高中化学第二章第三节第3课时化学平衡常数练习含解析新人教版选修4

第3课时化学平衡常数

选题表

知识点基础过关能力提升化学平衡常数及应用1,2,4

化学平衡计算3,5,7 11,12

综合考查6,8,9,10 13

1.下列关于化学平衡常数K的说法中,正确的是( D )

①平衡常数K只与反应本身及温度有关

②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K

③加入催化剂不改变平衡常数K

④平衡常数K只与温度有关,与反应的本身及浓度、压强无关

A.①②

B.②③

C.③④

D.①③

解析:化学平衡常数K只受温度的影响。

2.在一定条件下,有下列分子数之比相同的可逆反应,其平衡常数K值分别是

①H2+F22HF K=1047

②H2+Cl22HCl K=1017

③H2+Br22HBr K=109

④H2+I22HI K=1

比较K值大小,可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是( A )

A.①②③④

B.④②③①

C.①④③②

D.无法确定

解析:平衡常数越大,表示该反应正反应进行的程度越大。

3.反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1;反应HI(g)H2(g)+

I2(g)的平衡常数为K2,则K1、K2的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)( C )

A.K1=2K2

B.K1=

C.K1=

D.K1=

解析:由反应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)的平衡常数为,故反应HI(g)H2(g)+

I2(g)的平衡常数K2=,故K1=。

4.(2018·甘肃兰州第一中学期中)碘水溶液中存在下列平衡: I2(aq)+I-(aq)(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示,下列说法正确的

t/℃ 5 15 25 35 50

K 1 100 841 689 533 409

A.反应I2(aq)+I-(aq)(aq)的ΔH>0

B.25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡常数K小于689

C.其他条件不变,升高温度,溶液中c()减小

D.该反应的平衡常数表达式为K=

解析:随着温度升高反应的K值减小,所以反应放热,ΔH<0,A项错误;反应的平衡常数K只与温度相关,所以K应该不变,B项错误;正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,溶液中

c()减小,C项正确;该反应平衡常数表达式K=,D项错误。

5.可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),在密闭容器中达到平衡。温度为749 K时,K=1,当CO的起始浓度为2 mol/L,H2O的起始浓度为6 mol/L时,CO的转化率为( B )

A.80%

B.75%

C.50%

D.25%

解析:设转化的CO的浓度为x mol/L,

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始(mol/L) 2 6 0 0

转化(mol/L) x x x x

平衡(mol/L) 2-x 6-x x x

K==1,解得x=1.5

所以CO的转化率为×100%=75%。

6.(2018·陕西咸阳模拟)在 2 L恒容密闭容器中充入 2 mol X和 1 mol Y发生反应2X(g)+Y(g)4Z(g),反应过程持续升高温度,测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( A )

A.Q点时,Y的转化率最大

B.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率

C.升高温度,平衡常数增大

D.平衡时充入Z,达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大

解析:Q点时,X的体积分数最小,则Y的转化率最大,选项A正确;温度越高,化学反应速率越大,所以W点X的正反应速率小于M点X的正反应速率,选项B错误;由图可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡常数减小,选项C错误;因为该反应正向为气体化学计量数增大的反应,所以平衡时充入Z,相当于在恒温恒压条件下,先建立平衡再压缩至

2 L,平衡逆向移动,新平衡与原平衡相比,Z的体积分数减小,选项D错误。

7.(2018·广东中山期末)利用I2O5可消除CO污染,其反应为I2O5(s)+

5CO(g)5CO2(g)+I2(s);不同温度下,向装有足量I2O5固体的2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO,测得CO2气体体积分数φ(CO2)随时间t变化曲线如图所示。下列说法正确的是( C )

A.b点时,CO的转化率为20%

B.容器内的压强保持恒定,表明反应达到平衡状态

C.b点和d点的化学平衡常数:K b>K d

D.从反应开始到a点的反应速率v(CO)=0.3 mol·L-1·min-1

解析: 5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)

起始量/mol 2 0

转化量/mol x x

b点量/mol 2-x x

根据b点时C O2的体积分数φ(C O2)=x÷2=0.80,得x=1.6,转化率

=×100%=×100%=80%,A项错误;两边计量数相等,所以压强始终不变,不能作平衡

状态的标志,B项错误;b点比d点时生成物CO2体积分数大,说明进行的程度大,则化学平衡常数:K b>K d,C项正确;0到0.5 min时,

5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)

