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高中化学 第二章 第三节 化学平衡常数(第3课时)课后达标检测 新人教版选修4

化学平衡常数
[基础巩固] 1.下列关于化学平衡常数的说法中,正确的是( ) A.在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值 B.当改变反应物的浓度时,化学平衡常数会发生改变 C.化学平衡常数 K 与温度、反应物浓度、体系的压强都有关 D.根据化学平衡常数 K 可以推断一个可逆反应进行的程度 解析:选 D。平衡常数只与温度有关,所以选项 A、B、C 均错误。 2.氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷,它可由 SiO2 与过量焦炭在 1 300~1 700 ℃的氮气流中 反应制得:3SiO2(s)+6C(s)+2N2 Si3N4(s)+6CO(g)。该反应的平衡常数 K 的表达式 为( ) A. C.

c6(CO) c2(N2) c2(N2) c6(CO)
D.

B.

c(Si3N4)·c6(CO) c2(N2)·c3(SiO2)

c2(N2)·c3(SiO2) c(Si3N4)·c6(CO)

解析:选 A。固体或纯液体的浓度视为定值,不列入平衡常数的表达式中。 3.将固体 NH4I 置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应: ①NH4I(s) NH3(g)+HI(g) ②2HI(g) H2(g)+I2(g) -1 -1 达到平衡时,c(H2)=0.5 mol·L ,c(HI)=4 mol·L ,则此温度下反应①的平衡常数为 ( ) A.9 B.16 C.20 D.25 -1 -1 解析:选 C。由 c(H2)=0.5 mol·L ,知反应②分解的 c(HI)=1 mol·L ,由①知 c(NH3) -1 -1 -1 =c 总(HI)=1 mol·L +4 mol·L =5 mol·L ,则反应①的化学平衡常数为 K=5×4= 20。 4.化学平衡常数 K 是衡量化学反应进行程度的标志。在常温下,下列反应的平衡常数数值 如下: 30 2NO N2(g)+O2(g) K1=1×10 81 2H2(g)+O2 2H2O(g) K2=2×10 -92 2CO2(g) 2CO(g)+O2(g) K3=4×10 以下说法正确的是( ) A.常温下,NO 分解产生 O2 的反应的平衡常数表达式为 K1=c(N2)·c(O2) -80 B.常温下,2H2O 2H2(g)+O2(g)的平衡常数的数值约为 5×10 C.常温下,NO、H2O、CO2 三种化合物分解放出 O2 的倾向由大到小的顺序为 NO>H2O>CO2 D.以上说法都不正确 2 -82 解析:选 C。A 项,应为 K1=[c(N2)·c(O2)]/c (NO),故错;B 项,应为 5×10 ,故错;C 项正确。 5.已知 830 ℃时,反应 CO(g)+H2O H2(g)+CO2(g)的平衡常数 K=1,将各物质按表 中的物质的量(单位:mol)投入恒容容器中,则开始时反应逆向进行的是( ) 选项 A 3 2 B 1 1 C 0 0 D 1 1
1

n(CO2) n(H2)

n(CO) n(H2O)

1 5

2 2

3 3

0.5 2

2×3 1×1 1×1 解析:选 A。A 项 Q= =1.2,B 项 Q= =0.25,C 项 Q=0,D 项 Q= =1。B、 1×5 2×2 2×0.5 C 项中 Q 均小于平衡常数 1,所以 B、C 项两种情况下反应正向进行;D 项 Q=1,反应处于平 衡状态;A 项 Q 大于 1,反应逆向进行。 6.据报道,在 300 ℃、70 MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实: 300 ℃ 2CO2(g)+6H2(g) 70 MPa CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 下列叙述错误的是( ) A.使用 Cu-Zn-Fe 催化剂可大大提高生产效率 B.反应需在 300 ℃进行,可推测该反应是吸热反应 C.充入大量 CO2 气体可提高 H2 的转化率 D.从平衡混合气体中分离出 CH3CH2OH 和 H2O 可提高 CO2 和 H2 的利用率 解析:选 B。A 项,催化剂能加快化学反应速率,从而提高生产效率;B 项,判断吸热反应 和放热反应是根据反应物和生成物所具有能量的相对大小,而不是根据反应条件;C 项,充 入大量 CO2 气体,平衡正向移动,可提高 H2 的转化率;D 项,分离出 CH3CH2OH 和 H2O 可使平 衡正向移动,从而提高 CO2 和 H2 的利用率。 7.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所示: 物质 初始浓度/mol·L 平衡浓度/mol·L
-1 -1

