【推荐】专题2-3-3+化学平衡常数-试题君之K三关2017-2018学年高二化学人教版 13页

一、化学平衡常数 ‎1．定义 ‎ 在一定 下，当一个可逆反应达到化学 状态时， 浓度幂之积与 浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)，用符号 表示。‎ ‎2．表达式 ‎ 对于一般的可逆反应mA(g)+ nB(g) pC(g)+qD(g)，平衡常数的表达式为 。‎ ‎3．特点 K只受 影响，与反应物或生成物的 无关。‎ ‎4．意义 ‎ K值越大→平衡体系中生成物所占的比例 →正向反应进行的程度_____ →反应进行得越 →反应物的转化率 ；反之，反应进行得就越 ，反应物的转化率就越小。一般当 时，该反应进行得就基本完全了。‎ 二、平衡转化率 ‎1．含义 ‎ 平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。‎ ‎2．表达式 平衡转化率= 或平衡转化率= 或平衡转化率= 一、1．温度 平衡 生成物 反应物 K 2．K = ‎ ‎3．温度 浓度变化4．越大 越大 完全 越大 不完全 K >105‎ 一、理解化学平衡常数的三种关系 ‎（1）与化学方程式书写形式的关系 对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数。‎ 若化学方程式中的化学计量数等比例扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会发生改变。两反应相加得到新反应，其平衡常数是两反应平衡常数的乘积。‎ 两反应相减得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数相除得到的商。‎ ‎（2）与反应热的关系 ‎（3）与物质状态的关系 由于固体、纯液体的浓度视为常数，所以在平衡常数表达式中不写出。‎ ‎①在稀溶液中进行的反应，如有水参加，由于水的浓度视为常数而不必出现在平衡常数表达式中。‎ ‎②在非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在平衡常数表达式中。‎ 二、化学平衡相关计算问题 化学平衡问题中常涉及到化学平衡常数、转化率的计算，通常利用“三段式”求解。所谓“三段式”就是在化学方程式下面，表示出“起始状态”、“转化部分”、“平衡状态”各组分的浓度或物质的量，进行列式求解。如下所示（a、b可指物质的量、浓度等）：  mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g） 起始：a b  0 0 转化： mx nx px qx 平衡： a−mxb−nx px qx ‎ 某恒定温度下，在一个2 L的密闭容器中充入A气体，B气体，测得其浓度为2 mol/L和1 mol/L；且发生如下反应: ‎3A(g)+2B(g) 4C(?)+2D(?) 已知“？”代表C、D状态未确定；反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C，且反应前后压强比为5∶4，则下列说法中正确的是 ‎①该反应的化学平衡常数表达式为：K= ‎ ‎②此时B的转化率为35% ‎③增大该体系压强，平衡向右移动，但化学平衡常数不变 ‎④增加C的量，A、B转化率不变 A．①② B．②③ C．①④ D．③④‎ 设平衡时气体总的物质的量浓度为x mol/L,根据压强之比等于物质的量之比可得：， 又因为，故，可得x=2.4，从而可知C为固体或液体，D为气体。故化学平衡常数的表达式为：K=，①错误；B的转化率为40%，②错误；该反应是一个反应后气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向右移动，平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数不变，③正确；由于C为固体或液体，增加C的量，平衡不发生移动，A、B的转化率不变，④正确。‎ ‎【答案】D 三、化学平衡常数的应用 ‎（1）判断可逆反应进行程度的大小 K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K值越小，正反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。‎ ‎（2）判断可逆反应是否平衡及不平衡时反应进行的方向 Qc＜K，反应向正反应方向进行 Qc=K，反应处于平衡状态 Qc＞K，反应向逆反应方向进行 ‎（3）判断反应的热效应 ‎（4）计算反应物的转化率 依据起始浓度（或平衡浓度）和平衡常数可以计算平衡浓度（或起始浓度），从而计算反应物的转化率。‎ 煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在恒容容器中进行，平衡常数随温度的变化如下表：‎ 温度/℃‎ ‎400‎ ‎500‎ ‎830‎ ‎1000‎ 平衡常数K ‎10‎ ‎9‎ ‎1‎ ‎0.6‎ 下列判断正确的是 A．达平衡后升温，反应速率增大，压强减小 B．其他条件不变，增加压强能提高CO的转化率 C．该反应ΔH＞0‎ D．830℃时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和4 mol H2O(g)，平衡时，CO的转化率是50%‎ ‎【答案】D 四、等效平衡 等效平衡与等同平衡的异同 条件 等效条件 结果 恒温恒容：反应前后气体体积不相等的可逆反应，aA(g)＋bB(g) cC(g)[Δn(g)≠0]‎ 投料换算成相同物质表示的物质的量相同→回归定值 ‎ 两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同→完全相同→等同平衡 恒温恒容：反应前后气体体积相等的可逆反应，aA(g)＋bB(g)cC(g)[Δn(g)=0]‎ 投料换算成相同物质表示的物质的量等比例→回归定比 两次平衡时各组分百分含量相同，n、c同比例变化→等效平衡 恒温恒压：所有有气体参加的可逆反应 投料换算成相同物质表示的物质的量等比例→回归定比 两次平衡时各组分百分含量相同、c相同，n同比例变化→等效平衡 已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=−197 kJ·mol-1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：（甲）2 mol SO2和1 mol O2；（乙）1 mol SO2和0.5 mol O2；（丙）2 mol SO3。