人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡第2课时同步训练题

▶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表达式

1.(2022河南郑州中原名校联考)下列说法中正确的是(　　)

A.平衡常数的大小与起始浓度有关

B.K值越大,反应物的平衡转化率越小

C.通常,K值越大,反应进行的程度越大

D.温度越高,K值越大

2.(2020湖南益阳箴言中学期末)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.(2021河南洛阳豫西名校联考)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

4.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

5.在一定温度下,下列反应的化学平衡常数数值如下:

①2NO(g) N2(g)+O2(g)　K1=1×1030

②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　K2=2×1081

③2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)　K3=4×10-92

以下说法正确的是(　　)

A.该温度下,反应①的平衡常数表达式为K1=c(N2)·c(O2)

B.该温度下,反应2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)的平衡常数为5×10-80

C.该温度下,反应①、反应②的逆反应、反应③产生O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2

D.以上说法都不正确

题组三　平衡转化率的理解与简单计算

6.在773 K时,CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=9,若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L-1,则在此条件下CO的平衡转化率是(　　)

A.60%　　　B.50%

C.75%　　　D.25%

7.某恒定温度下,在一个2 L的密闭容器中充入气体A、气体B,其浓度分别为2 mol·L-1、1 mol·L-1,且发生如下反应:3A(g)+2B(g) 4C(?)+2D(?)。反应一段时间后达到平衡状态,测得生成1.6 mol C,且反应前后气体的压强之比为5∶4。回答下列问题:

(1)该反应的平衡常数表达式为　　　　　　　　　　。 

(2)B的转化率为　　　　。 

(3)增加C的量,A、B的转化率　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。 

能力提升练

题组一　化学平衡常数的应用

1.(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)

2.在恒容密闭容器中,由CO合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响,实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.平衡常数K=

B.该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

C.CO合成甲醇的反应为吸热反应

D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时增大

题组二　化学平衡常数、转化率的分析与计算

3.(2022湖南邵东一中月考)电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料。已知2 000 ℃时,电石生产原理如下:

①CaO(s)+C(s) Ca(g)+CO(g)　ΔH1=a kJ·mol-1,平衡常数为K1;

②Ca(g)+2C(s) CaC2(s)　ΔH2=b kJ·mol-1,平衡常数为K2。

以下说法不正确的是(　　)

A.反应①的平衡常数表达式为K1=c(Ca)·c(CO)

B.2 000 ℃时,反应Ca(g)+C(s)CaC2(s)的平衡常数K=

C.2 000 ℃时增大压强,K1减小、K2增大

D.2 000 ℃时,2CaO(s)+CaC2(s) 3Ca(g)+2CO(g)　ΔH=

(2a-b) kJ·mol-1

4.(2022福建浦城期中)已知反应2A(g)+B(g)nC(g)在恒容密闭容器中进行,其平衡常数K(300 ℃)>K(350 ℃)。某温度下,A的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。

下列说法不正确的是(　　)

A.该反应的正反应是放热反应

B.升高温度,B的平衡转化率减小

C.平衡状态由a变到b时,化学平衡常数K(b)小于K(a)

D.容器内气体的平均相对分子质量不变,说明反应达到化学平衡状态

5.已知:3CH4(g)+2N2(g) 3C(s)+4NH3(g)　

ΔH>0,反应在恒容密闭容器中进行。在700 ℃时,CH4的平衡转化率与起始时的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.其他条件不变,越大,CH4的平衡转化率越高

B.不变时,若升温,NH3的体积分数会增大

C.b点对应的平衡常数比a点的大

D.a点对应的NH3的体积分数约为26%

题组三　压强平衡常数

6.(2022辽宁大连一中月考)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。

已知:气体分压=气体总压×气体体积分数。下列说法正确的是(　　)

A.550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动

B.650 ℃时,CO2的平衡转化率为25.0%

C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动

D.925 ℃时,若平衡时气体总压为p(总),用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p(总)

7.在恒容密闭容器中,加入足量的MoS2和O2,仅发生反应:2MoS2(s)+7O2(g) 2MoO3(s)+4SO2(g)　ΔH。测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示:

(1)压强p1、p2、p3由大到小的顺序为:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

　　　。 

(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,则A点平衡常数Kp=　　　　(用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算,分压=总压×气体的物质的量分数,写出计算式即可)。 

题组四　等效平衡

8.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度时开始反应。

图1　恒压状态

图2　恒容状态

下列说法正确的是(　　)

A.图1达平衡时,c(SO2):甲=乙

B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙

C.图2达平衡时,所需时间:丙<丁

D.图2达平衡时,SO3的体积分数:丙>丁

答案全解全析

基础过关练

1.C　对于一个确定的反应,平衡常数的大小只与温度有关,与起始浓度无关,A错误;通常,K值越大,反应进行的程度越大,反应物的平衡转化率越大,B错误、C正确;对于一个放热反应,温度越高,反应物的平衡转化率越小,K值越小,D错误。

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.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K2=1/K1,C项正确。

4.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。

5.C　由化学平衡常数的定义可知K1=,A项错误;该温度下,反应2H2O(g)2H2(g)+O2(g)的平衡常数为=5×10-82,B项错误;该温度下,NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的反应的化学平衡常数分别为1×1030、5×10-82、4×10-92,所以产生O2的倾向:NO>H2O>CO2,C项正确、D项错误。

6.C　设达到平衡时CO转化的浓度为x mol·L-1,则平衡时c(CO)=c(H2O)=

(0.020-x) mol·L-1,c(CO2)=c(H2)=x mol·L-1。K==9,解得x=0.015,则CO的平衡转化率为×100%=75%。

7.答案　(1)K=　(2)40%　(3)不变

解析　根据题意列“三段式”:

　　　　　　　3A(g)+2B(g)4C(?)+2D(?)

