2020届一轮复习人教通用版第22讲化学平衡常数化学反应进行的方向作业
练案[22] 第七章 化学反应速率与化学平衡
第22讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
A组 基础必做题
1．(2019·湖南岳阳一中月考)在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反应过程持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( A )
A．Q点时，Y的转化率最大
B．W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
C．升高温度，平衡常数增大
D．平衡时充入Z，达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
[解析] Q点时，X的体积分数最小，则Y的转化率最大，选项A正确；温度越高，化学反应速率越快，所以W点X的正反应速率小于M点X的正反应速率，选项B错误；继续升高温度X的体积分数增大，则该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，选项C错误；因为该反应前后气体分子数不变，所以平衡时充入Z，新平衡与原平衡等效，Z的体积分数不变，选项D错误。
2．(2019·辽宁大连期中)对一个正反应放热的可逆反应来说，若改变条件使平衡正向移动，则该反应的平衡常数( C )
A．一定不变 B．可能减小
C．可能增大 D．不变、减小、增大皆有可能
[解析] 对于正反应放热的可逆反应，化学平衡常数只与温度有关。若改变压强或浓度，使平衡正向移动，化学平衡常数不变；若降低温度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。
3．(2019·山东潍坊高三检测)高温下，某反应平衡，平衡常数K＝，恒容时，温度升高，H2浓度减小。
下列说法正确的是( A )
A．该反应的焓变为正值
B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
C．升高温度，逆反应速率减小
D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2
[解析] 由平衡常数的表达式可确定该反应的化学方程式为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，恒容时，温度升高，H2浓度减小，说明正反应是吸热反应，反应的焓变为正值，A正确，D错误；在恒温且体积不变时，增大压强，H2浓度可能增大或不变，B错误；升高温度，正、逆反应的反应速率增大，C错误。
4．(2019·河北石家庄联考)一定条件下，将3 mol A和1 mol B两种气体混合于容积为2 L的密闭容器中，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0.2 mol/L。下列判断正确的是( A )
A．该条件下此反应的平衡常数约为0.91
B．2 min内A的平均反应速率为0.3 mol/(L·s)
C．B的转化率为60%
D．混合气体的密度不再改变时，该反应不一定达到平衡状态
[解析] 3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)
起始量(mol) 3 1 0 0
变化量(mol) 1.2 0.4 0.4x 0.8
平衡量(mol) 1.8 0.6 0.4x 0.8
A项，0.4x＝0.4，因此x＝1，该条件下此反应的平衡常数为＝≈0.91，正确；B项，2 min内A的平均反应速率为＝0.3 mol/(L·min)，错误；C项，B的转化率＝×100%＝40%，错误；D项，混合气体的密度不再改变时，该反应一定达到平衡状态，错误。
5．(新题选萃)已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数值分别为：
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述不正确的是( C )
A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．如果在一定体积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为0.4 mol时，该反应为平衡状态
D．某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：＝，判断此时的温度是1 000 ℃
