2022高考化学第7章化学反应速率和化学平衡第3节化学平衡常数化学反应进行的方向考点1化学平衡常数及应用讲与练含解析

第七章　化学反应速率和化学平衡李仕才考点一　化学平衡常数及应用　1．概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。2．表达式对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。例如：15\n3.意义化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度。(1)K越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大。一般来说，反应的平衡常数K≥105认为正反应进行得较完全。(2)K越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。一般来说，K≤10－5认为这个反应的正反应很难进行。(3)K值大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，而不能预示反应达到平衡所需要的时间。4．影响因素一个可逆反应的K仅受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。5．应用(1)化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。一个反应的K值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率越大。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Qc＝。Qc<K，反应向正反应方向进行；Qc＝K，反应处于平衡状态；Qc>K，反应向逆反应方向进行。15\n(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(4)计算转化率：利用平衡常数计算转化率的主要途径是利用温度不变时，平衡常数不变列方程求解。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式为K＝。(　×　)2．对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡，在温度不变、容积不变的密闭容器中充入N2，化学平衡常数不变。(　√　)3．平衡常数表达式中，可以是物质的任一时刻的浓度。(　×　)4．化学平衡移动，化学平衡常数一定改变。(　×　)5．对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。(　×　)6．反应A(g)＋3B(g)2C(g)达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大。(　×　)7．化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。(　√　)8．其他条件不变，使用不同催化剂，反应的平衡常数不变。(　√　)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l)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。如：15\nCaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，K＝c(CO2)；Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq)，K＝c2(CrO)·c2(H＋)/c(Cr2O)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。如：C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O，K＝。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＝＝0.361/2N2O4(g)NO2(g)　K′＝＝＝0.602NO2(g)N2O4(g)　K″＝＝≈2.8因此书写化学平衡常数表达式及数值，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。4．化学方程式进行相加(减)处理，平衡常数应相乘(除)。一、化学平衡常数及应用1．在一定条件下，有已达平衡的可逆反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列说法中正确的是(　　)A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K＝B．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小解析：K只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变。答案：A2．某温度下2L密闭容器中3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是(　　)15\nA.该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝B．其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应ΔH<0C．其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动D．其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡解析：该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝，A错误；升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应ΔH<0，B正确；使用催化剂，平衡常数不变，C错误；混合气体密度一直不变，不能说明反应已达到平衡，D错误。答案：B3．某温度T1时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的H2和I2(g)，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1)。反应时间/minn(H2)/moln(I2)/mol00.90.3t10.8t20.2下列说法正确的是(　　)A．反应在t1min内的平均速率为：v(H2)＝mol·L－1·min－1B．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2，与原平衡相比，达到新平衡时I2(g)转化率增大，H2的体积分数不变C．保持其他条件不变，起始时向容器中充入的H2和I2(g)都为0.5mol，达到平衡时n(HI)＝0.2molD．升高温度至T2时，上述反应平衡常数为0.18，则正反应为吸热反应解析：由表中数据可知，t1min内参加反应的H2的物质的量为0.9mol－0.8mol＝0.1mol，故v(H2)＝＝mol·L－1·min－1，故A错误；保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2，与原平衡相比，H2的体积分数增大；H215\n的浓度增大，平衡正向移动，故I2(g)转化率增大，故B错误；t1时，H2(g)＋I2(g)2HI(g)起始0.9　　　0.3转化0.1　　　0.1　　　0.2平衡0.8　　　0.2　　　0.2平衡常数K＝＝＝0.25，t2时，H2(g)＋I2(g)2HI(g)起始0.5　　　0.5转化x　　　　x　　　　2x平衡0.5－x　0.5－x　　2xK＝＝0.25，解得x＝0.1mol，故平衡时n(HI)＝0.1mol×2＝0.2mol，故C正确；升高温度至T2时，上述反应平衡常数为0.18<0.25，说明升高温度，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，故D错误。答案：C4．