鲁科版(2019)高中化学选择性必修1 2.2.1 化学平衡常数 平衡转化率同步作业

第2节 化学反应的限度 第1课时 化学平衡常数 平衡转化率
基础过关练
题组一 化学平衡常数
1.下列关于平衡常数的说法中,正确的是( ) A.化学平衡常数用来定量描述化学反应的限度 B.利用化学平衡常数判断化学反应进行的快慢 C.平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关
D.一个化学反应达到平衡之后,若只改变一个因素使平衡发生移动,则化学平衡常数一定变化 2.反应C(s)+H 2O(g) CO(g)+H 2(g)的平衡常数表达式为( ) A.K=c 平(CO )·c 平(H 2)c 平(C )·c 平(H 2O ) B.K=c 平(C )·c 平(H 2O )c 平(CO )·c 平(H 2)
C.K=
c 平(CO )·c 平(H 2)
c 平(H 2O )
D.K=
c 平(H 2O )c 平(CO )·c 平(H 2)
3.(2020福建厦门湖滨中学高二上期中)将4 mol SO 2与2 mol O 2通入容积为4 L 的密闭容器中,在一定条件下反应达到平衡:2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g),测得平衡时SO 3的浓度为0.5 mol·L -1。

则此
条件下的平衡常数K 为( ) A.4 L·mol -1
B.0.4 L·mol -1
C.0.25 mol·L -1
D.0.2 mol·L -1
4.(2019四川遂宁高二下期末)已知下列反应的平衡常数:①H 2(g)+S(s)
H 2S(g) K 1;②S(s)+O 2(g)
SO 2(g) K 2。

则反应H 2(g)+SO 2(g) O 2(g)+H 2S(g)的平衡常数K 可表示为(深度解析)
A.K 1+K 2
B.K 1-K 2
C.K 1·K 2
D.K
1K 2
5.某温度下,2A(g)+B(g) 3C(g)的平衡常数K=1.0,下列说法正确的是( )
A.K 随温度的改变而改变,K 越大,达到平衡时,反应进行的程度越大
B.K 越小,达到平衡时,反应物的转化率越大
C.对于某一可逆反应,在任何条件下K 均为一定值
D.K 越大,化学反应速率越大 题组二 反应达平衡状态的判断
6.在1 000 K时,已知反应Ni(s)+H2O(g) NiO(s)+H2(g)的平衡常数K=0.005 9。

当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时,此反应( )
A.已达平衡状态
B.未达平衡状态,反应正向进行
C.未达平衡状态,反应逆向进行
D.无法确定
7.在一定温度下,某容积可变的密闭容器中,存在化学平衡:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),能确定该可逆反应已达到化学平衡状态的是( )
A.体系的压强不再发生变化
B.v正(CO)=v逆(H2O)
C.生成n mol CO的同时生成n mol H2
D.1 mol H—H键断裂的同时形成2 mol H—O键
8.在恒温恒容的密闭体系中,不能作为可逆反应:A(s)+2B(g) 2C(g) ΔH<0达到平衡状态的标志的是(深度解析)
①v正(B)=v逆(C) ②n(B)∶n(C)=1∶1③容器内压强不再改变④容器内气体的密度不再改变
⑤容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
A.②④⑤
B.②③
C.①③④
D.①②③④⑤
题组三平衡常数、平衡转化率的计算
9.在5 L的密闭容器中充入2 mol气体A和1 mol气体B,一定条件下发生反应2A(g)+B(g)
,则A的转化率为( ) 2C(g)。

达到平衡时,在相同温度下测得容器内混合气体的压强是反应前的5
6
A.67%
B.50%
C.25%
D.5%
10.在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质X Y Z
初始浓度(mol·L-1) 0.1 0.2 0
平衡浓度(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
下列说法错误的是( )
A.反应达平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y 2Z,该温度下其平衡常数为1 600 L2·mol-2
C.改变压强可以改变此反应的平衡常数
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
11.将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g) nC(g)+2D(g),5 s后反应达到平衡状态,生成2 mol D和2 mol C,则下列结论中不正确的是( )
A.该温度下反应的化学平衡常数为4
27
B.n=2
C.平衡时B的浓度为1 mol·L-1
D.平衡时B的转化率为50%
能力提升练
题组一化学平衡常数的应用
1.(2020甘肃兰州高二上期中,)在容积一定的密闭容器中,进行反应:CO 2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度的关系如下表:
t/℃700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
根据以上信息推断以下说法正确的是( )
A.此反应为放热反应
B.此反应只有达到平衡时,密闭容器中的压强才不会变化
C.其他条件相同时,此反应在1 000 ℃时的反应速率比700 ℃时大
D.该反应的化学平衡常数越大,反应物的转化率越低
2.()已知某化学反应的平衡常数表达式为K=c
平
(CO2)c
平
(H2)
c 平(CO)c
平
(H2O)
,其平衡常数K和温度的关系如下表:
温度/℃700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述错误的是( 易错)
A.该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
B.上述反应的正反应是放热反应
C.如果在一定容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CO2的物质的量为0.4 mol,则该反应达到平衡状态
D.某温度下,若平衡浓度符合下列关系式:c
平
(CO2)
3c
平(CO)
=
c
平
(H2O)
5c
平
(H2)
,则此时的温度是1 000 ℃
3.(双选)()已知反应①CO(g)+CuO(s) CO 2(g)+Cu(s)和反应②H2(g)+CuO(s) Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。

