不能说明反应达到平衡状态;B项,混合气体颜色不再发生改变,说明I2的浓度不变,反应达到平衡状态;C项,该反应前后气体体积不变,恒温恒容条件下混合气体物质的量不变,则容器内压强始终不变,不能说明反应达到平衡状态;D项,反应前后气体物质的量不变,所以气体分子总数始终不变,不能说明反应达到平衡状态。
6.C　A项,容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1,无法判断各组分的浓度是否还发生变化,所以无法判断是否达到平衡状态;B项,v正(CO2)=3v逆(H2),反应方向相反,但是不满足反应方程式中化学计量数关系,说明反应没有达到平衡状态;C项,CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)反应中,反应前后气体体积不相等,气体总质量不变,若混合气体的平均相对分子质量保持不变,说明各组分的浓度不再变化,该反应达到平衡状态;D项,容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度都相等,无法判断各组分的浓度是否还发生变化,所以无法判断该反应是否达到平衡状态。
7.C　反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)的平衡常数为4×10-4 mol·L-1,则SO3(g) SO2(g)+12O2(g)的平衡常数为4×10-4 (mol·L-1)12=2×10-2 (mol·L-1)12,则SO2(g)+12O2(g) SO3(g)的平衡常数K2为12×10-2 (mol·L-1)-12=50 (mol·L-1)-12,故选C。
8.C　根据表中数据列出三段式:
　　　　　　　　　　　A(g)+2B(g) 3C(g)
起始物质的量(mol) 2.0 2.4 0
10 min转化物质的量(mol) 0.4 0.8 1.2
10 min时物质的量(mol) 1.6 1.6 1.2
15 min时B的物质的量与10 min时B的物质的量相等,说明反应在10 min时已经达到平衡状态。0~5 min内,Δn(C)=0.9 mol,根据化学方程式可知,Δn(A)=13Δn(C)=0.3 mol,所以用A表示的平均反应速率为v(A)=0.3mol2 L×5min=0.03 mol·L-1·min-1,故A错误;由上述分析可知,该反应在10 min时已经达到平衡状态,故B错误;平衡时,c(C)=1.2mol2 L=0.6 mol·L-1,故C正确;物质B的平衡转化率为0.8mol2.4mol×100%≈33.3%,故D错误。
能力提升练
1.C
2.D
3.D
4.D




1.C　随温度升高,平衡常数增大,说明升高温度平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,A项错误;反应前后气体体积不变,压强始终不变,B项错误;其他条件相同时,温度越高反应速率越快,C项正确;化学平衡常数越大,反应物的转化率越高,D项错误。
2.D　由图可知,温度越高,平衡时c(NO)越大,说明升高温度平衡逆向移动,所以正反应为放热反应,即ΔH<0,故A错误;升高温度平衡向逆反应方向移动,化学平衡常数减小,则K1>K2,故B错误;T2时反应进行到状态D,c(NO)高于平衡浓度,反应向正反应方向进行,则v(正)>v(逆),故C错误;在容积一定的密闭容器中,发生反应C(s)+2NO(g) CO2(g)+N2(g),混合气体的密度是一个变量,T3时混合气体的密度不再变化,可以判断反应达到平衡状态C,故D正确。
3.D　已知存在反应N2O4(g) 2NO2(g)。反应进行到2 s时,NO2的浓度从0增加到0.02 mol·L-1,则N2O4的浓度减小0.01 mol·L-1,所以以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.005 mol·L-1·s-1,A项正确;根据气体物质在恒温恒容条件下压强之比等于其物质的量之比,反应进行到2 s时,容器内气体的总物质的量为n1=0.02 mol·L-1×5 L+(0.5 mol-0.01 mol·L-1×5 L)=0.55 mol,所以p1p0=n1n0=0.55mol0.5mol=1.1,B项正确;在60 s时达到平衡,此时容器内的压强为开始时的1.6倍,由上述分析可得平衡时气体总物质的量为0.8 mol,设容器内n(N2O4)=x mol,则生成n(NO2)=2×(0.5-x)mol,即x mol+2(0.5-x)mol=0.8 mol,x=0.2,C项正确;平衡时,N2O4的转化率=0.5mol-0.2mol0.5mol×100%=60%,D项错误。
4.D　反应一段时间后达到平衡,测得反应前后压强之比为5∶4,所以该反应是气体体积减小的反应,C、D中至少一种不为气体,反应前A气体、B气体的物质的量分别为2 mol/L×2 L=4 mol、1 mol/L×2 L=2 mol,生成1.6 mol C,则生成D的物质的量为1.6 mol×24=0.8 mol,参加反应的B的物质的量为1.6 mol×24=0.8 mol、A的物质的量为1.6 mol×34=1.2 mol,所以平衡时,A、B、C、D的物质的量分别为2.8 mol、1.2 mol、1.6 mol、0.8 mol,反应前气体总的物质的量为4 mol+2 mol=6 mol,反应前后压强之比为5∶4,则平衡时气体总的物质的量为6 mol×45=4.8 mol,所以D为气体,C不为气体;该反应的化学平衡常数表达式为K=c平2(D)c平3(A)·c平2(B),①错误;B的平衡转化率为0.8mol2mol×100%=40%,②错误;反应后气体体积减小,增大该体系压强,平衡向右移动,平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,③正确;C不为气体,增加C的量,平衡不移动,所以A、B的平衡转化率不变,④正确;故选D。
5.答案　(1)0.2　2.7　(2)40%　(3)<　减小
(4)b　(5)正反应　a>4.05
解析　(1)根据图像可知,4 min时反应达到平衡状态,c平(CO)=1.2 mol/L,c平(H2)=0.8 mol/L,c平(H2O)=0.2 mol/L,列出三段式:
　　　　　　　CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)
起始浓度(mol/L) 2.0 1.0 0 0
转化浓度(mol/L) 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡浓度(mol/L) 1.2 0.2 0.8 0.8
在0~4 min内,v(H2O)=ΔcΔt=0.8mol/L4min=0.2 mol/(L·min),平衡常数K=0.8mol/L×0.8mol/L1.2mol/L×0.2mol/L≈2.7。
(2)该反应到4 min时,CO的转化率=0.8mol/L2.0mol/L×100%=40%。
(3)若6 min时改变的外部条件为升温,由图像可知升高温度,氢气的浓度减小,一氧化碳和H2O(g)的浓度增大,说明平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,所以该反应的ΔH<0,此时反应的平衡常数减小。
(4)a项,反应前后气体质量和体积均不变,所以混合气体的密度始终不变,不能说明反应达到平衡状态;b项,混合气体中c(CO)不变,说明反应达到平衡状态;c项,反应速率之比始终等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,v正(H2O)=v正(H2),不能说明反应达到平衡状态;d项,断裂2 mol H—O键的同时生成1 mol H—H键,都表示正反应,不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态;故选b。
(5)若保持与4 min时相同的温度,向体积为2 L的密闭容器中同时充入0.5 mol CO、1.5 mol H2O(g)、0.5 mol CO2和a mol H2,则当a=2.5时,Q=2.5mol2 L×0.5mol2 L0.5mol2 L×1.5mol2 L≈1.72.7,a>4.05。