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1、第二章 第三节 第 3 课时一、选择题1下列关于平衡常数 K 的说法中，正确的是( )平衡常数 K 只与反应本身及温度有关 改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数 K 加入催化剂不改变平衡常数 K 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 BCD解析：平衡常数 K 是一个温度函数，只与反应本身及温度有关，催化剂不能改变化学平衡，故加入催化剂不改变平衡常数 K。答案：D2(2014经典习题选萃)一定条件下，固定容积的密闭容器中，CO 和 H2反应生成甲醇：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。 如图是该反应在不同温度下 CO 的转化率随时间变化的曲线。下列判断正确的是(
2、)AT1T2B该反应的 H0CT1时的平衡常数 K1T2时的平衡常数 K2DT1时的平衡常数 K1T1；B 项，T1到 T2为升温的过程，CO 的转化率降低，即该反应的 HK2。答案：C3(2014郑州检测)一定温度下，在容积为 2 L 的密闭容器中发生反应 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，部分数据见下表(表中 t2t1)。反应时间/min0t1t2n(CO)/mol1.200.80n(H2O)/mol0.600.20n(CO2)/mol0n(H2)mol0下列说法正确的是( )A反应在 t1 min 内的平均速率为 v(H2)molL1min10.40t1B平衡时 CO 的转化
3、率为 66.67%C该温度下反应的平衡常数为 1D其他条件不变，若起始时 n(CO)0.60 mol，n(H2O)1.20 mol，则平衡时 n(CO2)0.20 mol解析：根据化学方程式可知在 t1 min 内生成 0.40 mol H2，因此在 t1 min 内的平均速率为 v(H2) molL1min1，故 A 错误。根据化学方程式可知 t1 min、t2 0.40 mol2 L t1 min0.20t1min 时均有 n(CO)0.80 mol，n(H2O)0.20 mol，n(CO2)n(H2)0.40 mol，故表格中 t1 min、t2 min 时的数据均为平衡时的物质的量。据
4、此可求出 CO 平衡时转化率为0.4mol/1.2mol100%33.33%。故 B 错误。由于该反应是一个反应前后气体体积不变的反应，将平衡时的物质的量代入平衡常数表达式，可计算出反应的平衡常数为 1，C 正确。根据平衡常数值可计算出 D 项中平衡时 n(CO2)0.40 mol，故 D 错误。答案：C4(2014郑州二检)在温度 T1和 T2(已知 T2T1)下，X2(g)和 H2反应生成 HX 的平衡常数如下表：化学方程式K(T1)K(T2)F2H22HF1.810361.91032Cl2H22HCl9.710124.21011Br2H22HBr5.61079.3106I2H22HI43
5、34仅依据 K 的变化，随着卤素原子序数的递增，下列推断不正确的是( )AX2与 H2反应的剧烈程度逐渐减弱BHX 的稳定性逐渐减弱CHX 的生成反应是放热反应D在相同条件下，平衡时 X2的转化率逐渐降低解析：本题考查化学平衡和卤素原子的递变规律，意在考查考生分析问题的能力。由表中数据可知，对于同一反应，温度越高平衡常数越小，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以 HX 的生成反应是放热反应，C 项正确；同一温度下，随着卤素原子序数的递增，K 递减，说明反应正向进行的程度依次减小，平衡时 X2的转化率逐渐降低，HX 的稳定性逐渐减弱，B、D 项正确；不能依据 K 的变化判断反应的剧烈程度，故
6、 A 项错误。答案：A5(2014龙岩一级达标学校联盟联考)1000 时，FeO(s)H2Fe(s)H2O，K0.52。欲使容器中有 1.0 mol FeO 被还原，反应前容器中应充入 a mol H2。则a 的值最接近( )A1.0B2.0C3.0D4.0解析：本题考查化学反应分析，涉及化学平衡常数、化学计算等知识，意在考查考生的分析能力与计算能力。1000 时，水是气态。当容器中有 1.0 mol FeO 被还原时，有 1.0 mol H2参与反应，生成 1.0 mol H2O。设容器容积为 V L，则平衡时 c(H2O)1/V mol/L，c(H2)(a1)/V mol/L。Kc(H2O