则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常数K1=c
平
(CO2)·c
平
(Cu)
c 平(CO)·c
平
(CuO)
B.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则K变小
C.反应③的平衡常数K=K1
K2
D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定增大
题组二平衡转化率的计算
4.()在373 K时,把0.5 mol N 2O4通入体积为5 L的恒容真空密闭容器中,立即出现红棕色气体。

反应进行到2 s时,NO2的浓度为0.02 mol·L-1。

在60 s时,体系达到平衡状态,此时容器内的压强为开始时的1.6倍。

下列说法错误的是( )
A.前2 s以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.005 mol·L-1·s-1
B.在2 s时体系内的压强为开始时的1.1倍
C.平衡时体系内含0.2 mol N2O4
D.平衡时,N2O4的转化率为40%
5.()工业上用CO和H 2反应制备二甲醚(CH3OCH3)的条件是压强2.0~10.0 MPa,温度300 ℃。

设备中进行如下反应。

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-90.7 kJ/mol
②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-23.5 kJ/mol
③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ/mol
请回答下列问题:
(1)总反应3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=。

据此可判断该反应在
条件下可自发进行。

(2)在温度和容器容积不变的条件下发生反应①,能说明该反应达到平衡状态的依据是。

a.容器中压强保持不变
b.混合气体中c(CO)不变
c.v正(CO)=v逆(H2)
d.c(CH3OH)=c(CO)
(3)在容积为2 L的恒温密闭容器中加入a mol CH3OH(g)发生反应②,达到平衡后若再加入a mol
CH3OH(g)重新达到平衡时,CH3OH的转化率
(填“增大”“减小”或“不变”)。

(4)850 ℃时在一容积为10 L的密闭容器中通入一定量的CO和H2O(g)发生反应③,CO和H2O(g)浓度
变化如图所示。

①0~4 min的平均反应速率v(CO)= 。

②若温度不变,向该容器中加入4 mol CO(g)、2 mol H2O(g)、3 mol CO2(g)和3 mol H2(g),起始时
v正(CO) v逆(H2)(填“<”“>”或“=”),请结合必要的计算说明理由: 。

答案全解全析
基础过关练
1.A
2.C
3.A
4.D
5.A
6.C
7.B
8.B
9.B 10.C 11.D
1.A 化学平衡常数与化学反应进行的快慢无关,B项错误;对于某一确定的化学反应,其平衡常数的
大小仅与温度有关,与浓度、压强、催化剂无关,C项错误;对于某一确定的化学反应,其化学平衡常
数的大小仅与温度有关,只要不是改变温度使平衡发生移动,那么化学平衡常数就不会改变,D项错误。

2.C 纯固体和纯液体不出现在平衡常数表达式中,对于该反应K=
c 平(CO )·c 平(H 2)
c 平(H 2O )。

3.A 平衡时SO 3的浓度为0.5 mol·L -1,则列“三段式”表示平衡时各成分物质的量浓度的变化为: 2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g)
起始量(mol·L -1) 1
0.5 0
变化量(mol·L -1) 0.5 0.25 0.5 平衡量(mol·L -1) 0.5 0.25 0.5 平衡常数K=
c 平2(SO 3)
c 平
2(SO 2)c 平(O 2)
=
(0.5mol ·L -1)
2
(0.5mol ·L -1)2
×0.25 mol ·L -1
=4 L· mol -1,A 项正确。

4.D H 2(g)+S(s) H 2S(g)的平衡常数K 1=
c 平(H 2S )c 平(H 2)
,S(s)+O 2(g) SO 2(g)的平衡常数K 2=
c 平(SO 2)c 平(O 2)
,反应
H 2(g)+SO 2(g) O 2(g)+H 2S(g)的平衡常数K=
c 平(H 2S )·c 平(O 2)c 平(H 2)·c 平(SO 2)=K
1K 2
,D 项正确。

