高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第3讲化学平衡常数及平衡转化率训练含解析

这是一份高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第3讲化学平衡常数及平衡转化率训练含解析，共11页。试卷主要包含了硫酸是一种重要的基本化工产品等内容，欢迎下载使用。

1．(2021·四川成都七中检测)对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．升高体系温度，平衡常数K减小
B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．平衡常数表达式为K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（C）·c（H2O）)
D．增加C(s)的量，平衡正向移动
B [正反应为吸热反应，升高体系温度，平衡正向移动，K增大，A项错误；化学平衡常数只受温度的影响，与体系的压强无关，B项正确；C为固体，不带入K的表达式中，因此K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（H2O）) ，C项错误；固体物质的浓度视为定值，因此增加C(s)的量，平衡不移动，D项错误。]
2．(2021·天津重点中学联考)一定温度下，在一个容积为1 L的密闭容器中，充入1 ml H2(g)和1 ml 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 ml HI(g)发生反应HI(g)  eq \f(1,2) H2(g)＋ eq \f(1,2) I2(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
D．后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度为0.5
B [前一反应达平衡时c(H2)＝c(I2)＝0.5 ml·L－1，c(HI)＝1 ml·L－1，则平衡常数K1＝ eq \f(c2（HI）,c（H2）·c（I2）) ＝ eq \f(12,0.5×0.5) ＝4，而后一反应的平衡常数K2＝ eq \f(\s\up6(\f(1,2))（H2）·c\s\up6(\f(1,2))（I2）,c（HI）) ＝ eq \f(1,\r(K1)) ＝0.5，A项错误，B项正确；设后一反应达平衡时c(H2)＝x ml·L－1，则平衡时c(I2)＝x ml·L－1，c(HI)＝(0.5－2x) ml·L－1，K2＝ eq \f(x\s\up6(\f(1,2))·x\s\up6(\f(1,2)),0.5－2x) ＝0.5，解得x＝0.125，故平衡时c(HI)＝0.25 ml·L－1，C、D项错误。]
3．(2021·江苏苏州期初调研)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g) K＝0.1。反应前CO的物质的量为10 ml，平衡后CO的物质的量为8 ml。下列说法正确的是( )
A．升高温度，H2S浓度增大，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为5 ml
D．CO的平衡转化率为20%
D [升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应吸热，正反应放热，A项错误；通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率逐渐减小，B项错误；设反应前H2S的物质的量为n ml，容器的容积为V L，则
CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g) K＝0.1
n始/ml 10 n 0 0
n转/ml 2 2 2 2
n平/ml 8 n－2 2 2
K＝ eq \f(\f(2,V)·\f(2,V),\f(8,V)·\f(n－2,V)) ＝0.1，解得n＝7，C项错误；根据上述计算可知CO的转化率为20%，D项正确。]
4．(2021·湖南长郡中学检测)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应，得到如下表中的两组数据：
下列说法中不正确的是( )
A．x＝2.4
B．T1、T2的关系：T1＞T2
C．K1、K2的关系：K2＞K1
D．实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝0.2 ml·L－1·min－1
A [根据题中信息可列“三段式”：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
n(起始)/ml 4 2
n(转化)/ml 4－x 2－0.8
n(平衡)/ml x 0.8
(4－x)∶(2－0.8)＝2∶1，解得：x＝1.6。同理，解得y＝0.2。由t>6得，2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)是放热反应，温度越高，反应速率越高，反应正向进行的程度越小，根据x，y可以判断出T1＞T2，K1＜K2。实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝ eq \f(4 ml－1.6 ml,2 L×6 min) ＝0.2 ml·L－1·min－1。]
5．(2021·北京顺义区检测)在一定体积的1 L密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：
下列说法正确的是( )
A．上述生成CO和H2O的反应为放热反应
B．加压、增大H2浓度和加入催化剂都能提高CO2的转化率
C．830 ℃达平衡后，再充入1.0 ml H2，K值增大，平衡正向移动
D．830 ℃时反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为1
D [由表格数据可知，温度越高，K越大，则生成CO和H2O的反应为吸热反应，A项错误；该反应为气体体积不变的反应，加压、使用催化剂，平衡均不移动，则不能提高转化率，而增大H2浓度能提高CO2的转化率，B项错误；充入1.0 ml H2，反应物浓度增大，但K只与温度有关，则平衡正向移动，但K不变，C项错误；正逆反应的K互为倒数关系，由830 ℃时CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) K＝1.0，则830 ℃时反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K＝ eq \f(1,1.0) ＝1，D项正确。]
6．(2021·山西晋城检测)碳酸甲乙酯(CH3OCOOC2H5)是一种优良的锂离子电池电解液的溶剂，可利用以下反应制取：C2H5OCOOC2H5＋CH3OCOOCH3
2CH3OCOOC2H5。该反应中碳酸甲乙酯的产率(α)与温度(T)、投料比(R)的关系如图所示。
注：R＝n(C2H5OCOOC2H5)∶n(CH3OCOOCH3)
下列有关说法正确的是( )
A．生成碳酸甲乙酯的反应是吸热反应
B．增大反应物中CH3OCOOCH3的浓度能提高碳酸甲乙酯的产率
C．反应温度为650 K时，碳酸甲乙酯的产率为60%
D．该反应的平衡常数K＝9
A [由图像知，在投料比相同的情况下，温度越高，碳酸甲乙酯的产率越高，说明升温平衡正向移动，正反应是吸热反应，A项正确；相同温度下，R越大，碳酸甲乙酯的产率越高，说明C2H5OCOOC2H5浓度越大，产物产率越高，CH3OCOOCH3的浓度越大，产物产率越低，B项错误；650 K时，只有R＝1时，碳酸甲乙酯的产率为60%，C项错误；K与温度有关，温度不确定，无法求K，D项错误。]
7．(2019·海南卷)由γ­羟基丁酸生成γ­丁内酯的反应如下：
在298 K下，γ­羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 ml·L－1，测得γ­丁内酯的浓度随时间变化的数据如表所示。回答下列问题：
(1)该反应在50～80 min内的平均反应速率为________ml·L－1·min－1。