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是 A．容器内压强p：p甲=p丙>2p乙 B．SO3的质量m：m甲=m丙>2m乙 C．c(SO2)与c(O2)之比k：k甲=k丙>k乙 D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲=Q丙>2Q乙 ‎【答案】B ‎1．下列关于平衡常数的说法中正确的是 A．一定温度下的可逆反应，只有达到平衡时才具有平衡常数 B．化学平衡移动时，平衡常数一定改变 C．对于一个确定的反应来说，平衡常数越大，反应限度越大 D．化学平衡常数大的可逆反应，所有反应物的转化率一定都大 ‎2．下列叙述中，不正确的是 A．某特定反应的平衡常数仅是温度的函数 B．催化剂不能改变平衡常数的大小 C．平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动，达到新的平衡 D．化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化 ‎3．已知下列反应的平衡常数：H2(g)+S(s) H2S(g) K1‎ S(s)+O2(g)SO2(g) K2‎ 则反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数是 A．K1+K2 B．K1−K2 C．K1 • K2 D．K1/K2‎ ‎4．在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：‎ 物质 X Y Z 初始浓度/ mol·L−1‎ ‎0.1‎ ‎0.2‎ ‎0.0‎ 平衡浓度/ mol·L−1‎ ‎0.05‎ ‎0.05‎ ‎0.1‎ 下列说法错误的是 A．反应达到平衡时，X的转化率为50%‎ B．该反应可表示为X＋3Y2Z，其平衡常数为1600‎ C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 ‎5．下列数据是不同情况下某反应的化学平衡常数，其中正向反应进行的程度最大的是 A．K=1 B．K=1010 C．K=10−1 D．K=10−7‎ ‎6．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g）+3H2(g)2NH3(g)+Q，673 K，30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是 A．点a的正反应速率比点b的小 B．点c处反应达到平衡 C．点d(t1时刻）和点e(t2时刻）处n(N2）不一样 D．点d(t1时刻）和点e(t2时刻）处H2的转化率相同 ‎7．有可逆反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s) + CO(g)，已知在温度938 K时，平衡常数K=1.5，在1173 K时，K=2.2。‎ ‎（1）能判断该反应达到平衡状态的依据是 （双选，填序号）。‎ A．容器内压强不变了 B．c(CO)不变了 C．v正(CO2)=v逆(CO)‎ D．c(CO2)：c(CO)=1:1‎ ‎（2）该反应的逆反应是_________（选填“吸热”、“放热”）反应。‎ ‎（3）写出该反应的平衡常数表达式__________。若起始时把Fe和CO2放入体积固定的密闭容器中，CO2的起始浓度为2.0 mol/L，某温度时达到平衡，此时容器中CO的浓度为1.0 mol/L，则该温度下上述反应的平衡常数K=__________（保留二位有效数字）。‎ ‎（4）若该反应在体积固定的密闭容器中进行，在一定条件下达到平衡状态，如果改变下列条件，反应混合气体中CO2的物质的量分数如何变化（选填“增大”、“减小”、“不变”）。①升高温度__________；②再通入N2___________。‎ ‎8．[2017江苏]温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正= v(NO2)消耗=k正c2(NO2)，v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是 A．达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5 ‎ B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大 C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%‎ D．当温度改变为T2时，若k正=k逆，则 T2> T1‎ ‎9．[2017天津]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 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)‎ ‎10．[2016·浙江节选]催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：‎ CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=−53.7 kJ·mol−1 I CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g） ΔH2 II 某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：‎ ‎【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比 已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为−283.0 kJ·mol−1和−285.8 kJ·mol−1‎ ②H2O(l)H2O（g） ΔH3=44.0 kJ·mol−1‎ 请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：‎ ‎（1）反应I的平衡常数表达式K= ；反应II的ΔH2= kJ·mol−1。‎ ‎（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有 。‎ A．使用催化剂Cat.1 B．使用催化剂Cat.2 C．