起始量/mol 2 0

转化量/mol y y

a点量/mol 2-y y

根据a点时CO2的体积分数φ(CO2)=y÷2=0.30,得y=0.6;则从反应开始至a点时的反应速率为v(C O)=(0.6m o l÷2L)÷0.5m i n= 0.6 mol·L-1· min-1,D项错误。

8.(2017·天津卷)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)

Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。

第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;

第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至 230 ℃制得高纯镍。

下列判断正确的是( B )

A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大

B.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度,选50 ℃

C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低

D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)

解析:第一阶段,50 ℃时,反应速率较快且Ni(CO)4为气态,能从反应体系中分离出来,B项正确;增加c(CO),平衡正向移动,但平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数不变,A项错误;相同温度下,第二阶段与第一阶段的平衡常数互为倒数,则230 ℃时,第二阶段的平衡常数K′=5×104,反应进行的程度大,故Ni(CO)4分解率较高,C项错误;该反应达到平衡时,4v生成[Ni(CO)4]=v生成(CO),D项错误。

9.(2018·河北邯郸第二中学期中)已知Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)在不同温度下

温度/℃ 1 000 1 150 1 300

平衡常数42.9 50.7 64.0

(1)该反应的平衡常数表达式K= ,ΔH (填“>”“<”或“=”)0。

(2)在一个容积为10 L的密闭容器中,1 300 ℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1 mol,反应经过10 min后达到平衡。求该时间范围内的平均反应速率v(CO2)= ,CO的平衡转化率为。

(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率,可采取的措施是。

A.增加Fe2O3的量

B.加入合适的催化剂

C.移出部分CO2

D.提高反应温度

解析:(1)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积

和反应物浓度的幂之积的比值,因此根据方程式可知该反应的平衡常数表达式K=;根据表中数据可知,升高温度平衡常数增大,这说明升高温度平衡向正反应方向移动,则正反应是吸热反应,则ΔH>0。

(2) Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)

起始浓度(mol/L) 0.1 0.1

转化浓度(mol/L) x x

平衡浓度(mol/L) 0.1-x 0.1+x

则根据平衡常数可知=64.0,解得x=0.06,则该时间范围内的平均反应速率

v(CO2)=0.06 mol/L÷10 min=0.006 mol/(L·min),CO的平衡转化率为×100%=60%。

(3)增加固体Fe2O3的量不能改变平衡状态,转化率不变,A项错误;加入合适的催化剂不能改变平衡状态,转化率不变,B项错误;移出部分CO2,降低生成物浓度,平衡向正反应方向进行,转化率提高,C项正确;正反应吸热,提高反应温度,平衡向正反应方向进行,转化率提高,D项正确。

答案:(1)> (2)0.006 mol/(L·min) 60%(3)CD

10.(2018·天津和平区期中)在容积为1.00 L的密闭容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。

回答下列问题:

(1)反应的ΔH (填“大于”或“小于”)0;100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为。

(2)100℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。

a:T (填“大于”或“小于”)100 ℃,判断理由是。

b:计算温度T时反应的平衡常数K2(要求写出计算过程) 。

(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是。

解析:(1)随温度升高,混合气体的颜色变深,所以平衡正向移动,焓变大于0;

v(N2O4)= mol·L-1·s-1=0.001 0 mol·L-1·s-1;

平衡常数K1===0.36。

(2)改变反应温度为T,c(N2O4)降低,平衡正向移动,所以改变条件为升温,T大于100 ℃;c(N2O4)以0.002 0 mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡,所以c(N2O4)=0.040m o l·L-1- 0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s=0.020 mol·L-1;c(NO2)=0.120 mol·L-1

+0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s×2=0.160 mol·L-1;K2==1.28。

(3)对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,压强增大,所以平衡向逆反应方向移动。

答案:(1)大于0.001 0 0.36

(2)大于平衡向正反应方向移动,正反应方向为吸热反应,故温度升高平衡时,c(N2O4)=0.040 mol·L-1-0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s=

0.020 mol·L-1,c(NO2)=0.120 mol·L-1+0.002 0 mol·L-1·s-1×10 s

×2=0.160 mol·L-1,K2==1.28

(3)逆反应对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动

能力提升(15分钟)

11.(2018·甘肃兰州第一中学期中)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物质的量为10 mol,平衡后CO物质的量为8 mol,下列说法正确的是( C )