X 0.1 0.05

Y 0.2 0.05

Z 0 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.反应表示为 X+3Y 2Z,此温度下的平衡常数为 1 600 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 -1 -1 -1 解析:选 C。X、Y、Z 的浓度变化量分别为 0.05 mol·L 、0.15 mol·L 、0.1 mol·L , 且 X、Y 的浓度减小,Z 的浓度增大,所以该反应的化学方程式为 X+3Y 2Z;X 的转化 0.05 mol·L 0.1 率为 -1 ×100%=50%;平衡常数 K= 3=1 600;平衡常数只受温度的 0.1 mol·L 0.05×0.05 影响,不受压强和浓度的影响。 8.一定条件下,体积为 2 L 的密闭容器中,1 mol X 和 3 mol Y 进行反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g),经过 12 s 达到平衡,生成 0.6 mol Z。下列说法正确的是( ) 1 A.以 X 浓度变化表示的反应速率为 mol/(L·s) 8 1 B.12 s 后将容器体积扩大为 10 L,Z 的平衡浓度变为原来的 5 C.若增大 X 的浓度,则物质 Y 的转化率减小 D.若该反应的 Δ H<0,升高温度,平衡常数 K 减小 解析:选 D。 X(g)+3Y(g) 2Z(g) 起始量(mol) 1 3 0 转化量(mol) 0.3 0.9 0.6 平衡量(mol) 0.7 2.1 0.6
2
-1 2

0.3 mol 2 L 1 v(X)= = mol/(L·s),所以 A 错误;12 s 后将容器体积扩大为 10 L,平衡逆向 12 s 80 1 移动,Z 的浓度小于原来的 ,所以 B 错误;若增大 X 的浓度,Y 的转化率增大,X 的转化率 5 减小,所以 C 错误;若 Δ H<0,正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数 K 减 小,所以 D 正确。 9.已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) Δ H>0。请回答下列问题: -1 -1 (1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为 c(M)=1 mol·L ,c(N)=2.4 mol·L ,达到 平衡后, M 的转化率为 60%, 此时 N 的转化率为________; 该温度时的平衡常数 K=________。 (2)若反应温度升高,则 M 的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。 -1 -1 (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为 c(M)=4 mol·L ,c(N)=a mol·L ,达 -1 到平衡后,c(P)=2 mol·L ,则 a=________。 -1 (4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为 c(M)=c(N)=b mol·L ,达到平衡后,M 的转 化率为________。 1×60% -1 解析: (1)N 的转化率为 ×100%=25%; 平衡时 c(M)=0.4 mol·L , c(N)=1.8 mol·L 2.4
-1

0.6×0.6 -1 ,c(P)=c(Q)=0.6 mol·L ,则该温度时的平衡常数 K= =0.5。 0.4×1.8

(2)温度升高,平衡正向移动,M 的转化率增大。 -1 -1 -1 (3)达到平衡时,c(P)=2 mol·L ,则 c(Q)=2 mol·L ,c(M)=2 mol·L ,c(N)=(a 2×2 -1 -2) mol·L ,因此 =0.5,a=6。 2×(a-2) (4)设 M 的转化率为 α , 则平衡时 c(M)=c(N)=b(1-α )mol·L , c(P)=c(Q)=bα mol· L
-1 -1

,故有

bα ×bα =0.5,α =41%。 b(1-α )×b(1-α )

答案:(1)25% 0.5 (2)增大 (3)6 (4)41% 10. 温度为 T ℃时, 向某恒容密闭容器中充入一定量的 CO 和 H2O(g), 发生反应 CO(g)+H2O(g) -1 CO2(g) + H2(g) Δ H =-41.2 kJ·mol ,反应过程中测定的部分数据见下表 ( 表中 t1<t2): 反应时间/min 0

n(CO)/mol
1.20 0.80

n(H2O)/mol
0.60

t1 t2 (1)n1=________,n2=________。

n1
0.20

n2

(2)从反应开始至达到平衡,该反应放出的热量为________kJ。 (3)温度为 T ℃时,该反应的平衡常数 K=________。某温度时,测得上述反应的平衡常数 为 1.1,则该温度________(填“大于”“小于”或“等于”)T ℃。 (4)温度不变,若起始时通入的 CO 和 H2O(g)均为 0.8 mol,则平衡时 CO 的物质的量是 ________mol。 解析:(1) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 起始/mol 1.20 0.60 0 0 转化/mol 0.40 0.40 0.40 0.40 t1 或 t2/mol 0.80 0.20 0.40 0.40
3

