新高考化学一轮总复习练22第七章第22讲化学平衡常数化学反应进行的方向含解析

第22讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向

A组　基础必做题

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(　D　)

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

[解析]　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．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(　C　)

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

[解析]　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，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。

3．在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的起始浓度和平衡浓度如下表，下列说法错误的是(　C　)

A．反应达到平衡时，X的转化率为50%

B．反应可表示为X＋3Y2Z，平衡常数为1 600

C．其他条件不变时，增大压强可使平衡常数增大

D．改变温度可以改变该反应的平衡常数

[解析]　达到平衡时消耗X的物质的量浓度为0.05 mol·L－1，因此转化率为50%，A项正确；物质的量浓度变化之比等于化学计量数之比，因此(0.1－0.05)︰(0.2－0.05)︰0.1＝1︰3︰2，反应方程式为X＋3Y2Z，根据化学平衡常数的表达式，K＝＝1 600，B项正确；化学平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，C项错误、D项正确。

4．(2021·宁夏石嘴山市模拟)(双选)E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(s)＋4F(g)G(g)，已知该反应的平衡常数值如下表所示，下列说法正确的是(　AD　)

A．上述反应是熵减反应

B．25 ℃时，反应G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数值是0.5

C．在80 ℃时，测得某时刻，F、G浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v(正)>v(逆)

D．恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，达新平衡时，G的体积百分含量将增大

[解析]　正反应为气体物质的量减小的反应，正反应为熵减的反应，故A正确；相同温度下，G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数与E(s)＋4F(g)G(g)的平衡常数互为倒数，故25 ℃时，反应G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数值是＝2×10－5，故B错误；此时浓度商Qc＝＝8>K＝2，反应向逆反应方向进行，故v(正)<v(逆)，故C错误；恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，相当于在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，达新平衡时，G的体积百分含量将增大，故D正确。

5．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__大于__0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为__0.001_0__ mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为__0.36__。

(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__大于__100 ℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是__正反应吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高__。

②列式计算温度T时反应的平衡常数K2：__平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 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＝＝1.28__。

(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减小一半。平衡向__逆反应__(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是__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。

(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T>100 ℃。当再次达到平衡时，平衡常数K2＝＝＝1.28。

(3)温度不变，将反应容器的容积减小一半，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。

6．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：

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__a__。

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__80%__，该温度下反应的平衡常数为__276.5__(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，平衡是__向逆反应方向__(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”)移动，采取的措施可能是__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－1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1MPa的是曲线a，压强为2MPa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。

(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。

B组　能力提升题

7．(2022·安徽“江淮十校”联考)300 ℃时，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应：X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH<0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表所示：

下列说法正确的是(　B　)

A．前2 min的平均反应速率v(X)＝2.0×10－2 mol·L－1·min－1

B．其他条件不变，再充入0.1 mol X和0.1 mol Y，再次平衡时Y的转化率不变

C．当v逆(Y)＝2v正(Z)时，说明反应达到平衡

D．该反应在250 ℃时的平衡常数小于1.44

[解析]　A项，前2 min的平均反应速率v(X)＝v(Y)＝ mol·L－1·min－1＝2.0×10－3 mol·L－1·min－1，错误；B项，其他条件不变，再充入0.1 mol X和0.1 mol Y，相当于加压，因为反应前后气体分子数不变，加压平衡不移动，再次平衡时Y的转化率不变，正确；C项，当v逆(Y)＝2v正(Z)时，反应未达到平衡，错误；D项，该反应在300 ℃时平衡常数为1.44，降温平衡右移，250 ℃时的平衡常数大于1.44，错误。

8．(2022·北京五中月考)在2 L恒容密闭容器中，加入X和Y各4 mol，一定条件下发生化学反应：2X(g)＋2Y(g)Z(g)＋2W(g)　ΔH<0，反应进行到5 s时测得X的转化率为25%,10 s后达到化学平衡，测得Z的浓度为0.5 mol/L，则下列说法正确的是(　B　)

A．5 s内用Y表示的平均反应速率为v(Y)＝0.2 mol/(L·s)

B．该反应的平衡常数数值为0.5

C．保持容积不变，向容器中通入惰性气体可提高反应物的转化率

D．升高温度，当测得容器中密度不变时，表示该反应已经达到平衡状态

[解析]　根据5 s时X的转化率为25%，可知消耗X为4 mol×25%＝1 mol，则消耗Y也为1 mol,5 s内用Y表示的平均反应速率v(Y)＝＝0.1 mol/(L·s)，A项错误；根据平衡时Z为0.5 mol/L，结合三段式法可知平衡时X、Y、W均为1 mol/L，即该反应的平衡常数K＝＝0.5，B项正确；保持容积不变，通入惰性气体，对各物质浓度无影响，平衡不移动，不能提高反应物的转化率，C项错误；反应过程中质量和容积均保持不变，即密度始终不变，据此无法判断是否达到平衡状态，D项错误。

9．(2022·辽宁大连期中)已知常温下反应：①NH3＋H＋NH(平衡常数为K1)，②Ag＋＋Cl－AgCl(平衡常数为K2)，③Ag＋＋2NH3Ag(NH3)(平衡常数为K3)。①、②、③的平衡常数关系为K1>K3>K2，据此所做的以下推测合理的是(　C　)

A．氯化银不溶于氨水

B．银氨溶液中加入少量氯化钠有白色沉淀

C．银氨溶液中加入盐酸有白色沉淀

D．银氨溶液可在酸性条件下稳定存在

[解析]　根据K3>K2，说明Ag＋＋2NH3Ag(NH3)更容易发生，即氯化银能溶于氨水，所以银氨溶液中加入少量氯化钠没有白色沉淀，A、B错误；K1最大，所以NH3＋H＋NH更容易发生，反应后溶液中有较多的Ag＋，Ag＋与Cl－反应生成AgCl白色沉淀，C正确；K1最大，所以NH3＋H＋NH更容易发生，所以银氨溶液在酸性条件下不能稳定存在，D错误。

