江苏化学一轮复习专题 《化学反应速率和化学平衡》22《化学平衡常数及其计算》(苏教版)含解析

1、课时课时2222 化学平衡常数及其计算化学平衡常数及其计算 1(1) 在一定体积的密闭容器中，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： T/ K 该反应的化学平衡常数表达式为K=。 该反应为(填“吸热”或“放热”)反应。 (2) 图1是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，图2是反应中的 CO和NO的浓度随时间变化的示意图。 700 0.6 800 0.9 830 1.0 1000 1.7 1200 2.6 图图1图图2 此温度下该反应的平衡常数K=；温度降低，K(填“变大”、“变小”或“不 变

2、”)。 (3) T时，在2L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质 的量变化如图3所示；若保持其他条件不变，温度分别为T1和T2时，Y的体积分数与时间的关系 如图4所示。 图图3图图4 该反应的平衡常数表达式为K=，在T1时，该反应的平衡常数为K1，在T2 时，该反应的平衡常数为K2，则K1(填“”、“K 2【答案】【答案】(1) K= ACB (2) Cr2O310-12 (3) 2lg K2=lg K1+lg K3 (4) 50向逆反应方向 【解析】【解析】(1) 从曲线可知的温度高，升高温度，CH3OH的物质的量减小，平衡逆向 移动，K减小，故KK

3、。K只受温度影响，T2时二氧化碳的转化率降低，平衡逆向移动，平 衡常数减小，故KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA=KCKB。 (2) MO+CO c(CO) c(CO 2 ) 值越大，K值越小，说明反应进行的程度越小，则M+CO ，故lg 2 该种金属越难被还原，故最难被还原的是Cr2O3。用CO还原Cr2O3的化学方程式为 Cr2O3+3CO2Cr+3CO2，故反应的平衡常数K=(10-4)3=10-12。 (3) 由图示可知，lg K1随着温度的升高而增大，即K1随着温度的升高而增大，故升高温 度时，平衡正向移动，正反应为吸热反应，H10。根据给定的化学方程式可知，将第一个 和第三个

4、化学方程式相加后再将化学计量数同除以2可得第二个化学方程式， 故 2lg K2=lg K1+lg K3。 (4)CO(g)+2H2(g) 起始/mol：1.210 转化/mol：0.40.8 平衡/mol：0.80.2 0.4 0.4 CH3OH(g) K 2 2 =K1K3，即 0.2 2 平衡时，体积为2 L，所以K= 0.40.1 =50。 原平衡n总=0.8+0.2+0.4=1.4 mol，体积为2 L， 1.75mol 再充入0.35 mol CO，n总=1.4+0.35=1.75 mol，此时体积为 1.4mol 2 L=2.5 L， 0.8mol0.35mol0.2mol 2.5

5、L 此时各组分的浓度为c(CO)=0.46 molL-1，c(H2)= 2.5L =0.08 0.4mol molL-1，c(CH3OH)= 2.5L =0.16 molL-1， 0.16 2 Qc= 0.460.08 =54K，平衡逆向移动。 3 3(1) (2015河南焦作一模)雾霾天气严重影响人们的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾 霾天气的主要原因之一，用活性炭还原法处理氮氧化物是消除氮的氧化物的常用方法之一。某 研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) H=Q kJmol-1。在T1时，反应进行到不同时间测得各物质的浓

6、度如下表，则Tl时，该反应 的平衡常数K=。 时间/min 浓度/molL-1 NO N2 0 1.00 0 0.58 0.21 0.40 0.30 0.40 0.30 0.48 0.36 0.48 0.36 1020304050 CO200.210.300.300.360.36 (2) (2015广东期末)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数 的测定。将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样 体积忽略不计)，使其达到分解平衡：NH2COONH4(s) 下的平衡数据列于下表： 温度/ 平衡总压强/kPa 平衡气体总浓度/10

7、-3molL-1 根据表中数据，写出15 时的分解平衡常数计算表达式及结果 (结果保留三位有效数 字)：。 (3) (2014福建高考)已知T 时，反应FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的平衡常数K=0.25。 15 5.7 2.4 20 8.3 3.4 25 12.0 4.8 30 17.1 6.8 35 24.0 9.4 2NH3(g)+CO2(g)。实验测得不同温度 T 时，反应达到平衡时n(CO)n(CO2)=。 若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，T 时反应达到平衡。此时 FeO(s)的转化率为50%，则x=。 9 -32(1

