高考化学大一轮复习课时提升作业 二十四 第七章 化学反应速率和化学平衡7.3 含解析

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课时提升作业二十四
化学平衡常数化学反应进行的方向(A)
(45分钟100分)
一、选择题(本题包括7小题，每题6分，共42分)
1.下列说法正确的是( )
A.放热反应均是自发反应
B.ΔS为正值的反应均是自发反应
C.物质的量增加的反应，ΔS为正值
D.如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行【解析】选D。

放热反应不一定能自发进行，如铝热反应为放热反应，在常温下不能自发进行，A错误；ΔS为正值的反应不一定是自发反应，如水的分解，B错误；只有气体的物质的量增加的反应，ΔS为正值，C错误；如果ΔH和ΔS均为正值，当温度升高时，可满足ΔH-T·ΔS<0时，反应可自发进行，D正确。

2.(2017·烟台模拟)随着汽车数量的逐年增多，汽车尾气污染已成为突出的环境问题之一。

反应：2NO(g)+2CO(g)2CO 2(g)+N2(g)可用于净化汽车尾气，已知该反应速率极慢，570 K时平衡常数为1×10-59。

下列说法正确的是( )
A.提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂
B.提高尾气净化效率的常用方法是升高温度
C.装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO
D.570 K时及时抽走CO2、N2，平衡常数将会增大，尾气净化效率更佳【解析】选A。

提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂，加快反应速率，A正确、B错误；反应为可逆反应，装有尾气净化装置的汽车排出的气体中仍然含有NO或CO，C错误；570 K时及时抽走CO2、N2，尾气净化效率更佳，但平衡常数不变，D错误。

3.(2017·信阳模拟)加热N2O5依次发生的分解反应为
①N 2O5(g)N2O3(g)+O2(g)
②N 2O3(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.8.5
C.9.6
D.10.2 【解析】选B。

设反应②分解的N2O3的物质的量为xmol，则反应①生成的N2O3共为(x+3.4)mol
②N 2O3(g)N2O(g)+O2(g)
转化(mol) x x x
则①N2O5(g)N2O3(g)+O2(g)
起始(mol) 8 0 0
转化(mol) x+3.4 x+3.4 x+3.4
由题意知x+x+3.4=9(mol) x=2.8
则平衡体系中c(N2O5)=
=0.9 mol·L-1
c(O2)==4.5 mol·L-1，
c(N2O3)==1.7 mol·L-1
则反应①K===8.5。

4.(2017·太原模拟)在两个固定体积均为1 L密闭容器中以不同的氢
碳比充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO 2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
ΔH。

CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的关系如下图所示。

下列说法正确的是
( )
A.该反应在常温下不可能自发进行
B.氢碳比，X<2.0
C.若起始时，CO2、H2浓度分别为0.5 mol·L-1、1.0 mol·L-1，则可得P点，对应温度的平衡常数的值为512
D.向处于P点状态的容器中，按2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O，再次平衡后α(CO2)减小
【解析】选C。

由图可知，随温度升高，CO2的平衡转化率减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即ΔH<0，另外据反应可知ΔS<0，则
ΔH-TΔS可能小于0，因此常温下该反应可能自发进行，A错误；氢碳比越大，二氧化碳的转化率越大，故X>2.0， B错误；由图可知，P点平衡时二氧化碳转化率为0.50，氢碳比为2.0，根据三段式可计算出此时的平衡常数为512，C正确；向处于P点状态的容器中，按2∶4∶1∶4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O，此时平衡正向移动，再次平衡后，α(CO2)增大，D错误。

5.(2017·合肥模拟)某温度下2 L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( )
A.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<0
C.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】选B。

W是生成物，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。

6.(2017·淮南模拟)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2 L的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y，反应初始4 s内v(X)=0.005 mol·L-1·s-1。

下列说法正确的是
世纪金榜导学号30682344( )
A.4 s时容器内c(Y)=0.76 mol·L-1
B.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.1 200℃时反应R(g)+Q(g)X(g)+Y(g)的平衡常数K =0.4
【解析】选B。

