化学第二章化学反应速率和化学平衡第3节第2课时化学平衡常数及相关计算作业含解析新人教版选修4

化学第二章化学反应速率和化学平衡第3节第2课时化学平衡常数及相关计算作业含解析新人教版选修4

第2课时　化学平衡常数及相关计算 ‎1．关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　)‎ A．化学平衡常数与温度无关 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变 C．化学平衡常数等于某时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值 D．温度一定，对于给定的化学反应，正逆反应的平衡常数互为倒数 答案　D 解析　A项，化学平衡常数只与温度有关；B项，平衡常数与化学方程式的书写形式有关；C项，K表达式中各物质的浓度均为平衡浓度；D项，根据K的表达式，推知给定化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。‎ ‎　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，也与压强、催化剂无关。‎ ‎2．对于3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为(　　)‎ A．K＝ B．K＝ C．K＝ D．K＝ 答案　D 解析　反应中Fe(s)和Fe3O4(s)的浓度是常数，不写入表达式中，平衡常数应为平衡时生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积之比，D正确。‎ ‎　平衡常数表达式书写注意事项 ‎(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。‎ ‎(2)非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。‎ ‎(3)同一化学反应，化学方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：N2O4(g) 2NO2(g)　K＝；N2O4(g) NO2(g)　K′＝＝；2NO2(g) N2O4(g)　K″＝＝。‎ ‎3．在相同的温度下，已知反应：①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)的平衡常数K＝3．84×10－31；②2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的平衡常数K＝3．10×1026。则在该温度下，两个化学反应的反应程度之间的关系为(　　)‎ A．①>② B．①<② C．①＝② D．不能确定 - 7 -‎ 答案　B 解析　平衡常数的大小能表示化学反应可能进行的程度(即反应限度)，平衡常数越大，表示反应进行得越彻底。‎ ‎4．已知反应①：CO(g)＋CuO(s) CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s) Cu(s)＋H2O(g)在某相同温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是(　　)‎ A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝ C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 答案　B 解析　在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝①－②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。‎ ‎　化学平衡常数的变化与平衡移动的思维误区 误区：若化学平衡正向移动，则化学平衡常数K一定增大。‎ 分析：不一定。化学平衡正向移动，平衡常数不一定增大；化学平衡逆向移动，平衡常数不一定减小。‎ ‎(1)若通过改变浓度、压强，使平衡发生移动，化学平衡常数不变。‎ ‎(2)若改变温度，化学平衡正向移动，平衡常数增大，反之，化学平衡逆向移动，平衡常数减小。‎ ‎5．(原创题)将2 mol SO2与1 mol O2放入‎2 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，测得平衡时c(SO3)＝0．5 mol·L－1，则相同条件下可逆反应：SO3(g) SO2(g)＋O2(g)的平衡常数K[单位为(mol·L－1)]为(　　)‎ A．4 B．‎2 C．0．5 D．0．25‎ 答案　C 解析　根据题目提示的数据可得：‎ ‎　　　　　　　　2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)‎ 1 0．5 0‎ 0．5 0．25 0．5‎ - 7 -‎ 平衡常数K′＝＝4。‎ 所以SO3(g) SO2(g)＋O2(g)的平衡常数：K＝＝ ＝ ＝0．5。‎ ‎6．已知A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)，反应的平衡常数和温度的关系如下：‎ 温度/℃‎ ‎700‎ ‎800‎ ‎830‎ ‎1000‎ ‎1200‎ 平衡常数 ‎1．7‎ ‎1．1‎ ‎1．0‎ ‎0．6‎ ‎0．4‎ ‎830 ℃‎时，向一个‎2 L的密闭容器中充入0．2 mol的A和0．8 mol的B，反应初始4 s内A的平均反应速率v(A)＝0．005 mol·L－1·s－1。下列说法正确的是(　　)‎ A．4 s时，c(B)为0．76 mol·L－1‎ B．‎830 ℃‎达平衡时，A的转化率为80%‎ C．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动 D．‎1200 ℃‎时反应C(g)＋D(g) A(g)＋B(g)的平衡常数的值为0．4‎ 答案　B 解析　A项，4 s时Δc(A)＝v(A)·Δt＝0．005 mol·L－1·s－1×4 s＝0．02 mol·L－1，则Δc(B)＝0．02 mol·L－1，则4 s时c(B)＝－0．02 mol·L－1＝0．38 mol·L－1，错误；B项，设‎830 ℃‎时，A的平衡转化率为x，则 ‎　　　　　　　　A(g) ＋ B(g) C(g)＋D(g)‎ 起始/(mol·L－1) 0．1 0．4 0 0‎ 转化/(mol·L－1) 0．1x 0．1x 0．1x 0．1x 平衡/(mol·L－1) 0．1(1－x) 0．4－0．1x 0．1x 0．1x K＝＝1，x＝80%，正确；C项，由表中数据可知，升高温度，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，错误；D项中的反应是题干中已知反应的逆反应，故‎1200 ℃‎时，K逆＝＝＝2．5，错误。‎ ‎7．