起始量(mol):    4      2      0    0

变化量(mol):   1.2 0.8      1.6    0.8

平衡量(mol):   2.8 1.2      1.6    0.8

反应前后压强之比等于5∶4,恒温恒容时,压强之比等于气体物质的量之比,即反应前后气体物质的量之比为5∶4,则D为气体,C为固体或纯液体。(1)固体或纯液体不写入平衡常数表达式,则K=;(2)B的转化率为×100%=40%;(3)C是固体或纯液体,因此增加C的量,A、B的转化率不变。

能力提升练

1.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;由题表中数据可知,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;该反应的平衡常数K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,平衡时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。

2.D　该反应的平衡常数的表达式为K=,A项错误;由图像可知在T2温度下反应先达到平衡,反应速率比T1温度下快,则有T2>T1,从图像的纵坐标分析可得温度降低,平衡向正反应方向移动,则平衡常数增大,正反应为放热反应,B项、C项错误;处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中,平衡向逆反应方向移动,则c(H2)增大,而c(CH3OH)减小,达到平衡时增大,D项正确。

3.C　已知①CaO(s)+C(s) Ca(g)+CO(g)　ΔH1=a kJ·mol-1,则其平衡常数表达式为K1=c(Ca)·c(CO),A正确;已知②Ca(g)+2C(s) CaC2(s)的平衡常数为K2,则反应Ca(g)+C(s) CaC2(s)的平衡常数K=,B正确;对于确定的反应,平衡常数只与温度有关,则2 000 ℃时增大压强,K1、K2均不变,C错误;根据盖斯定律,①×2-②得2CaO(s)+CaC2(s)3Ca(g)+2CO(g)　ΔH=(2a-b) kJ·mol-1,D正确。

4.C　K(300 ℃)>K(350 ℃),可知温度升高,平衡逆向移动,则正反应是放热反应,B的平衡转化率减小,A、B正确;平衡状态由a变到b时,A的平衡转化率增大,但温度没变,则化学平衡常数不变,即K(b)=K(a),C错误;由题图可知,增大压强平衡正向移动,则反应前后气体体积不同,气体总质量不变,根据,当容器内气体的平均相对分子质量不变时,说明反应达到化学平衡状态,D正确。

5.B　由题图可知,其他条件不变时,越大,CH4的平衡转化率越低,A错误;CH4和N2的物质的量之比不变时,升温,平衡正向移动,NH3的体积分数增大,B正确;对于确定的反应,平衡常数只与温度有关,所以题图中各点对应的平衡常数相同,C错误;a点CH4的平衡转化率为22%,=0.75,设起始时甲烷为3 mol,氮气为4 mol,则有:

　　　　　　3CH4(g)+2N2(g) 3C(s)+4NH3(g)

起始量/mol 3     4 　　　　   0

转化量/mol 0.66    0.44 　　　　  0.88

平衡量/mol 2.34    3.56 　　　　  0.88

NH3的体积分数为×100%≈13%,D错误。

6.B　由于反应在体积可变的恒压密闭容器中进行,550 ℃时,若充入惰性气体,容器的容积增大,使CO2、CO的浓度减小,因此v正、v逆均减小,相当于减压,化学平衡向气体体积增大的方向移动,即题述平衡向正反应方向移动,A错误;根据图像可知在650 ℃时,反应达平衡时CO的体积分数是40.0%,CO2的体积分数是60.0%,假设平衡时气体总物质的量是1 mol,则反应产生CO 0.4 mol,剩余CO2 0.6 mol,反应产生0.4 mol CO消耗CO2的物质的量是0.2 mol,因此CO2的平衡转化率为0.2 mol÷(0.6 mol+0.2 mol)×100%=25.0%,B正确;T ℃时,平衡时CO2和CO的体积分数都是50.0%,若充入等体积的CO2和CO,化学平衡不移动,C错误;925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp==23.04p(总),D错误。

7.答案　(1)p1>p2>p3　(2) (kPa)-3

解析　(1)温度相同时,增大压强,该平衡正向移动,氧气的平衡转化率增大,所以压强:p1>p2>p3。(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,A点氧气的平衡转化率为50%,则A点n(O2)=

7.0 mol×(1-50%)=3.5 mol,n(SO2)=×4=2 mol,恒温恒容条件下,气体压强之比等于气体物质的量之比,所以A点压强为×7.0 kPa=5.5 kPa,p(O2)=×5.5 kPa=

3.5 kPa,p(SO2)=(5.5-3.5) kPa=2.0 kPa,则A点平衡常数Kp= (kPa)-3= (kPa)-3。

8.D　甲和乙若都是恒温恒压,则两者互为等效平衡,但乙为绝热恒压,该反应正反应为放热反应,则温度:甲<乙,温度升高平衡向逆反应方向移动,c(SO2):甲<乙,平衡常数K:甲>乙,A、B项错误;丙和丁若都是恒温恒容,则两者互为等效平衡,但丁为绝热恒容,则温度:丙<丁,温度越高,反应速率越大,到达平衡所需的时间越短,则达平衡所用的时间:丙>丁,C项错误;温度升高,该平衡向逆反应方向移动,则SO3体积分数:丙>丁,D项正确。

规律方法　　平衡转化率的分析与判断方法

　　以反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)为例,在恒温恒容条件下进行:

(1)若A、B起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,A、B的转化率相等。

(2)若其他条件不变,只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率提高,A的转化率降低。

(3)若其他条件不变,按原投料比例同倍数地增大(或减小)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器容积,A、B的转化率与化学计量数有关。同倍数增大c(A)和c(B):

①a+b=c+d,A、B的转化率不变;

②a+b>c+d,A、B的转化率增大;

③a+b<c+d,A、B的转化率减小。