2020-2021学年高二化学重难点训练：化学平衡常数及相关计算

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2020-2021 学年高二化学重难点训练：化学平衡常数及相关计算 一、选择题（每小题只有一个正确选项，共 10*6 分） 1．只改变一个影响因素，平衡常数 K 与化学平衡移动的关系叙述错误的是 A．K 值不变，平衡可能移动 B．K 值变化，平衡一定移动 C．平衡移动，K 值可能不变 D．平衡移动，K 值一定变化 【答案】D 【解析】A、平衡常数只与温度有关系，温度不变平衡也可能发生移动，则 K 值不变，平衡可能移动，A 正 确；B、K 值变化，说明反应的温度一定发生了变化，因此平衡一定移动，B 正确；C、平衡移动，温度可能 不变，因此 K 值可能不变，C 正确；D、平衡移动，温度可能不变，因此 K 值不一定变化，D 不正确， 答案选 D。 2．某温度时，N2＋3H2 2NH3 的平衡常数 K＝a，则此温度下，NH3 3 2 H2＋ 1 2 N2 的平衡常数为 ( ) A． 1 2-a B． 1 2a C．a D．a —2 【答案】A 【解析】 3NH 2H  2N 的平衡常数为： 31 111322 2222 222 22 333 3 22 c (H ) c (N )c (H ) c(N ) 11K=(== c (NH )c(NH )c (NH )a c (H ) c(N )   ) () ( ) ，故 A 正确。 综上所述，答案为 A。 3.某温度下，在一个 2 L 的密闭容器中，加入 4 mol A 和 2 mol B 进行如下反应：3A(g)＋2B(g) 4C(s) ＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成 1.6 mol C，且反应的前后压强之比为 5∶4(相同的温度下 测量)，则下列说法正确的是( ) A．该反应的化学平衡常数表达式是 K＝ 42 32 [C][D] [A] [B] B．此时，B 的平衡转化率是 40% C．增大该体系的压强，平衡向右移动，化学平衡常数增大 D．增加 B，B 的平衡转化率升高 【答案】B 【解析】列三段式： A.固体的浓度是常数，故不写在平衡常数表达式里，故 A 不选；B.B 的转化率为 0.8 100%2  =40%，故 B 选； C.化学平衡常数只和温度有关，故 C 不选；D.增加 B，会使 A 的转化率升高，而 B 的转化率降低。故 D 不选。 故选 B。 4．20．（ 2020·营口市第二高级中学高二月考）加热 N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5(g)⇌ N2O3(g)＋O2(g)， ②N2O3(g)⇌ N2O(g)＋O2(g)。在容积为 2 L 的密闭容器中充入 8 mol N2O5，加热到 t℃，达到平衡状态后 O2 为 9 mol，N2O3 为 3.4 mol，则 t ℃时反应①的平衡常数为( ) A．10.7 B．9.6 C．8.5 D．10.2 【答案】C 【解析】设发生反应①时 N2O5(g)转化了的物质的量为 a mol，发生反应②时 N2O3(g)转化了的物质的量为 b mol，则列三段式如下： 25232(g)(g) +(g) n/mol 800 Δn/mol aaa n/mol 8- N ONO aa O a 始 末 ， 3222 (g)(g) +(g) n/mol a0a Δn/mol b N ON OO bb n/mol a-bba+b 始 末 ， 由题意可知，a+b=9，a-b=3.4，解得：a=6.2，b=2.8，则平衡时 N2O5(g)的物质的量 =(8-a)mol=(8-6.2)mol=1.8mol，结合达到平衡状态后 O2 为 9 mol，N2O3 为 3.4 mol，体积为 2L 可知，平衡 时，N2O5(g)的浓度=0.9mol/L，O2 的浓度=4.5mol/L，N2O3 的浓度=1.7mol/L，故反应①的平衡常数 K= 4.5mol/L1.7mol/L =8.5mol/L0.9mol/L  ，C 正确。答案选 C。 5.乙烯气相直接水合反应制备乙醇的反应：C2H4(g)+H2O(g)⇌ C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的 变化关系如图所示[起始时，n(H2O)=n(C2H4)=1mol，容器体釈为 1L]。下列分析不正确的是 A．乙烯气相直接水合反应的△H＜0 B．压强的大小关系为：p1＜p2＜p3 C．