专题2分层作业12 化学平衡常数
A级 必备知识基础练
1.对于可逆反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),在一定温度下,其平衡常数为K。下列条件的变化中,能使K发生变化的是( )
A.将C(s)的表面积增大
B.增大体系的压强
C.升高体系的温度
D.使用合适的催化剂
2.已知热化学方程式:aX(g)+3Y(s)bZ(g) ΔH<0。现在2 L的密闭容器中加入0.9 mol 的X和1 mol的Y,当Y的物质的量减少0.75 mol时,达到平衡状态,此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L-1和0.5 mol·L-1,该温度下的平衡常数为( )
A. B.
C.35 D.20
3.(2023河北邢台高二月考)对于反应H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH<0,达到平衡后,下列措施中不能提高H2(g)转化率的是( )
A.降温
B.增大H2(g)的浓度
C.增大CO2(g)的浓度
D.将H2O(g)液化移出体系
4.一定条件下,向2 L恒容密闭容器中加入3 mol A和1 mol B,发生反应3A(g)+B(g)xC(g)+2D(s)。2 min末该反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测得C的浓度为0.4 mol·L-1。下列判断错误的是( )
A.x=2
B.0~2 min内,A的平均反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
C.B的平衡转化率为60%
D.混合气体的密度不再变化时,该反应达到了平衡状态
5.已知反应:X(g)+2Y(g)2Z(g)。现将X和Y气体按体积比1∶2混合于一密闭容器中,并加压到3×107 Pa时达到平衡状态。此时反应物、生成物的物质的量之比为6∶1,则此时对应于图中的温度应为( )
A.100 ℃ B.200 ℃
C.300 ℃ D.400 ℃
6.已知同温同压下,下列反应的焓变和平衡常数分别表示为
(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH1=-197 kJ·mol-1 K1=a
(2)2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH2=-144 kJ·mol-1 K2=b
(3) NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH3=m kJ·mol-1 K3=c
下列说法正确的是( )
A.m=-26.5 c2=
B.m=-53 c2=
C.m=-26.5 2c=a-b
D.m=-53 2c=a-b
7.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH=48 kJ·mol-1,采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,其他条件相同,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α= %。平衡常数K343 K≈ (保留2位小数)。
(2)比较a、b处反应速率大小:v(a) (填“大于”“小于”或“等于”)v(b)。反应速率v=v(正)-v(逆)=k(正)x2(SiHCl3)-k(逆)x(SiH2Cl2)x(SiCl4),k(正)、k(逆)分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处= 。
B级 关键能力提升练
8.一定温度下,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K, 则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)+6H2(g)反应热和化学平衡常数为( )
A.2ΔH和2K B.-2ΔH和 K2
C.-2ΔH和 K-2 D.2ΔH和-2K
9.一定温度下,在两个容积相等的密闭容器中加入一定量的反应物发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1,有关数据如下。下列说法错误的是( )
容器编号 起始时各物质的 物质的量/mol 达到平衡 达到平衡时体系能量的变化
CO H2O CO2 H2
① 1 4 0 0 t1 放出热量:32.8 kJ
② 2 8 0 0 t2 放出热量:Q
A.容器①中CO的转化率为80%
B.容器②中反应的平衡常数K=1
C.若不考虑热量损失,则Q>65.6 kJ
D.平衡时反应速率:容器②>容器①
10.(2023河北唐山十县联盟高二期中)固氮反应具有非常重要的意义。下面是两个常见固氮反应的平衡常数对数值(lg K)与温度的关系图:①N2+3H22NH3 K1,②N2+O22NO K2。下列有关图像的分析正确的是( )
A.升高温度,反应①②的反应速率均增大
B.反应①和②均为放热反应
C.0 ℃时,①和②固氮反应程度相同
D.1 000 ℃时,①和②体系中氮气浓度相等
11.对于如下反应,其反应过程的能量变化示意图如图:
编号 反应 平衡常数 反应热
反应① A(g)B(g)+C(g) K1 ΔH1
反应② B(g)+C(g)D(g) K2 ΔH2
反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3
下列说法正确的是( )
A.K3=K1+K2
B.加催化剂,反应①的反应热降低,反应速率加快
C.ΔH3=ΔH1+ΔH2
