2022版高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第3节化学平衡常数化学反应进行的方向训练含解析

第3节 化学平衡常数 化学反应进行的方向

[A组·基础练习]

1．下列关于化学平衡常数的说法，正确的是(　　)

A．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值

B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变

C．化学平衡常数与温度、反应物浓度、体系的压强都有关

D．由化学平衡常数可以推断一个可逆反应进行的程度

【答案】D

【解析】化学平衡常数只与温度有关，与浓度、压强、催化剂无关。

2．下列说法中不正确的是(　　)

A．SiO2(s)＋2C(s)══Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH>0

B．3C(s)＋CaO(s)══CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0

C．BaSO4(s)＋4C(s)══BaS(s)＋4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0

D．常温下，2NO(g)＋O2(g)══2NO2(g)能够自发进行，则该反应的ΔH<0

【答案】C

3．(2021·江西南昌模拟)向容积固定为2 L的密闭容器中充入9.6 mol NO和4.8 mol O2，发生如下反应：

①2NO(g)＋O2 (g)2NO2(g)　ΔH＜0

②2NO2(g)N2O4(g) 　ΔH＜0

测得NO2和N2O4的浓度变化如下图所示，0～10 min维持容器温度为T  ℃，10 min时改变某反应条件，一段时间后再次平衡。下列说法正确的是(　　)

A．前5 min反应的平均速率v(NO)＝0.24 mol·L－1·min－1

B．T  ℃时反应①的化学平衡常数K＝0.36 L·mol－1

C．10 min时改变反应条件可能是降低温度

D．若起始时向该容器中充入1.6 mol NO2和4.0 mol N2O4，T ℃达到平衡时，NO2的物质的量浓度与图中5～10 min的不同

【答案】B

【解析】5 min时容器内NO2、N2O4的浓度分别为1.2 mol·L－1、0.8 mol·L－1，v(NO)＝v(NO2)，则前5 min的平均反应速率为v(NO)＝2.8 mol·L－1÷5 min＝0.56 mol·L－1·min－1，A错误；结合以上分析知，5 min后到达平衡时c(NO)＝4.8 mol·L－1－2.8 mol·L－1＝2 mol·L－1、c(O2)＝1 mol·L－1、c(NO2)＝1.2 mol·L－1，故T ℃时，反应①的K＝＝0.36 L·mol－1，B正确；10 min 时NO2、N2O4的浓度均减小，可能改变的条件是升高温度，C错误；利用原子守恒知，起始时充入1.6 mol NO2与4.0 mol N2O4，同原平衡是等效平衡，则NO2的物质的量浓度与图中5～10 min的相同，D错误。

4．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，废气中氮氧化物的转化率增大

【答案】C

【解析】正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，A错误；增大一种反应物浓度，其他反应物转化率增大，B错误；单位时间内消耗NO和N2属于不同的反应方向，物质的量之比为1∶2时，等于化学计量数之比，反应达到平衡，C正确；使用催化剂平衡不移动，废气中氮氧化物的转化率不变，D错误。

5．(2020·山西太原联考)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lg与温度(T)的关系曲线如下图。下列说法正确的是(　　)

A．通过增高反应炉的高度，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】增高反应炉的高度，延长CO与矿石的接触时间，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，A错误；由图像可知用CO冶炼金属铬时，lg一直很大，说明CO转化率很低，不适宜，B正确；由图像可知CO还原PbO2的温度越高，lg越大，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故ΔH＜0，C错误；由图像可知用CO冶炼金属铜时，温度越高lg越大，故CO转化率越低，D错误。

6．(2020·广东广州五校联考)FeCl3溶液与KSCN溶液混合时存在下列平衡：Fe3＋(aq)＋SCN－(aq)Fe(SCN)2＋(aq)。已知某一条件下，反应达到平衡时，Fe(SCN)2＋的物质的量浓度与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是(　　)

A．该反应为吸热反应

B．T1、T2时反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2

C．反应处于D点时，一定有v正小于v逆

D．A点的c(Fe3＋)比B点的c(Fe3＋)大

【答案】B

【解析】随着温度的升高，c[Fe(SCN)2＋]逐渐减小，说明正反应放热，ΔH<0，A错误；正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则K减小，所以温度T1<T2时，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2，B正确；在曲线下方，未处于平衡状态，c[Fe(SCN)2＋]比平衡状态时小，反应向正反应方向进行，v(正)>v(逆)，C错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，A点温度小于B点，所以A点的c(Fe3＋)小，D错误。

7．甲醇脱氢可制取甲醛：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化的曲线如下图所示(已知反应在1 L的密闭容器中进行)。下列有关说法正确的是(　　)

A．平衡常数：K600 K>K750 K

B．从Y到Z点可通过增大压强实现

C．在T1点温度时，该反应的平衡常数为8.1

D．若工业上利用此反应进行生产，为了提高经济效益，可将反应温度升高至1 050 K以上

【答案】C

【解析】在T1点温度下，CH3OH转化率为90%，其平衡常数为＝8.1，C正确。

[B组·提高练习]