a 点对应的平衡常数 K= 1 2 D．达到平衡状态 a、b 所需要的时间：a＞b 【答案】C 【解析】A. 温度升高，乙烯的转化率降低，平衡逆向移动，正向为放热反应，∆H＜0，故 A 正确；B. 增大 压强，平衡正向移动，乙烯的转化率增大，由图可知，相同温度下转化率 p1a，所需要的时间：a＞b，故 D 正确；故选 C。 6．T℃时，在甲、乙、丙三个容积均为 2L 的密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，5min 时甲 达到平衡。其起始量及 SO2 的平衡转化率如表，下列叙述不正确的是( ) 容器 甲 乙 丙 起始量 n(SO2)/mol 0.4 0.8 0.8 n(O2)/mol 0.24 0.24 0.48 SO2 的平衡转化率 80% α1 α2 A．0～5min 内，甲中 SO2 的反应速率为 0.032mol·L-1·min-1 B．T℃时，该反应的平衡常数 K=400L·mol-1 C．平衡时，SO2 的转化率：α1＜80%＜α2 D．平衡时，丙中气体平均相对分子质量与甲相同 【答案】D 【解析】A．0～5min 内，      2232SOg+Og2SOg (mol) 0.40.240 (mol) 0.320.160.32 (mol) 0.080.080.32 起始 反应 平衡 甲中 SO2 的反应速率= 0.32 2L 5m in mol =0.032mol•L-1•min-1，故 A 正确；B．根据 A 的分析，该温度下，平衡常数值 K= 2 2 0.32 2L 0.080.08 2L2L mol molmol   =400L·mol-1，故 B 正确；C．由甲、乙可知，氧气的浓度相同，增大二氧化硫 的浓度会促进氧气的转化，二氧化硫转化率减小，由乙、丙可知，二氧化硫浓度相同，增大氧气浓度，二 氧化硫转化率增大，则平衡时，SO2 的转化率：α1＜80%＜α2 ，故 C 正确；D．同温，同体积，丙中的起始 浓度为甲的 2 倍，丙相当于甲平衡后增大压强，平衡正向移动，气体的质量不变，气体的物质的量减小， 平衡时，丙中气体的平均相对分子质量比甲大，故 D 错误；故选 D。 7．在一体积不变的密闭容器中发生化学反应：Fe2O3(s)+2NH3(g) 2Fe(s)+N2(g)+3H2O(g) △H，实验测 得化学平衡时的有关变化曲线如图所示。已知：平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压=气体 总压×物质的量分数。下列说法不正确的是（ ） A．NH3 是正反应的还原剂 B．气体压强 P2>P1 C．平衡后再充入一定量 NH3，则平衡左移，NH3 的体积分数减小 D．M 点的平衡常数 Kp= 3 11 2 1 (P0.1875)(P0.5625) (P0.25)   【答案】C 【解析】A．正反应中，由 NH3 转化为 N2，可见 N 由-3 价变为 0 价，NH3 是正反应的还原剂，A 正确；B．由 于 Fe2O3(s) +2NH3(g) 2Fe(s) +N2(g) +3H2O(g)是气体体积增大的反应，加压平衡逆向移动，氨的体积分 数增大，气体压强 p2 >p1， B 正确；C．平衡后再充入一定量 NH3，容器体积不变，则相当于增大 NH3 的浓度， 则平衡右移，NH3 的体积分数减小， C 错误；D． 23322Fe O2NH2FeN3HO mol200 mol23 mol223 xxx xxx   起始量（ ） 变化量（ ） 平衡量（ ） 假设起始通入 2mol NH3，M 点时氨气的体积分数为 25%，得到(2-2x)/(2+2x)=0.25，x=0.6，气体总物质的 量=2mol+2x mol=3.2 mol，图中 M 点的平衡常数为： Kp=       3 311 11 22 1 1 1.80.6PPP0.5625P0.18753.23.2 0.8 P0.25P 3.2     ，D 正确；答案选 C。 8．一定温度下，向 2.0 L 恒容密闭容器中充入 1.0 mol PCl5，反应 PCl5(g)⇌ PCl3(g)＋Cl2(g)经过一段时 间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表。下列说法正确的是（ ） t/s 0 50 150 250 350 n(PCl3)/mol 0 0.16 0.19 0.20 0.20 A．反应在前 50 s 的平均速率 v(PCl3)＝0.0032 mol·L−1·s−1 B．