通用版2022届高三化学一轮复习强化训练化学平衡常数化学反应进行的方向含解析

化学平衡常数　化学反应进行的方向

1.对于处于化学平衡状态的反应CO+H2O(g) CO2+H2,K正反应代表正反应的平衡常数,K逆反应代表逆反应的平衡常数,下列有关说法正确的是(　　)

A.K正反应=K逆反应 B.K正反应>K逆反应

C.K正反应<K逆反应 D.K正反应×K逆反应=1

1.答案　D　对于处于化学平衡状态的反应CO+H2O(g) CO2+H2,K正反应=c(CO2)·c(H2)/

c(CO)·c(H2O),K逆反应=c(CO)·c(H2O)/c(CO2)·c(H2),故K正反应×K逆反应=1。

2.将BaO2放入密闭真空容器中,反应2BaO2(s) 2BaO(s)+O2(g)达到平衡,保持温度不变,缩小容器容积,体系重新达到平衡,下列说法正确的是(　　)

A.平衡常数减小 B.BaO量不变

C.氧气压强不变 D.BaO2量减少

2.答案　C　化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,故A错误;缩小容器体积,压强增大,平衡向逆反应方向移动,则BaO的量减小,故B错误;温度不变,平衡常数不变,由K=c(O2)知氧气浓度不变,其压强不变,故C正确;平衡向逆反应方向移动,则BaO2量增加,故D错误。

3.反应Fe(s)+CO2 (g) FeO(s)+CO(g),700 ℃时平衡常数为1.47,900 ℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是(　　)

A.升高温度该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小

B.该反应的化学平衡常数表达式为K=

C.绝热容器中进行该反应,温度不再变化,则达到化学平衡状态

D.该反应的正反应是放热反应

3.答案　C　升高温度,正、逆反应速率都增大,故A错误;反应过程中,固体物质的浓度不发生变化,所以平衡常数表达式中不应该写固体,故B错误;反应过程中,伴随着能量变化,温度不变时,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故C正确;温度升高,平衡常数增大,平衡右移,说明正反应是吸热反应,故D错误。

4.在一定条件下,将1 mol/L CO和2 mol/L水蒸气混合后发生如下变化:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),若反应达平衡时测得CO转化率为40%,则该条件下该反应的平衡常数为(　　)

A.0.25 B.0.17

C.0.44 D.1.0

4.答案　B　根据三段式进行计算,

O(g)　+　H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始浓度( mol/L) 1     2         0 0

转化浓度( mol/L) 1×40%    0.4 0.4 0.4

平衡浓度( mol/L) 0.6    1.6 0.4 0.4

平衡常数K=≈0.17。

5.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　平衡常数K1

②2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)　ΔH2<0　平衡常数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)=7.5×10-3mol/(L·min)。下列说法不正确的是(　　)

A.反应4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数为

B.平衡后c(Cl2)=2.5×10-2 mol/L

C.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

D.平衡时NO2的转化率为50%

5.答案　C　C项,平衡常数只受温度影响,其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,则平衡常数K2不变。

6. t ℃时,在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如表所示,下列说法正确的是(　　)

A.平衡时,X的转化率为20%

B.t ℃时,该反应的平衡常数为40

C.平衡后,增大体系压强,v正增大,v逆减小,平衡向正反应方向移动

D.前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03 mol·L-1·min-1

6.答案　D　平衡时,X的转化率=×100%=50%,A项错误;t ℃时题给反应的平衡常数K==1 600,B项错误;题给反应是气体分子数减小的反应,平衡后,增大体系压强,v正、v逆均增大,平衡向正反应方向移动,C项错误;前2 min内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=3v(X)=3×=0.03 mol·L-1·min-1,D项正确。

7.某反应2AB(g) C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,其逆反应在低温时能自发进行,则该反应的ΔH、ΔS应为(　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

A.ΔH<0、ΔS>0 B.ΔH<0、ΔS<0      C.ΔH>0、ΔS>0 D.ΔH>0、ΔS<0

7.答案　C　由ΔH-TΔS<0时反应能自发进行推知:ΔH<0、ΔS>0,反应在任何温度下都能自发进行;ΔH>0、ΔS<0,反应在任何温度下都不能自发进行;ΔH>0、ΔS>0,反应在较高温度下能自发进行;ΔH<0、ΔS<0,反应在较低温度下能自发进行。