知识总结
化学平衡常数表达式与化学方程式的书写的关系
例如:N 2(g)+3H 2(g)
2NH 3(g)的平衡常数为K 1,12
N 2(g)+3
2
H 2(g)
NH 3(g)的平衡常数为K 2,NH 3(g)
12
N 2(g)+32
H 2(g)的平衡常数为K 3。

则:K 1和K 2的关系式为K 1=K 22
;K 2和K 3的关系式为K 2·K 3=1;K 1和K 3的关系式为K 1·K 32=1。

5.A 平衡常数K 与温度有关,且平衡常数越大,说明反应进行的程度越大,A 项正确;K 越大,反应进行的程度越大,反应物的转化率越大,B 项错误;K 与温度有关,C 项错误;K 的大小与反应速率无关,D 项错误。

6.C Q=
c (H 2)c (H 2O )
=1>0.005 9,故反应未达平衡状态,反应逆向进行,故选C 。

7.B 反应达到平衡状态的标志是正反应速率等于逆反应速率,B 项正确。

该密闭容器容积可变,无论该反应是否达到平衡状态,容器内压强都不会改变,A 项错误。

C 选项中的描述均表示正反应,不能说明反应达到平衡状态,C 项错误。

无论反应是否达到平衡状态,1 mol H —H 键断裂的同时都会形成2 mol H —O 键,D 项错误。

8.B ①当某反应物的正反应速率与某生成物的逆反应速率之比等于化学计量数之比时,可推出
v(正)=v(逆),即反应达到平衡状态;②当反应物与生成物的物质的量之比等于化学计量数之比时,无法确定v(正)与v(逆)的关系,也无法判断反应是否达到平衡状态;③题给反应无论是否达到平衡状态,容器内压强均不变;④、⑤由于A为固体,当平衡发生移动时,恒容条件下气体的质量发生改变,气体的密度及平均相对分子质量都发生改变,故当气体的密度及平均相对分子质量不再改变时说明反应达到平衡。

模型构建
判断平衡状态的“8字口诀”——“正逆相等,变量不变”
(1)“正逆相等”:v正=v逆。

(2)“变量不变”:如果一个物理量随着平衡的移动而改变,当该物理量保持不变时,说明达到平衡状态。

9.B 同温同体积时,气体的物质的量之比等于压强之比,故反应后混合气体的物质的量为
(2+1)mol×5
6
=2.5 mol,再列“三段式”可求得反应中A的消耗量为1 mol,所以A的转化率为
1mol
2mol
×100%=50%。

10.C X、Y、Z三种物质变化的浓度之比为(0.1 mol·L-1-0.05 mol·L-1)∶(0.2 mol·L-1-0.05 mol·L-1)∶0.1 mol·L-1=1∶3∶2,故化学方程式为X+3Y
2Z,K=c
平
2(Z)
c 平(X)·c
平
3(Y)
=(0.1mol·L-1)
2
0.05mol·L-1×(0.05mol·L-1)3
=1 600 L2·mol-2。

平衡常数K与温度有关,与压强无
关,C项错误。

11.D 利用“三段式”法进行计算时,转化量与化学方程式中物质的化学计量数成正比,起始量和平衡量与化学方程式中各物质的化学计量数无关。

生成C、D的物质的量相等,则C、D的化学计量数也相等,故n=2,设转化的B的物质的量为x mol,则有:
3A(g)+B(g) 2C(g)+2D(g)
初始/mol 6 5 0 0
转化/mol 3x x 2x 2x
平衡/mol 6-3x 5-x 2x 2x
根据题意得2x=2,x=1。

平衡时B 的浓度c 平(B)=(5-1)mol 4 L
=1 mol·L -1,转化率α(B)=
1mol 5mol
×100%=20%。

K=
(12mol ·L -1)2×(12mol ·L -1)
2(34
mol ·L -1)3
×1 mol ·L -1=4
27。

能力提升练
1.C
2.C
3.BC
4.D
1.C 随温度升高,平衡常数增大,说明随温度升高反应正向移动,即该反应的正反应为吸热反应,A 项错误;该反应的反应物和生成物的化学计量数之和相等,反应前后气体体积不变,压强始终不变,B 项错误;其他条件相同时,温度越高反应速率越快,C 项正确;化学平衡常数越大,反应物的转化率越高,D 项错误。