已知在600℃时，以下三个反应的平衡常数：反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)　K1反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)　K2反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K3(1)反应①的平衡常数表达式为__________________，反应2CO(g)＋2CuO(s)2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系________。(2)反应②的K值随着温度升高而增大，则反应②的反应热ΔH________0。(3)反应③的K3值与K1、K2的关系是________________________________________________________________________。(4)若其他条件不变，向反应③所在的密闭容器中充入H2O(g)，则平衡将向________移动，该反应的平衡常数________(填“变大”“变小”或“不变”)。答案：(1)K1＝　K4＝K　(2)>(3)K3＝　(4)正反应方向　不变5．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表：15\nt/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝________。(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。(4)若830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。(5)830℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。(6)若1200℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L－1、2mol·L－1、4mol·L－1、4mol·L－1，则此时上述反应的平衡移动方向为________(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。解析：(1)根据化学方程式可写出K＝。(2)分析表中数据可知，随着温度的升高，K值逐渐增大，说明正反应是吸热反应。(3)某温度下，由3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)得出＝＝0.6＝K，查表知K＝0.6时对应温度是700℃。(4)只要温度不变，K数值就不变，故830℃条件下，K的数值是1.0。(5)830℃时达到平衡，扩大容器体积，由于反应前后气体的物质的量不变，则平衡不移动。(6)该条件下Qc＝＝＝4>K＝2.6，故反应向逆反应方向移动。答案：(1)　(2)吸热　(3)700℃(4)等于　(5)不　(6)逆反应方向二、化学平衡常数的有关计算6．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0T1温度下的部分实验数据如下表：15\nt/s050010001500c(N2O5)/(mol/L)5.003.522.502.50下列说法不正确的是(　　)A．500s内N2O5分解速率为2.96×10－3mol/(L·s)B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1000s时N2O5转化率为50%C．其他条件不变时，T2温度下反应到达1000s时测得N2O5(g)浓度为2.98mol/L，则T1<T2D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1>K3，则T1>T3解析：T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的浓度，则改变温度使平衡逆向移动，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2<T1，C项错误。答案：C7．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)达到平衡时，c(H2)＝0.5mol·L－1，c(HI)＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　)A．9B．16C．20D．25解析：根据反应②：2HI(g)H2(g)＋I2(g)消耗的c(HI)＝2c(H2)＝1mol·L－1，再结合反应①：NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)知c(NH3)＝c(HI)＝1mol·L－1＋4mol·L－1＝5mol·L－1。因此该温度下，反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝5mol·L－1×4mol·L－1＝20。答案：C8．已知反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY，反应初始4s内v(X)＝0.005mol/(L·s)。下列说法正确的是(　　)温度/℃70080083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4A.4s时容器内c(Y)＝0.76mol/LB．830℃达平衡时，X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R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数K＝0.4解析：反应初始4s内X的平均反应速率v(X)＝0.005mol/(L·s)，根据速率之比等于化学计量数之比，可知v(Y)＝v(X)＝0.005mol/(L·s)，则4s内Δc(Y)＝0.005mol·L15\n－1·s－1×4s＝0.02mol/L，Y的起始浓度为＝0.4mol/L，故4s时c(Y)＝0.4mol/L－0.02mol/L＝0.38mol/L，A错误；设平衡时A的浓度变化量为x，则：　　　　　　X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)开始(mol/L):0.10.400变化(mol/L):xxxx平衡(mol/L):0.1－x0.4－xxx故＝1.0，解得x＝0.08，所以平衡时X的转化率为×100%＝80%，B正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C错误；1200℃时反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数值为0.4，所以1200℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数的值为＝2.5，D错误。答案：B　化学平衡的有关计算“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、变化量、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：即起始量、变化量、平衡量。2．明确三个关系：(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3．计算模式：化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，设A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为VL。　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol)　　a　　　　b　　　　0　　　0变化(mol)　　mx　　　nx　　　　px　　　qx平衡(mol)　　a－mx　b－nx　　　px　　　qx则有：(1)K＝。15\n(2)c平(A)＝(mol·L－1)。(3)α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。