8.固定容积为2 L的密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g) zC(g),图1表示T ℃时容器中各物质的量随时间变化的关系,图2表示平衡常数K随温度变化的关系。结合图像判断,下列结论正确的是(　　)

图1

图2

A.该反应可表示为2A(g)+B(g) C(g)　ΔH<0

B.T ℃时该反应的平衡常数K=6.25

C.当容器中气体密度不再变化时,该反应达到平衡状态

D.T ℃,在第6 min时再向体系中充入0.4 mol C,再次达到平衡时C的体积分数大于0.25

8.答案　D　A项,由图2知,升高温度,平衡常数逐渐增大,该反应为吸热反应,ΔH>0,错误;B项,根据图1知0～5 min内,A、B、C变化的物质的量分别为0.4 mol、0.2 mol、0.2 mol,该反应可表示为2A(g)+B(g) C(g),反应达到平衡时A、B、C的平衡浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.1 mol·L-1,故T ℃时该反应的平衡常数K==25,错误;C项,根据质量守恒定律知,容器内气体的质量保持不变,容器的容积保持不变,容器内气体的密度保持不变,不能作为平衡标志,错误。

9. “绿水青山就是金山银山”。近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题:

(1)已知:N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH1=+180.5 kJ·mol-1

C(s)+O2(g) CO2(g)　ΔH2=-393.5 kJ·mol-1

2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH3=-221 kJ·mol-1

若某反应的平衡常数表达式为K=,则此反应的热化学方程式为　　　　　　　。 

(2)N2O5在一定条件下可发生分解反应:2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),某温度下向恒容密闭容器中加入一定量N2O5,测得N2O5浓度随时间的变化如下表:

①反应开始时体系压强为p0,第2 min时体系压强为p1,则p1∶p0=　　　　。2～5 min内用NO2表示的该反应的平均反应速率为　　　　　　　　。 

②一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是　　　(填字母)。 

a.NO2和O2的浓度比保持不变

b.容器中压强不再变化

c.2v正(NO2)=v逆(N2O5)

d.气体的密度保持不变

(3)Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将平衡常数表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应:NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g),该反应中正反应速率v正=k正·p(NO2)·

p(CO),逆反应速率v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为            (用k正、k逆表示)。 

(4)密闭反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后,在200 ℃、400 ℃、600 ℃下,合成NH3反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图所示(已知该反应为放热反应)。

①曲线a对应的温度是　　　　。 

②M点对应的H2的转化率是　　　　。 

9.答案　(1)2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-746.5 kJ·mol-1

(2)①7∶4(或1.75∶1)　0.22 mol·L-1·min-1　②b

(3)

(4)①200 ℃　②75%

解析　(1)若某反应的平衡常数表达式为K=,则其化学方程式为2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),将题中3个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由②×2-①-③,可得:ΔH=-393.5 kJ·mol-1×2-180.5 kJ·mol-1-(-221 kJ·mol-1)=-746.5 kJ·mol-1。

(2)①根据题表中数据及三段式法有:

N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)

开始/(mol·L-1) 1.00       0  0

转化/(mol·L-1) 0.50      1.00 0.25

2 min时/(mol·L-1) 0.50      1.00 0.25

该反应在恒温恒容条件下发生,反应前后气体的压强之比等于物质的量之比,也等于物质的量浓度之比,所以p1∶p0=(0.50+1.00+0.25)∶1.00=7∶4。2～5 min内,v(N2O5)==

0.11 mol·L-1·min-1,v(NO2)=2v(N2O5)=0.22 mol·L-1·min-1。②反应过程中NO2和O2的浓度比始终保持不变,a项不能说明反应已经达到化学平衡状态;该反应在反应前后气体总分子数不相等,反应过程中容器中压强为变量,容器中压强不再变化可以说明反应已经达到化学平衡状态,b项符合题意;v正(NO2)=2v逆(N2O5)时,正、逆反应速率相等,而2v正(NO2)=v逆(N2O5)时,正、逆反应速率不相等,c项不能说明反应已经达到化学平衡状态;反应物和生成物全为气体,气体总质量不变,而容器恒容,故反应过程中气体密度始终不变,d项不能说明反应已经达到化学平衡状态。(3)Kp=,v正=k正·p(NO2)·p(CO),v逆=k逆·p(NO)·p(CO2),平衡时正、逆反应速率相等,即k正·p(NO2)·p(CO)=k逆·p(NO)·p(CO2),则=,故Kp=。(4)①合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NH3的产率降低,NH3的物质的量分数减小,曲线a、b、c中,在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高,其反应温度最低,所以曲线a对应的温度为200 ℃。②M点NH3的物质的量分数为60%,设NH3为0.6a mol,则N2、H2共为0.4a mol,因为反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料,结合N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)可知,M点时H2为0.3a mol,转化的H2的物质的量为0.9a mol,所以M点对应H2的转化率=×100%=75%。