8．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0

T1温度下的部分实验数据如下表：

下列说法不正确的是(　　)

A．500 s内N2O5的分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1　

B．T1温度下的平衡常数K1＝125,1 000 s时转化率为50%

C．其他条件不变时，T2温度下反应平衡时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol·L－1，则T1<T2

D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1>K3，则T1>T3

【答案】C

【解析】v(N2O5)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1，A正确；1 000 s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出两种量如下：

　　　　　　　　2N2O54NO2　＋　O2

起始(mol·L－1)　　5.00　　　　0　　　　0

平衡(mol·L－1)　　2.50　　　5.00　　　1.25

则K1＝＝＝125，α(N2O5)＝×100%＝50%，B正确；T2温度下的N2O5平衡浓度大于T1温度下的，则改变温度使平衡逆向移动了，逆反应是放热反应，则降低温度平衡向放热方向移动，即T2<T1，C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大，若K1>K3，则T1>T3，D正确。

9．一定条件下存在反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH<0，现有三个相同的1 L 恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1  mol H2 和1  mol I2(g)，在Ⅱ中充入2  mol HI(g)，在Ⅲ中充入2  mol H2 和2  mol I2(g)，700  ℃条件下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是(　　)

A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同

B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同

C．容器Ⅰ中的气体颜色比容器Ⅱ中的气体颜色深

D．容器Ⅰ中H2的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和等于1

【答案】C

【解析】在恒容绝热条件下，容器Ⅰ、Ⅱ中分别从正、逆反应方向达平衡，Ⅰ中放热，Ⅱ中吸热，两反应达平衡时温度不同，所以正反应速率不相同，A错误；Ⅲ中放出的热量较多，故容器Ⅰ、Ⅲ中平衡时温度不同，反应的平衡常数不相同，B错误；Ⅰ中放热，Ⅱ中吸热，达到平衡时容器Ⅰ中温度比Ⅱ中高，升温平衡逆向移动，c(I2)增大，故容器Ⅰ中的气体颜色比容器Ⅱ中的气体颜色深，C正确；若恒温时容器Ⅰ、Ⅱ中形成等效平衡，容器Ⅰ中H2的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和等于1，但本题条件是恒容绝热条件，平衡时温度不同，D错误。

10．(2020·河北秦皇岛一诊)在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO (s)＋CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A曲线表示CO2的平衡浓度与温度的关系，B曲线表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化。请按要求回答下列问题：

(1)该反应正反应为________(填“吸”或“放”)热反应；温度为T5时，该反应耗时40 s达到平衡，则此温度下，该反应的平衡常数数值为__。

(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应______(填编号)。

a．一定向逆反应方向移动

b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小

c．一定向正反应方向移动

d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：____________________。

(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量________，CaO的质量________，CO2的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。

【答案】(1)吸　0.20　(2)bc　(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短　(4)增大　减小　不变

【解析】(1)T5时，c(CO2)＝0.20 mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡逆向移动，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。

11．已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：

(1)上述反应的化学平衡常数表达式为__________________，该反应的Q________0(填“>”或“<”)。

(2)850 ℃时，在体积为10 L的反应器中通入一定量的CO和H2O(g)，发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如下图所示，则0～4 min时平均反应速率v(CO)＝________________。

(3)若在500 ℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.02 mol·L－1，该条件下，CO的最大转化率为______。

(4)若在850 ℃时进行，设起始时CO和H2O(g)共为1 mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式：________。

(5)有人提出可以设计反应2CO══2C＋O2(ΔH>0)来消除CO的污染。请判断上述反应能否自发进行：______(填“可能”或“不可能”)，理由是____________________________。

【答案】(1)K＝　<

(2)0.03 mol·L－1·min－1　(3)75%　(4)y＝x

(5)不可能　ΔH>0且ΔS<0，不能自发进行

【解析】(1)依据图表数据分析，升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，ΔH<0。(2)v(CO)＝(0.20 mol·L－1－0.08 mol·L－1)÷4 min＝0.03 mol·L－1·min－1。(3)设CO的浓度变化量为a，则

　　　　　　　　CO(g) 　＋　H2O(g)H2(g)＋CO2(g)

起始(mol·L－1) 　　0.02　　　　0.02　　　　0　　0

变化(mol·L－1)　　　a　　　　　a　　　　　a　　a

平衡(mol·L－1)　　0.02－a　　　0.02－a　　a　　a

代入500 ℃时反应平衡常数有

K＝＝＝9，解得a＝0.015

CO的最大转化率为×100%＝75%。(4)因850 ℃时反应平衡常数为1。设起始时H2O(g)的物质的量为x mol，CO的物质的量为(1－x) mol，则

　　　　　CO(g)　＋　　H2O(g)　　H2(g) ＋　CO2(g)

