2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（三十）化学平衡常数化学反应进行的方向（含解析）新人教版

课时跟踪检测（三十）化学平衡常数 化学反应进行的方向

1．关于反应H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，下列说法不正确的是(　　)

A．焓变ΔH<0，熵变ΔS<0

B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化

C．一定条件下，若观察不到水的生成，说明该条件下反应不能自发进行

D．选用合适的催化剂，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行

解析：选C　氢气在氧气中燃烧生成液态水的反应是一个放热且熵减的反应，A项正确；该反应是一个自发的氧化还原反应，可以将该反应设计成原电池，将化学能转化为电能，B项正确；是否能观察到有水生成除了与反应能否自发进行有关外，还与反应的速率有关，观察不到有水生成，不能说明该条件下反应不能自发进行，C项错误；使用合适的催化剂，有可能使氢气和氧气在常温常压下快速反应，D项正确。

2．(2020·郴州质检)对于可逆反应SiO2(s)＋C(s)＋N2(g)Si3N4(s)＋CO(g)(未配平)　ΔH＜0。下列叙述正确的是(　　)

A．增加焦炭的用量，生成氮化硅的反应速率增大

B．增加SiO2的用量，焦炭的转化率增大

C．增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小

D．反应的平衡常数可表示为K＝，升高温度，平衡常数K减小

解析：选D　焦炭是固体，增加焦炭的用量，反应速率不变，A错误。增加SiO2的用量，平衡不移动，焦炭的转化率不变，B错误。增大压强，正、逆反应速率均增大，C错误。配平反应方程式可得：3SiO2(s)＋6C(s)＋2N2(g)Si3N4(s)＋6CO(g)，则平衡常数可表示为K＝；该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，D正确。

3．(2020·黄石模拟)已知“凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应”。根据所学知识判断，下列反应中，在任何温度下都不能自发进行的是(　　)

A．2O3(g)===3O2(g)　ΔH<0

B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH>0

C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH<0

D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0

解析：选B　在任何温度下都不能自发进行的反应符合ΔH－TΔS>0，即ΔH>0、ΔS<0，故B项反应符合题意。

4．(2020·潍坊质检)某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol X和2 mol Y进行如下反应：3X(g)＋2Y(g)4Z(s)＋2W(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol Z，则下列说法正确的是(　　)

A．该反应的平衡常数表达式是K＝

B．此时Y的平衡转化率是40%

C．增大该体系的压强，平衡常数增大

D．增加Y，Y的平衡转化率增大

解析：选B　平衡常数表达式中不能出现固体或纯液体物质，而物质Z是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的Y的物质的量是1.6 mol×＝0.8 mol，所以Y的转化率为×100%＝40%，B正确；平衡常数只与温度有关，增大压强时平衡常数不变， C错误；增加Y后平衡右移，X的转化率增大，而Y的转化率减小，D错误。

5．(2020·鄄城二中期中)用O2将HCl转化为Cl2的反应为4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＜0。在恒温恒容条件下测得反应过程中c(Cl2)的实验数据如下表。下列说法错误的是(　　)

A．2～6 min 用Cl2表示的化学反应速率为0.9 mol·L－1·min－1

B．当容器内气体的平均摩尔质量不变时，可说明反应达到化学平衡状态

C．化学平衡常数：K(200 ℃)＞K(400 ℃)

D．增大压强，可以提高HCl的平衡转化率

解析：选A　2～6 min c(Cl2)由1.8×10－3 mol·L－1增大到5.4×10－3 mol·L－1，则有v(Cl2)＝＝9×10－4mol·L－1·min－1，A错误；恒温恒容时，平衡建立过程中，混合气体的总质量不变，气体的总物质的量不断变化，则气体的平均摩尔质量不断变化，当容器内气体的平均摩尔质量不变时，该反应达到化学平衡状态，B正确；该反应的ΔH＜0，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，则平衡常数：K(200 ℃)＞K(400 ℃)，C正确；该反应的正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，则HCl的平衡转化率增大，D正确。

6．(2020·东山二中期中)化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志。常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：

①2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030

②2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　K2＝2×1081

③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92

下列说法正确的是(　　)

A．常温下，NO分解产生O2 的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)

B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值为5×10－80

C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2

D．以上说法都不正确

解析：选C　由反应①可知，NO分解产生O2的平衡常数表达式为K1＝，A错误。反应②2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)的平衡常数为K2＝2×1081，则反应2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)的平衡常数为K＝＝＝5×10－82，B错误。常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的平衡常数K逐渐减小，则分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2，C正确，D错误。

7．(2020·北镇中学月考)在容积不变的密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0。下列各图表示当其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，其中分析正确的是(　　)

