高三化学人教版复习课后限时集训23 化学平衡常数 化学反应进行的方向

课后限时集训(二十三) 化学平衡常数
化学反应进行的方向
(建议用时：35分钟)
A级基础达标
1．下列说法正确的是()
A．氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
B．反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应C．3 mol H2与 1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023
D．在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快
C[氢氧燃料电池放电时化学能除了转化为电能外，还可能转化为热能、光能等，A项错误；该反应是熵减反应，但是能自发进行，故一定属于放热反应，B项错误；N2与H2合成NH3反应属于可逆反应，1 mol N2与3 mol H2反应的过程中，由于N2不可能完全转化为NH3，故转移电子数小于6×6.02×1023，C项正确；催化淀粉水解的酶属于蛋白质，在高温下蛋白质会发生变性而失去催化活性，故在高温下，淀粉水解速率反而变小，D项错误。

]
2．(2019·天水模拟)下列说法中，正确的是()
A．生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0
(g)＋I2(g)2HI(g)平衡常数为K，则2H2(g)＋2I2(g)
B．已知反应H
4HI(g)的平衡常数为2K
C．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂不能改变化学反应进行的方向
D[ΔH＝生成物能量总和－反应物能量总和，当生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＞0，A错误；因为相同温度下，化学计量数变为原来的n倍，
则化学平衡常数为原来的n次方，所以反应2H
2
(g)＋2I2(g) 4HI(g)的平衡常数为K2，B错误；根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时ΔG＜0，反应能自发进行，C错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D正确。

]
3.(2019·试题调研)将一定量硫化氢气体加入密
闭容器中，发生反应2H
2
S(g) S2(g)＋2H2(g)。

该反应的平衡常数的负对数(－lg K)随温度(T)的变
化曲线如图所示，下列说法错误的是()
A．c点对应的平衡常数K＝1.0×10－3.638
B．该反应的ΔH>0
C．a、c点反应速率：v a>v c
D．30 ℃时，b点对应状态的v正>v逆
D[A项，c点－lg K＝3.638，则平衡常数K＝1.0×10－3.638，正确。

B项，－lg K越大，则平衡常数K越小，由题图可知，随温度的升高，平衡常数增大，则平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，故该反应的ΔH>0，正确。

C项，a点温度高于c点，v a>v c，正确。

D项，b点c(S2)·c2(H2)
c2(H2S)
的值大于平衡常数的值，反应向逆反应方向进行，则
b点对应的v正<v逆，错误。

]
4．(2019·名校联考)某绝热恒容容器中充入2
mol·L－1NO
2
，发生反应2NO2(g) N2O4(g)ΔH＝－56.9 kJ·mol－1，下列分析不正确的是()
A．5 s时NO2的转化率为75%
B．0～3 s内v(NO2)增大是因为体系温度升高C．3 s时化学反应处于平衡状态
D．9 s时再充入N2O4，平衡后K较第一次平衡时大
C[分析图像可知，0～5 s内Δc(NO2)＝2 mol·L－1－0.5 mol·L－1＝1.5 mol·L
－1，结合转化率的概念计算出NO2的转化率为1.5 mol·L－1
2 mol·L－1
×100%＝75%，A项
正确；该反应的正反应是放热反应，在绝热恒容容器中，随着反应进行不断放出热量，体系温度升高，反应速率增大，故0～3 s内v(NO2)增大是因为体系温度升高，B项正确；3 s时二氧化氮反应速率最大，3～7 s时v(NO2)随时间减小，7 s后v(NO2)不变，反应才处于平衡状态，C项错误；9 s时反应处于平衡状态，再充入N2O4，平衡逆向进行，体系温度降低，平衡常数增大，D项正确。

] 5．在一密闭容器中加入等物质的量的A、B，发生如下反应：
2A(g)＋2B(g) 3C(s)＋2D(g)，其平衡常数随温度和压强的变化如表所
示：
下列判断正确的是()
A．ΔH＜0
B．其他条件相同，反应速率：v(1.0 MPa)＞v(1.5 MPa)
C．g＞f
D．压强为2.0 MPa，温度为800 ℃时，A的转化率最大
D[由表格中的数据知，平衡常数随温度升高而增大，故正反应为吸热反应，ΔH＞0，A项错误。

增大压强，反应速率增大，B项错误。

平衡常数只与温度有
关，温度不变，K值不变，所以g＝f，C项错误。

该反应的正反应为气体分子数减小的反应，其他条件不变，增大压强时，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，该反应的正反应为吸热反应，升温使平衡正向移动，A的转化率增大，D 项正确。