[解析] 由平衡常数的表达式可知，反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，A正确；随着温度的升高，平衡常数是减小的，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，所以正反应是放热反应，B正确；CO为0.4 mol，则H2O(g)也是0.4 mol，CO2和H2都是0.6 mol，则此时反应没有达到平衡状态，C不正确；将＝代入平衡常数表达式可知K＝0.60，所以温度是1 000 ℃，D正确。
6．(2019·山东青岛模拟)T℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(s) ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是( C )
A．T℃时，该反应的平衡常数值为4
B．c点没有达到平衡，此时反应逆向进行
C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T℃
D．T℃时，直线cd上的点均为平衡状态
[解析] 由A(g)＋B(g)C(s) ΔH<0知，平衡常数K＝＝＝0.25，A错误；依据图像可知，c点浓度商Q
0，吸热反应能自发进行，说明ΔS>0，B正确；FeCl3和MnO2均可作为催化剂加快H2O2分解，但同等条件下两者对H2O2分解催化效果不同，故对反应速率的改变不相同，C不正确；D中反应为气体体积减小的反应，ΔS<0，若反应能自发进行，则ΔH－TΔS<0，故反应的ΔH<0，正确。
11．(2019·江西南昌模拟)在某一恒温、恒容的密闭容器中发生反应：3H2(g)＋N2(g)2NH3(g) ΔH<0。t1时刻反应达到平衡，在t2时刻改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是( B )
A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：KⅠv逆
C．保持其他条件不变，若起始时向容器中充入2 mol SO3(g)，达到平衡状态时吸收78.4 kJ的热量
D．相同温度下，起始时向容器中充入1.5 mol SO3(g)，达到平衡状态时SO3的转化率为40%
[解析] v(SO2)＝＝＝0.08 mol·L－1·min－1，A项正确；10 min时，n(O2)减少0.6 mol，n(SO2)减少1.2 mol，剩余0.8 mol，SO2的物质的量与15 min时的相同，说明10 min时反应已经达到平衡状态，K＝＝＝11.25，保持温度不变，K不变，向平衡后的容器中再充入0.2 mol SO2(g)和0.2 mol SO3(g)时，Qc＝＝＝9.8v逆，B项正确；保持其他条件不变，若起始时向容器中充入2 mol SO3(g)，达到的平衡状态与题给原平衡状态等效，平衡时SO3转化了0.8 mol，故吸收的热量为0.8 mol×196 kJ·moL－1÷2＝78.4 kJ，C项正确；相同温度下，K不变，起始时向容器中充入1.5 mol SO3(g)，若SO3的转化率为40%，Qc＝＝＝15≠K，不是平衡状态，D项错误。
13．(2019·河北衡水检测)在一定温度下，反应H2(g)＋X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于( B )
A．5% B．17%
C．25% D．33%
[解析] H2(g)＋X2(g)HX(g)的平衡常数K1为10，那么HX(g)H2(g)＋X2(g)的平衡常数K2为，2HX(g)H2(g)＋X2(g)的平衡常数K3为()2＝0.01。设HX(g)分解的物质的量浓度为x mol·L－1，则：
2HX(g)H2(g)＋X2(g)
起始/(mol·L－1) 1.0 0 0
消耗/(mol·L－1) x x x
平衡/(mol·L－1) 1－x x x
K3＝＝0.01，解得x≈0.17。
所以该温度时HX(g)的最大分解率接近于17%。
14．(2019·辽宁丹东二中月考)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1，按不同方式向甲、乙、丙三个相同容积的密闭容器中投入反应物，且保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下表：
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
2 mol SO2、1 mol O2
1 mol SO2、0．5 mol O2
2 mol SO3
平衡常数
K1
K2
K3
反应的能量变化
放出a kJ
放出b kJ
吸收c kJ
气体密度
ρ1
ρ2