反应初始4 s内v(X)=0.005 mol·L-1·s-1，则4 s内X 的浓度变化量Δc(X)=v(X)·Δt=0.02 mol·L-1，由X与Y的浓度变化量之比等于化学计量数之比可知，4 s内Y的浓度变化量Δc(Y)=0.02 mol·L-1，Y的起始浓度为0.4 mol·L-1，则4 s时容器内c(Y)=0.38 mol·L-1，A错误；设平衡时，R的浓度为xmol·L-1，建立三段式过程分析：
X(g) + Y(g)R(g)+Q(g)
起始(mol·L-1) 0.1 0.4 0 0
转化(mol·L-1) x x x x
平衡(mol·L-1) 0.1-x 0.4-x x x
则K(830℃)=1.0==，解得x=0.08，则X的转化率为0.08/0.1×100%=80%，B正确；由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应，C错误；正逆反应平衡常数互为倒数，故1 200℃时反应R(g)+Q(g)X(g)+Y(g)的平衡常数K ==2.5，D错误。

7.(能力挑战题)(2017·洛阳模拟)化学平衡状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的相关数据如表：
(g)
O(g)
O(g)FeO(s)+H
根据以上信息判断，下列结论错误的是( )
世纪金榜导学号30682345
A.a>b
B.增大压强，平衡状态Ⅱ不移动
C.升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动
D.反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应
【解析】选C。

反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数分别为K1=，K
，K 3=，同温度下，K 2=，K 3= K 1·K 2，979 K时，2=
平衡常数a=1.47×1.62≈2.38，1 173 K时平衡常数b=≈0.78。

计算分析可知a>b，A正确；反应Ⅱ是气体体积不变的反应，增大压强平衡不移动，B正确；反应Ⅲ平衡常数随温度升高而减小，平衡逆向进行，C错误；反应Ⅱ的平衡常数随温度升高而减小，说明正反应为放热反应，反应Ⅲ平衡常数随温度升高而减小，说明正反应为放热反应，D正确。

二、非选择题(本题包括3小题，共58分)
8.(19分)(2017·长沙模拟)甲醇汽油是一种新能源清洁燃料，可以作为汽油的替代物，工业上可用CO和H2制取甲醇，化学方程式为CO(g)+2H 2(g)CH3OH(g) ΔH=bkJ·mol-1，为研究平衡时CO的转化率与反应物投料比[]及温度的关系，研究小组在10 L的密闭容器中进行模拟反应，并绘出曲线如图所示：
(1)反应热b________0(填“>”或“<”)。

(2)若Ⅱ反应的n(CO)起始=10 mol、投料比为0.5，A点的平衡常数K
，B点的平衡常数K B________ K A(填“>”或“<”或“=”)。

A=________
(3)为提高CO转化率可采取的措施是______________、______________(答出两条即可)。

【解析】(1)由图象可知，一氧化碳转化率随温度升高而减小，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，b<0。

(2)若Ⅱ反应的n(CO)起始=10 mol、投料比为0.5，n(H2)起始=20 mol，
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol·L-1) 1 2 0
变化量(mol·L-1) 0.5 10.5
平衡量(mol·L-1) 0.5 10.5
A点的平衡常数K A=0.5/(0.5×12)=1。

A、B两点是相同温度下的平衡，平衡常数只随温度变化，所以A、B 点平衡常数相同。

(3)为提高CO转化率可采取的措施，可以增加氢气量；反应是放热反应，降低温度平衡正向进行，依据反应特征和平衡移动原理分析提高一氧化碳转化率的条件是使平衡正向进行，即减小投料比、降低温度、增大压强、分离出CH3OH均可。

答案：(1)< (2)1 =
(3)减小投料比、降低温度、增大压强、分离出CH3OH(任写两条) 9.(19分)工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：
N 2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.44 kJ·mol-1；
回答下列问题：世纪金榜导学号30682346
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_________________________________，
随着温度的升高，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)平衡常数K值越大，表明________(填字母)。

A.N2的转化率越高
B.NH3的产率越大
C.原料中N2的含量越高
D.化学反应速率越快
(3)对于合成氨反应而言，如图有关图象一定正确的是(填字母)________。

【解析】(1)工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N
(g)2NH3(g)ΔH=-92.44 kJ·mol-1，平衡常数为K
2(g)+3H2
=，反应是放热反应，随着温度的升高平衡逆向进行，平衡常数减小。

(2)平衡常数K值越大反应进行的程度越大，正向进行程度越大，N2的转化率越高，A正确；反应正向进行，生成的氨气越多，NH3的产率越大，B正确；反应正向进行，原料中N2的含量减少，C错误；平衡常数越大，说明正向进行程度越大，但化学反应速率不一定越快，
D错误。

(3)a.升高温度，平衡逆向移动，则氨气的体积分数减小，但反应到达平衡的时间缩短，正确；b.反应到达平衡时，各物质浓度变化量之比等于其化学计量数之比，氢气与氨气浓度变化量之比为3∶2，错误；
c.使用催化剂加快反应速率，缩短反应时间，但不影响平衡移动，符合题意，正确。