由此可知 n1=0.20,n2=0.80。 -1 (2)该反应放出的热量为 0.40 mol×41.2 kJ·mol =16.48 kJ。

V V c(H2)·c(CO2) (3)平衡常数 K= = =1。若平衡常数 K 由 1 变为 1.1,应使化 c(CO)·c(H2O) 0.80 0.20 × V V
学平衡正向移动,因该反应为放热反应,故应降低温度。 (4)设转化的 CO 的物质的量为 x。 CO(g) + H2O(g) CO2(g)+H2(g) 起始 0.8 mol 0.8 mol 0 0 转化 x x x x 平衡 0.8 mol-x 0.8 mol-x x x

0.40 0.40 ×

x x · V V 据温度不变,平衡常数不变,可得 =1,解得:x=0.4 mol。故平 0.8 mol-x 0.8 mol-x · V V
衡时 CO 的物质的量为 0.8 mol-0.4 mol=0.4 mol。 答案:(1)0.20 0.80 (2)16.48 (3)1 小于 (4)0.4 [能力提升] 11. (2016·北京朝阳期中)N2O5 是一种新型硝化剂, 在一定温度下可以发生以下反应: 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) Δ H>0。T1 温度时,向密闭容器中通入 N2O5,部分实验数据见下表: 时间/s 0
-1

500 3.52

1 000 2.50

1 500 2.50

c(N2O5)/mol·L

5.00

下列说法中不正确的是( ) -3 -1 -1 A.500 s 内 N2O5 的分解速率为 2.96×10 mol·L ·s B.T1 温度下的平衡常数 K1=125,平衡时 N2O5 的转化率为 50% C.T1 温度下的平衡常数为 K1,T2 温度下的平衡常数为 K2,若 T1>T2,则 K1<K2 -1 D.达平衡后,其他条件不变,将容器的体积压缩到原来的 1/2,则 c(N2O5)>5.00 mol·L -1 -1 解析:选 C。A 项,500 s 内 N2O5 的浓度变化量为(5.00-3.52) mol·L =1.48 mol·L , v(N2O5)=1.48 mol·L-1÷500 s=0.002 96 mol·L-1·s-1=2.96×10-3mol·L-1·s-1;B 项,分析如下: 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) -1 起始浓度(mol·L )5.00 0 0 -1 转化浓度(mol·L ) 2.50 5.00 1.25 -1 平衡浓度(mol·L ) 2.50 5.00 1.25

c4(NO2)·c(O2) 5.004×1.25 K1= = =125,平衡时 N2O5 的转化率为 50%;C 项,该反应的 2 c2(N2O5) 2.50
正反应为吸热反应,升高温度,平衡常数增大,故 K1>K2;D 项,达平衡后,其他条件不变, -1 将容器的体积压缩到原来的 1/2,相当于增大压强,平衡左移,则 c(N2O5)>5.00 mol·L 。 12.(2016·南昌高二月考)一定温度下有可逆反应:A(g)+2B(g) 2C(g)+D(g)。现将 4 mol A 和 8 mol B 加入体积为 2 L 的某密闭容器中,反应至 4 min 时,改变某一条件,测得 C 的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法中正确的是( )

4

A.0~2 min 内,正反应速率逐渐增大 B.4 min 时,A 的转化率为 50% C.6 min 时,B 的体积分数为 25% D.4 min 时,改变条件后,平衡向逆反应方向移动 解析:选 C。据题意得: A(g)+2B(g) 2C(g)+D(g) c 始(mol/L) 2 4 0 0 Δ c(mol/L) 1.25 2.5 2.5 1.25 c4 min(mol/L) 0.75 1.5 2.5 1.25 该反应是从正反应开始的,0~2 min 内,反应物的浓度逐渐减小,v 正逐渐减小,A 项错;4 1.25 mol/L min 时,A 的转化率= ×100%=62.5%,B 项错;4~6 min 时,C 的浓度增大,但 2 mol/L 平衡未移动,该反应是反应前后气体体积相等的反应,故 4 min 末改变的条件是增大压强, 1.5 mol/L B 的转化率不变,此时 B 的体积分数= ×100%=25%,C 项正确,D 项错误。 6 mol/L 13.已知(HF)2(g) 2HF(g) Δ H>0,平衡体系的总质量(m 总)与总物质的量(n 总)之比在 不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )

A.温度:T1<T2 B.平衡常数:K(a)=K(b)<K(c) C.反应速率:vb>va D.当

m总 =30 g/mol 时,n(HF)∶n[(HF)2]=2∶1 n总
2HF(g) Δ H>0, 平衡向右移动, 则

解析: 选 C。 温度升高, (HF)2(g)

m总 减小, 所以 T1>T2, n总 m总 =30 g/mol n总

A 错误;由图知,Ta=Tc<Tb,温度升高,平衡常数 K 增大,则 K(a)=K(c)<K(b),B 错误;b 点的温度和压强均高于 a 点, 故 vb>va, C 正确; 设(HF)2 的物质的量分数为 x, 当

时,则有 40x+20(1-x)=30,解得 x=0.5,即 n(HF)∶n[(HF)2]=0.5∶0.5=1∶1,D 错 误。 14.酸雨被称为“空中死神”,20 世纪全球 SO2 的排放量增加了 6 倍,导致酸雨降落范围日 益扩大,其酸度不断上升。据报道欧洲酸雨酸度每年增加 10%,酸雨使土壤酸化,使林木死 亡,造成湖泊中大量鱼类死亡。SO2 虽然是大气污染物,但也是重要的化工原料,对 SO2 进行 综合治理和应用会造福人类。

5

例如,在 H2SO4 生产中,SO2 催化氧化生成 SO3: 2SO2(g)+O2(g) 催化剂 △ 2SO3(g)。

某温度下,体系在不同压强下达到平衡时,SO2 的转化率(α )与体系的压强(p)的关系如图所 示,根据图示回答问题:

(1)将 2.0 mol SO2 和 1.0 mol O2 置于 10 L 密闭容器中,反应体系达到平衡后,体系的总压 强为 0.10 MPa,该反应的平衡常数等于________。 (2)平衡状态由 A 变到 B 时, 平衡常数 K(A)________K(B)(填“大于”“小于”或“等于”)。 解析:(1)由图示可知:当 p=0.10 MPa 时,α (SO2)=0.80。 2SO2(g)+O2(g) 催化剂 △ 2SO3(g) 0 0.16 0.16

c 始/mol·L-1 0.2 0.1 -1 c 转/mol·L 0.16 0.08 -1 c 平/mol·L 0.04 0.02 2 2 c (SO3) 0.16 K= 2 = =800。 c (SO2)·c(O2) 0.042×0.02

(2)平衡状态由 A 变到 B 时,温度不变,则 K(A)=K(B)。 答案:(1)800 (2)等于 15.乙醇是重要的化工产品和液体燃料,可以利用下列反应制取乙醇: 2CO2(g)+6H2(g) 催化剂 C2H5OH(g)+3H2O(g)①,

298 K 时,K1=2.95×10 。 2CO(g)+4H2(g) 催化剂 C2H5OH(g)+H2O(g)②,
22

11

298 K 时,K2=1.71×10 。 (1)写出反应①的平衡常数表达式:K=______________________________________。 (2)条件相同时,反应①与反应②相比,转化程度更大的是反应________。以 CO2 为原料合 成乙醇的优点是__________________________(写出一点即可)。 (3)在一定压强下,测得反应①的实验数据如下表: 温度(K) 转化率(%) n(H2)/n(CO2) 1.5 500 45 600 33 700 20 800 12
6

2 3

60 83

43 62

28 37

15 22

根据表中数据分析: ①温度升高,K 值________(填“增大”“减小”或“不变”); ②提高氢碳比

n(H2) ,对生成乙醇________(填“不利”或“有利”)。 n(CO2)

解析:(2)K2>K1,故反应②进行的程度大。由反应①可知,由 CO2 合成乙醇使用的原料无毒, 11 不会对环境造成污染;且 K1=2.95×10 ,反应进行的程度大,反应物的转化率高。 (3)当

n(H2) 相同时,升高温度反应物的转化率降低,说明平衡逆向移动,K 值减小;当温 n(CO2) n(H2) 的值,反应物的转化率增大,故提高氢碳比对生成乙醇有利。 n(CO2)

度相同时,提高

c(C2H5OH)·c3(H2O) 答案: (1) 2 (2)② 原料无毒, 不会对环境造成污染(合理即可) (3) c (CO2)·c6(H2)
减小 有利

7


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