8、.610 ) 0.810-3=2.0510-92 16 【答案】【答案】(1)(2) K=c (NH3)c(CO2)= (3) 410.05 【解析】【解析】(1) 由表中数据可知，40 min后各组分的浓度不再变化，该反应达到平衡， c(N 2 )c(CO 2 ) 0.360.369 2 2c (NO) K= 0.48 =16。 (2) 15 时的分解平衡常数计算表达式是K=c2(NH3)c(CO2)，由于平衡时总浓度是2.410-3 molL-1，则c(NH3)=1.610-3molL-1，c(CO2)=0.810-3molL-1，将数值代入上式可得： K=c2(NH -32(1.610

9、) 0.810-3=2.0510-9。c(CO2)= 3) n(CO)c(CO 2 )n(CO 2 ) n(CO2) =4。(3) 在T 时，K= c(CO) = n(CO) =0.25，则 FeO(s)+CO(g) n起始/mol： 0.02x n转化/mol： 0.010.01 n平衡/mol： 0.01x-0.01 0 Fe(s)+CO2(g) 0 0.010.01 0.010.01 c(CO 2 )n(CO 2 ) 0.01 K= c(CO) = n(CO) = x-0.01=0.25，求得x=0.05。 4 4(2014四川高考)在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应

10、X(g)+Y(g) 所得实验数据如下表： 实验 温度/ 编号 下列说法正确的是() A. 实验中，若 5min时测得 n(M)=0.050mol，则05min时间内，用 N表示的平均反应速率 v(N)=1.010-2molL-1min-1 B. 实验中，该反应的平衡常数K=2.0 C. 实验中，达到平衡时，X的转化率为60% D. 实验中，达到平衡时，b0.060 【答案】【答案】C 【 解解 析析 】根 据 各 物 质 的 化 学 反 应 速 率 之 比 等 于 化 学 计 量 数 之 比 ， 700 800 800 900 n(X) 0.40 0.10 0.20 0.10 n(Y) 0.1

11、0 0.40 0.30 0.15 n(M) 0.090 0.080 a b 起始时物质的量/mol平衡时物质的量/mol M(g)+N(g)， 0.05mol v(N)=v(M)=10L5min=1.010-3molL-1min-1，A项错误； 实验中X(g)+Y(g) c起始/molL-1：0.01 0.04 0 c转化/molL-1： c平衡/molL-1： 0.008 0.002 M(g)+N(g) 0 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008 0.032 c(M)c(N) 0.0080.008 K= c(X)c(Y) = 0.0020.032 =1.0，B项错误； 根

12、据温度相同，则K相等， X(g)+Y(g) c起始/molL-1： c转化/molL-1： 0.02 0.03 0 aaa 0 a M(g)+N(g) c平衡/molL-1：0.02-a0.03-aaa a2c(M)c(N) K= c(X)c(Y) = (0.02-x)(0.03-a) =1.0 ， 求 得 a=0.012 ， 则 X 的 转 化 率 0.012molL-1 -1 = 0.02molL 100%=60%，C项正确；根据三段式求得，700时K2.6 ，则温度升高，K减 小，该反应为放热反应，若的温度为800，此时与为等效平衡，b=0.060，但的温度为 900，则平衡逆向移动，b

13、0.060，D项错误。 【题组训练】【题组训练】 5.(2014江苏高考)一定温度下，在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应： 2CH3OH(g) 容器 温度/ 编号 387 387 207 CH3OH(g) 0.20 0.40 0.20 CH3OCH3(g) 0.080 0.090 H2O(g) 0.080 0.090 CH3OCH3(g)+H2O(g) 平衡物质的量/mol起始物质的量/mol 下列说法正确的是() A. 该反应的正反应为放热反应 B. 达到平衡时，容器中的CH3OH体积分数比容器中的小 C. 容器中反应达到平衡所需时间比容器中长 D. 若起始时向容器中充入CH3O

14、H0.15mol、 CH3OCH30.15mol和H2O0.10mol， 则反应将向正反 应方向进行 【答案】【答案】AD 【解析】【解析】比较、数据可知：温度越低，平衡时CH3OCH3含量越高，则降温时平衡正向移 动，正反应为放热反应，A项正确；由于和温度相同，且该反应前后气体分子数不变，故 虽然中甲醇的起始量为中的两倍，压强不同，但 CH3OH的分解率不变，达到平衡时两容器 中CH3OH的体积分数相同，B项错误；温度越高反应速率越快，达平衡用的时间越短，故容器 中反应达平衡的时间比容器中短，C项错误；由容器中的数据可求得387时的 0.0800.0800.150.102 20.042 K=

