第2章　第2节　第1课时　化学平衡常数　平衡转化率 试卷

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第2章化学反应的方向、限度与速率
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
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.温度一定,一个化学反应的平衡常数不是一个常数
B.两种物质反应,不管怎样书写化学方程式,平衡常数不变
C.温度一定时,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数
D.反应产物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K时,v(正) 答案C
解析平衡常数K是温度的函数,A错误;平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数,如反应H2(g)+I2(g)2HI(g),K(正)=c平2(HI)c平(H2)·c平(I2),K(逆)=c平(H2)·c平(I2)c平2(HI),所以K(正)=1K(逆),B错误、C正确;生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K,说明反应未达到化学平衡状态,此时v(正)>v(逆),D错误。
2.某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)的平衡常数为K,下列对K的说法正确的是(　　)
A.K值越大,表明该反应越有利于C的生成,反应物的转化率越大
B.若缩小反应器的容积,能使平衡正向移动,则K增大
C.温度越高,K一定越大
D.如果m+n=p,则K=1
答案A
解析K值越大,该反应正向进行的程度越大,反应物的转化率越大,A正确;对于一个确定的化学反应,K值只是温度的函数,温度一定,K值一定,与压强无关,B错误;因该反应的热效应不确定,C错误;K=c平p(C)c平m(A)·c平n(B),由m+n=p,无法判断K的大小,D错误。
3.对于化学反应N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0,要使该反应的平衡常数增大,可以采取的措施有(　　)
A.增大N2O4的浓度 B.增大NO2的浓度
C.升高体系的温度 D.减小压强
答案C
解析浓度、压强不影响平衡常数,题给反应正反应为吸热反应,升高温度时平衡正向移动,平衡常数增大。故选C。
4.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g);②2HI(g)H2(g)+I2(g),达到平衡时,c平(H2)=0.5 mol·L-1,c平(HI)=4 mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为(　　)
A.9 mol2·L-2 B.16 mol2·L-2
C.20 mol2·L-2 D.25 mol2·L-2
答案C
解析根据反应②2HI(g)H2(g)+I2(g)可知,消耗的c(HI)=2c平(H2)=1 mol·L-1,再结合反应①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)可知,c平(NH3)=c始(HI)=1 mol·L-1+4 mol·L-1=5 mol·L-1。因此该温度下,反应①的平衡常数K=c平(NH3)·c平(HI)=5 mol·L-1×4 mol·L-1=20 mol2·L-2。
5.在一定温度下,将100 mol N2、H2的混合气体充入密闭的恒压容器中反应,达到平衡时,测得反应后混合气体的密度是反应前混合气体密度的1.25倍,且反应后混合气体的平均式量为15.5,则平衡时N2转化率为(　　)
A.20% B.25% C.30% D.40%
答案B
解析设起始时N2物质的量为a,H2物质的量为b,反应掉N2物质的量为x,依题意可得:
　　　N2+　3H22NH3
起始: a b 0
转化: x 3x 2x
平衡: a-x b-3x 2x
a+b=100mola+b=1.25(a+b-2x)28 g·mol-1a+2 g·mol-1b=15.5 g·mol-1(a+b-2x)
解得:a=40molb=60molx=10mol　α(N2)=10mol40mol×100%=25%。
6.H2和CO2在高温下发生反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。下表是986 ℃时,在容积不变的密闭容器中进行反应的四组数据:
编
号
起始浓度/( mol·L-1)
平衡浓度/( mol·L-1)

c始(H2)
c始(CO2)
c始(H2O)
c始(CO)
c平(H2)
c平(CO2)
c平(H2O)
c平(CO)

1
1.0
1.0
0
0
0.44
0.44
0.56
0.56
2
1.0
2.0
0
0
0.27
1.27
0.73
0.73
3
0
0
2.0
2.0
0.88
0.88
1.12
1.12
4
0.2
0.4
0.6
0.8
0.344
0.544
0.456
0.656

　下列叙述中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
①在986 ℃时该反应的平衡常数约为1.62
②该反应的平衡常数与反应的起始浓度无关
③增大CO2的起始浓度,可使CO2的转化率增大
④从反应开始至达到平衡状态,混合气体的密度没有发生改变
A.②③ B.①②③ C.①②④ D.①③
答案C
解析由题中数据可得,在298 K时该反应的平衡常数K=1.62,平衡常数K只是温度的函数,与起始浓度无关,故①②正确;增大CO2起始浓度,CO2转化率降低,③错误;反应体系中均为气态物质,且容积不变,故从始至终密度不变,④正确。
7.在298 K时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1

