2019届二轮复习化学平衡常数、平衡转化率的计算作业（全国通用）

2019届二轮复习化学平衡常数、平衡转化率的计算作业（全国通用）

热点 3 化学平衡常数、平衡转化率的计算 1．CuCl2 溶液中的铜主要以 Cu(H2O)2＋ 4 、CuCl 2－ 4 形式存在，将 CuCl2 溶于浓 盐酸中，存在下列平衡：Cu(H2O)2＋ 4 (aq)＋4Cl－(aq) CuCl2－ 4 (aq)＋4H2O(l) ΔH ＜0。 (1)该反应的平衡常数表达式为_______________________。 (2)常温下，测定平衡体系中：Cu(H2O)2＋ 4 浓度为 a mol·L－1、Cl－浓度为 b mol·L －1、CuCl 2－ 4 浓度为 c mol·L－1，Cl－的转化率为____________(用含 a、b、c 的字 母表示)。 答案 (1) c（CuCl2－ 4 ） c4（Cl－）·c[Cu（H2O）2＋ 4 ] (2) 4c b＋4c 解析 (2)已知 Cu(H2O)2＋ 4 (aq)＋4Cl－(aq) CuCl2－ 4 (aq)＋4H2O(l)平衡体系 中：Cu(H2O)2＋ 4 浓度为 a mol·L－1、Cl－浓度为 b mol·L－1、CuCl 2－ 4 浓度为 c mol·L －1，则 Cl－变化的浓度为 4c mol·L－1，Cl－起始的浓度为(b＋4c) mol·L－1，Cl－的 转化率为 4c b＋4c 。 2．T 温度时，向 10 L 恒容密闭容器中充入 2 mol NO 和 2 mol CO 发生反应 2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5 kJ·mol－1 5 min 时达到平衡，测得 0～5 min 内该反应速率 v(N2)＝0.016 mol·L－1·min －1。 (1)T 温度时，该反应的平衡常数 K＝________。 (2)平衡时容器内压强与起始时容器内压强之比为________。 答案 (1)800 (2)4∶5 解析 (1)T 温度时，0～5 min 内该反应速率 v(N2)＝0.016 mol·L－1·min－1， 则平衡时 c(N2)＝0.016 mol·L－1·min－1×5 min＝0.08 mol·L－1，根据方程式 2NO(g) ＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)，平衡时 c(CO2)＝0.16 mol·L－1，c(CO)＝0.04 mol·L －1，c(NO)＝0.04 mol·L－1，该反应的平衡常数 K＝ 0.162×0.08 0.042×0.042 ＝800。 (2)平衡时容器内压强与起始时容器内压强之比等于物质的量之比＝ （0.16＋0.08＋0.04＋0.04）×10 2＋2 ＝4 5 。 3．850 ℃时在体积为 5 L 的反应器中发生反应： CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ·mol－1，CO 和 H2O(g)浓 度 变 化 如 图 所 示 ， 请 列 式 计 算 此 条 件 下 的 平 衡 常 数 ___________________________ ____________________________________________。 答案 K＝ c（CO2）·c（H2） c（CO）·c（H2O） ＝0.12×0.12 0.18×0.08 ＝1 解析 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 起始浓度/ mol·L－1 0.20 0.30 0 0 变化浓度/ mol·L－1 0.12 0.12 0.12 0.12 平衡浓度/ mol·L－1 0.08 0.18 0.12 0.12 平衡常数 K＝ c（CO2）·c（H2） c（CO）·c（H2O） ＝0.12×0.12 0.18×0.08 ＝1。 4.甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生产的 CO 和 H2 可制取甲醇，发生 的反应为 CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1。在某温度时，将 1.0 mol CO 与 2.0 mol H2 充入 2 L 的空钢瓶中，发生上述反应，在第 5 min 时达 到化学平衡状态，此时甲醇的物质的量分数为 10%。甲醇浓度的变化状况如图所 示： (1)从反应开始到 5 min 时，生成甲醇的平均速率为____________________。 (2)5 min 时达到平衡，H2 的平衡转化率α＝________%，化学平衡常数 K＝ ________。(保留两位小数) 答案 (1)0.025 mol·L－1·min－1 (2)25 0.59 解析 根据题目数据计算如下： 设平衡时甲醇的物质的量浓度为 x， CO(g)＋ 2H2(g) CH3OH(g) 起始 0.5 1 0 反应 x 2x x 平衡 0.5－x 1－2x x (以上单位为 mol·L－1)甲醇的物质的量分数为 10%，所以 x 0.5－x＋1－2x＋x ＝ 10%，x＝0.125 mol·L－1。 (1)甲醇的平均速率为 0.125÷5＝0.025 mol·L－1·min－1。 (2)由上述计算，反应的氢气为 2×0.125＝0.25 mol，转化率为0.25 1 ×100%＝25%。达到平衡时 CO、H2 和 CH3OH 的物质的量浓度分别为：0.375 mol·L－1、0.75 mol·L－1 和 0.125 mol·L－1， 所以平衡常数 K＝ 0.125 0.375×0.752 ≈0.59。 5．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 回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式 K＝________，ΔH________0。