10.在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g) 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。

回答下列问题:

(1)反应的ΔH　　　　0(填“大于”或“小于”);100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0~60 s 时段,反应速率v(N2O4)为　　　　mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为

　　　　。 

(2)100 ℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。

①T　　　　100 ℃(填“大于”或“小于”),判断理由是　　　　　　　　　　　　　　。 

②列式计算温度T时反应的平衡常数K2             　。 

(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半。平衡向　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

10.答案　(1)大于　0.001 0　0.36 mol·L-1

(2)①大于　反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高

②平衡时,c(NO2)=0.120 mol·L-1+0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s×2=0.16 mol·L-1

c(N2O4)=0.040 mol·L-1-0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s=0.020 mol·L-1

K2=≈1.3 mol·L-1

(3)逆反应　对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动

解析　(1)随温度升高,混合气体的颜色变深,说明升温平衡向正反应方向移动,ΔH>0。在0~60 s时段,v(N2O4)===0.001 0 mol·L-1·s-1;平衡常数K1===0.36 mol·L-1。

(2)当温度由100 ℃变为T时,N2O4的浓度降低,“三段式”如下:

　　　　　　　　          　N2O4(g)　 　2NO2(g)

100 ℃平衡时　　　     0.040 mol·L-1　0.120 mol·L-1

温度T时变化　　　     0.020 mol·L-1　0.040 mol·L-1

温度T平衡时　　　     0.020 mol·L-1　0.160 mol·L-1

由于温度变为T时平衡向N2O4浓度减小的方向移动,即向吸热方向移动,故温度升高,所以T>100 ℃。当再次达到平衡时,平衡常数K2==≈1.3 mol·L-1。

(3)温度不变,将反应容器的容积减少一半,压强增大,平衡向气体分子数减小的方向(即逆反应方向)移动。

11.工业上可利用“甲烷蒸气转化法”生产氢气,反应的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+161.1 kJ·mol-1

(1)已知温度、压强对甲烷平衡时的体积分数的影响如图1,请回答:

图1

①图1中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1 MPa、2 MPa时甲烷体积分数的曲线,其中表示1 MPa的是　　　　。 

②该反应的平衡常数:K(600 ℃)　　　(填“>”“<”或“=”)K(700 ℃)。 

(2)①已知:在700 ℃、1 MPa时,1 mol CH4与1 mol H2O在1 L的密闭容器中反应,6 min时达到平衡(如图2),此时CH4的转化率为　　　,该温度下反应的平衡常数为　　　　(结果保留小数点后一位数字)。 

②从图2分析,由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是　　　　　　　　(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”)移动,采取的措施可能是　　　　　　　　。 

图2

11.答案　(1)①a　②<

(2)①80%　276.5　②向逆反应方向　将容器体积缩小为原来的1/2或加入与原平衡等量的氢气

解析　(1)①由CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+161.1 kJ/mol可知,随着温度的升高,平衡向正反应方向移动,甲烷平衡时的体积分数会逐渐减小,因此排除曲线c、d,又因增大压强,平衡逆向移动,甲烷平衡时的体积分数增大,故压强为1 MPa的是曲线a,压强为2 MPa的是曲线b;②该反应为吸热反应,随着温度的升高,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大,因此该反应的平衡常数600 ℃时小于700 ℃。

(2)①

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

起始(mol/L) 1 1      0 0

变化(mol/L) 0.8 0.8      0.8　　2.4

平衡(mol/L) 0.2 0.2      0.8 2.4

此时CH4的转化率为×100%=80%;

该温度下反应的平衡常数K=≈276.5。