]
6．将一定量的氨基甲酸铵置于恒容的密闭真空容器中(固体体积忽略不计)，
NCOONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。

实验测得不同温度
使其达到化学平衡：H
下的平衡数据如下表：
A．在低温下该反应能自发进行
B．15 ℃时，该反应的化学平衡常数约为2.0
C．当混合气体平均相对分子质量不变时，该反应达到化学平衡状态
D．恒温条件下，向原平衡体系中再充入2 mol NH3和1 mol CO2，达平衡后CO2的浓度不变
D
7．(2016·全国卷Ⅰ，T27(2))元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)－4 (绿色)、Cr2O2－7(橙红色)、CrO2－4(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
CrO2－4和Cr2O2－7在溶液中可相互转化。

室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O2－7)随c(H＋)的变化如图所示。

(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应______________________
___________________________________________________________。

(2)由图可知，溶液酸性增大，CrO2－4的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。

根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。

(3)升高温度，溶液中CrO2－4的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。

解析：(1)由信息CrO2－4和Cr2O2－7在溶液中可相互转化，再结合图像知，Na 2CrO4溶液中的转化反应为2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O。

(2)由图可知，溶液的酸性增强，Cr2O2－7的浓度越大，平衡向正反应方向移动，因此CrO2－4的平衡转化率增大；由反应2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O得该转化反应的平衡常数
表达式为c(Cr2O2－7)
c2(CrO2－4)·c2(H＋)
，根据A点数据可以得出c(H＋)＝1.0×10－7mol·L－1、c(Cr2O2－7)＝0.25 mol·L－1，可求出转化的c(CrO2－4)＝0.25 mol·L－1×2＝0.5 mol·L －1，进一步可得平衡时c(CrO2－4)＝0.5 mol·L－1，代入表达式中得平衡常数K＝1.0×1014。

(3)溶液中CrO2－4的平衡转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，由升高温度平衡向吸热的方向移动，得出正反应为放热反应，ΔH小于0。

答案：(1)2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O(2)增大 1.0×1014(3)小于
8．(2019·惠州模拟)二甲醚又称甲醚，熔点－141.5 ℃，沸点－24.9 ℃，与石油液化气相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。

制备原理如下：
Ⅰ.由天然气催化制备二甲醚：
(g)＋O2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH1＝－283.6 kJ·mol－1
①2CH
Ⅱ.由合成气制备二甲醚：
(g) CH3OH(g)ΔH2＝－90.7 kJ·mol－1
②CO(g)＋2H
③2CH
OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH3
(1)反应③中相关的化学键键能数据如表：
3
(2)在恒温恒容条件下发生反应①，下列能表明反应①达到化学平衡状态的是________。

a．混合气体的密度不变
b．反应容器中二甲醚的百分含量不变
c．反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比
d．混合气体的压强不变
(3)原理Ⅰ中，在体积固定的密闭容器中，将气体
按n(CH4)∶n(O2)＝2∶1混合，能正确反映反应①平衡
时CH4的体积分数随温度变化的曲线是________。

(4)有人模拟原理Ⅱ，500 K时，在2 L的密闭容器
中充入2 mol CO和6 mol H2，平衡时CO的转化率为
80%，c(CH3OCH3)＝0.3 mol·L－1，反应③的平衡常数K3＝________。

在500 K 时，若容器中n(CH3OH)＝n(CH3OCH3)，某同学通过计算，得浓度商Q c的值小于K3，则此时反应③中v(正)________v(逆)。

(填“大于”或“小于”)
(5)原理Ⅱ中，为提高二甲醚的产率，可以采取的一种措施是___________________________________________________________。

解析：(1)根据反应的焓变＝反应物总键能－生成物总键能，故ΔH3＝(413×6＋453×2＋343×2)kJ·mol－1－(413×6＋343×2＋465×2) kJ·mol－1＝－24 kJ·mol－1。

(2)该反应体系中全为气体，在恒温恒容条件下，混合气体的密度是一个定值，故a项不能判断反应是否达到化学平衡状态，a项错误；反应容器中二
甲醚的百分含量不变，可以说明反应达到化学平衡状态，b项正确；反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比，反应不一定达到化学平衡状态，c项错误；混合气体的压强不变，说明混合气体的总物质的量不变，反应达到化学平衡状态，d项正确。