D.增大压强,K1减小,K2增大,K3不变
12.(2023河北邢台南和区一中高二期中)在恒温的密闭容器中,加入1 mol NO2(g)和足量活性炭发生反应2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),测得平衡时NO2(g)和CO2(g)的物质的量浓度与平衡总压强的关系如图所示(Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。下列说法错误的是( )
A.图示的三个点中,a点NO2的转化率最高
B.该温度下,c点的Kp=0.4 MPa
C.减小容器容积可实现从c点到b点的移动
D.a、b、c三点的Kp大小相同
13.某温度下,在2 L的恒容密闭容器中充入气体A和气体B发生反应生成气体C,反应过程中各组分的物质的量随反应时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.t1时刻反应达到平衡状态
B.B的平衡转化率为10%
C.该反应的化学方程式可表示为A+3B2C
D.该温度下,反应的平衡常数为300
14.某实验小组研究温度对化学反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的影响,在其他条件相同时,将1 mol H2(g)、1 mol I2(g)充入容积为2 L的恒容容器中,在T1、T2温度下测得HI(g)的物质的量分数随时间(min)变化的实验数据如下:
时间/min 0 20 40 60 80 100
HI(g)的物质的量分数 T1 0 0.50 0.68 0.76 0.80 0.80
T2 0 0.60 0.72 0.75 0.75 0.75
下列说法正确的是( )
A.T1温度时,0~20 min之间,H2的平均反应速率为0.025 mol·L-1·min-1
B.在T1温度时,该反应有可能在70 min时已达到平衡状态
C.T2温度时,20 min时的正反应速率大于40 min时的逆反应速率
D.由表中数据可知,温度越高,H2(g)与I2(g)的反应限度越大
15.在恒温条件下,向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,发生如下两个反应:
①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) ΔH1<0 平衡常数为K1
②2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2<0平衡常数为K2
10 min后反应达到平衡,测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)=7.5×10-3 mol·L-1·min-1。下列说法正确的是( )
A.平衡时NO2的转化率为50%
B.平衡后c(NO)=2.5×10-2 mol·L-1
C.其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,则平衡常数K2增大
D.反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数为-K2
16.某温度下,在一密闭容器中充入一定量CO2,并加入足量铁粉,发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)。测得CO2和CO的浓度随时间的变化如图所示:
(1)0~8 min,v(CO)= mol·L-1·min-1。
(2)已知:反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。不同温度时K1、K2的值如下表:
温度/K K1 K2
973 1.47 2.38
1 173 2.15 1.67
根据表中数据,计算反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的K。
①温度为973 K时:K= 。
②温度为1 173 K时:K= 。
C级 学科素养拔高练
17.830 K时,在密闭容器中发生下列可逆反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。
试回答下列问题:
(1)若起始时c(CO)=2 mol·L-1,c(H2O)=3 mol·L-1,4 s后达到平衡,此时CO的转化率为60%,则在该温度下,该反应的平衡常数K= 。用H2O表示的化学反应速率为 。
(2)在相同温度下,若起始时c(CO)=1 mol·L-1,c(H2O)=2 mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.5 mol·L-1,则此时该反应是否达到平衡状态 (填“是”或“否”)。此时v(正) (填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。
(3)若降低温度,该反应的K值将 。
参考答案
专题2 分层作业12 化学平衡常数
1.C 解析 平衡常数K只与体系的温度有关,与其他因素无关。
2.A 解析
aX(g) + 3Y(s) bZ(g) ΔH<0
起始/mol 0.9 1 0
转化/mol 0.25a 0.75 0.25b
平衡/mol 0.4 0.25 1
所以0.9-0.25a=0.4,0.25b=1,则a=2,b=4,则该温度下的平衡常数K=,故选A。
3.B 解析 题给反应为放热反应,降温平衡正向移动,能提高H2(g)的转化率,选项A不符合题意;增大H2(g)的浓度,平衡正向移动,但H2(g)的转化率降低,选项B符合题意;增大CO2(g)的浓度,平衡正向移动,能提高H2(g)的转化率,选项C不符合题意;将H2O(g)液化移出体系,平衡正向移动,能提高H2(g)的转化率,选项D不符合题意。