7、)/c(H2)0.52，解得 a2.9，C 选项1/Va1/V正确。答案：C6(2014绵阳三诊)已知反应 2H2(g)CO(g)CH3OH(g)的平衡常数如表。按照相同的物质的量投料，测得 CO 在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列大小比较正确的是( )温度/平衡常数 500700800K2.500.340.15A.平衡常数：K(a)K(c)，K(b)K(d)B正反应速率：v(a)v(c)，v(b)v(d)C达到平衡所需时间：t(a)t(c)，t(b)t(d)D平均相对分子质量：M(a)M(c)，M(b)M(d)解析：本题考查了化学平衡知识，意在考查考生的理解能力和观察判断能力
8、。由题给表格可知，随温度升高，平衡常数减小，所以此反应正向为放热反应。再由图像可知，压强一定，CO 的平衡转化率 (T1)(T2)(T3)，所以 T1K(c)，因为 b、d 点处于同一温度下，所以 K(b)K(d)，A 选项正确；c 点的温度高于 a 点，所以 c 点速率大，b 点压强大于 d 点，所以 b 点速率大，B 选项错误；达到平衡所需时间 c 点比 a 点短，b 点比 d 点短，C 选项错误；平均相对分子质量 M(a)M(c)，D 选项错误。答案：A7(2014东北三校联考)一定温度下，在容积为 1 L 的密闭容器中，存在如下关系：xH2O(g)(H2O)x(g)，反应物和生成物的物
9、质的量随时间的变化关系如图。下列说法不正确的是( )Ax3B该温度下，反应的平衡常数为 0.125 L2/mol2C平衡时混合气体的平均摩尔质量是 33.3 g/molDt1时刻，保持温度不变，再充入 1 mol H2O(g)，重新达到平衡时，将增大cH2OxcH2O解析：本题以化学平衡图像为载体考查化学平衡的移动、化学平衡常数以及化学平衡的计算，意在考查考生的分析能力和判断能力。根据图像可得如下关系：xH2O(g)(H2O)x(g)起始 5 mol 0 mol转化 3 mol 1 mol平衡 2 mol 1 mol化学方程式中的化学计量数之比等于参加反应各物质的物质的量之比，则 x3，A 项
10、正确；该温度下反应的平衡常数 K0.125 L2/mol2，B 项正确；平衡时混合气1 mol/L2 mol/L3体的平均摩尔质量30 g/mol，C 项错误；t1时M2 mol 18 g/mol1 mol 54 g/mol2 mol1 mol刻，保持温变不变，再充入 1 mol 水蒸气，相当于增大压强，平衡右移，重新达到平衡时，将增大，D 项正确。cH2OxcH2O答案：C8(2014试题调研)已知在 25时，下列反应的平衡常数如下：N2(g)O2(g)2NO(g) K111030 2H2(g)O2(g)2H2O(g) K221081 2CO2(g)2CO(g)O2(g) K41092 下列
11、说法正确的是( )ANO 分解反应 NO(g) N2(g) O2(g)的平衡常数为 110301212B根据 K2的值可以判断常温下 H2和 O2很容易反应生成 H2OC常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出 O2的倾向顺序为 NOH2OCO2D温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大解析：A 中此反应的平衡常数 K1015；B 中 K2c12N2c12O2cNOcN2cO2c2NO1K1与反应条件无关，实际上常温下 H2和 O2不易反应；C 中通过分解方向的平衡常数大小分析分解放出 O2的倾向；D 中温度升高对三个反应的影响不同，则平衡常数变化不同。答案：C9(2014经典习题选萃)一定
12、温度下的可逆反应：A(s)2B(g)2C(g)D(g) HC达平衡时 H2的体积分数：D中的密度不再改变时说明反应已达到平衡状态解析：若反应中 NH3的平衡转化率为 50%，则 ab，若反应中 NH3的平衡转化率小于 50%，则 ab，A 选项错误；温度相同，所以反应、的平衡常数相同，B 选择错误；反应可以看成是在两个相同容器中相同条件下同时进行反应，达平衡后，把这两个容器中的气体压缩到其中一个容器中，如果平衡不移动，氢气的体积分数应该与反应相等，但是压强增大，平衡向逆反应方向移动，氢气的体积分数减小，所以达平衡时氢气的体积分数：，C 选项正确；因为气体总质量始终不变，容器恒容，所以密度始终不