(4)φ(A)＝×100%。(5)＝。(6)(混)＝(g·L－1)。(7)＝(g·mol－1)。1．t℃时，在体积不变的密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如表所示，下列说法正确的是(　　)物质XYZ初始浓度/mol·L－10.10.202min末浓度/mol·L－10.08ab平衡浓度/mol·L－10.050.050.1A.平衡时，X的转化率为20%B．t℃时，该反应的平衡常数为40C．增大平衡后的体系压强，v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动D．前2min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝0.03mol·L－1·min－1解析：本题考查了化学平衡知识，意在考查考生的分析、计算能力。平衡时，X的转化率＝×100%＝50%，A项错误；t℃时该反应的平衡常数K＝＝1600，B项错误；该反应是气体分子数减小的反应，增大平衡后的体系压强，v正增大，v逆增大，平衡向正反应方向移动，C项错误；　　　　　　　X(g)＋3Y(g)2Z(g)起始/(mol·L－1)0.10.20转化/(mol·L－1)0.020.060.042min末/(mol·L－1)0.080.140.0415\n前2min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝＝0.03mol·L－1·min－1，D项正确。答案：D2．在10L密闭容器中，1molA和3molB在一定条件下反应：A(g)＋xB(g)2C(g)，2min后反应达到平衡时，测得混合气体共3.4mol，生成0.4molC，则下列计算结果正确的是(　　)A．平衡时，物质的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4B．x值等于3C．A的转化率为20%D．B的平均反应速率为0.4mol·L－1·min－1解析：设转化的A的物质的量为a，则　　　　　　　　　A(g)＋xB(g)2C(g)起始物质的量(mol)　1　　　3　　　　0转化物质的量(mol)　a　　　xa　　　2a平衡物质的量(mol)1－a　3－xa　　2a2a＝0.4mol，a＝0.2mol。平衡时混合气体的总物质的量为3.4mol,1－a＋3－xa＋2a＝3.4mol，x＝4，B错；平衡时A、B、C的物质的量分别为0.8mol、2.2mol、0.4mol，所以比值为4∶11∶2，A错；A的转化率为0.2mol/1mol×100%＝20%，C正确；B的平均反应速率为0.8mol/(10L×2min)＝0.04mol·L－1·min－1，D错。答案：C3．在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：15\n下列说法正确的是(　　)A．实验①中，若5min时测得n(M)＝0.050mol，则0至5min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2mol/(L·min)B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%D．实验④中，达到平衡时，b>0.060解析：A项，0至5min内，v(M)＝＝1×10－3mol/(L·min)，v(N)＝v(M)＝1×10－3mol/(L·min)，A项错误；B项，根据“三段式”：　　　　　　X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)初始(mol/L)　0.010　0.040　0　　　0转化(mol/L)　0.008　0.008　0.008　0.008平衡(mol/L)　0.002　0.032　0.008　0.008K＝＝1，B项错误；实验③，根据“三段式”得：　　　　　　X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)初始(mol/L)0.0200.03000转化(mol/L)xxxx平衡(mol/L)0.020－x0.030－xxx根据温度不变，K不变可得15\n＝1，x＝0.012X的转化率＝×100%＝60%，C项正确；由实验①②中数据可知该反应为放热反应，900℃时的平衡常数应小于800℃时的平衡常数，假设实验④中K＝1，则＝1　b＝0.06综上所述，900℃达到平衡时b<0.06，D错误。答案：C4．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　)A．550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动B．650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%C．T℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总解析：550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650℃时，CO的体积分数为40%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1molCO2，反应掉了xmolCO2，则有：　　　C(s)＋CO2(g)2CO(g)始态：1mol0变化：xmol2xmol平衡：　　　(1－x)mol2xmol因此有：×100%＝40%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为×100%＝25%，B项正确。由图可知，T℃时，CO与CO215\n的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡条件无影响，平衡不移动，C项错误。925℃时，CO的体积分数为96%，故Kp＝＝＝23.04p总，D项错误。答案：B5．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH>0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1mol·L－1，c(N)＝2.4mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________。(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝amol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2mol·L－1，a＝________。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝bmol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。解析：(1)　　　M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)始态/mol·L－112.400变化量/mol·L－11×60%1×60%因此N的转化率为×100%＝25%。(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。(3)根据(1)可求出各平衡浓度：c(M)＝0.4mol·L－1　c(N)＝1.8mol·L－1c(P)＝0.6mol·L－1　c(Q)＝0.6mol·L－1因此化学平衡常数K＝＝＝由于温度不变，因此K不变，新状态达到平衡后c(P)＝2mol·L－1　c(Q)＝2mol·L－1c(M)＝2mol·L－1　c(N)＝(a－2)mol·L－1K＝＝＝解得a＝6。(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为c(M)＝b(1－x)mol·L－1　c(N)＝b(1－x)mol·L－1c(P)＝bxmol·L－1　c(Q)＝bxmol·L－1K＝＝＝15\n解得x≈41%。答案：(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41%15