该条件下，反应的平衡常数 K=0.05 C．保持其他条件不变，升高温度，平衡时 c(PCl3)＝0.11 mol·L−1，则反应的ΔH＜0 D．其他条件相同时，向空的容器中充入 1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3 和 0.20 mol Cl2，此时 v(正)＞v(逆) 【答案】D 【解析】A．由表中数据可知 50s 内： n（PCl3）=0.16mol， 11 3 0.16mol 2LPCl0.0016mol? L?s50sv （ ） ，A 错误；B．一定温度下，向 2.0 L 恒容密闭容器中充入 1.0 mol PCl5，250s 达到平衡，根据三段式： 5 3 2PCl (g) PCl (g) + Cl (g) (mol) 1.0 0 0 (mol) 0.2 0.2 0.2 (mol) 0.8 0.2 0.2 始态 转化 平衡       2 3 5 Cl PCl PCl c?c 0.1 0.1 0.025c 0.4K    ，B 错误；C．由表中数据可知，平衡时 n（PCl3）=0.20mol，保持其他 条件不变，升高温度，再次平衡时 c（PCl3）=0.11mol·L-1，则 n′（PCl3）=0.11mol/L2L=0.22mol，说明 升温平衡向正向移动，所以正反应为吸热反应，反应的ΔH>0，C 错误；D．其他条件相同时，起始时向容器 中充入 1.0molPCl5、0.2molPCl3 和 0.2molCl2，则起始时 PCl5、PCl3 和 Cl2 的浓度分别为 0.5mol·L-1、0.1mol·L-1 和 0.1mol·L-1，浓度商 c 0.10.1 0.020.5Q ，Qc2.0×10-7mol·L-1 【答案】D 【解析】A．由图可知氢离子浓度越大，c(Cr2O7 2-)越大，所以 pH 越小，c(Cr2O7 2-)越大，故 A 正确；B．由图 可知 A 点时 Cr2O7 2-的平衡浓度为 0.25mol/L，所以转化的 CrO4 2-的浓度为：0.5mol/L，则 A 点 CrO4 2-的平衡转 化率为 50%，故 B 正确；C．2CrO4 2-+2H+ Cr2O7 2-+H2O 的平衡常数为： K=         2 27 2222 27 4 Cr O 0.25mol / L cCrOcH (0.5mol / L)110mol / L c       =1014，故 C 正确；D．平衡时，若溶液中 c(Cr2O7 2-)=c(CrO4 2-)，而 2c(Cr2O7 2-)+c(CrO4 2-)=1.0mol•L-1，所以 c(Cr2O7 2-)= 1 3 mol•L-1，而图中 c(Cr2O7 2-)=0.35mol/L 时，对应氢离子的浓度为 2.0×10-7 mol•L-1，则溶液中 c(Cr2O7 2-)=c(Cr2O4 2-)，则 c(H+) ＜2.0×10-7 mol•L-1，故 D 错误；故答案为 D。 二、主观题（共 2 小题，共 40 分） 11．（ 21 分）CO 可用于合成甲醇，化学方程式为 CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。 (1)图是 CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)反应在不同温度下 CO 的转化率随时间变化的曲线。 ①该反应的焓变ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)。 ②T1 和 T2 温度下的平衡常数大小关系是 K1________K2(填“＞”“＜”或“＝”)。在 T1 温度下，往体积为 1 L 的密闭容器中，充入 1 mol CO 和 2 mol H2，经测得 CO 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。则该反应 的平衡常数为__________________。 ③若容器容积不变，下列措施可增加 CO 转化率的是________(填字母)。 a.升高温度 b.将 CH3OH(g)从体系中分离 c.使用合适的催化剂 d.充入 He，使体系总压强增大 (2)在容积为 1 L 的恒容容器中，分别研究在 230 ℃、250 ℃和 270℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是 上述三种温度下 H2 和 CO 的起始组成比(起始时 CO 的物质的量均为 1 mol)与 CO 平衡转化率的关系，则曲线 z 对应的温度是________℃；该温度下上述反应的化学平衡常数为________。