将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为‎2 L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：‎ - 7 -‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．该反应的正反应为放热反应 B．实验1中，前5 min用CO表示的反应速率为0．16 mol·L－1·min－1‎ C．实验2中，平衡常数为K＝ D．实验3与实验2相比，改变的条件可能是温度 答案　D 解析　由表中数据计算可知，‎650 ℃‎和‎900 ℃‎时CO的转化率分别为40%、20%，说明温度越高，CO的转化率越小，则该反应的正反应是放热反应，A正确。实验1中前5 min生成1．6 mol CO2，同时消耗1．6 mol CO，则有v(CO)＝＝0．16 mol·L－1·min－1，B正确。实验2中达到平衡时，n(CO2)＝0．4 mol，则有 ‎　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)‎ 1 0．5 0 0‎ 0．2 0．2 0．2 0．2‎ 0．8 0．3 0．2 0．2‎ 则‎900 ℃‎时该反应的平衡常数K＝＝＝，C正确。实验2和3 CO、H2O的起始量相等，实验3达到平衡所需时间比实验2短，则实验3的反应速率快，达到平衡时实验2和3中n(CO2)均为0．4 mol，而升高温度，平衡逆向移动，平衡时n(CO2)减小，故改变的条件可能是使用了催化剂，D错误。‎ ‎　化学平衡的相关计算 ‎“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。‎ ‎(1)分析三个量：起始量、转化量、平衡量。‎ - 7 -‎ ‎(2)明确三个关系 ‎①对于同一反应物，起始量－转化量＝平衡量。‎ ‎②对于同一生成物，起始量＋转化量＝平衡量。‎ ‎③各转化量之比等于各物质的化学计量数之比。‎ ‎(3)掌握三个百分数 ‎①转化率＝×100%‎ ‎②生成物的产率＝×100%‎ ‎③混合物中某组分的百分含量＝×100%‎ ‎8．一定条件下，在体积为‎2 L的密闭容器中，3 mol X和3 mol Y发生反应3X(g)＋Y(g) 2Z(g)　ΔH>0，经60 s达到平衡状态，生成0．4 mol Z。下列说法正确的是(　　)‎ A．60 s内平均反应速率为v(X)＝0．005 mol·L－1·s－1，X的转化率为80%‎ B．其他条件不变，将容器体积变为‎4 L，X的平衡浓度增大 C．其他条件不变，若降低温度，逆反应速率减小，X的体积分数也减小 D．其他条件不变，若初始投入2 mol X和2 mol Y，则物质Y的转化率减小 答案　D 解析　60 s达到平衡，生成0．4 mol Z，则有v(Z)＝＝×0．01 mol·L－1·s－1，根据反应速率与化学计量数的关系可得v(X)＝v(Z)＝××0．01 mol·L－1·s－1＝0．005 mol·L－1·s－1；消耗X的物质的量为0．005 mol·L－1·s－1×‎2 L×60 s＝0．6 mol，则X的转化率为×100%＝20%，A错误；将容器体积变为‎4 L，平衡逆向移动，但X的平衡浓度减小，B错误；降低温度，正、逆反应速率均减小，平衡逆向移动，则X的体积分数增大，C错误；其他条件不变，初始投入2 mol X和2 mol Y，当将原容器容积扩大为原来的1．5倍时，可与新的平衡等效，由于容器扩大，压强减小，平衡向逆反应方向移动，X、Y的转化率均减小，D正确。‎ ‎　平衡转化率的变化与平衡移动的思维误区 误区：若化学平衡正向移动，则反应物的平衡转化率一定增大。‎ 分析：不一定。若改变温度或压强，平衡正向移动，则反应物的平衡转化率增大；若增大某种反应物的浓度，该反应物的转化率减小，其他反应物的转化率增大。‎ ‎9．在H2SO4生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g) 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 - 7 -‎ ‎)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0．1 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)________(填“大于”“小于”或“等于”)K(B)。‎ 答案　(1)800　(2)等于 解析　(1)由题中图示可知：‎ 当p＝0．1 MPa时，α＝0．80，‎ ‎　　　　　　　2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)‎ c始(mol·L－1) 0．2 0．1 0‎ c转(mol·L－1) 0．16 0．08 0．16‎ c平(mol·L－1) 0．04 0．02 0．16‎ K＝＝＝800。‎ ‎(2)平衡状态由A变到B时，温度不变，则K(A)＝K(B)。‎ ‎10．如图，甲、乙、丙分别表示在不同条件下可逆反应A(g)＋B(g)xC(g)的生成物C在反应混合物中的百分含量w(C)和反应时间(t)的关系。‎ ‎(1)若甲图中两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则________曲线表示无催化剂时的情况，原因是______________________________。‎ - 7 -‎ ‎(2)若乙图表示反应达到平衡后分别在恒温恒压条件下和恒温恒容条件下充入氦气后的情况，则________曲线表示恒温恒容的情况，原因是________________________________________________________________________________________________________。‎ ‎(3)根据丙图可以判断该可逆反应的正反应是________热反应，化学计量数x的值比2________(填“大”或“小”)。‎ ‎(4)丁图表示在某固定容积的密闭容器中上述可逆反应达到平衡后某物理量随着温度(T)的变化情况，根据你的理解，丁图的纵坐标可以是______________________，原因为______________________________________。‎ 答案　(1)b　b达到平衡所用时间长，说明b的反应速率小于a ‎(2)a　a中充入氦气，w(C)不变，平衡不移动 ‎(3)吸　大 ‎(4)w(C)(或C的浓度或反应物的转化率)　温度升高，平衡向吸热即正反应方向移动 解析　(1)催化剂能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，所以a曲线表示有催化剂，b曲线表示无催化剂。‎ ‎(2)恒温恒容条件下，向平衡体系中充入He气，平衡不移动。恒温恒压下充入He气，相当于对原平衡减压，则平衡向体积增大的方向移动。‎ ‎(3)由丙可知，恒压下升温，平衡正向移动，所以正反应为吸热反应。恒温下加压，平衡逆向移动，所以正反应为体积增大的反应，x>2。‎ ‎(4)升温，平衡向正反应方向移动，C的浓度增大，w(C)增大等。‎ - 7 -‎