A．图Ⅰ表示温度对化学平衡的影响，且甲的温度较高

B．图Ⅱ表示t0时刻使用催化剂对反应速率的影响

C．图Ⅲ表示t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响

D．图Ⅳ中a、b、c三点中，只有b点已经达到化学平衡状态

解析：选B　图Ⅰ中乙达到平衡所用时间较短，则乙的温度高于甲，因为ΔH＜0，反应为放热反应，乙的SO2的百分含量应大于甲的，A错误；图Ⅱ在t0时刻正、逆反应速率同等程度地增大，平衡不发生移动，应是加入催化剂的原因，B正确；增大反应物的浓度瞬间，正反应速率增大，逆反应速率不变，之后逐渐增大，图Ⅲ改变条件瞬间，正、逆反应速率都增大，且正反应速率增大的程度较大，平衡向正反应方向移动，应是增大压强的原因，C错误；图Ⅳ中曲线表示平衡常数与温度的关系，曲线上各点都是平衡点，D错误。

8．(2019·朝阳区二模)乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)＋H2O(g)

C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1 mol，容器体积为1 L]。

下列分析不正确的是(　　)

A．乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0

B．图中压强的大小关系为：p1＞p2＞p3

C．图中a点对应的平衡常数K＝

D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b

解析：选B　依据图像分析，在同一个压强下，随着温度的升高，乙烯平衡转化率降低，不利于平衡向正反应方向进行，可知该反应正方向为放热反应，即ΔH＜0，A项正确；由方程式C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)可知该反应的正反应是气体分子数减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高，因此压强关系是：p1< p2< p3，B项错误；根据图示可知，起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1 mol，容器体积为1 L，a点乙烯的平衡转化率为20%，则转化的乙烯的物质的量浓度为0.2 mol·L－1，则：

 　 　　　　　C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)

开始/(mol·L－1)　　 1　　　　 1　　　　　　0

转化/(mol·L－1)　　0.2　　　 0.2　　　　　 0.2

平衡/(mol·L－1)　　0.8　　　 0.8　　　　　 0.2

所以K＝＝，C项正确；增大压强，化学反应速率会加快，则反应达到平衡的时间会缩短，由上述分析可知，p2<p3，因此达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b，D项正确。

9.t ℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(s)　ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是(　　)

A．t ℃时，该反应的平衡常数值为4

B．c点没有达到平衡，此时反应向逆向进行

C．若c为平衡点，则此时容器内的温度高于t ℃

D．t ℃时，直线cd上的点均为平衡状态

解析：选C　A项，平衡常数K＝＝＝0.25，错误；B项，分析图像可知，c点浓度商Q<K，反应正向进行，错误；C项，反应是放热反应，若c点为平衡状态，此时平衡常数小于t ℃平衡常数，说明平衡逆向进行，是升温的结果，温度高于t ℃，正确；D项，

t ℃时平衡常数不变，曲线上各点为平衡状态，其他点不是平衡状态，错误。

10．(2020·海淀区期中)生产硫酸的主要反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0。图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法正确的是(　　)

A．X代表压强

B．L1＞L2

C．A、B两点对应的平衡常数相同

D．一定温度下，当混合气中n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)＝2∶1∶2时，反应一定达到平衡

解析：选B　若X代表压强，则L代表温度，温度相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，与图像不符合，A错误。结合A项分析推知，X代表温度，L代表压强；温度相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，则压强：L1＞L2，B正确。温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小；由于温度：A＜B，则平衡常数：K(A)＞K(B)，C错误。温度一定，达到平衡状态时，n(SO2)、n(O2)和n(SO3)均保持不变，但其比值不一定等于对应的化学计量数之比，D错误。

11．一定量的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图所示：

已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×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，反应达平衡后CO2的转化率为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，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总

解析：选B　550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650 ℃时，CO的体积分数为40.0%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了

x mol CO2，则有

　　    　C(s)＋CO2(g)2CO(g)

始态/mol　　　　　1　　　 　0

变化/mol　　　　　x　 　　　2x

平衡/mol　　　　1－x　 　　 2x

因此有×100%＝40.0%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为×100%＝25.0%，B项正确。由题图可知，T ℃时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C项错误。925 ℃时，CO的体积分数为96.0%，故Kp＝＝＝23.04p总，D项错误。

12．无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝＋24.4 kJ·mol－1。

(1)平衡常数K可用反应体系中气体物质的分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×物质的量分数[例如：p(NO2)＝p总×x(NO2)]。写出上述反应平衡常数Kp的表达式________________(用p总、各气体物质的量分数x表示)；影响Kp的因素为________。

(2)上述反应中，正反应速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp为________(以k正、k逆表示)。

解析：(1)Kp＝＝，与用浓度表示的平衡常数K一样，影响Kp的因素为温度。(2)Kp＝，达到平衡时，v正＝v逆，即k正·p(N2O4)＝k逆·p2(NO2)，＝，故Kp＝。

答案：(1)Kp＝　温度　(2)

13．(2019·北京高考·节选)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。

甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。

(1)反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)已知反应器中还存在如下反应：

ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1

ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2

ⅲ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH3

……

ⅲ为积碳反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__________________________反应的ΔH。

