化学平衡常数及其计算训练题

1、化学平衡常数及其计算训练题1. Q是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。Q可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应 Q&+ O AH>0平衡常数为 K;反应 O + O 2( A H<0平衡常数为K;总反应：2Q的2 AH<0平衡常数为K下列叙述正确的是()A.降低温度，总反应 K减小8. K= K + K2C.适当升温，可提高消毒效率D.压强增大，K2减小解析：选C 降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K=c。2 I ： UC 13C2仇C3也K=C面一* c 03 、K= c2仇 =

2、K K，B项错误；升局温度，反应平衡向右移动， 反应平衡向左移动，c(O)增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。2.将一定量氨基甲酸俊(NH2COONH加入密闭容器中，发生反 应NHCOONHs)公&(g) + CO(g)。该反应的平衡常数的负对数(一lg忖值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确 的是()A.该反应的 A H>0B. NH的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态C. A点对应状态的平衡常数 K(A)的值为10一2.294D. 30 C时，B点对应状态的 vf<v逆解析：选B此题的关键是弄清一lg K越小，

3、K越大，由图中数据可知随温度的升高，lg K逐渐减小，说明随温度的升高，化学平衡向右移动，正反应为吸热反应，A项正确;由NHCOONHs)2MH3(g) + CO(g),可知氨气的体积分数始终为 2, B项错误；A点时，3lg K= 2.294, C项正确；由B点对应的数值可知此时 Q>K,反应向逆反应方向进行， v正<v逆,D项正确。3.工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH(g) +3(K)(g)+3H(g) AH>0,在一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入 1 mol CH(g)和1 mol H2O(g),测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线

4、如图所示，下列说法正确的是A.达到平衡时，CH4(g)的转化率为75%B. 010 min 内，v(CO) = 0.075 mol - L 1 - min 1C.该反应的化学平衡常数K= 0.187 5D.当CH(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率相等时，反应到达平衡解析：选C由图可知，10 min时反应到达平衡，平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75-1 Imol - L ，则:CH(g) +HO(g)CO(g) + 3H(g)开始/(mol - L 1)11001、转化/(mol - L ) 0.25 0.25 0.25 0.75平衡/(mol - L 1) 0.75 0.75 0.25

5、0.75C C LIT 1，“一一 、 e, , , ,. 、,0.25 mol , L, 一.,、r,_ _平衡时甲烷转化率= 1;X 100%= 25% 故 A项错误；010 min内，v(CO)1 mol l，、，0.25 mol - L10 min1=0.025 mol L 1 min 1,故B项错误；平衡常数c * c3 112K- C OU |c 112.10.25 X 0.750.75 X 0.753-=0.187 5,故C项正确；同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡，由方程式可知当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率为1 ： 3时，反应到达平衡，故D项错误

6、。4. (2015 天津高考)某温度下，在2 L的密闭容器中，加入 1 mol X(g)和2 mol Y(g) 发生反应：X(g)+mg):口:g)。平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为 30% 60% 10%在此平衡体系中加入 1 mol Z(g),再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不 正确的是()A. m= 2B.两次平衡的平衡常数相同C. X与Y的平衡转化率之比为 1 ： 1 . . 1D.第二次平衡时， Z的浓度为0.4 mol - L解析：选D A项，根据再次加入 1 mol Z(g),平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，可 知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因

7、此 F 2。B项，由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数相同。C项，因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等。D项，该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4 mol ,而平衡后Z的体积分数为10%平衡时Z的物质的量为 4molX10%= 0.4 mol ,容器体积为 2 L, Z 的浓度为 0.2 mol L 一。5. NQ是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2NQ(U4NO2(g) +Q(g)AH>0, Ti温度下的部分实验数据:t /s05001 0001 500c(N2Q)/(mol L 1)5.003.52

8、2.502.50下列说法不正确的是()A. 500 s 内 NO分解速率为 2.96X10-3 mol - L 1 - s 1B. T1温度下的平衡常数为 K = 125,1 000 s 时NbQ的转化率为50%C.其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得NQ的浓度为2.98 mol - L 1,则T1<T2D. T1温度下的平衡常数为 K, T3温度下的平衡常数为K,若K1>® 则T1>T3解析： 选 C v(N2。)=幺- = 2.96 X 10 3 mol - L 1 , s 1, A正确； 500 s1 000 s后N2。的浓度不再发生变化，即达