4.C 解析 平衡时生成的C的物质的量为0.4 mol·L-1×2 L=0.8 mol,物质的量之比等于化学计量数之比,故0.8 mol∶0.8 mol=x∶2,解得x=2,A项正确;2 min内生成0.8 mol D,故2 min内D的反应速率v(D)==0.2 mol·L-1·min-1,速率之比等于化学计量数之比,故v(A)=v(D)=×0.2 mol·L-1·min-1=0.3 mol·L-1·min-1,B项正确;2 min末该反应达到平衡,生成0.8 mol D,由化学方程式3A(g)+B(g)xC(g)+2D(s)可知,参加反应的B的物质的量为0.8 mol×=0.4 mol,故B的转化率为×100%=40%,C项错误;容器的容积不变,混合气体的质量是变量,密度可变,故混合气体的密度不再变化时,可以说明该反应达到了平衡状态,D项正确。
5.A 解析 设起始时加入1 mol X和2 mol Y,平衡时X转化x mol。
X(g) + 2Y(g) 2Z(g)
起始物质的量/mol 1 2 0
转化物质的量/mol x 2x 2x
平衡物质的量/mol 1-x 2-2x 2x
所以有,x=0.2。故X、Y的转化率均为20%,温度为100 ℃。
6.A 解析 根据盖斯定律可知,=反应(3),则ΔH3 =,即2m=-197-(-144),解得m=-26.5;由平衡常数的表达式及盖斯定律可得,c2= ,A项正确。
7.答案 (1)22 0.02 (2)大于 1.3
解析 (1)由题图可知,温度越高反应速率越快,达到平衡所用的时间就越少,所以曲线a代表343 K的反应。343 K时,平衡转化率为22%。设初始加入的三氯氢硅的浓度为1 mol·L-1,根据“三段式”分析:
2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4
起始/(mol·L-1) 1 0 0
转化/(mol·L-1) 0.22 0.11 0.11
平衡/(mol·L-1) 0.78 0.11 0.11
所以平衡常数K=≈0.02。
(2)a、b两点的转化率相等,可以认为各物质的浓度对应相等,而a点的温度更高,所以反应速率更快,即v(a)>v(b)。根据题目表述得到v(正)=k(正)x2(SiHCl3),v(逆)=k(逆)x(SiH2Cl2)x(SiCl4),当反应达到平衡时v(正)=v(逆),v(正)=k(正)(SiHCl3)=v(逆)=k(逆)x平(SiH2Cl2)x平(SiCl4),所以,即=K。a点时,转化率为20%,K=0.02,所以计算出:
2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4
起始/(mol·L-1) 1 0 0
反应/(mol·L-1) 0.2 0.1 0.1
a点/(mol·L-1) 0.8 0.1 0.1
所以x(SiHCl3)=0.8,x(SiH2Cl2)=x(SiCl4)=0.1,所以=0.02×=1.28。
8.C 解析 正反应是放热反应,则逆反应就是吸热反应,反之亦然,所以所求反应的反应热是-2ΔH。平衡常数是在反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,因此如果化学计量数不变的话,则逆反应的平衡常数是正反应平衡常数的倒数。由于逆反应的化学计量数均是原反应的2倍,则所求反应的化学平衡常数是原反应平衡常数倒数的平方,C项正确。
9.C 解析 容器①中放出32.8 kJ热量时,反应的CO的物质的量n(CO)=×1 mol=0.8 mol,CO的转化率为×100%=80%,A项正确;结合A项分析,①中
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
起始/mol 1 4 0 0
转化/mol 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡/mol 0.2 3.2 0.8 0.8
则平衡常数K==1,两容器的温度相同,则容器②中反应的平衡常数K的值也为1,B项正确;由化学平衡常数可求得容器②中平衡时CO转化的物质的量为1.6 mol,则Q=1.6 mol×41 kJ·mol-1=65.6 kJ ,C项错误;因为②的浓度相对大,所以平衡时反应速率:容器②>容器①,D项正确。
10.A 解析 从图中可以看到,反应①N2+3H22NH3的lg K值随温度的升高而减小,则说明反应放热,对应焓变小于0;反应②N2+O22NO的lg K值随温度的升高而增大,则说明反应吸热,对应焓变大于0,据此分析解答。升高温度,活化分子百分数增大,则化学反应速率会增大,即反应①②的反应速率均增大,A正确;根据上述分析可知,反应①为放热反应,反应②为吸热反应,B错误;K值越大,反应程度越大。根据图像可知,0 ℃时,反应①的lg K=10,则K=1010,同理得到反应②的K=10-30 1010,则在0 ℃时,①和②固氮反应程度相差很大,C错误;1 000 ℃时,①和②体系中lg K值相等,但不代表氮气浓度相等,D错误。
11.C 解析 依据化学平衡常数的计算表达式列式计算分析,K3==K2·K1,故A项错误;催化剂改变反应速率,但不改变化学平衡和反应焓变,加催化剂,反应①的反应热不变,反应速率加快,故B项错误;依据盖斯定律①+②=③,则ΔH3=ΔH1+ΔH2,故C项正确;平衡常数只与温度有关,增大压强不改变平衡常数,平衡常数都不变,故D项错误。