下列说法错误的是(　　)
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1 600 mol-2·L2
C.增大压强,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
答案C
解析首先根据表中数据(0.1-0.05)∶(0.2-0.05)∶(0.1-0)=1∶3∶2推导出可逆反应:X+3Y2Z。设平衡时转化的X的物质的量浓度为x mol·L-1,依题意可得:
　　　　　　　　　X(g)+3Y(g)2Z(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0
转化浓度/(mol·L-1) x 3x 2x
平衡浓度/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
则x=0.05,显然X的转化率为50%,A正确。
反应X(g)+3Y(g)2Z(g)的平衡常数K=c平2(Z)c平(X)·c平3(Y),代入数据K=1 600 mol-2·L2,B正确;增大压强不可能使平衡常数增大,C错误;K只与温度有关,因此改变温度可以改变此反应的平衡常数,D正确。
8.某温度下,向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3,当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%,则该温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数为(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.3.2×103 mol·L-1 B.1.6×103 mol·L-1
C.8.0×102 mol·L-1 D.4.0×102 mol·L-1
答案A
解析　　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0 0 0.05
转化浓度/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.01
平衡浓度/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.04
则平衡常数K=c平2(SO3)c平2(SO2)·c平(O2),代入数据可得K=3.2×103 mol-1·L,A正确。
9.可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时,K=94,则:
(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 mol·L-1时,达到平衡后CO的转化率为　　　　　。 
(2)当CO的起始浓度仍为2 mol·L-1,H2O的起始浓度为6 mol·L-1时,达到平衡后CO的转化率为　　　　　。 
答案(1)60%　(2)85%
解析(1)设平衡时CO转化了x mol·L-1,根据“三段式”分析:
　　　　　　　　CO+H2OCO2+H2
初始浓度/(mol·L-1) 2 2 0 0
转化浓度/(mol·L-1) x x x x
平衡浓度/(mol·L-1) 2-x 2-x x x
K=(xmol·L-1)2[(2-x)mol·L-1]2=94,解得x=1.2;则平衡时CO的转化率为1.2mol·L-12mol·L-1×100%=60%。
(2)设平衡时CO转化了y mol·L-1,根据“三段式”分析:
　　　　　　　　CO+H2OCO2+H2
初始浓度/(mol·L-1) 2 6 0 0
转化浓度/(mol·L-1) y y y y
平衡浓度/(mol·L-1) 2-y 6-y y y
平衡常数K=(ymol·L-1)2(2-y)mol·L-1·(6-y)mol·L-1=94,解得:y≈1.7,则平衡时CO的转化率为1.7mol·L-12mol·L-1×100%=85%。
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10.298 K时,各反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)2NO(g)　K=1×10-30
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　K=2×1081 mol-1·L
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g)　K=4×10-92mol·L-1
则常温下,NO、H2O、CO2三种化合物分解放氧的倾向最大的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.① B.② C.③ D.无法判断
答案A
解析要判断NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾向,则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数,然后比较大小。由计算可知:①2NO(g)N2(g)+O2(g)
K=1×1030,②2H2O(g)2H2(g)+O2(g)　K=5×10-82,③2CO2(g)2CO(g)+O2(g)　K=4×10-92。平衡常数越大,表示反应进行得越彻底,因此反应①即NO分解放氧的倾向最大。
11.一定条件下,将一定量的A、B的混合气体充入密闭容器中发生下列反应:2A(g)+2B(g)C(g)+D(g)　ΔH>0。当由M点平衡到N点平衡过程中,温度与对应变化及M、N平衡混合气中某些气体的物质的量如图所示。则平衡M点到平衡N点过程中B的转化率是(　　)

A.24% B.30% C.60% D.48%
答案A
解析由图像知Δn(A)=Δn(B)=1.5 mol-0.3 mol=1.2 mol,所以Δn(B)=1.2 mol,α(B)=Δn(B)n(B)×100%=1.2mol5mol×100%=24%,故A正确。
12.(双选)已知反应①CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)和反应②H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在某相同的温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是(　　)
A.反应①的平衡常数K1=c平(CO2)c平(CO)
B.反应③的平衡常数K=K1K2
C.对于反应③,恒容时温度升高,若H2的浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下增大压强,H2浓度一定减小
答案AB
解析在书写平衡常数表达式时,纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中,A正确;由于反应③=反应①-反应②,因此反应③的平衡常数K=K1K2,B正确;对于反应③,温度升高,H2浓度减小,则平衡左移,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此ΔH<0,C错误;对于反应③,在恒温恒容下增大压强,如充入惰性气体,则平衡不移动,H2的浓度不变,D错误。
13.一定温度下,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)12H2(g)+12I2(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
答案B
解析前一反应达平衡时c平(H2)=c平(I2)=0.5 mol·L-1,c平(HI)=1 mol·L-1,则平衡常数K1=c平2(HI)c平(H2)·c平(I2)=(1mol·L-1)20.5mol·L-1×0.5 mol·L-1=4,而后一反应的平衡常数K2=1K1=0.5,A项错误,B项正确;设后一反应达平衡时c平(H2)=x mol·L-1,则平衡时c平(I2)=x mol·L-1,c平(HI)=(0.5-2x) mol·L-1,K2=c平12(H2)·c平12(I2)c平(HI)=0.5,代入相关数据解得x=0.125,故平衡时c平(HI)=0.25 mol·L-1,C、D项错误。
14.低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)　ΔH<0,在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是(　　)
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,废气中氮氧化物的转化率减小
C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时,反应达到平衡
D.其他条件不变,使用高效催化剂,可使废气中氮氧化物的转化率增大
答案C
解析升高温度时平衡向逆反应方向移动,平衡常数的值减小,A错误。增大NH3的浓度时,氮氧化物转化率增大,B错误。当v正(NO)∶v逆(N2)=1∶2时,反应达到平衡,C正确。使用催化剂不能改变化学平衡,故使用高效催化剂时氮氧化物转化率不变,D错误。
15.CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lgc平(CO)c平(CO2)与温度(T)的关系曲线如图。下列说法正确的是(　　)