降低反应温度 ‎ D．投料比不变，增加反应物的浓度 E．增大CO2和H2的初始投料比 ‎（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是 。‎ ‎（4）在右图中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程能量”示意图。‎ ‎1．【答案】C ‎【解析】每个可逆反应在一定温度下均对应一个平衡常数，与反应是否达到平衡无关，反应进行的程度越大，平衡常数越大，平衡常数与反应物转化率无关。‎ ‎2．【答案】D ‎3．【答案】D ‎【解析】H2(g)+S(s) H2S(g)①；S(s)+O2(g)SO2(g)②；H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S③；①−②=③，则K= K1/K2。‎ ‎4．【答案】C ‎【解析】X的浓度减少了0.1−0.05=0.05 mol·L−1，Y的浓度减小了0.2−0.05= 0.15‎ ‎ mol·L−1，Z的浓度增加了0.1 mol·L−1，则X、Y为反应物，Z为生成物，方程式为：X＋3Y2Z。A、X的转化率为0.05/0.1=50%，故正确；B、方程式正确，平衡常数为0.12/（0.05×0.053）=1600，故正确；C、增大压强，平衡正向移动，平衡常数不变，故错误；D、平衡常数只与温度有关，温度改变平衡常数就改变，故正确。‎ ‎5．【答案】B ‎【解析】平衡常数越大，正向反应进行的程度越大。‎ ‎6．【答案】D ‎【解析】A．随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，则a点的正反应速率比b点大，故A错误；B．c点反应物和生成物物质的量仍在变化，没有达到平衡状态，故B错误；C．d点和e点都处于平衡状态，n(N2）不变，d点和e点n(N2）相等，故C错误；D．d点和e点都处于平衡状态，H2的转化率不变，故D正确；故选D。‎ ‎7．【答案】（1）BC （2）放热 （3）k=c(CO)/c(CO2)）， 1.0 （4）减小 不变 ‎ 增大，说明该反应为吸热反应，逆反应为放热反应。（3）由可逆反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)，该反应的平衡常数表达式为：K=c(CO)/c(CO2)；CO2的起始浓度为2.0 mol/L，某温度时达到平衡，此时容器中CO的浓度为1.0 mol/L，则反应消耗的二氧化碳的浓度为：1.0 mol/L，达到平衡时二氧化碳浓度为1.0 mol/L，则该温度下的平衡常数为K=c(CO)/c(CO2)=1。（4）①该反应为吸热反应，升高温度，平衡向着正向移动，二氧化碳物质的量分数减小；②通入N2，反应物和生成物的浓度都不变，平衡不移动，达到平衡时各组分的含量不变。‎ ‎8．【答案】CD ‎【解析】由容器I中反应2NO2 2NO+O2‎ ‎ 起始量(mol/L) 0.6 0 0‎ 变化量(mol/L) 0.4 0.4 0.2‎ 平衡量(mol/L) 0.2 0.4 0.2‎ 可以求出平衡常数K=，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol，其中NO占0.4 mol，所以NO的体积分数为50%，。在平衡状态下，v正=v(NO2)消耗=v逆=v(NO)消耗，所以k正c2(NO2)=k逆c2(NO)•c(O2)，进一步求出。‎ A．根据容器II的起始投料，Q==＜K，平衡将向正反应方向移动，所以容器II在平衡时气体的总物质的量一定大于1 mol，故两容器的压强之比一定小于4∶5，A错误；B．若容器II在某时刻，，‎ 由反应2NO2 2NO + O2 ‎ ‎ 起始量(mol/L) 0.3 0.5 0.2‎ 变化量(mol/L) 2x 2x x 平衡量(mol/L) 0.3−2x 0.5+2x 0.2+x 因为，，解之得x=，求出此时浓度商Qc=>K，所以容器II达平衡时，一定小于1，B错误；C．若容器III在某时刻，NO的体积分数为50%‎ ‎2NO2 2NO + O2‎ ‎ 起始量(mol/L) 0 0.5 0.35‎ 变化量(mol/L) 2x 2x x 平衡量(mol/L) 2x 0.5−2x 0.35−x ‎ 由0.5−2x=2x+0.35−x，解之得，x=0.05，求出此时浓度商Qc=>，说明此时反应未达平衡，反应继续向逆反应方向进行，NO进一步减少，所以C正确；D．温度为T2时，>0.8，因为正反应是吸热反应，升高温度后化学平衡常数变大，所以T2>T1，D正确。‎ ‎9．【答案】B ‎【名师点睛】本题考查平衡状态的判定、平衡常数等。落实考试大纲修订思路，考查的必备知识和方法。化学平衡状态判断有两个依据，一是正逆反应速率相等，二是“变量”不变。注意D项化学平衡状态的判断容易粗心导致出错。‎ ‎10．【答案】（1） +41.2 （2）CD ‎（3）表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响 （4）‎ ‎【解析】（1）根据平衡常数的公式，生成物的浓度幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，书写平衡常数为。已知热化学方程式：a:CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH= −283.0 kJ·mol-1 b：H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=−285.8 kJ·mol-1 c: H2O(l)H2O（g）ΔH3=44.0 kJ·mol-1，根据盖斯定律分析，b−a+c即可得热化学方程式为：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=−285.8+283.0+44=+41.2 kJ·mol-1。‎ 催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未到平衡数据。所以答案为：表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。（4）从表中数据分析，在催化剂Cat.2的作用下，甲醇的选择性更大，说明催化剂Cat.2对反应Ⅰ的催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂Cat.2的反应过程中活化能更低，故图为：‎ ‎。‎ ‎ ‎