ρ3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列有关的关系式正确的是( B )
A．K1＝K3ρ2
C．α2＋α3>1 D．2b＋c>197
[解析] 三个容器的容积相同，且保持恒温、恒容，而平衡常数只与温度有关，则平衡常数K1＝K2＝K3，A错误。甲和丙中通入气体的质量相等，且是乙中气体质量的2倍，由于在恒容条件下进行反应，则气体密度ρ1＝ρ3>ρ2，B正确。甲和丙中反应分别从正向、逆向开始，达到平衡时二者是等效平衡，则有α1＋α3＝1；将甲的容积增大1倍，与乙中平衡体系等效，容积增大，压强减小，平衡向逆反应方向移动，反应物转化率减小，则有α1>α2，从而可得α2＋α3
<1，C错误。由C中分析可知，甲和丙中的反应是等效平衡，且反应分别从正、逆反应方向开始，则有a＋c＝197；若甲和乙中反应物的转化率相等，则甲中反应放出热量是乙中反应放出热量的2倍，则有a＝2b，实际上甲中反应物的转化率大于乙，则有a>2b，从而可得2b＋c<197，D错误。
15．(2019·山东名校联考)工业上制备硫酸最重要的一步是SO2的氧化，反应方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。回答下列问题：
(1)该反应在__较低温度___(填“较高温度”或“较低温度”)下能自发进行。
(2)某课外兴趣小组在实验室对该反应进行研究，部分数据如下表。
实验
反应条件
平衡后性质
催化剂
温度
(K)
容积
(L)
SO2
O2
SO3
SO2
体积
分数
吸收或
放出热
量(kJ)
SO2或
SO3的
转化率
A
V2O5
770
10
0.2
0.1
0
a1
Q1
α1
B
V2O5
770
10
0
0
0.2
a2
Q2
α2
C
V2O5
绝热
10
0
0
0.2
a3
Q3
α3
比较下列数值大小(填“>”“＝”“<”或“无法确定”)。
①a1__＝___a2；②Q1＋Q2__＝___19.66；③α1＋α3__<___1。
(3)某同学通过实验绘出如下图像。
①t1、t2、t3达到化学平衡状态的是__t2___。
②t2到t3的变化是因为改变了一个反应条件，该条件可能是__增大压强___。
(4)若α1＝0.9，计算770 K时，该反应的平衡常数为__8.1×104___。
(5)工业上将SO2转化为SO3时，为了提高反应速率，并有利于SO3的吸收，需要对原料混合气体预热，同时对SO3气体降温。通常采用如图所示的热交换器(中间为空心管道)。下列说法正确的是( abc )
a．使用热交换器可以充分利用能源
b．A、B、C三处气体的组成相同
c．A、B、C、D四处的气体中均含有SO2
d．预热原料混合气主要是为了提高SO2的平衡转化率
[解析] (1)该反应的ΔH<0，ΔS<0，若反应能自发进行，则有ΔH－TΔS<0，故该反应在较低温度下能自发进行。
(2)①实验A和实验B其他条件相同，A中通入0.2 mol SO2和0.1 mol O2，B中通入0.2 mol SO3，达到平衡时，二者是等效平衡，SO2的体积分数相等，则有a1＝a2。②实验A和实验B是等效平衡，A中消耗SO2和O2的量与B中生成SO2和O2的量分别相等，则有Q1＋Q2＝19.66。③实验A和实验B是等效平衡，SO2的转化率α1与SO3的转化率α2之和等于1，即α1＋α2＝1，实验C在绝热条件下进行，相当于将实验B中的反应温度降低，而降低温度，实验B中反应逆向进行的程度减小，SO3的转化率减小，则有α3<α2，从而推知α1＋α3<1。
(3)①达到平衡状态时，SO2的消耗速率是O2生成速率的2倍，由图可知，t2时刻该反应达到平衡状态。②由图可知，t2到t3的变化过程中，SO2的消耗速率、O2的生成速率均增大，且SO2的消耗速率大于O2的生成速率的2倍，则平衡正向移动，故改变的条件可能是增大压强。
(4)若α1＝0.9，即SO2的平衡转化率为0.9，实验A中，开始时充入0.2 mol SO2和0.1 mol O2，则有
2SO2(g)＋ O2(g) 2SO3(g)
起始浓度/(mol·L－1) 0.02 0.01 0
转化浓度/(mol·L－1) 0.018 0.009 0.018
平衡浓度/(mol·L－1) 0.002 0.001 0.018
则770 K时，该反应的平衡常数K＝＝＝8.1×104
(5)使用热交换器可以充分利用能源，a正确；从A进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气，经热交换器预热后从B处流出，再从C处流入，在催化剂表面反应，故A、B、C三处气体的组成相同，b正确；该反应为可逆反应，A、B、C、D四处的气体中均含有SO2，c正确；预热原料混合气，可提高反应的温度，加快反应速率，但不能提高SO2的平衡转化率，d错误。