(2)120 min时γ­羟基丁酸的转化率为________。
(3)298 K时该反应的平衡常数K＝______。
(4)为提高γ­羟基丁酸的平衡转化率，除适当控制反应温度外，还可采取的措施是________________________________________________________________________。
答案 (1)0.000 7 (2)0.5(50%) (3) eq \f(11,4) (4)将γ­丁内酯移走
8．(2020·山东等级模拟考)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：
CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l) eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d7(△))CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l)
已知v正＝k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v逆＝k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其中v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，x为各组分的物质的量分数。
(1)反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料，测得348 K、343 K、338 K三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如下图所示。
该醇解反应的ΔH________0(填＞或＜)。348 K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx＝________(保留2位有效数字)。
在曲线①、②、③中，k正－k逆值最大的曲线是________；A、B、C、D四点中，v正最大的是________，v逆最大的是________。
(2)343 K时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。则达到平衡后，初始投料比________时，乙酸甲酯转化率最大；与按1∶2投料相比，按2∶1投料时化学平衡常数Kx________(填增大、减小或不变)。
(3)该醇解反应使用离子交换树脂作催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是________。
a．参与了醇解反应，但并不改变反应历程
b．使k正和k逆增大相同的倍数
c．降低了醇解反应的活化能
d．提高乙酸甲酯的平衡转化率
解析 (1)根据图像可知，温度①＞②＞③，转化率①＞②＞③，故ΔH＞0；K＝ eq \f(k正,k逆) ，①温度高，K大，所以①曲线k正－k逆最大；A点反应物浓度最大，温度最高，C点生成物浓度最大，温度最高。(3)a选项催化剂参与反应，且改变反应历程；d选项催化剂不影响平衡移动。
答案 (1)＞ 3.2 ① A C (2)2∶1 不变 (3)bc
9．(2020·全国卷Ⅰ，28题节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g) eq \(――→,\s\up7(钒催化剂)) SO3(g) ΔH＝－98 kJ·ml－1。回答下列问题：
(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________， 判断的依据是________________________________________。影响α的因素有________________________________。
(2)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________________，平衡常数Kp＝__________________________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：
v＝k eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(α,α′)－1)) eq \s\up12(0.8) (1－nα′)式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'＝0.90时， 将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是_________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)反应SO2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g)SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0 MPa，p3＝0.5 MPa。由图可知，反应在5.0 MPa、550 ℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率α，温度一定时，压强越大，α越大；压强一定时，温度越高，α越小。
(2)在温度t、压强p条件下进行反应，平衡时SO2转化率为α，由于N2对反应无影响，可认为混合气体由SO2和O2组成，则有2m%＋m%＝1，2m＋m＝100，设SO2有2m ml，则O2有m ml，利用“三段式法”计算：
SO2(g) ＋ eq \f(1,2) O2(g)  SO3(g)
起始量/ml 2m m 0
转化量/ml 2mα mα 2mα
平衡量/ml 2m×(1－α) m×(1－α) 2mα
因反应恒压，故SO3的压强为 eq \f(2 mα,3m－mα) p＝ eq \f(2mα,100－mα) ·p＝ eq \f(2mα,100－mα) p。
平衡时，SO2、O2的压强分别为 eq \f(2m（1－α）,100－mα) p、 eq \f(m（1－α）,100－mα) p，则平衡常数Kp＝ eq \f(\f(2mα,100－mα)p,\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(2m（1－α）,100－mα)p))·\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(m（1－α）,100－mα)p))\s\up12(0.5)) ＝ eq \f(α,（1－α）1.5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(m,100－mα)p))\s\up12(0.5)) 。
(3)在α′＝0.90时，SO2催化氧化的反应速率为v＝k eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(α,0.90)－1)) eq \s\up12(0.8) ·(1－0.90n)。升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。
答案 (1)0.975 该反应气体分子数减小，增大压强，α提高。5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成) (2) eq \f(2mαp,100－mα) eq \f(α,（1－α）1.5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(m,100－mα)p))\s\up12(0.5)) (3)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低
10．(2020·全国卷Ⅲ)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是____、____。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440 K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________________________________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