A.升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应

B.CO的平衡转化率为80%

C.反应前H2S物质的量为7 mol

D.通入CO后,正反应速率逐渐增大

解析:升高温度,H2S浓度增加,说明平衡向逆反应方向移动,所以逆反应吸热,正反应放热,A 项错误;反应前CO物质的量为10 mol,平衡后CO物质的量为8 mol,所以参加反应的CO的物质的量为2 mol,转化率为20%,B项错误;设反应前H2S为x mol,有:

CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)

起始(mol) 10 x 0 0

转化(mol) 2 2 2 2

平衡(mol) 8 x-2 2 2

所以有K==0.1,x=7;C项正确;通入CO应该是正反应速率瞬间增大,再逐渐减小,D项

错误。

12.(2018·广东中山期末)已知A(g)+B(g)C(g)+D(g),反应的平衡常数和温度的关系如

温度/℃700 800 830 1 000 1 200

平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4

830 ℃时,向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol的A和0.8 mol的B,反应初始4 s内A的平均反应速率v(A)=0.005 mol/(L·s)。下列说法中正确的是( B )

A.4 s时c(B)为0.76 mol/L

B.830 ℃达平衡时,A的转化率为80%

C.反应达平衡后,升高温度,平衡正向移动

D.1 200 ℃时反应C(g)+D(g)A(g)+B(g)的平衡常数的值为0.4

解析:反应初始4 s内A的平均反应速率v(A)=0.005 mol/(L·s),速率之比等于化学计量数之比,所以v(B)=v(A)=0.005 mol/(L·s),则

4 s内Δc(B)=0.00

5 mol/(L·s)×4 s=0.02 mol/L,B的起始浓度为=0.4 mol/L,故4

s时,c(B)=0.4 mol/L-0.02 mol/L=0.38 mol/L,

A项错误;设平衡时A的浓度变化量为x mol/L,则:

A(g) + B(g)C(g)+D(g)

开始(mol/L) 0.1 0.4 0 0

转化(mol/L) x x x x

平衡(mol/L) 0.1-x 0.4-x x x

故=1.0,解得x=0.08,所以平衡时A的转化率为×100%

=80%,B项正确;由表格可知,温度升高,化学平衡常数减小,平衡逆向移动,不是正向移动,C 项错误;1 200 ℃时反应A(g)+B(g)C(g)+

D(g)的平衡常数值为0.4,所以1 200 ℃时,反应C(g)+D(g)A(g)+

B(g)的平衡常数的值为=2.5,D项错误。

13.(2018·全国Ⅲ卷节选)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:

(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式。

(2)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。

①343 K时反应的平衡转化率α= %。平衡常数K343 K= (保留2位小数)。

②在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有、。

③比较a、b处反应速率大小:v a v b(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v=v 正-v逆=k正-k逆,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,

计算a处的= (保留1位小数)。

解析:(1)SiHCl3遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,结合原子守恒推知SiHCl3与水蒸气反应除生成(HSiO)2O外,还生成HCl,化学方程式为2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl。

(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,曲线b代表323 K时SiHCl3的转化率变化曲线。

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 mol·L-1,则有

2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)

起始浓度/

(mol·L-1) 1 0 0

转化浓度/

(mol·L-1) 0.22 0.11 0.11

平衡浓度/

(mol·L-1) 0.78 0.11 0.11

则343 K时该反应的平衡常数K343 K=[c(SiH2Cl2)·c(SiCl4)]/

c2(SiHCl3)=(0.11 mol·L-1)2/(0.78 mol·L-1)2≈0.02。

②在343 K时,要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是及时移去产物,使平衡向右移动;要缩

短反应达到平衡的时间,需加快化学反应速率,可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。

③温度越高,反应速率越快,a点温度为343 K,b点温度为323 K,故反应速率:v a大于v b。反

应速率v=v正-v逆=k正-k逆,则有v正=k正,v逆=k逆,343 K 下反应达到平衡状态时v正=v逆,即

k正=k逆,此时SiHCl3的平衡转化率α=22%,经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11,则有k正×0.782=k逆×0.112,k正/k逆=0.112/0.782≈0.02。a处SiHCl3的平衡转化率α=20%,此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质

的量分数分别为0.8、0.1、0.1,则有v正/v逆=(k正)/(k逆)=·=

0.02×≈1.3。

答案:(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl

(2)①22 0.02 ②及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(浓度) ③大于 1.3