化学平衡状态与化学平衡常数

课时作业(二十一)
(时间：45分钟满分：100分)
一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)
1．在一定条件下，可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，充入18O2，则18O将存在于() A．O2B．O2、SO3
C．SO2、SO3D．SO2、O2、SO3
解析：18O2与SO2反应后生成的SO3中会含有18O，含18O的SO3分解生成的SO2中也会含有18O。

答案：D
2．在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程某一时刻SO2、O2、SO3浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，达到平衡时浓度可能正确的是() A．SO2、O2分别为0.4 mol/L、0.2 mol/L
B．SO2为0.25 mol/L
C．SO2、SO3均为0.15 mol/L
D．SO2为0.24 mol/L，SO3为0.14 mol/L
解析：本题可用极限法。

可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立。

A项，0.2 mol/L SO3全部转化时，SO2和O2浓度才是0.4 mol/L,0.2 mol/L。

B项，SO2的浓度应在0～0.4 mol/L之间。

根据S元素守恒，二者浓度不可能均分0.15 mol/L，其浓度之和应为0.4 mol/L，C、D两项都不正确。

答案：B
3．可逆反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志的是()
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦
C．①③④⑤D．全部
解析：①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，能说明反应达到平衡状态；②描述的都是正反应方向的速率，无法判断是否达到平衡状态；③无论达到平衡与否同向的反应速率之比总是符合化学计量数之比；④混合气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；⑤因容器体积固定，密度是一个常数，所以其不能说明反应达到平衡状态；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明反应达到平衡状态。

答案：A
4．(2013年河南郑州高三一检)下图表示某可逆反应在使用和未使用催化剂时，反应过程和能量的对应关系。

下列说法一定正确的是()
A．a与b相比，b的活化能更高
B．反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量
C．a与b相比，反应的平衡常数一定不同
D．a与b相比，a的反应速率更快
解析：E1为该反应的活化能，催化剂改变反应速率的原因是催化剂可降低反应的活化能，A错误；催化剂不能影响化学平衡，则使用催化剂时，K不变，C错误；催化剂能加快化学反应速率，则速率b>a，D错误；由于反应物能量大于产物能量，则该反应正向为放热反应，B正确。

答案：B
5．在容积为1 L的密闭容器中，加入5 mol A物质，在一定条件下同时发生下列两个反应：①2A(g)2B(g)＋C(g)；②A(g)C(g)＋D(g)。

当达到平衡时，测得c(A)＝2.5 mol/L，c(C)＝2.0 mol/L。

则下列说法中正确的是()
A ．达到平衡时A 的总转化率为40%
B ．达到平衡时c (B)为1.0 mol/L
C ．达到平衡时c (B)＝2c (D)
D ．达到平衡时c (D)＝2c (B)
解析：设第①个反应消耗A 的浓度为x ，则生成B 和C 的浓度分别是x 和x 2。

第②个反应消耗A 的浓度为y 。

平衡时C 和D 的浓度都为y 。

根据题意得 ⎩⎪⎨⎪⎧ x ＋y ＝5 mol/L －2.5 mol/L x 2
＋y ＝2.0 mol/L 求得x ＝1 mol/L ，y ＝1.5 mol/L ，故选B 。

答案：B
6．某温度下，C 和水在密闭容器中发生下列反应：C(s)＋H 2O(g)
CO(g)＋H 2(g)，CO(g)＋H 2O(g)CO 2(g)＋H 2(g)当反应达平衡时，测得c (H 2)＝1.9
mol/L ，c (CO)＝0.1 mol/L ，则CO 2的浓度为
( ) A ．0.1 mol/L
B ．0.9 mol/L
C ．1.8 mol/L
D ．1.9 mol/L
解析：设CO 2的浓度为x
CO(g)＋H 2O(g)CO 2(g)＋H 2(g) x x x
C(s)＋H 2O(g) CO(g) ＋ H 2(g)
1.9 mol/L －x 1.9 mol/L －x
1．9 mol/L －x －x ＝0.1 mol/L ，x ＝0.9 mol/L 。