曲线上 a、b、c 点对应的化学 平衡常数分别为 K1、K2、K3，则 K1、K2、K3 的大小关系为____________。 【答案】（每空 3 分）（1）①＜ ＞ ②12 ③b （2）270 4 K1＝K2＜K3 【解析】（1）①由图像可知，T2 先出现拐点，则 T2 反应速率快，T2  T1；T2 平衡时 CO 转化率小于 T1 平衡时 CO 转化率，升高温度平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，ΔH  0。 ②根据①的分析，温度 T2 T1，正反应为放热反应，温度高平衡常数小，K1 K2。根据图像，列出三段式， 则 CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g） c（起始）（mol/L） 1.00 2.00 0 c（转化）（mol/L） 0.75 1.5 0.75 c（平衡）（mol/L） 0.25 0.5 0.75 该反应的平衡常数为 2 0.75 0.250.5 =12。 ③a 项，升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO 的转化率减小；b 项，将 CH3OH（g）从体系中分离，平衡向 正反应方向移动，CO 的转化率增大；c 项，使用合适的催化剂，化学平衡不移动，CO 的转化率不变；d 项， 充入 He，使体系总压强增大，由于容器容积不变，各物质浓度不变，化学平衡不移动，CO 的转化率不变； 答案选 b。 （2）该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，CO 的转化率减小。在横坐标上任取一 点作横坐标的垂直线，可见 CO 的转化率：x y z，则 x、y、z 对应的温度依次为 230℃、250℃、270℃， z 曲线对应的温度是 270℃。由图知该温度下起始 n(H2)/n(CO)=1.5（起始 H2、CO 物质的量分别为 1.5mol、 1mol），达到平衡时 CO 的转化率为 50%，用三段式 CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g） c（起始）（mol/L） 1 1.5 0 c（转化）（mol/L） 1  50%=0.5 1 0.5 c（平衡）（mol/L） 0.5 0.5 0.5 该温度下的化学平衡常数为 2 0 .5 0 .5 0 .5 =4。a、b 点的温度相同，则 K1=K2，c 点温度低于 a、b 点，温度升高 平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小，则 K1=K2  K3。 12.（19 分）（1）（ 2020 全国高考 1 卷真题节选）硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的 关键工序是 SO2 的催化氧化：SO2(g)+ 1 2 O2(g) 钒催化剂  SO3(g) ΔH=−98 kJ·mol−1。将组成(物质的量分数) 为 2m% SO2(g)、m% O2(g)和 q% N2(g)的气体通入反应器，在温度 t、压强 p 条件下进行反应。平衡时，若 SO2 转化率为α，则 SO3 压强为___________，平衡常数 Kp=___________(以分压表示，分压=总压×物质的量分 数)。 （2）（ 2020 全国高考 2 卷真题节选）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) ΔH，相关 物质的燃烧热数据如下表所示： 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热ΔH/( kJ·mol−1) -1560 -1411 -286 ①ΔH=_________kJ·mol−1。 ②提高该反应平衡转化率的方法有_________、_________。 ③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡 常数 Kp=_________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。 （3）（ 2020 全国高考 3 卷真题节选）二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用 CO2 的热点研究领域。