15、4，根据D项所给数据可知此时Qc= 0.15 = 3 Q3Q2=78.8 kJ 2 1.8 1.8 O2 1 0.9 0.9 SO3 0 0.2 0.2 Ar 0 0 0.1 放出热量：Q1 放出热量：Q2=78.8 kJ 放出热量：Q3 () B. 三个容器中反应的平衡常数均为K=2 C. 甲中反应达到平衡时，若升高温度，则SO2的转化率将大于50% 1 D. 若乙容器中的反应经t min达到平衡，则0t min内，v(O2)= 5t molL-1min-1 【答案】【答案】 D 【解析】【解析】甲、乙、丙达到的平衡是等效的，甲从正反应方向开始，乙和丙同时从正、逆反应 方向开始，Ar不影响平

16、衡状态，所以放出的热量： Q1Q2=Q3=78.8 kJ，A项错误；结合乙容器中 放出的热量，计算得反应的SO2为0.8 mol， 2SO2(g)+O2(g) 起始量/mol：1.80.9 变化量/mol：0.80.4 平衡量/mol：1.00.5 2SO3(g) 0.2 0.8 1.0 0.52 2 体积为2 L， K= 0.250.5 =4， B项错误； 甲和乙达到的平衡是等效的， 达到平衡时n(SO2)=1 mol， 因而甲中SO2的转化率为50%，因为反应放热，当升高温度时，平衡向逆反应方向移动，其转化 0.4mol1 率减小，C项错误；若乙容器中的反应经t min达到平衡，则0t m

17、in内，v(O2)= 2Ltmin = 5t molL-1min-1，D项正确。 17. 密闭容器中充入2molSO2和1molO2发生反应：2SO2(g)+O2(g) 衡状态。下列说法正确的是() A. 若容器体积不变，充入O2，平衡向右移动，SO3的物质的量分数一定增大 B. 若容器压强不变，充入Ar，平衡不移动 C. 若容器压强不变，充入SO3(g)，平衡向左移动，达到新平衡时c(SO2)增大 D. 升高温度，平衡向左移动，平衡常数K减小 2SO3(g) H容器 B. 反应到达平衡时，PCl5的转化率：容器K， 平衡逆向移动，D正确。 20. (2015常州一模)2NO2(g)N2O4(

18、g)H0，在100 时将N2O4、NO2分别充入两个各为1 L 的密闭容器中，反应过程中浓度变化如下： 容器 NO2 N2O4 NO2 下列说法正确的是() 0.1000.072 0 0 0.120 0.014 物质 N2O4 起始浓度/molL-1 0.100 平衡浓度/molL-1 0.040 A. 平衡时，、中反应物的转化率：(N2O4)v(逆) D. 恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，达新平衡时，G的体积分数将增大 【答案】【答案】D 【解析】【解析】温度升高，K减小，平衡逆向移动，故正反应是放热反应，A错误；25时，反应 G(g)E(s)+4F(g)的平衡常数与E(s)+4F(

19、g)G(g)互为倒数，则反应G(g)E(s)+4F(g)的平衡 1 4 常数值是 5 10 =210-5，B错误；在80时，测得某时刻， F、G浓度均为 0.5 molL-1，则 c(G) 0.5 4 4c Qc= (F) = 0.5 =82，所以此时v(正)0)， 容 -1 D. 25 器内部分物质的物质的量浓度如下表： 时间/浓度 起始 第2min 第4min 第6min 第8min 第10min 下列说法错误的是() A. 反应在第2min到第4min时，O2的平均速率为0.1875molL-1min-1 B. 反应在第2min时改变了某一条件，该条件可能是使用催化剂或升高温度 C. 第

20、4min、第8min时分别达到化学平衡，且平衡常数相同 D. 在开始反应的前2min内，该反应放出0.05QkJ的热量 【答案】【答案】C 【解析】【解析】A. 反应在第2min到第4min时，v(NH3)=(0.6-0.3)molL-12min=0.15molL-1min-1， c(NH3)/molL-1 0.8 0.6 0.3 0.3 0.7 0.7 c(O2)/molL-1 1.6 a 0.975 0.975 1.475 1.475 c(NO)/molL-1 0 0.2 0.5 0.5 0.1 0.1 55 v(O2)= 4 v(NH3)= 4 0.15molL-1min-1=0.187