(填“＜”“＞” 或“＝”) (2)830 ℃时，向一个 5 L 的密闭容器中充入 0.20 mol 的 A 和 0.80 mol 的 B， 如反应初始 6 s 内 A 的平均反应速率 v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1，则 6 s 时 c(A)＝ ________mol·L－1，C 的物质的量为________mol；反应经过一段时间，达到平 衡时 A 的转化率为________，如果这时向该密闭容器中再充入 1 mol 氩气，平衡 时 A 的转化率为________。 答案 (1)c（C）·c（D） c（A）·c（B） ＜ (2)0.022 0.09 80% 80% 解析 (1)根据反应 A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)，可写出平衡常数 K＝ c（C）·c（D） c（A）·c（B） ，随着温度升高，K 值减小，即升温平衡逆向移动，正反应为放 热反应，即ΔH＜0。 (2)6 s 内消耗的 A 为 0.003 mol·L－1·s－1×6 s×5 L＝0.09 mol，则此时 A 的 物质的量浓度为0.20 mol－0.09 mol 5 L ＝0.022 mol·L－1；生成 C 的物质的量与消耗 A 的物质的量相等，均为 0.09 mol。设参与反应的 A 的物质的量为 x mol，则平衡 时 A、B、C、D 的物质的量分别为(0.20－x) mol，(0.80－x) mol、x mol、x mol， 根据平衡常数的表达式和此时 K＝1.0，求得 x＝0.16，即平衡时 A 的转化率为 80%；向该平衡体系中充入氩气，对该平衡无影响，即平衡时 A 的转化率依然为 80%。 6．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g) K1 ΔH＜0(Ⅰ) 2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g) K2 ΔH＜0(Ⅱ) (1)4NO2(g) ＋ 2NaCl(s) 2NaNO3(s) ＋ 2NO(g) ＋ Cl2(g) 的 平 衡 常 数 K ＝ ________(用 K1、K2 表示)。 (2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，在恒温条件下，向 2 L 恒容密闭容器 中加入 0.2 mol NO 和 0.1 mol Cl2，10 min 时反应(Ⅱ)达到平衡。测得 10 min 内 v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1，回答下列问题： ①平衡后 n(Cl2)＝________ mol。 ②NO 的转化率α1＝________。 ③其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，平衡时 NO 的转化率 α2________α1(填“＞”“＜”或“＝”)，平衡常数 K2________(填“增大”“减 小”或“不变”)。 ④若要使 K2 减小，可采用的措施是________________。 答案 (1)K2 1 K2 (2)①2.5×10－2 ②75% ③＞ 不变 ④升高温度 解析 (1)反应①的化学平衡常数＝c（ClNO） c2（NO2） ，反应②的平衡常数＝ c2（ClNO） c2（NO）·c（Cl2） ，反应③平衡常数＝c（Cl2）·c2（NO） c4（NO2） ，所以计算 K＝K2 1 K2 。 (2) 2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g) 起始量/mol 0.2 0.1 0 变化量/mol 0.15 0.075 0.15 平衡量/mol 0.05 0.025 0.15 则平衡后氯气的物质的量为 2.5×10－2 mol；一氧化氮的转化率＝0.15 0.2 ＝75%； 其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小， 为保持恒压所以容器的体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向移动，平衡时一 氧化氮的转化率增大，平衡常数随温度变化，不随浓度或压强变化，若要使平衡 常数减小，平衡逆向移动，正反应是放热的，所以可以选择升高温度。 7．2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH＜0 是制造硝酸的重要反应之一。在 800 ℃时，向容积为 1 L 的密闭容器中充入 0.010 mol NO 和 0.005 mol O2，反应过程 中 NO 的浓度随时间变化如图所示： 请回答下列问题： (1)2 min 内，v(O2)________ mol·L－1·min－1。 (2)升高温度，平衡向________(填“正”或“逆”)反应方向移动。 (3)平衡时，NO 的转化率是________。 (4)800 ℃时，该反应的化学平衡常数为________。 答案 (1)1.25×10－3 (2)逆 (3)50% (4)400 解析 (1)v(NO)＝0.010 mol·L－1－0.005 mol·L－1 2 min ＝0.0025 mol·L－1·min－1，则 v(O2)＝1 2v(NO)＝1.25×10－3 mol·L－1·min－1。 (2)正反应放热，则升高温度平衡逆向移动。 (3)起始时 c(NO)＝0.010 mol·L－1，平衡时 c(NO)＝0.005 mol·L－1，可知转化 率为0.005 0.010 ×100%＝50%。 (4) 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) 起始/mol·L－1 0.010 0.005 0 平衡/mol·L－1 0.005 0.0025 0.005 则 K＝ c2（NO2） c2（NO）·c（O2） ＝ 0.0052 0.0052×0.0025 ＝400。