9、到了化学平衡，列出三段式：2N2O(g)4NO(g) + Q(g)起始 / (mol - L )5.0000转化/(mol - L 1) 2.505.001.25平衡/(mol - L 1) 2.505.001.25c4 I c 025.00 4X 1.252.50 mol L 1则 K=. 21日= 125,a (N2Q) = -1-T-iX100%=50%cA2Q2.50''55.00 mol ' L”B正确；1 000 s时，T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的NkQ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T2&

10、lt;T1, C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大，若K1>K,则T1>T3, D正确。6 . T1c时，向容器为2 L的密闭容器中充入一定量的 A(g)和B(g),发生如下反应 A(g) + 2川:g)匚。反应过程中测定的部分数据如下表：反应时间/minn(A)/moln(B)/mol01.001.20100.50300.20下列说法错误的是()A.前10 min内反应的平均速率为v(C) = 0.025 0 mol L 1 min 1B.其他条件不变，起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g),达到平衡时n(C) < 0.25 molC.

11、其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A ,与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大，A的体积分数增大D.温度为T2 C时(Ti>T2),上述反应的平衡常数为20,则该反应的正反应为放热反应解析：选D前10 min内消耗0.50 mol A,同时生成0.50 mol0.50 mol C,则有 v(C)=2LX10 min=0.025 0 mol - L 1 - min 1, A正确。10 min 时，反应的n(B) = 2n(A) =2X(1.00mol 0.50mol) =1.00 mol,则10 min时，B的物质的量为 0.20 mol,与30 min时B的物质的量相等

12、,则反应10 min时已达到平衡状态；其他条件不变，若起始时向容器中充入0.50 mol A(g)1 .和0.60 mol B(g)，将容积缩小为原来的 2时与原平衡等效，达到平衡时n(C) = 0.25 mol ,但扩大容积，恢复到原体积，压强减小，平衡逆向移动，故达到平衡时n(C) < 0.25 mol, B正确。其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A ,平衡正向移动，与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大，A的体积分数增大，C正确。由上述分析可知，10 min时n(A) = 0.50 mol ,此时达到平衡状态， A B、C的浓度(mol L 一)分别为0.25、0

13、.10和0.25 , 则有K(T1)=-J J 口 二八二.2：” 100") =20,说明升高温度， 平衡正向移C A C j 0.10 X 0.25动，则该反应的正反应为吸热反应，D错误。，一，一、,催化剂7 .工业合成氨反应为N2(g) +3H(g)高温、高压2NH(g),对其研究如下：(1)已知H H键的键能为436 kJ mol 1, Nl- H键的键能为 391 kJ mol 1, NN键的 键能是945.6 kJ - mol 1,则上述反应的 A H=。(2)上述反应的平衡常数K的表达式为 。13 .若反应方程式改写为2N2(g) +2H也Ml3(g),在该温度下的平衡

14、常数K = (用K表木)。(3)在773 K时，分另1J将2 mol N 2和6 mol H 2充入一个固定容积为 1 L的密闭容器中,随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表：t /min051015202530n(H2)/mol6.004.503.603.303.033.003.00n(NH3)/mol01.001.601.801.982.002.00该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H、NH的浓度分别为3 mol”一、3mol 1、3 mol - L 1,则此时v正(填"大于""小于"或"等于

15、")v逆。由上表中的实验数据计算得到“浓度一时间”的关系可用下图中的曲线表示，表示C(N2)- t的曲线是 。在此温度下，若起始充入4 mol N 2和12 mol H 2,则反应刚达到平衡时，表示c(H2)- t的曲线上相应的点为)，知 A H= 945.6 kJ mol第a>mmr.y解析：(1)根据AH=旦(2)该反应的平衡常数2 c K=l c .'.2Mbk=t c23I c2 1122c_ c 52M13ITT1 + 436 kJ mol 1X3 391 kJ mol 1X6=-92.4 kJ mol 1。(3)该温度下，25 min时反应处于平衡状态，平衡