12.B 解析 该反应为正向气体体积增大的反应,压强小有利于反应正向进行,故图示的三个点中,a点NO2的转化率最高,A项正确;c点时,NO2的平衡浓度与CO2的平衡浓度相等,列三段式可求出该条件下平衡时:n(NO2)=n(CO2)=0.5 mol、n(N2)=0.25 mol,可求出Kp=(0.25÷1.25)×20 MPa=4 MPa,B项错误;减小容器容积(即增大反应的压强)可实现从c点到b点的移动,C项正确;恒温条件下Kp保持不变,D项正确。
13.C 解析 t1时刻三种物质的物质的量相等,但由于此时刻后各种物质的物质的量仍然发生变化,故该时刻反应未达到平衡状态,A项错误;反应开始时n(B)=2.0 mol,平衡时n(B)=0.2 mol,所以B的平衡转化率为×100%=90%,B项错误;根据题图可知A、B的物质的量在减少,C的物质的量在增加,说明A、B是反应物,C是生成物,在前10 min内三种物质的物质的量改变量Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)=0.6 mol∶1.8 mol∶1.2 mol=1∶3∶2,10 min后三种物质都存在,且物质的量不再发生变化,说明该反应为可逆反应,三种物质的物质的量变化比等于化学方程式中该物质的化学计量数的比,故该反应的化学方程式为A+3B2C,C项正确;根据题图可知平衡时n(A)=0.6 mol,n(B)=0.2 mol,n(C)=1.2 mol,由于容器的容积是2 L,故平衡时各种物质的浓度c(A)=0.3 mol·L-1,c(B)=0.1 mol·L-1,c(C)=0.6 mol·L-1,故该温度下的化学平衡常数K==1 200,D项错误。
14.C 解析 设平衡时消耗H2的物质的量为x mol,则:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
n始/mol 1 1 0
Δn/mol x x 2x
n末/mol 1-x 1-x 2x
T1温度下,20 min时,HI(g)的物质的量分数为50%,则50%=×100%,解得x=0.5,故T1温度下,0~20 min之间,v(H2)==0.012 5 mol·L-1·min-1,A项错误;由表可知,T1温度下,40 min到60 min时HI(g)的物质的量分数增大0.76-0.68=0.08,平均每10 min增大0.04,随着反应的进行,60 min到70 min时反应速率减小,则60 min到70 min时HI(g)的物质的量分数增大值小于0.04,即70 min时HI(g)的物质的量分数小于0.76+0.04=0.80,故70 min时,反应还未平衡,B项错误;随着反应的进行,正反应速率减小,故T2温度下,20 min时的正反应速率大于40 min时的正反应速率,也大于40 min时的逆反应速率,C项正确;T2温度时达到平衡的时间比T1温度时短,说明T2>T1,由表可知,T2时H2(g)与I2(g)的反应限度小于T1时H2(g)与I2(g)的反应限度,故温度越高,H2(g)与I2(g)的反应限度越小,D项错误。
15.A 解析 10 min后反应达到平衡,测得容器内体系的压强减少20%,则平衡时混合气体总物质的量为(0.2+0.2+0.1) mol×(1-20%)=0.4 mol,10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡时n(ClNO)=7.5×10-3 mol·L-1·min-1×10 min×2 L=0.15 mol。设①中平衡时反应的NO2为x mol,②中平衡时反应的Cl2为y mol,则:
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)
开始/mol 0.2 0
转化/mol x 0.5x
平衡/mol 0.2-x 0.5x
2NO(g) + Cl2(g) 2ClNO(g)
开始/mol 0.2 0.1 0
转化/mol 2y y 2y
平衡/mol 0.2-2y 0.1-y 2y
则0.5x+2y=0.15,0.2-x+0.2-2y+0.1-y+0.5x+2y=0.4,联立方程,解得x=0.1、y=0.05,故平衡时NO2的转化率为×100%=50%,A项正确;由A项分析,平衡后c(NO)==0.05 mol·L-1,B项错误;平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,则其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,平衡常数K2不变,C项错误;由盖斯定律可知,由①×2-②可得反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),则4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=,D项错误。
16.答案 (1)0.062 5 (2)①0.62 ②1.29
解析 (1)v(CO)==0.062 5 mol·L-1·min-1。
(2)平衡常数K1=,
平衡常数K2=,
相同温度时,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常数K=,故973 K时:
K=≈0.62;1 173 K时:K=≈1.29。
17.答案 (1)1 0.3 mol·L-1·s-1 (2)否 大于
(3)增大
解析 (1) CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
2 3 0 0
1.2 1.2 1.2 1.2
0.8 1.8 1.2 1.2
该反应的平衡常数K==1,v(H2O)==0.3 mol·L-1·s-1。
(2)反应进行到某时刻时,c(H2)=c(CO2)=0.5 mol·L-1,c(CO)=0.5 mol·L-1,c(H2O)=1.5 mol·L-1,浓度商Qc=
10