解析 (1)根据题给信息可知，反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)，则乙烯和水的物质的量之比为1∶4。当反应达平衡时，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡向正反应方向移动，则乙烯的物质的量变大。(2)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，而反应2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)中二氧化碳和氢气的化学计量数之比也为1∶3，则无论反应进行到什么程度，混合气体中n(CO2)∶n(H2)始终为1∶3，故可判断曲线a、b、c、d分别代表H2、H2O、CO2、C2H4。由于升高温度，CO2或H2的量增多，说明逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应。(3)根据(2)中的分析可知，任意时刻CO2和H2的物质的量分数之比始终为1∶3，根据点A坐标(440 K，0.39)可知，氢气和水蒸气的物质的量分数都为0.39，则CO2的物质的量分数为 eq \f(0.39,3) ＝0.13，C2H4的物质的量分数为 eq \f(0.39,4) (注意：C2H4和H2O的物质的量分数之比始终为化学计量数之比)，则CO2(g)、H2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的分压分别为0.1 MPa× eq \f(0.39,3) 、0.1 MPa×0.39、0.1 MPa× eq \f(0.39,4) 、0.1 MPa×0.39，从而可求得Kp＝ eq \f(9,4) × eq \f(1,（0.039）3) (MPa)－3或Kp＝ eq \f(pC2H4×p4H2O,p2CO2×p6H2) ＝ eq \f(\f(0.39,4)×0.1 Mpa×（0.1 MPa×0.39）4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.39,3)×0.1 MPa))\s\up12(2)×（0.1 MPa× 0.39）6) ＝ eq \f(0.394×\f(0.39,4),0.396×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.39,3)))\s\up12(2)) × eq \f(1,0.13) 。
答案 (1)1∶4 变大 (2)d c 小于
(3) eq \f(9,4) × eq \f(1,0.0393) 或 eq \f(0.394×\f(0.39,4),0.396×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.39,3)))\s\up12(2)) × eq \f(1,0.13) 等
11．(1)(2018·全国卷Ⅰ)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
(2)(2018·全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
(3)(2019·全国卷Ⅲ)Deacn发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400℃)＝________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________________________________________________________________________。
在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________________________________________________________________________。(写出2种)
解析 (1)时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的p(NO2)===2p(N2O5)＝2×35.8 kPa＝71.6 kPa，p(O2)＝0.5×35.8 kPa＝17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则
N2O4(g)2NO2(g)
初始压强/kPa 0 71.6
转化压强/kPa x 2x
平衡压强/kPa x 71.6－2x
则有x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4，71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，Kp＝ eq \f(p2（NO2）,p（N2O4）) ＝ eq \f(（18.8 kPa）2,26.4 kPa) ≈13.4 kPa。
(2)温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343 K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323 K时SiHCl3的转化率变化。
①由题图可知，343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 ml·L－1，则有
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
起始浓度/ml·L－1 1 0 0
转化浓度/ml·L－1 0.22 0.11 0.11
平衡浓度/ml·L－1 0.78 0.11 0.11
则343 K时该反应的平衡常数K343 K＝ eq \f(c（SiH2Cl2）·c（SiCl4）,c2（SiHCl3）) ＝ eq \f(（0.11 ml·L－1）2,（0.78 ml·L－1）2) ≈0.02。
(3)由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH<0，升高温度平衡左移，则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)＝1∶1时，列三段式：
4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始浓度 c0 c0 0 0
转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400℃)＝ eq \f(（0.42c0）2×（0.42c0）2,（1－0.84）4c eq \\al(\s\up1(4),\s\d1(0)) ×（1－0.21）c0)
＝ eq \f(0.422×0.422,（1－0.84）4×（1－0.21）c0) 。
c(HCl)∶c(CO2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。
答案 (1)13.4 (2)22 0.02
(3)大于 eq \f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0) O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 增加反应体系压强、及时除去产物
实验编号
温度/℃
平衡常数
起始量/ml
平衡量/ml
达到平衡所需时间/min
O2
SO2
O2
SO2
1
T1
K1
4
2
x
0.8
6
2
T2
K2
4
2
0.4
y
t(t>6)
t/℃
700
800
830
1 000
K
0.6
0.9
1.0
1.7
t/min
21
50
80
100
120
160
220
∞
c/ml·L－1
0.024
0.050
0.071
0.081
0.090
0.104
0.116
0.132
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1