2015 化学平衡常数与化学平衡的计算

2014届化学平衡常数与化学平衡的计算

裴老师辅导资料2014-2-2

一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)

1．放热反应CO(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋H 2(g)在温度T 1时达到平衡，c 1(CO)＝c 1(H 2O)＝1.0 mol/L ，其平衡常数为K 1。升高反应体系的温度至T 2时，反应物的平衡浓度分别为c 2(CO)和 c 2(H 2O)，平衡常数为K 2，则( )

A ．K 2和K 1的单位均为mol/L

B ．K 2＞K 1

C ．c 2(CO)＝c 2(H 2O)

D ．c 1(CO)＞c 2(CO)

2．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，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：

2NO(g) N 2(g)＋O 2(g) K 1＝1×1030 2H 2(g)＋O 2(g) 2H 2O(g) K 2＝2×1081 2CO 2(g) 2CO(g)＋O 2(g) K 3＝4×10

－92

以下说法正确的是( )

A ．常温下，NO 分解产生O 2的反应的平衡常数表达式为K 1＝c (N 2)·c (O 2)

B ．常温下，水分解产生O 2，此时平衡常数的数值约为5×10

－80

C ．常温下，NO 、H 2O 、CO 2三种化合物分解放出O 2的倾向由大到小的顺序为NO ＞H 2O ＞CO 2

D ．以上说法都不正确

3．已知FeCl 3溶液与KSCN 溶液混合后发生反应FeCl 3＋3KSCN Fe(SCN)3＋3KCl ，达到平衡后，改变条件，则下列说法正确的是( )

A ．向溶液中加入少许KCl 固体，溶液颜色变浅

B ．升高温度，平衡一定发生移动

C ．加入少许KCl 固体或者加入少许FeCl 3固体平衡常数均发生变化，且变化方向相反

D ．平衡常数表达式为K ＝c [Fe (SCN )3]·c 3(KCl )c (FeCl 3)·c 3(KSCN )

4．(2011·福建高考)25 ℃时，在含有Pb 2＋

、Sn 2＋

的某溶液中，加

入过量

金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb 2＋

(aq) Sn 2＋

(aq)＋Pb(s)，体系中

c (Pb 2

＋

)

和c (Sn 2＋

)变化关系如图所示。下列判断正确的是( )

A ．往平衡体系中加入金属铅后，c (Pb 2＋

)增大

B ．往平衡体系中加入少量Sn(NO 3)2固体后，c (Pb 2＋

)变小

C ．升高温度，平衡体系中c (Pb 2＋

)增大，说明该反应ΔH >0

D ．25 ℃时，该反应的平衡常数K ＝2.2 5．某温度下，H 2(g)＋CO 2(g)＝

催化

△

＝H 2O(g)＋CO(g)的平衡常数K ＝9/4。该温度下在甲、乙、丙三个

恒容密闭容器中，投入H 2(g)和CO 2(g)，其起始浓度如表所示。

下列判断不．

正确的是( ) A ．平衡时，乙中H 2的转化率大于60% B ．平衡时，甲中和丙中H 2的转化率是60%

C ．平衡时，丙中c (CO 2)是甲中的2倍，是0.008 mol/L

D ．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢

6．某温度下，在一个2 L 的密闭容器中，加入4 mol A 和2 mol B 进行如下反应：3A(g)＋2B(g) 4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C ，则下列说法正确的是( )

A ．该反应的化学平衡常数表达式是K ＝c 4(C )·c 2(D )

c 3(A )·c 2(B )

B ．此时，B 的平衡转化率是40%

C ．增大该体系的压强，化学平衡常数增大

D ．增加B ，B 的平衡转化率增大

7．(2011·全国高考卷)在容积可变的密闭容器中，2 mol N 2和8 mol H 2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H 2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( )

A ．5%

B ．10%

C ．15%

D ．20%

8．相同温度下，体积均为0.25 L 的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N 2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g) ΔH ＝－92.6 kJ/mol 。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：

A ．容器①、②中反应的平衡常数相等

B ．平衡时，两个容器中NH 3的体积分数均为1

7

C ．容器②中达平衡时放出的热量Q ＝23.15 kJ

D ．若容器①体积为0.5 L ，则平衡时放出的热量小于23.15 kJ

9．N 2O 5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N 2O 5(g) 4NO 2(g)＋O 2(g) ΔH >0 T 1温度下的部分实验数据为：