A.通过升高反应炉的高度,延长矿石和CO接触的时间,能减少尾气中CO的含量
B.CO不适宜用于工业冶炼金属Cr
C.CO还原PbO2的反应ΔH>0
D.工业冶炼金属Cu时,高温有利于提高CO的转化率
答案B
解析根据图示信息可知,升高反应炉的高度,不是都能减少尾气中CO的含量,增大CO与矿石的接触时间,不能影响平衡移动,不能减少尾气中CO的含量,A项错误;由图像可知用CO冶炼金属铬时,lgc平(CO)c平(CO2)值较大,说明CO转化率很低,因此不适宜用CO还原Cr2O3冶炼金属Cr,B项正确;由图像可知用CO还原PbO2的温度越高,lgc平(CO)c平(CO2)越大,说明CO转化率越低,则平衡逆向移动,故ΔH<0,C项错误;由图像可知用CO冶炼金属铜时,温度越高,lgc平(CO)c平(CO2)值越大,故CO转化率越低,错误。
16.

(双选)一定条件下发生反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)　ΔH>0,达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.压强:p1>p2
B.b、c两点对应的平衡常数:Kc>Kb
C.a点:2v正(NH3)=3v逆(H2)
D.a点:NH3的转化率为14
答案BD
解析该反应正向为气体分子数增大的反应,恒温时,压强越大,N2的体积分数越小,则p1Kb,故B正确;反应速率之比等于化学式前的系数之比,平衡时应是3v正(NH3)=2v逆(H2),故C错误;对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g),假设反应前氨的物质的量为1 mol,a点时反应的氨的物质的量为x mol,则x21+x=0.1,解得x=14,因此氨的转化率为14,故D正确。
17.已知:MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)　ΔH>0,在密闭容器中投入过量碳酸镁在温度T时反应达到平衡,p(CO2)=4 MPa。
(1)该平衡常数表达式K=　　　　　。 
(2)若反应体系的体积不变,升高温度,则p(CO2)将　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
(3)若反应温度T不变,将反应体系的体积缩小至原来的一半,则此过程中p(CO2)的变化范围为　　　。 
答案(1)c平(CO2)　(2)增大　(3)4 MPa≤p(CO2)<8 MPa
解析(1)题给反应中只有CO2是气体,其他物质为固体,固体不列入平衡常数表达式。
(2)碳酸镁分解反应是吸热反应,升高温度,平衡向右移动,p(CO2)增大。
(3)反应体系体积缩小至原来的12,若平衡不移动,则气体压强为原来的2倍,p(CO2)=8 MPa。压强增大,平衡向左移动,气体压强又逐渐减小,由于温度不变,平衡常数K=c平(CO2)不变,则达到新平衡时p(CO2)=4 MPa。
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18.为了缓解温室效应,科学家提出了多种回收和利用CO2的方案。其中一种方案是利用CO2制备CH4。300 ℃时,向2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO2和8 mol H2,发生反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH,混合气体中CH4的浓度与反应时间的关系如图所示。
(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=　　　　　　　　　。 
②300 ℃时,反应的平衡常数K=　　　　　。 

③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2 mol CO2和8 mol H2,重新达到平衡时CH4的浓度　　　　　　　　(填字母)。 
A.等于0.8 mol·L-1
B.等于1.6 mol·L-1
C.0.8 mol·L-1 D.大于1.6 mol·L-1
(2)300 ℃时,如果该容器中有1.6 mol CO2、2.0 mol H2、5.6 mol CH4、4.0 mol H2O(g),则v(正)　　　(填“>”“<”或“=”)v(逆)。 
(3)已知200 ℃时,该反应的平衡常数K=61.8 mol-2·L2。则ΔH　　(填“>”“<”或“=”)0。 
答案(1)①0.32 mol·L-1·min-1
②25 mol-2·L2　③D　(2)>　(3)<
解析(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=4v(CH4)=0.8mol·L-110min×4=0.32 mol·L-1·min-1。
②　　CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
起始浓度(mol·L-1) 1 4 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.8 3.2 0.8 1.6
平衡浓度(mol·L-1) 0.2 0.8 0.8 1.6
300 ℃时,反应的平衡常数K=1.62×0.80.2×0.84 mol-2·L2=25 mol-2·L2。
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2 mol CO2和8 mol H2,相当于增大压强,平衡正向移动,则重新达到平衡时CH4的浓度大于1.6 mol·L-1。
(2)Q=2.02×2.80.8×1.04 mol-2·L2=14 mol-2·L2v(逆)。
(3)200 ℃时,该反应的平衡常数K=61.8 mol-2·L2,说明降低温度,平衡常数增大,降温时平衡正向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0。