答案：B
7．一定温度下，在一个容积为1 L 的密闭容器中，充入1 mol H 2(g)和1 mol I 2(g)，发生反应H 2(g)＋I 2(g)2HI(g)，经充分反应达到平衡后，生成的HI(g)占气体体积的50%，在该温度下，在另一个容积为2 L 的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g)12H 2(g)＋12I 2(g)，则下列判断正确的是 ( )
A ．后一反应的平衡常数为1
B ．后一反应的平衡常数为0.5
C ．后一反应达到平衡时，H 2的平衡浓度为0.25 mol·L －1
D ．后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度为0.5 mol·L －1
解析：由于气体的物质的量不变n (HI)＝1 mol
H 2(g)＋I 2(g)2HI(g)
起始(mol·L －1) 1 1 0
转化(mol·L －1) 0.5 0.5 1
平衡(mol·L －1) 0.5 0.5 1
K 1＝c 2(HI )c (H 2)、c (I 2)＝10.5×0.5
＝4 HI(g)12H 2(g)＋12I 2(g)
HI(g)12H 2(g)＋12I 2(g)
初始(mol·L －1) 0.5 0 0
转化(mol·L －1) x x 2 x 2
平衡(mol·L －1) 0.5－x x 2 x 2
平衡时：c (H 2)＝0.125 mol·L －1
c (HI)＝0.25 mol·L －1。

答案：B
8．已知298.15 K 时，可逆反应：Pb 2＋(aq)＋Sn(s)Pb(s)＋Sn 2＋(aq)的平衡常数K ＝2.2，若溶液中Pb 2＋和Sn 2＋的浓度均为0.10 mol·L －1，则此时反应进行的方向是
( ) A ．向正反应方向进行
B ．向逆反应方向进行
C ．处于平衡状态
D ．无法判断
解析：当Pb 2＋和Sn 2＋的浓度均为0.1 mol·L －1时，c (Sn 2＋)c (Pb 2＋)
＝1<2.2，反应向正
反应方向进行，A项正确。

答案：A
9．(2013年湖北八校第二次联考)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)2CO2(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1×1059。

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：“该反应速率极慢”，故提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂，A正确；升高温度的措施在处理尾气时难以实现，且没有必要，故B错；该反应是可逆反应，故C错；平衡常数只与温度有关，故D错。

答案：A
10．在溶液中，反应A＋2B C分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始状态均为c(A)＝0.100 mol·L－1、c(B)＝0.200 mol·L－1、c(C)＝0 mol·L－1。

在三种条件下，反应物A的浓度随时间的变化如图所示。

下列说法中正确的是
()
A．反应的平衡常数：①<②
B．反应A＋2B C的ΔH>0
C．实验②平衡时B的转化率为60%
D．实验③平衡时c(C)＝0.040 mol·L－1
解析：①、②平衡时，体系中各物质的浓度相同，因此平衡常数相等，A错；实验②平衡时A转化的浓度为0.100－0.060＝0.040(mol/L)，则B转化的浓度为
0.080 mol/L，其转化率为0.080
0.200×100%＝40%，C错；实验③平衡时A转化的浓
度为0.100－0.040＝0.060(mol/L)，则C的平衡浓度为0.060 mol/L，D错。

答案：B
11．X、Y、Z三种气体，把a mol X与b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y2Z。

达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为()
A.a＋b
5×100% B.
2(a＋b)
5b×100%
C.2(a＋b)
5×100% D.
a＋b
5a×100%
解析：解答有关于化学反应速率和化学平衡问题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和有关概念、定律求解。

X＋2Y2Z
起始量/mol a b0
转变量/mol x
2x x
平衡量/mol a－x
2b－x x
依题意可得：a－x
2＋b－x＝x，解得x＝
2(a＋b)
5
Y的转化率为x
b×100%＝2(a＋b)
5b×100%。