下列说法不．

正确的是( ) A ．500 s 内N 2O 5分解速率为2.96×10－

3 mol/(L·s)

B ．T 1温度下的平衡常数为K 1＝125,1 000 s 时N 2O 5转化率为50%

C ．其他条件不变时，T 2温度下反应到1 000 s 时测得N 2O 5(g)浓度为2.98 mol/L ，则T 1

D ．T 1温度下的平衡常数为K 1，T 3温度下的平衡常数为K 3，若K 1>K 3，则T 1>T 3

10．(2011·江苏高考)700 ℃时，向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的 CO 和 H 2O ，发生反应CO(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋H 2(g)反应过程中测定的部分数据见下表(表中 t 2>t 1)：

下列说法正确的是( A ．反应在t 1 min 内的平均速率为 v (H 2)＝0.40t 1

mol/(L·min)

B ．保持其他条件不变，起始时向容器中充入 0.60 mol CO 和1.20 mol H 2O ，达到平衡时n (CO 2)＝ 0.40 mol

C ．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H 2O ，与原平衡相比，达到新平衡时 CO 转化率增大，H 2O 的体积分数减小

D ．温度升高至800 ℃，上述反应平衡常数为 0.64，则正反应为吸热反应 二、非选择题(本题包括4小题，共50分)

11．(12分)(1)(2012·江苏高考节选)一定条件下，NO 与NO 2存在下列反应：NO(g)＋NO 2(g) N 2O 3(g)，其平衡常数表达式为K ＝________________。

(2)二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH 3OH 分子间脱水制得：

2CH 3OH(g) CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g) ΔH ＝－23.5 kJ·mol －

1。在T 1℃时，

恒容密

闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。

①在T 1℃时，反应的平衡常数为________；CH 3OH 的转化率为________。

②相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c (CH 3OH)＝0.4 mol·L －

1、c (H 2O)＝0.6 mol·L

－1

、c (CH 3OCH 3)＝1.2 mol·L －

1，此时正、逆反应速率的大小：v (正)________v (逆)(填“>”、“<”或“＝”)。

12．(12分)(2012·北京高考节选)用Cl 2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl 。利用反应A ，可实现氯的循环利用。

反应A ：4HCl ＋O 2＝CuO2/Cucl2△＝2Cl 2＋2H 2O

对于反应A ，下图是4种投料比[n (HCl)∶n (O 2)分别为1∶1、2∶1、4∶1、6∶1]下，反应温度对HCl 平衡转化率影响的曲线。

(1)曲线b 对应的投料比是________。

(2)当曲线b 、c 、d 对应的投料比达到相同的HCl 平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的关系是________。

(3)投料比为2∶1、温度为400 ℃时，平衡混合气中Cl 2的物质的量分数是________。 13．(12分)(2012·重庆高考节选)尿素[CO(NH 2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。 (1)工业上尿素由CO 2和NH 3在一定条件下合成，其反应方程式为

________________________________________________________________________。

(2)当氨碳比n (NH 3)n (CO 2)

＝4时，CO 2的转化率随时间的变化关系如图所示。

①A 点的逆反应速率v 逆(CO 2)________B 点的正反应速率v 正(CO 2)(填“大于”、“小于”或“等于”)。 ②NH 3的平衡转化率为________。

14．(14分)在一定温度下，将3 mol CO 2和2 mol H 2混合于2 L 的密闭容器中，发生如下反应： CO 2(g)＋H 2(g) CO(g)＋H 2O(g)。

(1)该反应的化学平衡常数表达式K ＝________。

(2)已知在700 ℃时，该反应的平衡常数K 1＝0.5，则该温度下反应CO(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋H 2(g)的平衡常数K 2＝________，反应12CO 2(g)＋12H 2(g) 12CO(g)＋1

2

H 2O(g)的平衡常数K 3＝________。

(3)已知在1 000 ℃时，该反应的平衡常数K 4＝1.0，则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。 (4)在1 000 ℃下，某时刻CO 2的物质的量为2 mol ，则此时v (正)________v (逆)(填“>”、“＝”或“<”)。

答 案

化学平衡常数与化学平衡的计算

1．选C 升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数K 2＜K 1，K 1、K 2单位均为1，c 1(CO)＜c 2(CO)，C 正确。