理论计算 表明，原料初始组成 n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在体系压强为 0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量 分数 x 随温度 T 的变化如图所示。 根据图中点 A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数 Kp=_________(MPa)−3(列出计算式。以分压表示， 分压=总压×物质的量分数)。 【答案】 （1） 2m 100 m p  （3 分）   0.5 1.51 100 mp m      （3 分） （2）137 （2 分） 升高温度（2 分） 减小压强(增大体积)（3 分） α(1+ α) p(2+ α)(1- α) （3 分） （3）  3 91 4 0.039 或    4 362 0.390.39 14 0.39 0.10.39() 3 等 （3 分） 【解析】（1）假设原气体的物质的量为 100mol，则 SO2、O2 和 N2 的物质的量分别为 2m mol、m mol 和 q mol， 2m+m+q=3m+q=100，SO2 的平衡转化率为α，则有下列关系： 22 3 1SO+O SO2 0()2mm 2()2 2() 2m(1- )m(1) mol mmolmm mmol   矾催化剂 起始量 变化量 平衡量 平衡时气体的总物质的量为 n(总)= 2m(1-α)+m(1-α)+2mαmol+q mol，则 SO3 的物质的量分数为         3n SO 2m mol2m100%100%100%n2m 1m 12m mol q? mol100 m   总 。该反应在恒压 容器中进行，因此，SO3 的分压 p(SO3)= 2m 100m p  ，p(SO2)=  2m 1 100 m p    ，p(O2)=  m1 100m p    ，在该条件 下，SO2(g)+ 1 2 O2(g)⇌ 2SO3(g) 的 Kp=             3 0.50.50.5 1.522 2m SO 100 m SO 2m 1m 1 1 100100 m100 m p p pp O mppp m           。 （2）①由表中燃烧热数值可知： ①C2H6(g)+ 7 2 O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l) ∆H1= -1560kJ∙mol-1；②C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g) +2H2O(l) ∆H2= -1411kJ ∙mol-1；③ H2(g)+ 1 2 O2(g)=H2O(l) ∆H3= -286kJ∙mol-1；根据盖斯定律可知，①-②-③得 C2H6(g) =C2H4(g) + H2(g)， 则∆H= ∆H1-∆H2-∆H3=( -1560kJ∙mol-1)-( -1411kJ∙mol-1)- ( -286kJ∙mol-1)=137kJ∙mol-1，故答案为 137； ②反应 C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)为气体体积增大的吸热反应，升高温度、减小压强平衡都向正反应方向 移动，故提高该反应平衡转化率的方法有升高温度、减小压强（增大体积）； ③设起始时加入的乙烷和氢气各为 1mol，列出三段式， C2H6(g) C2H4(g) + H2(g) 起始（mol） 1 0 1 转化（mol） α α α 平衡（mol） 1- 1+ 平衡时，C2H6、C2H4 和 H2 平衡分压分别为 1 α 2 α   p、 α 2 α p 和 1 α 2 α   p，则反应的平衡常数为 Kp= 1 α 2 α 1 α    （ ） （ ）（ ）； (3) 原料初始组成 n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在体系压强为 0.1Mpa 建立平衡。由 A 点坐标可知，该温度下，氢 气和水的物质的量分数均为 0.39，则乙烯的物质的量分数为水的四分之一，即 0 . 3 9 4 ，二氧化碳的物质的量 分数为氢气的三分之一，即 0 . 3 9 3 ，因此，该温度下反应的平衡常数 4 2 3 6 0.390.39 14 0.10.390.39 3 pK    (MPa)-3= 3 91 40.039 (MPa)-3。