16、时c(Nz) = 1 mol - L 一、c(H2)= 311-一 224, mol - L 、c(NHs) =2 mol - L ，则 K=4丁 = 27°在该温度下，右向同谷积的另一谷命中2 一 一c投入的Nb、H2和NH的浓度均为 3 mol - L 1,则 Q=-c _ 2321| c3II2=3X33=9< K,反应向正反应方向进行，故 v正大于v逆；起始充入 4 mol N2和12 mol H2,相当于将充入 2 mol3 mol - L 1V c(H2)(3)大于 N2和6 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时c(Hz) =6 mol

17、 - LT,而“压缩”后压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，故平衡时1<6 mol - L ,且达到平衡的时间缩短，故对应的点为 R2-1一c答案：(1) 92.4 kJ - mol (2) K= c 卜乙 B8.甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛，某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反 应的原理及其应用。(1)已知：CH(g) +2Q(g)=CQ(g) +2H2O(l)一 4 一 一一 1A H = 890.3 kJ mol一5 一一 一C2H2(g) + £Q(g)=2CQ(g) + H2O(l)，1AH= 1 299.6 kJ mol2H2(g) +Q(g)=2H2O(l

18、)AH3= 571.6 kJ mol则甲烷气相裂解反应：2CH*)C2H(g) +3Mg)的AH=(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度(C)的关系如图所示。5 431-1-3-51 725 1 225 A 725225 温度/TW上喜冷扁Ti C时，向2 L恒容密闭容器中充入 0.3 mol CH 4只发生反应2CH(g)(：2Hk(g) +2H2(g),达到平衡时，测得 C(C2H0 = c(CH)。该反应达到平衡时，CH的转化率为 。对上述平衡状态，若改变温度至T2 C,经10 s后再次达到平衡，c(CH4) =2c(C2Ho ,则10 s内C2H

19、的平均反应速率 v(C2H4)=,上述变化过程中 Ti(填或“V”)T2,判断理由是。(3)若容器中发生反应 2CHC2H(g) +3H2(g),列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K=(用平衡分压代替平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大，则该条件是(填字母)。A.可能减小了 C2H的浓度8. 一定是升高了温度C.可能增大了反应体系的压强D.可能使用了催化剂解析：(1)将三个已知的热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由X 23 八.i_X 2可得热化学万程式2CHg)L2H2(g) +3Mg)A H= + 376.4 kJmol 。(2)设达到平衡时，甲烷转化了 x

20、 mol IT1,根据“三段式”法进行计算：2CH4(g)QT(g) + 2Ha(g)起始/(mol - L 1)0.1500转化/(mol L 1) x 0.5 x x平衡/(mol - L 1) 0.15 x 0.5 x x则有 0.15x=0.5x,解得 x=0.1 ,故0.1 CH的转化率为TT77X100险66.7%。由图像 0.15判断出该反应为吸热反应，因重新达到平衡后甲烷的浓度增大，故反应逆向移动，则T1 C-T2 c为降温过程，即 T1>T2o结合的计算结果，设重新达到平衡时，甲烷的浓度 变化了 y mol - L 1,根据“三段式”法进行计算：2CH(g)C2H(g)

21、 +2H2(g)起始/(mol - L )0.050.050.1转化/(mol L b y 0.5 y y平衡/(mol - L b 0.05 +y 0.05 - 0.5 y 0.1 -y则有 0.05 + y=2X(0.05 0.5 y),解得 y = 0.025 。则 v(C2H0 =0.5 X 0.025 mol - L 110 s_ 一 1一 10.001 25 mol - L s 。(3)由题图中数据可知，平衡时各物质分压如下:2CH(g)QH2(g) +3Ha(g)1X1031X10 1 1X104平衡常数K=l 9 10 T =1X105。平衡常数只与温度有关,由题给图像可知该反

22、应为吸热反应，则升高温度可使化学平衡常数增大。答案：(1) +376.4 kJ - mol(2)66.7% 0.001 25 mol - L 1 - s 1> 从题给图像判断出该反应为吸热反应，对比Ti C和T2 c两种平衡状态，由Ti C到T2 C, CH浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1>T2(3)1 X105 BN2与H2按体积比为1 ： 3投料时，反应混合物其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。(1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是 (填"I”或"n” )；由图甲中曲线变 化趋势可推知工业合成氨的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。(