答案：(1) K =减小
(2)A、B (3)a、c
10.(20分)(能力挑战题)无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。

N 2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+24.4 kJ·mol-1
世纪金榜导学号30682347 (1)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中，下述现象能说明反应达到平衡的是__________________。

a.v正(N2O4)=2v逆(NO2)
b.体系颜色不变
c.气体平均相对分子质量不变
d.气体密度不变
达到平衡后，保持体积不变升高温度，再次到达平衡时，则混合气体颜色_______
________(填“变深”“变浅”或“不变”)，判断理由是________________________。

(2)平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示，即K表达式中用
平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数[例如：p(NO2)=p
x(NO2)]。

写出上述反应平衡常数K表达式：总×
________________________________________________
(用p总、各气体物质的量分数x表示)；影响K的因素为______________________。

(3)上述反应中，正反应速率v正=k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆=k
p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则K p为________(以k正、k逆逆·
表示)。

若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa)，已知该条件下，k正=4.8×104s-1，当N2O4分解10%时，v正=________kPa·s-1。

【解析】(1)=，不是化学计量数之比，a错误；颜色不变，说明c(NO 2)不变，b正确；=，均是气体，m(气)不变，平均相对分子质量不变，说明n(气)不变，到达平衡，c正确；气体的质量不变，容器体积不变，密度始终不变，d错误。

该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，c(NO2)增大，颜色加深。

(2)K=，将c(NO2)、c(N2O4)换成p(NO2)、p(N2O4)，影响平衡常数的因素只有温度。

(3) K p==，达到平衡时v正=v 逆，K p=。

设N2O4为1 mol，分解减少0.1 mol，剩余0.9 mol，
生成NO2为0.2 mol，v正=k正·p(N2O4)=4.8×104s-1··100 kPa=3.9×106kPa·s-1。

答案：(1)b、c变深正反应是吸热反应，其他条件不变，温度升高平衡正向移动，c(NO2)增加，颜色加深(2)p总·x2(NO2)/x(N2O4)温度
(3)k正/k逆 3.9×106
【加固训练】
CO2(g)+H2(g) ΔH=QkJ·mol-1，其平衡常数
已知：CO(g)+H
随温度变化如下表所示：
请回答下列问题：
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为__________________________________，
该反应的Q________0(填“>”或“<”)。

(2)850℃时在体积为10 L的反应容器中，通入一定量的CO和H2O(g)发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如图所示，则0～4 min时平均反应速率v(CO)=______________。

(3)若在500℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 mol·L-1，该条件下CO的最大转化率为________。

(4)若在850℃时进行，设起始时CO和H2O(g)共为1 mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为____________
__________________。

(5)有人提出可以设计反应2CO(g)2C(s)+O2(g)(ΔH>0)来消除CO 的污染，请判断上述反应能否自发进行？________(填“可能”或“不可能”)，理由是__
___________________________________________________________ ________。

【解析】(1)根据平衡常数的含义可以写出K=，根据表中数据可知，随着温度升高，平衡常数变小，说明升高温度平衡逆向移动，则该反应正反应是放热反应，则Q<0。

(2)根据图象可知，0～4 min时，CO的浓度从0.20 mol·L-1减小到0.08 mol·L-1，则反应速率为v(CO)=0.12 mol·L-1/4 min=0.03 mol·L-1·min-1。

(3)在500℃时，K=9，设CO浓度减少了zmol·L-1，则CO2(g)和H2(g)各生成zmol·L-1，平衡时CO(g)和H2O(g)浓度为(0.020-z)mol·L-1，代入K=可得z=0.015，则CO的最大转化率为75%。

(4)850℃时，K=1，起始时CO和H2O(g)共为1 mol，其中水蒸气的体积分数为x，所以H2O(g)的物质的量为xmol，CO的物质的量为(1-x)mol；设平衡时CO转化了a，根据平衡常数表达式可以得出
K==计算出a=x-x2，则CO的转化率y=(x-x2)/(1-x)=x。

(5)反应2CO(g)2C(s)+O2(g)(ΔH>0)是熵减的反应，即ΔS<0，则ΔH-TΔS>0，反应不可能自发进行。

答案：(1) K=<
(2)0.03 mol·L-1·min-1
(3)75%
(4)y=x
(5)不可能ΔH>0且ΔS<0，反应不能自发进行
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