2.C 平衡常数表达式中,分子中的物质是生成物,分母中的物质是反应物,A 项正确;该反应的平衡常数随着温度的升高而减小,故该反应的正反应是放热反应,B 项正确;由n(CO 2)=0.4 mol 可推知,该状态下,n(H 2)=0.4 mol 、n(H 2O)=0.6 mol 、n(CO)=0.6 mol,Q=4
9<1.00,故该反应没有达到化学平衡状
态,C 项错误;将所给关系式进行变化,可知该条件下平衡常数K=0.60,D 项正确。

易错提醒
关于H 2O 是否列入平衡常数表达式的问题
①稀水溶液中进行的反应,虽然H 2O 参与反应,但是H 2O 不能列入平衡常数表达式。

②H 2O 的状态不是液态而是气态时,则需要列入平衡常数表达式。

3.BC 反应①的平衡常数K 1=
c 平(CO 2)c 平(CO )
,A 项错误;对于反应③,恒容时,温度升高,H 2浓度减小,说明升高
温度平衡向逆反应方向移动,则K=c 平(CO 2)·c 平(H 2)
c 平(CO )·c 平(H 2O )
变小,B 项正确;反应①的平衡常数K 1=
c 平(CO 2)c 平(CO )
,反应
②的平衡常数K 2=
c 平(H 2O )c 平(H 2)
,反应③的平衡常数K=
c 平(CO 2)·c 平(H 2)
c 平(CO )·c 平(H 2O )
=K 1×1K 2=K 1K 2
,C 项正确;对于反应③,恒
温恒容下,若通入稀有气体增大压强,反应体系中各组分的浓度不变,平衡不移动,则H 2的浓度不变,D 项错误。

4.D 已知存在反应N 2O 4(g)
2NO 2(g)。

反应进行到2 s 时,NO 2的浓度从0增加到0.02 mol·L -1,
则N 2O 4的浓度减小0.01 mol·L -1,所以以N 2O 4的浓度变化表示的平均反应速率为0.005 mol·L -1·s -
1,A项正确;根据气体物质在恒温恒容条件下压强之比等于其物质的量之比,反应进行到2 s时,容器内气体的总物质的量为n1=0.02 mol·L-1×5 L+(0.5 mol-0.01 mol·L-1×5 L)=0.55 mol,所以
p1 p0=n1
n0
=0.55mol
0.5mol
=1.1,B项正确;在60 s时达到平衡,此时容器内的压强为开始时的1.6倍,由上述分析
可得平衡时气体总物质的量为0.8 mol,设容器内n(N2O4)=x mol,则生成n(NO2)=2×(0.5-x)mol,即x mol+2(0.5-x)mol=0.8 mol,x=0.2,C项正确;平衡时,N2O4的转化率=0.5mol-0.2mol
0.5mol
×100%=60%,D项错误。

5.答案(1)-24
6.1 kJ/mol 低温(2)ab (3)不变(4)①0.03 mol/(L·min)②<
Q=0.3mol/L×0.3mol/L
0.4mol/L×0.2mol/L =9
8
,K=0.12mol/L×0.12mol/L
0.08mol/L×0.18mol/L
=1.0,因为Q>K,平衡左移,所以v正<v逆
解析(1)根据盖斯定律,将①×2+②+③可得:3CO(g)+3H 2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=[2×(-90.7)-23.5-41.2]kJ/mol=-246.1 kJ/mol;根据ΔG=ΔH-TΔS,ΔH<0,此反应ΔS<0,因此低温条件下满足ΔG<0。

(2)由化学方程式可知,反应前后气体化学计量数之和不相等,因此恒温恒容时当容器中压强不再改变,说明反应达到平衡状态,a正确;由化学平衡状态的定义可判断当混合气体中c(CO)不变,反应达到平衡状态,b正确;用不同物质的化学反应速率表示反应达到平衡,要求反应方向是“一正一逆”,且化学反应速率之比等于化学计量数之比,c错误;c(CH3OH)=c(CO)不能说明反应达到平衡状态,d错误。

(3)本题考查化学平衡的移动(下一课时会讲到),再加入a mol CH3OH(g),相当于在原来的基础上增大压强,反应前后气体化学计量数之和相等,因此增大压强平衡不移动,即CH3OH的转化率不变。

(4)①根据化学反应速率的数学表达式可得v(CO)=0.20-0.08
4
mol/(L·min)=0.03
mol/(L·min);②Q=0.3mol/L×0.3mol/L
0.4mol/L×0.2mol/L =9
8
,K=0.12mol/L×0.12mol/L
0.08mol/L×0.18mol/L
=1.0,因为Q>K,平衡左移,所以v正<v逆。