23、2)图甲中a点，容器 内气体 n(N2): n(NH) = ,图甲中b点， v(正)v(逆)(填“>” “=”或 “V” )。n.以工业合成氨为原料，进一步合成尿素的反应原理为2NH(g) + CO (XHMI2) 2(l) +HO(g)。工业生产时，需要原料气带有水蒸气，图乙中曲线I、n、出表示在不同水碳比卜吉卜I时，CO的平衡转化率与氨碳比.|： $3 I之间的关系。(1) 写出该反应 的化学平衡常数表达式(2)曲线I、 n、出对应的水碳比最大的是,判断依据是 测得B点氨气的平衡转化率为 40%则X1=解析：I .(1)曲线n表示随着反应的进行，NH的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡

24、状态后继续升温，氨气的体积分数减小，这表明平衡后升高温度，平衡逆向移动，故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH的体积分数会逐渐降低，故曲线I表示该反应平衡时的曲线。(2)设反应前N2、Hb的物质的量分别为 1 mol、3 mol, a点时消耗Nb的物质的量为x mol。N2+3H22NHn（初始）/mol 1 30n（变化）/molx 3 x 2 xn（平衡）/mol 1 -x 3 - 3x 2 x2x-2 .一，2x= 50% 斛得 x= 3,此时 n（Nz） - n（NH3）=1-1 ? A"。由图甲知,b点后NH的体积分数仍在增大，说明反应

25、仍在向正反应方向进行，此时 v(正)>v(逆)。n.(2)当氨碳比一定时， 水碳比越大，说明原料气中含水蒸气越多，故二氧化碳的转化率越小，则曲线I、n、出中对应的水碳比最大的是曲线出。(3) B点二氧化碳的平衡转化率为 60%氨气的平衡转化率是 40%设NH、CO的起始物1 x _质的重分别为 x mol、y mol ,则 x molX40%< 2= y molx60% 解得=3,即 x= 3。答案：I .(1) I 放热(2)1 : 4>一c 2n. K= c2 Mb Ic i：ii2(2) m 当氨碳比相同时，水碳比越大，CO的平衡转化率越小(3)310.甲醛又称二甲醛，

26、 简称DME熔点一141.5 C,沸点一24.9 C,与石油?化气(LPG) 相似，被誉为“ 21世纪的清洁燃料"。由合成气(CO H2)制备二甲醍的反应原理如下： CO(g)+ 2屋心；3 30H(g)1A H = 90.0 kJ mol 2CHP"ng)UOCWg) + H2O(g) AH回答下列问题：若由合成气(C。H2)制备1 mol CHOCH(g),且生成H2O(l),整个过程中放出的热量、一一 一 1、 ，_-_ 为 244 kJ ,则 AH2=kJ - mol 。已知：吨O(l)=H 2O(g)A H= + 44.0 kJmol1(2)有人模拟该制备原理，5

27、00 K时，在2 L的密闭容器中充入 2 mol CO和6 mol H2,5 min达到平衡，平衡时 CO的转化率为60% c(CH3OCH)=0.2 mol - L 1,用Hb表示反应的速率 是 mol L 1 min 1,可逆反应的平衡常数K =。若在500 K时，测得容器中n(CHOCW =2n(CHOH),此时反应的 v正 v逆(填“V”或“=”)。(3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数K2值变小，下列说法正确的是。A.在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小B.容器中CHOCH的体积分数增大C.容器中混合气体的平均相对分子质量减小D.达到新平衡后体系的压强增大(4) 一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按不同投料比充入 CO(g)和H2(g)进行反应，平衡时CO(g)和H(g)的转化率如图所示，则a=(填数值)。t转化率n(I2)M(CO)1解析：(1)已知CO(g) + 2屋比;口 130H(g)AH = 90.0 kJ mol , 2CHOH(g)CH3OCH(g) + HkO(g)A H2, H 2O(l)=H 2O(g)AH = + 44.0 kJ mol 1。由合成气(C。H2)制备1 mol CHOCbfg),且生成H2O(l),整个过程中放出的热