2．选C K 1的表达式应为K 1＝c (N 2)·c (O 2)

c 2(NO )；常温下，水分解产生O 2，是H 2和O 2化合生成H 2O 的逆

反应，因此其平衡常数的数值应为K 2的倒数，数值为5×10

－82

；由于三个反应都处在常温下，根据K 值

的大小可以得出三种化合物分解放出O 2的倾向由大到小的顺序为NO ＞H 2O ＞CO 2。

3．选B 该反应的本质是Fe 3＋

与SCN －

之间的反应，即：Fe 3＋

＋3SCN －

Fe(SCN)3，与其他离子无

关，故加入KCl 固体对平衡无影响，A 项错误；其平衡常数表达式为K ＝c [Fe (SCN )3]

c (Fe 3＋)·c 3(SCN －)，D 项错误；只

要温度不变，平衡常数就不会发生变化，C 项错误；任何反应都伴随着温度的变化，故改变温度，平衡一定发生移动，B 项正确。

4．选D 固体量的改变不会引起平衡的移动，A 项错误；加入固体Sn(NO 3)2后，溶液中c (Sn 2＋

)增大，

平衡向左移动，从而使c (Pb 2＋

)增大，B 项错误；升高温度时c (Pb 2＋

)增大，表明平衡向左移动，逆反应吸

热，正反应的ΔH <0，C 项错误；由图像中平衡时两种离子的浓度及平衡常数表达式知，25 ℃时该反应的平衡常数为2.2，D 项正确。

5．选A 利用“三段式”计算容器甲中 H 2(g) ＋ CO 2(g)＝

催化

△

＝H 2O(g) ＋ CO(g)

c (始)mol·L －

1 0.010 0.010 0 0 c (变)mol·L －

1 c c c c

c (平)mol·L －

1 (0.010－c ) (0.010－c ) c c

根据平衡常数c 2/(0.010－c )2＝9/4，得c ＝0.006 mol·L －

1。

H 2的转化率＝0.006/0.010＝60%，同样计算可得丙中H 2的转化率也是60%，B 正确；乙容器相当于在甲的基础上增大氢气浓度，平衡正移，但氢气的转化率减小，A 错；甲和丙是等效平衡关系，起始时各物质浓度是2倍关系，平衡时各物质仍然是2倍关系，C 正确。

6．选B 化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C 是固体，A 错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的B 的物质的量是1.6 mol ×0.5＝0.8 mol ，所以B 的转化率为40%，B 正确；增大压强时平衡常数不变，平衡常数只与温度有关，C 错误；增加B 后平衡右移，A 的转化率增大，而B 的转化率减小，D 错误。

7．选C

N 2 ＋ 3H 2 2NH 3 起始/mol 2 8 0 转化/mol 2/3 2 4/3

平衡/mol 4/3 6 4/3 平衡时氮气的体积分数为

4/3

4/3＋6＋4/3

×100%≈15%。

8．选C 平衡常数属于温度的函数，相同温度下两容器的平衡常数相同。容器①、②为等效平衡，但两者反应的量不同，故放出的热量不等。若容器①的体积增大一倍，平衡逆向移动，故放出的热量小于23.15 kJ 。根据热量的变化可计算出NH 3的生成量。

9．选C v (N 2O 5)＝(5.00－3.52) mol/L 500 s ≈2.96×10－

3 mol/(L·s)，A 正确；1 000 s 后N 2O 5的浓度不再发

生变化，即达到了化学平衡，列出三种量如下：

2N 2O 5 4NO 2＋O 2 起始(mol/L) 5.00 0 0 平衡(mol/L) 2.50 5.00 1.25

则K ＝c 4(NO 2)·c (O 2)c 2(N 2O 5)＝(5.00)4

×1.25(2.50)2

＝125，

α(N 2O 5)＝2.50

5.00×100%＝50%，B 正确；T 2温度下的N 2O 5浓度大于 T 1温度下的浓度，则改变温度使平

衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T 2K 3，则T 1>T 3，D 正确。

10．选B A 项，t 1时CO 减少0.40 mol ，则H 2增加0.40 mol ，用H 2表示的平均反应速率为0.40 mol 2 L

t 1

＝

0.20

t 1

mol/(L·min)，故不正确；C 项，通入H 2O(g)，平衡向正反应方向移动，CO 转化率增大，H 2O 的体积分数比原来增大，不正确；D 项，由表格中数据可知，从t 1到t 2，H 2O(g)已不再改变，表明已达到平衡状态，则700 ℃时的平衡常数K ＝0.4 mol 2 L ×0.4 mol