(3)反应①为放热反应，随温度升高，平衡逆向移动，CH4的体积分数增大，曲线b符合题意。

(4)根据消耗CO的物质的量为2 mol×80%＝1.6 mol，知反应②生成CH3OH 1.6 mol，平衡时c(CH3OCH3)＝0.3 mol·L－1，则生成的c(H2O)＝0.3 mol·L－1，n(CH3OCH3)＝0.6 mol，故平衡时n(CH3OH)＝1.6 mol－0.6 mol×2＝0.4 mol，c(CH3OH)＝0.2 mol·L－1，K3＝
c(CH3OCH3)·c(H2O) c2(CH3OH)＝
0.3×0.3
0.2×0.2
＝2.25。

Q c小于K3，说明反应正向进行，则
v(正)>v(逆)。

(5)反应②为气体分子数减小的反应，反应③为气体分子数不变的反应，故增大压强，可以促使平衡正向移动，二甲醚的产率提高；反应②和反应③均是放热反应，降低温度，平衡正向移动，二甲醚的产率提高；移走二甲醚也可使平衡正向移动，从而使二甲醚的产率提高。

答案：(1)－24(2)bd(3)b(4)2.25大于(5)增大压强(或降低温度等)
B级能力提升
9．硫酸工业生产中涉及反应：
2SO
2
(g)＋O2(g)2SO3(g)，向2 L的密闭容器
中充入2 mol SO2、1 mol O2，SO2的平衡转化率与温度
的关系如图所示。

(1)T1温度下，反应进行到状态D时，
v(正)________v(逆)(填“>”“<”或“＝”)。

温度为T1时，反应的平衡常数K ＝________。

(2)若在T3温度时，达平衡时测得反应放出的热量为Q1。

此时再向容器中加入2 mol SO2、1 mol O2并使之重新达到平衡，测得又放出热量Q2。

则下列说法
正确的是________(填字母)。

a．Q2一定等于Q1
b．新平衡时SO2的转化率一定大于80%
c．T3时的平衡常数大于T1时的平衡常数
解析：由D到A，二氧化硫的转化率增大，平衡向正反应方向移动，所以正反应速率>逆反应速率；反应达到平衡状态时，二氧化硫的物质的量是0.2 mol，其浓度是0.1 mol·L－1，氧气的浓度是0.05 mol·L－1，三氧化硫的浓度是0.9 mol·L
－1，所以K＝(0.9)2
(0.1)2×0.05
＝1 620；再向容器中加入2 mol SO2、1 mol O2，增大了体系的压强，导致平衡向正反应方向移动，所以放出的热量比Q1多，所以二氧化硫的转化率增大，故a错误，b正确。

由图示可知，T1时SO2的转化率高，所以K值大，c错误。

答案：(1)＞ 1 620(2)b
10．顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。

回答下列问题：
(1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________。

(2)该反应的活化能E a(正)小于E a(逆)，则ΔH______0(填“小于”“等于”或“大于”)；
t
2
温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间
变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝
________；温度t1________t2(填“小于”“等于”或“大
于”)，判断理由是____________________________。

解析：(1)根据v(正)＝k(正)c(顺)，k(正)＝0.006 s－1，则v(正)＝0.006c(顺)，
v (逆)＝k (逆)c (反)，k (逆)＝0.002 s －1，则v (逆)＝0.002c (反)，化学平衡状态时正、
逆反应速率相等，则0.006c (顺)＝0.002c (反)，该温度下反应的平衡常数K 1＝c (反)c (顺)
＝0.0060.002＝3；
(2)该反应的活化能E a (正)小于E a (逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH 小于0。

随着反应的进行，反应变慢，w (顺)%
减少的越来越慢，至反应达平衡w (顺)%不变，故曲线应为B 。

K 2＝(1－30%)30%＝73。

该反应为放热反应，温度越高，反应程度越小，故t 2>t 1。

答案：(1)3 (2)小于 B 73 小于 该反应为放热反应，升高温度时平衡向
逆反应方向移动
11．(2019·长治模拟)加热N 2O 5依次发生的分解反应为
①N 2O 5
(g)
N 2O 3(g)＋O 2(g) ②N 2O 3
(g) N 2O(g)＋O 2(g)
在容积为2 L 的密闭容器中充入8 mol N 2O 5，加热到t ℃，达到平衡状态后O 2为9 mol ，N 2O 3为3.4 mol 。

则t ℃时反应①的平衡常数为________。

解析：N 2O 5x
(g)
N 2O 3x (g)＋O 2x
(g) N 2O 3y
(g)
N 2O y (g)＋O 2y
(g) 由题意⎩⎨⎧ x －y ＝3.4x ＋y ＝9
解之，x ＝6.2 mol ，y ＝2.8 mol ，
则K ＝3.42×921.82
＝8.5。

]
答案：8.5。