起始：　　(1－x)　　　　x　　　　　　　0　　　　0

转化：　　(1－x)y　　　(1－x)y　　　　(1－x)y　　(1－x)y

平衡：　　(1－x)(1－y)　(x－y＋xy)　　(1－x)y　 　(1－x)y

所以平衡常数K＝＝1，解得y＝x。(5)反应2CO══2C＋O2(ΔH>0)，则ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应吸热ΔH>0且ΔS<0，依据ΔG＝ΔH－TΔS判断该反应在任何情况下不能自发进行。

12．在某温度下，将2 mol CO与5 mol H2的混合气体充入容积为2 L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。经过5 min后，反应达到平衡，此时转移电子6 mol。

(1)该反应的平衡常数为__________，v(CH3OH)＝______mol·L－1·min－1。若保持体积不变，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此时v正________v逆(填“>”“<”或“＝”)。

(2)在其他条件不变的情况下，再增加2 mol CO与5 mol H2，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)下列不能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。

a．CH3OH的质量不变

b．混合气体的平均相对分子质量不再改变

c．v逆(CO)＝2v正(H2)

d．混合气体的密度不再发生改变

(4)在一定压强下，容积为V L的容器充入a mol CO与2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

则p1________p2(填“大于”“小于”或“等于”，下同)。ΔH________0，该反应在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。

(5)能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________(填字母)。

a．及时分离出CH3OH气体

b．适当升高温度

c．增大H2的浓度

d．选择高效催化剂

【答案】(1)3　0.15　>　(2)增大　(3)cd

(4)小于　小于　低温　(5)c

【解析】(1)某温度，将2 mol CO与5 mol H2的混合气体充入容积为2 L的密闭容器中，经过5 min后，反应达到平衡，依据化学方程式可知转移电子4 mol 消耗CO物质的量为1 mol，则此时转移电子6 mol，消耗CO物质的量＝×1 mol＝1.5 mol，则

　　　　　　　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol)　　2　　　5　　　　　0

变化量(mol)　　1.5　　3　　　　　1.5

平衡量(mol)　　0.5　　2　　　　1.5

平衡常数K＝＝3；甲醇表示的反应速率v(CH3OH)＝＝0.15 mol·L－1·min－1，若保持体积不变，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，计算此时浓度商Qc＝＝1.2<3，说明平衡正向进行，此时v(正)>v(逆)。(2)在其他条件不变的情况下，再增加2 mol CO与5 mol H2，相当于增大压强，CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反应是气体体积减小的反应，平衡正向移动，一氧化碳的转化率增大。(3)反应速率之比等于化学计量数之比，当满足2v逆(CO)＝v正(H2)时，说明氢气的正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，但v逆(CO)＝2v正(H2)不能说明反应达到平衡状态，c符合；反应前后气体质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不发生改变，不能说明反应达到平衡状态，d符合。(4)相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图像知，p1小于p2；温度升高，一氧化碳转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)反应是气体体积减小的反应，ΔS<0，低温下满足ΔH－TΔS<0，即低温下能自发进行。(5)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0，反应是气体体积减小的放热反应。及时分离出CH3OH，减少生成物浓度，平衡正向移动，但反应速率减小，a错误；升高温度，平衡逆向移动，b错误；增大H2的浓度，化学反应速率加快，平衡正向移动，c正确；选择高效催化剂，化学反应速率加快，平衡不移动，d错误。

13．(2021·河北晋州月考)亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂，可通过反应获得：2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)。

(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：

①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1

②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)　K2

③2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　K3

则K3＝________(用K1和K2表示)。

(2)300 ℃时，2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的正反应速率表达式为v正＝k·cn(ClNO)，测得速率和浓度的关系如下表，则n＝________；k＝_____。

(3)按投料比[n(NO)∶n(Cl2)＝2∶1]把NO和Cl2加入到一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图甲所示：

甲　　　　　　　　　乙

①该反应的ΔH______0(填“>”“<”或“＝”)。

②在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为________。

③若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。

(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡时ClNO的体积分数φ随n(NO)/n(Cl2)的变化图像如图乙所示，则A、B、C三点中NO转化率最小的是________；若n(NO)/n(Cl2)＝2.8，则达到平衡状态时ClNO的体积分数可能是D、E、F三点中的________点。

【答案】(1)K/K2　

(2)2　4.0×10－8 L·mol－1·s－1

(3)①<　②40%　③5/p　(4)C　F

【解析】(3)②　　2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)

起始物质的量：　　2　　　　1　　　　　0

转化物质的量：　　1　　　0.5　　　　　1

平衡物质的量：　　1　　　0.5　　　　　1

M点NO的体积分数为×100%＝40%。

③NO所占分压为×p＝0.4p，Cl2所占分压为0.2p，ClNO为0.4p，则

Kp＝＝。