21、5mol L-1min-1， 正 确 ； B. 反 应 从 开 始 到 2min 时 c(NH3)=0.2molL-1， 根 据 化 学 方 程 式 ， 5 c(O2)= 4 0.2molL-1=0.25molL-1，因此a=1.35molL-1，在第2min时改变了某一条件，使反应 速率大大加快，改变的条件可能是使用催化剂或升高温度，正确； C. 第4min的化学平衡常数 K1= c4(NO)c6(H 2O) c4(NH 3 )c5(O 2 ) = 0.540.756 0.340.9755 ，第8min的平衡常数 c4(NO)c6(H 2O) 0.140.156 45 45 c (NH )c

22、 (O ) 0.7 1.475 32K2=，二者数值不相等，错误；D. 在开始反应的前2min内， NH3发生反应的物质的量为0.2mol，根据热化学方程式可知该反应放出0.05QkJ的热量，正确。 24. 二氧化硫是常用的化工原料，但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前 的重要研究内容之一。硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。 某温度下，在一恒容容器中发生上述反应，SO2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如右图 所示。根据图示回答下列问题： (1)该反应达到平衡状态的标志是(填字母)。 a. SO2和SO3的浓度相等 b. SO

23、2百分含量保持不变 c. 容器中气体的压强不变 d. SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等 e. 容器中混合气体的密度保持不变 f. 容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变 (2)欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是(填字母)。 a. 向装置中再充入Heb. 向装置中再充入O2 c. 改变反应的催化剂d. 升高温度 (3)将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10MPa。该 反应的平衡常数等于。 平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)(填“”、“”或“=”)K(B)。 【答案】【答案】(1) bcf(2) b(3) 800= 【解析】【解析

24、】(1) 达到平衡时，SO2和SO3的浓度(或含量)保持不变，并不是两者相等， a项错误，b 项正确；因为反应前后气体体积不等， 反应过程中压强变化， 压强不变可作为达到平衡的标志， c项正确；SO3的生成速率与SO2的消耗速率都是正反应速率，d项错误；反应物与生成物全是气 体，气体的总质量恒定，恒容，密度是定值，e项错误；反应前后气体的总物质的量发生变化， 因此气体的平均摩尔质量发生变化，f项正确。 (2) 欲提高SO2的转化率，即要使平衡正向移动，b项正确。 (3) 根据图中数据，SO2的转化率为0.8， 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 0起始：2mol1mol 转化：1.6mo

25、l0.8mol1.6mol 平衡：0.4mol0.2mol1.6mol 0.162 2 K= 0.040.02 =800。 化学平衡常数只与温度有关，温度不变，K不变。 25. 研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。 (1)减少汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应： 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)H2c1B. c1c32c1C. c1=c2 a、b、c的关系正确的为。 A. c2|H|B. a+b=|H|C. c=2b p1、p2、p3的关系不正确的为。 A. p1=p2B. p2p32p2 1、2、3的关系不正确的为。 A

26、. 1=2B. 32c1、c2|H|、 p2p32p2、3”、“”、“(3) 0.133减小(4) 0.3mol 【解析】【解析】(1) v(Cl2)= 2L 2s =0.075 molL-1s-1。(2) 原平衡，c(Cl2)=0.2 molL-1，温度升高， c(Cl2)=0.22 molL-1，说明平衡正向移动，正反应吸热。 (3)COCl2(g) 起始： 转化： 平衡： 1.0 mol 0.4 mol 0.6 mol Cl2(g)+CO(g) 00 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol 0.4 mol 体积2 L，所以K=(0.20.2)0.3=0.133。 因为正反应是吸热

27、反应，随着反应的进行，温度降低，平衡逆向移动，K减小。 (4) Qc=(0.30.3)0.6=0.15K，反应逆向进行。 (5) 若起始充入2.0 mol COCl2(g)，体积扩大2倍，则达到平衡时n(Cl2)=0.8 mol，压回原体积，即 增大压强，平衡逆向移动，n(Cl2)减小。 (6) 若充入1.0 mol Cl2和1.0 mol CO，则与原平衡等效，达到平衡时，Cl2的转化率等于60%，现 在充入1.0 mol Cl2和1.2 mol CO，多充入CO，则Cl2的转化率增大。 (7) 恒温恒容的容器中，随着反应的进行，压强增大，平衡逆向移动，转化率减小，所以恒温 恒压容器中的转化

28、率大。 27. (2015甘肃期末)甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2 来生产燃料甲醇。 已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示： 化学反应平衡常数温度/ 500 2H2(g)+CO(g) H2(g)+CO2(g) 3H2(g)+CO2(g) (1)反应是(填“吸热”或“放热”)反应。 CH3OH(g) H2O(g)+CO(g) CH3OH(g)+H2O(g) K1 K2 K3 2.5 1.0 800 0.15 2.5 (2)某温度下反应中H2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图1所示。则平衡状态由A变 到B时，平衡常数K(