13、变，不能用密度变化来衡量反应是否达到平衡状态，D 选项错误。答案：C二、非选择题11(2014试题调研)煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知：CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表所示：温度/400500800平衡常数 K9.9491试回答下列问题：(1)上述反应的化学平衡常数表达式为_。(2)在 800 发生上述反应，以下表中物质的物质的量投入恒容反应器中，其中向正反应方向移动的有_(填“A”、 “B”、 “C”、 “D”或“E”)。n(CO)n(H2O)n(H2)n(CO2)A1523B2211C3300D0.5211E3121(3)
14、已知在一定温度下，C(s)CO2(g)2CO(g)的平衡常数为 K；C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数为 K1；CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数为 K2；则K、K1、K2之间的关系是_。(4)向 V L 密闭容器中通入 10 mol CO 和 10 mol 水蒸气，在 T 时达到平衡，然后快速通过碱石灰，将所得的混合气体燃烧，测得放出的热量为 2842 kJ(已知 CO 的燃烧热为 283 kJmol1，H2的燃烧热为 286 kJmol1)，则 T 时的化学平衡常数 K_。解析：(1)根据化学平衡常数表达式的书写规则，该反应的化学平衡常数表达式为(1)K
15、。cH2cCO2cCOcH2O(2)A 项，Qc1.21，平衡左移；B 项，Qc 1，平衡右移；C 项，2 31 51 12 214从正反应开始，平衡右移；D 项，Qc1，平衡不移动；E 项，Qc1，1 10.5 22 13 1平衡右移。B、C、E 项符合题意。(3)由题可知 K，K1，K2，所以 K。c2COcCO2cCOcH2cH2OcH2cCO2cCOcH2OK1K2(4)设生成的 H2为 x mol，则剩余的 CO 为(10x) mol，故有 286x(10x)2832842，则 x4，K 。4V4V6V6V49答案：(1)KcH2cCO2cCOcH2O(2)BCE(3)KK1/K2(
16、4)4/9点评：化学平衡常数是高考考查的热点知识，考查的角度多种多样，如本题重点考查了化学平衡常数的表达式、应用以及几个化学平衡常数之间的关系等。对于化学平衡常数应注意以下几点：(1)化学平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表示可逆反应进行的程度。化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，不计入化学平衡常数表达式中。(4)化学平衡常数的应用：可以利用浓度商与化学平衡常数的大小判断可逆反应是否达到平衡，判断化学平衡移动的方向。利用 K 可判断
17、反应的热效应，若升高温度，K 增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K 减小，则正反应为放热反应。12(2014新课标全国)在容积为 1.00 L 的容器中，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 H_0(填“大于”或“小于”)；100 时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在 060 s 时段，反应速率 v(N2O4)为_molL1s1；反应的平衡常数 K1为_。(2)100 时达平衡后，改变反应温度为 T，c(N2O4)以 0.0020 molL1s1的平均速率降低，经 10 s 又达到平衡。T_100 (
18、填“大于”或“小于”)，判断理由是_。列式计算温度 T 时反应的平衡常数 K2_。(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：本题主要考查化学平衡知识。意在考查考生对基础知识的应用能力、计算能力以及分析判断能力。(1)由于 NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，温度升高，混合气体的颜色加深，说明 NO2气体浓度增大，即升温平衡向生成二氧化氮气体的方向移动，升高温度平衡向吸热反应的方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，即 H 大于 0；根据反应速率的定义可求出 N2O4的反应速率；由题中图像可知平衡时 NO2和