10．(2022·山东济南模拟)(双选)CO2催化重整CH4的反应：(Ⅰ)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)；ΔH1，主要副反应：(Ⅱ)H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)；ΔH2>0，(Ⅲ)4H2(g)＋CO2(g)CH4(g)＋2H2O(g)；ΔH3<0。在恒容反应器中CH4和CO2按物质的量之比1︰1充入气体，加入催化剂，测得反应器中平衡时各物质的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是(　AC　)

A．ΔH1<0

B．若反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时，转移电子数之比为3︰4

C．300～580 ℃时，H2O的体积分数不断增大，是由于反应(Ⅲ)生成H2O的量大于反应(Ⅱ)消耗的量

D．T ℃时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则反应(Ⅰ)的平衡常数小于81

[解析]　反应(Ⅰ)可由2倍(Ⅱ)减去反应(Ⅲ)得到，故ΔH1＝2ΔH2－ΔH3，再根据图示，随温度的升高，CH4和CO2的体积分数减小，说明升温，平衡正向移动，而升温平衡向吸热方向移动，正反应吸热，ΔH1>0，故A错误；反应Ⅰ每消耗1 mol CO2，转移电子数为6NA，反应Ⅲ每消耗1 mol CO2，转移电子数为8NA，所以反应Ⅰ、Ⅲ消耗等量的CO2时，转移电子数之比为3︰4，故B正确；300～580 ℃时，H2O的体积分数不断增大，反应(Ⅲ)是放热反应，升温时，平衡逆向移动消耗H2O，反应(Ⅱ)是吸热反应，升温时正向移动，生成H2O，而由于反应(Ⅲ)消耗H2O的量小于反应(Ⅱ)生成水的量，故C错误；T ℃时，在2.0 L容器中加入2 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行重整反应，测得CO2的平衡转化率为75%，则CO2转化的浓度为×75%＝0.75 mol·L－1，根据三段式：

                 CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)

起始量：mol·L－1　　1　  　1　    　0　   　0

转化量：mol·L－1　　0.75　　0.75　　1.5　 　1.5

平衡量：mol·L－1　　0.25　　0.25　　1.5　 　1.5

若不考虑副反应，则反应(Ⅰ)的平衡常数＝，但由于副反应(Ⅲ)中，消耗的氢气的量比二氧化碳多得多，故计算式中，分子减小得更多，值小于81，故D正确。

11．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

Ⅰ.利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0(Ⅰ)

(1)反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K＝____。

(2)若K＝1，向某恒容密闭容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡转化率为__66.7%__。

Ⅱ.恒温下，在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1 mol H2的混合气体，发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，ΔH<0，一段时间后，达到平衡，若平衡时氨气的物质的量为0.4 mol。

(1)此温度时该反应的K值为__12.5__。

(2)若在此温度下，向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3，此时，该反应是否处于平衡状态__否__(填“是”或“否”)，此时若没有达平衡，反应向__正__方向进行(填“正”或“逆”)。

[解析]　Ⅰ.(1)根据题意反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K＝；(2)若K＝1，设容器体积为1 L I2的平衡转化率为x，则参加反应的I2为x mol，平衡时生成TaI4和S2各0.5x mol，剩余I2为(1－x)mol，根据K＝＝＝1，解得：x＝66.7%。

Ⅱ.(1)　　　　　　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，

初始浓度(mol·L－1)　　0.5　　0.5　  　0

变化浓度(mol·L－1)　　0.1　　0.3　  　0.2

平衡浓度(mol·L－1)　　0.4　　0.2　  　0.2

K＝＝12.5。

(2)向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol、1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3，此时Qc＝＝0.5<K，所以不是平衡状态，反应会向着正方向进行。

12．(2022·吉林大学附属中学月考)甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下。

反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH1＝－49.58 kJ·mol－1

反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2

反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

ΔH3＝－90.77 kJ·mol－1

回答下列问题：

(1)反应Ⅱ的ΔH2＝__＋41.19_kJ·mol－1__，若反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为K1、K2、K3，则K2＝　　(用K1、K3表示)。

(2)在一定条件下向2 L恒容密闭容器中充入3 mol H2和1.5 mol CO2，仅发生反应Ⅰ，实验测得不同反应温度下体系中CO2的平衡转化率如下表所示。

①T__高于__(填“高于”或“低于”)500 ℃。

②温度为500 ℃时，该反应10 min时达到平衡。

a．用H2表示该反应的速率为__0.135_mol·L－1·min－1__。

b．该温度下，反应Ⅰ的平衡常数K＝__200__。

[解析]　(1)根据题目给的化学反应方程式和盖斯定律可得，反应Ⅱ＝反应Ⅰ－反应Ⅲ，因此ΔH2＝ΔH1－ΔH3＝－49.58 kJ·mol－1－(－90.77 kJ·mol－1)＝＋41.19 kJ·mol－1，K2＝。

(2)①反应Ⅰ是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，反应物转化率降低，则T高于500 ℃。

②根据“三段式”分析

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

　　0.75　　1.5　   　0　    　0

　　0.45　　1.35　  　0.45　　0.45

　　0.3　　0.15　  　0.45　  　0.45

a．用H2表示该反应的速率为＝0.135 mol·L－1·min－1；b.化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，因此根据化学反应方程式可知该温度下，反应Ⅰ的平衡常数K＝＝200。