29、A)(填“”、“ ”、“=”或“(4) 加入催化剂将容器的体积(快速)压缩至2 L 【解析】【解析】(1) 根据表格数据可知：升高温度，反应的化学平衡常数增大，说明平衡向正反 应方向移动，则正反应为吸热反应。(2) 化学平衡常数只与温度有关，与压强无关，由于反应 c(CH 3OH) 2c (H 2 )c(CO) ，温度不变，所以化学平衡相同。(3) 由反应的化学程式可知：K1= c(CH 3OH)c(H2O) c(CO)c(H 2O) 3c(H )c(CO )c (H 2 )c(CO 2 ) =K 22K2=，K3= 1 K2。500 时反应的化学平衡常数 0.30.15 3 K3=K1K2=

30、2.51.0=2.5，Qc= 0.8 0.1 =0.879v逆。(4) 当曲 线变为曲线时，由于瞬间物质的浓度不变，反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短， 但物质的平衡含量没有变化，则改变的条件是加入了催化剂；当曲线变为曲线时，由于瞬 间物质的浓度由2 molL-1变为3 molL-1，是原来的1.5倍，则体积是2 L，则改变的条件是将容器 的体积(快速)压缩至2 L。 28. 已知可逆反应：M(g)+N(g)P(g)+Q(g)H0，请回答下列问题： (1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)=1molL-1，c(N)=2.4molL-1，达到平衡后，M的 转化率为60%，此时N的转化

31、率为。 (2)若反应温度升高，M的转化率将(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)若反应温度不变， 反应物的起始浓度分别为c(M)=4molL-1， c(N)=amolL-1；达到平衡后， c(P) =2molL-1，a=。 (4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=bmolL-1，达到平衡后， M的转化率 为。 【答案】【答案】(1) 25%(2) 增大(3) 6(4) 41% 【解析】【解析】(1) M转化的物质的量浓度为0.6molL-1，则N反应的物质的量浓度也是0.6molL-1， 0.6molL-1 -1 所以N的转化率为 2.4molL 100%=25%。

32、(2) 由于该反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，M的转化率增大。 (3)M(g) +N(g)P(g) +Q(g) 起始/molL-1：12.400 平衡/molL-1：0.41.80.60.6 起始/molL-1：4a00 平衡/molL-1：2a-222 22 0.60.6 2(a-2) = 0.41.8 ，a=6。 xx 0.60.6 (4) 设M转化的物质的量浓度为x molL-1，则 (b-x)(b-x) = 0.41.8 ，x=0.41b，M的转化率为 41%。 29. 在一定温度下，将3molCO2和2molH2混合于2L的密闭容器中，发生如下反应： CO2(

33、g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)(1)已知在700时，该反应的平衡常数K1=0.6，则该温度下反应CO(g)+H2O(g) 11 的平衡常数K2=，反应 2 CO2(g)+ 2 H2(g) K3=。 11 2 CO(g)+ 2 H2O(g)的平衡常数 (2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是(填字母)。 A. 容器中压强不变 B. c(CO2)=c(CO) C. 生成amolCO2的同时消耗amolH2 D. 混合气体的平均相对分子质量不变 (3)在1000下，该可逆反应的平衡常数为 1，某时刻CO2的物质的量为 2.0mol，则此时v(正) (填“”、“=

34、”或“40% c(CO)c(H 2O) c(CO 2 )c(H 2 ) ，【解析】【解析】(1) K1= c(CO 2 )c(H 2 )1 5 c(CO)c(H 2O)= K 1= 3 ，K2= c(CO)c(H 2 O) c(CO 2 )c(H 2 ) K3=(K1)0.5=0.77。 (2) 反应前后气体的化学计量数不变，反应前后气体的物质的量始终不变、压强始终不变， A项 错误；平衡时，各成分物质的量不变而不是相等， B项错误；生成amolCO2指逆反应速率，消耗 amolH2指正反应速率，正、逆反应速率相等说明达到平衡状态，C项正确；反应前后气体的物 质的量始终不变，又反应前后气体质量守恒，平均相对分子质量始终不变，D项错误。 (3)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 0.5 起始量/mol：3200 时刻量/mol：2111 变化量/mol：1111 1 Qc= 2 v(逆)。 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 起始量/mol：3200 变化量/mol：3a3a3a3a 平衡量/mol：3-