19、N2O4的浓度，将数据代入平衡常数表达式计算即可。(2)由题意，改变温度，N2O4的浓度减小，则是升高温度，T 大于 100 。根据速率和时间，求出减少的 N2O4的浓度为 0.02 molL1，则平衡时 N2O4的浓度为 0.020 molL1，NO2为 0.16 molL1，由平衡常数表达式可得 K2的值。(3)缩小体积，即增大压强，增大压强平衡向气体分子数减小的方向移动，所以平衡逆向移动。答案：(1)大于 0.0010 0.36 molL1(2)大于 反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高 平衡时，c(NO2)0.120 molL10.0020 molL1s110 s20.16
20、molL1，c(N2O4)0.040 molL10.0020 molL1s110 s0.020 molL1，K21.3 molL10.16 molL120.020 molL1(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13(2014衡阳三次联考)实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，回答下列问题：(1)已知某温度下某反应的化学平衡常数表达式为：K，它所对应的化学cH2OcCOcH2反应为：_。(2)已知在一定温度下，C(s)CO2(g
21、)2CO(g) H1a kJ/mol 平衡常数 K1；CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g) H2b kJ/mol 平衡常数 K2；C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) H3 平衡常数 K3。则 K1、K2、K3之间的关系是_，H3_(用含 a、b 的代数式表示)。(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)，该反应平衡常数随温度的变化如表所示：温度/400500800平衡常数 K9.9491该反应的正反应方向是_反应(填“吸热”或“放热”)，若在 500 时进行，设
22、起始时 CO 和 H2O 的起始浓度均为 0.020 mol/L，在该条件下，CO 的平衡转化率为_。(4)在催化剂存在条件下反应：H2O(g)CO(g)CO2(g)H2(g)，CO 转化率随蒸气添加量的压强比及温度变化关系如图所示：对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作 Kp)，则该反应的 Kp_，提高 pH2O(g)/p(CO)比，则 Kp_(填“变大”、“变小”或“不变”)。实际上，在使用铁镁催化剂的工业流程中，一般采用 400 左右、pH2O(g)/p(CO)35。其原因可能是_。解析：本题考查了盖斯定律、化学平衡常数的概念及计算
23、等，意在考查考生运用所学知识分析、解决综合问题的能力。(1)根据化学平衡常数的定义，结合元素守恒可知还有一种生成物，为 C，反应的化学方程式为 CO(g)H2(g)H2O(g)C(s)。(2)将三个热化学方程式按顺序依次编号为、，根据盖斯定律，将、相加可得，H3H1H2(ab) kJmol1。化学平衡常数 K3K1K2。(3)由表中数据看出，随温度升高，化学平衡常数减小，可知该反应为放热反应。设 CO 的平衡转化率为 ，由“三段式”：H2O(g) CO(g) CO2(g)H2(g)起始(molL1) 0.020 0.020 0 0转化(molL1) 0.020 0.020 0.020 0.020平衡(molL1) 0.0200.020 0.0200.020 0.020 0.020则9，解得 0.75。0.020 0.0200.0200.020 0.0200.020(4)迁移化学平衡常数的定义，平衡时生成物各压强幂之积与反应物各压强幂之积的比可表示平衡常数，该平衡常数也只与温度有关。答案：(1)CO(g)H2(g)H2O(g)C(s)(2)K3K1K2 (ab)kJ/mol(3)放热 75%(4) 不变pCO2pH2pH2OpCO该温度下催化剂活性较大；该压强比下，反应物转化率已经接近 98%