2 L

0.8 mol 2 L ×0.20 mol

2 L ＝1，升温到800 ℃，平衡常数变为0.64，则表明化学平

衡逆向移动，正反应是放热反应，故不正确。

11．解析：(1)根据平衡常数的定义可知， K ＝c (N 2O 3)

c (NO )·c (NO 2)

。

(2)①由图像知，反应在t 1时达到平衡，平衡时各物质的物质的量浓度分别为c (CH 3OCH 3)＝1.0 mol·L

－1

，c (H 2O)＝0.8 mol·L －

1，c (CH 3OH)＝0.4 mol·L －

1；根据反应2CH 3OH(g) CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g)可知，

其平衡常数的表达式为K ＝

c (CH 3OCH 3)·c (H 2O )

c 2

(CH 3OH )

，在T 1 ℃时，K ＝1.0×0.80.42＝5，CH 3OH 的转化率为2.0－0.42×100%＝80%。②根据题目所提供的数据可知，Q c ＝

1.2×0.6

0.42

＝4.5<5，所以反应正向进行，则v (正)>v (逆)。 答案：(1)

c (N 2O 3)

c (NO )·c (NO 2)

(2)①5 80% ②>

12．解析：(1)相同温度下，投料比越大，HCl 的平衡转化率越小；则曲线a 、b 、c 、d 对应的投料比

分别为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。(2)相同投料比时，温度越低，氯化氢的平衡转化率越高；HCl 的平衡转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越低。(3)氯化氢与氧气物质的量之比为2∶1、温度为400 ℃时，氯化氢的平衡转化率为80%。

4HCl(g)＋O 2(g) 2H 2O(g)＋2Cl 2(g) n (初始)/mol 2 1 0 0 n (转化)/mol 1.6 0.4 0.8 0.8 n (平衡)/mol 0.4 0.6 0.8 0.8 0.8

0.4＋0.6＋0.8＋0.8×100%＝30.8%。

答案：(1)4∶1

(2)投料比越高，对应的反应温度越低 (3)30.8%

13．解析：(1)反应物为CO 2、NH 3，生成物为CO(NH 2)2、H 2O ，再根据原子守恒可得合成尿素的反应方程式。

(2)①A 点时，反应：2NH 3＋CO 2 CO(NH 2)2＋H 2O ，处于建立平衡的过程，B 点反应处于平衡状态，所以A 点CO 2的逆反应速率小于B 点CO 2的正反应速率。②根据图示，B 点达平衡时CO 2的转化率为60%,1 mol CO 2消耗0.6 mol ，则4 mol NH 3消耗1.2 mol ，故NH 3的平衡转化率为30%。

答案：(1)2NH 3＋CO 2＝一定条件

＝CO(NH 2)2＋H 2O

(2)①小于 ②30%

14．解析：(1)根据化学平衡常数的概念K ＝c (CO )·c (H 2O )

c (CO 2)·c (H 2)。

(2)K 2＝c (CO 2)·c (H 2)c (CO )·c (H 2O )＝1K 1＝1

0.5＝2，

K 3＝c 12

(CO )·c 12

(H 2O )c 12(CO 2)·c 12(H 2)

＝K 1

21＝ 0.5＝2

2

。 (3)由于升高温度，该反应的平衡常数增大，故该反应为吸热反应。 (4)CO 2(g)＋H 2(g) CO(g)＋H 2O(g)

起始/mol ： 3 2 0 0 变化/mol: 1 1 1 1 某时刻/mol: 2 1 1 1 所以c (CO)＝0.5 mol/L ，c (H 2O)＝0.5 mol/L c (CO 2)＝1 mol/L ，c (H 2)＝0.5 mol/L 故

0.5×0.51×0.5＝1

2

℃＝1.0

反应应向正反应方向进行，所以v (正)>v (逆)。

c(CO)·c(H2O)

c(CO2)·c(H2)(2)2

2

2(3)吸热(4)>

答案：(1)