(3)反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是________(填标号)。

a．促进CH4转化　　　 b．促进CO转化为CO2

c．减少积炭生成

(4)用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。

从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率________(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)已知反应物为CH4和H2O(g)，生成物为H2和CO2，且物质的量之比为4∶1，据此结合质量守恒定律即可写出化学方程式。(2)根据盖斯定律，ⅰ式＋ⅱ式可得：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH1＋ΔH2，则(ⅰ式＋ⅱ式)－ⅲ式可得：C(s)＋2H2O(g)

===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH；ⅰ式－ⅱ式可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1－ΔH2，则(ⅰ式－ⅱ式)－ⅲ式可得：C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH。因此，要求反应ⅲ式的ΔH3，还必须利用反应C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔH。(3)投入过量的H2O(g)，可以促进CH4转化为CO2和H2，同时也可将副反应产生的CO转化为CO2；由于H2O(g)过量，同时也可减少CH4的分解。故a、b、c均正确。(4)由题给图像可以看出，从t1时开始CaO消耗率曲线斜率明显减小，故单位时间CaO的消耗率降低。由于CaO＋CO2===CaCO3，生成的CaCO3覆盖在CaO的表面，减少了CaO与CO2的接触面积，导致吸收效率降低，甚至失效。

答案：(1)CH4＋2H2O4H2＋CO2　(2)C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)(3)abc　(4)降低　CaO＋CO2===CaCO3，CaCO3覆盖在CaO表面，减少了CO2与CaO的接触面积

14．(2020·潍坊期末)汽车尾气(用N2O表示)是空气污染源之一。回答下列问题：

(1)用CO还原N2O的能量变化如图甲所示，则该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________。

在相同温度和压强下，1 mol N2O和1 mol CO经过相同反应时间测得如下实验数据：

试分析在相同温度时，催化剂2催化下N2O的转化率更高的原因是________________________________________________________________________。

(2)在容积均为1 L的密闭容器A(起始500 ℃，恒温)、B(起始500 ℃，绝热)两个容器中分别加入0.1 mol N2O、0.4 mol CO和相同催化剂。实验测得A、B容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图乙所示。

①B容器中N2O的转化率随时间的变化关系是图乙中的________曲线。

②要缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N2O的平衡转化率，在催化剂一定的情况下可采取的措施是______________(答出1点即可)。

③500 ℃该反应的化学平衡常数K＝________(用分数表示)。

④实验测定该反应的反应速率v正＝k正·c(N2O)·c(CO)，v逆＝k逆·c(N2)·c(CO2)，k正、k逆分别是正、逆反应速率常数，c为物质的量浓度。计算M处的＝________(保留两位小数)。

解析：(1)由图甲可知，1 mol N2O(g)和1 mol CO(g)具有的总能量比1 mol N2(g)和1 mol CO2(g)具有的总能量高362.8 kJ，据此写出CO还原N2O的热化学方程式。图甲中催化剂2作用下反应活化能降低的程度比催化剂1更多。因催化剂不影响反应达到平衡时反应物的转化率，由表中数据可知，相同温度时，催化剂2催化下N2O的转化率比使用催化剂1时高，说明反应未达平衡，因在催化剂2催化下，反应的活化能更低，反应速率快，故经过相同反应时间，N2O的转化率更高。

(2)①反应N2O(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)的ΔH＜0，容器B(绝热)的起始温度为500 ℃，反应正向进行放出热量，体系的温度升高，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，故表示B容器中N2O的转化率随时间的变化关系的是a曲线。

②该反应的正反应是气体总分子数不变的放热反应，缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N2O的平衡转化率，可采取的措施是缩小容器容积(增大压强)。

③图乙中b曲线对应A容器中N2O的转化率，达到平衡时N2O转化率为25%，则有：

　　　　　　N2O(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)

  0.1     0.4      0     0

  0.025  0.025  0.025  0.025

  0.075  0.375  0.025  0.025

则500 ℃时该反应的化学平衡常数K＝＝＝。

④由③分析可知，500 ℃恒温容器中达到平衡时，N2O(g)、CO(g)、N2(g)和CO2(g)的平衡浓度(mol·L－1)分别为0.075、0.375、0.025、0.025，则有v正＝k正·c(N2O)·c(CO)＝k正×0.075

×0.375, v逆＝k逆·c(N2)·c(CO2)＝k逆×0.025×0.025；达到平衡时v正＝v逆，则有k正×0.075×

0.375＝k逆×0.025×0.025，据此可得＝；M点对应的N2O的转化率为20%，此时N2O(g)、CO(g)、N2(g)和CO2(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.08、0.38、0.02、0.02，则有＝≈1.69。

答案：(1)N2O(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－362.8 kJ·mol－1　数据表明反应未达到平衡，在催化剂2催化下，反应的活化能更低，反应速率快，经过相同反应时间，N2O的转化率更高

(2)①a　②缩小容器容积　③　④1.69