答案：B
12．在一密闭容器中加入A、B两种气体，保持一定温度，在t1、t2、t3、t4时刻测得各物质的浓度如下：
() A．在容器中发生的反应为2A＋B2C
B ．该温度下，此反应的平衡常数为0.25
C ．A 的平衡转化率比B 的平衡转化率低
D ．在t 3时刻反应已经停止
解析：t 1～t 3时刻，A 、B 、C 的浓度变化分别为4 mol·L －1、2 mol·L －1和2 mol·L －1，故反应为2A ＋B C ，A 项错误；该温度下，K ＝322
×3＝0.25，B 项正确；若起始时刻n (A)∶n (B)<2∶1，则A 的平衡转化率大于B ，C 项错误；反应在t 3时达到平衡，反应并未停止，D 项错误。

答案：B
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
13．(12分)在容积为V L 的某密闭容器中a mol CO 与2a mol H 2在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g)＋2H 2(g)
CH 3OH(g)，CO 的转化率与温度、压强的
关系如图所示。

(1)反应CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g)的ΔH ________0(填“<”、“>”或“＝”)。

(2)100℃时该反应的平衡常数K ＝________(用含a 、V 的代数式表示)。

(3)在温度、容积不变的情况下，再向该密闭容器中充入a mol CO 与2a mol H 2，达到新平衡时，CO 的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)，平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

解析：该题主要考查平衡常数的计算及平衡移动的判断。

(1)结合图像知，升温时，CO 的转化率降低，即升温后平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH <0。

(2)结合图像可知，100℃、0.1 MPa 时，CO 的转化率为50%，
K ＝0.5a V 0.5a V ×(a V
)2＝V 2/a 2。

(3)该反应是气体体积缩小的反应，再增加a mol CO
与2a mol H 2，相当于加压，平衡正向移动，CO 的转化率增大；平衡常数仅与温度有关，温度不变，平衡常数不变。

答案：(1)<(2)V2/a2(3)增大不变
14．(12分)(2012年北京东城区期末)一定条件下，体积为1 L的密闭容器中发生如下反应：
SiF4(g)＋2H2O(g)SiO2(s)＋4HF(g)
ΔH＝＋148.9 kJ/mol
(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是________(填字母)。

a．v消耗(SiF4)＝4v生成(HF)
b．容器内气体压强不再变化
c．容器内气体的总质量不再变化
d．HF体积分数不再变化
(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)：
通过a或1
______________________________________________________________。

(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填字母)。

a．一定向正反应方向移动
b．一定向逆反应方向移动
c．一定是减小压强造成的
d．一定是升高温度造成的
e．SiF4的平衡转化率一定增大
(4)反应进行2 min时，容器内气体的密度减小了0.03 g/L，则这2 min内该反应的反应速率v(HF)＝________mol/(L·min)。

解析：(2)0～t1 min，反应消耗SiF4为0.4 mol，根据已知反应可确定消耗的H2O为0.8 mol，故a＝1.6 mol，t2 min时，H2O依然为1.6 mol，故b＝0.8 mol。

由此可判断t1时该反应已经达到化学平衡状态。

(4)反应中气体密度之所以减小，是因为反应生成了SiO2固体，即2 min内生成SiO2固体的质量为1 L×0.03 g/L
＝0.03 g ，生成HF 0.002 mol ，故v (HF)＝0.002 mol 1 L ×2 min
＝0.001 mol/(L·min)。

答案：(1)bcd (2)a ＝1.60(或b ＝0.80)，说明在一定条件下，t 1～t 2时各组分的浓度(或物质的量)均已不再发生改变，所以t 1时反应已经达到化学平衡状态
(3)ade (4)0.001
15．(14分)铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。

(1)在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：Fe 2O 3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO 2(g)
①该反应的平衡常数表达式为K ＝________；
②该温度下，在2 L 盛有Fe 2O 3粉末的密闭容器中通入CO 气体，10 min 后，生成了单质铁11.2 g 。

则10 min 内CO 的平均反应速率为________。

(2)请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态： ①_____________________________________________________________； ②_____________________________________________________________。

(3)某些金属氧化物粉末和Al 粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。

下列反应速率(v )和温度(T )的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。

(4)写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式：
______________________________________________________。

欲使上述体系中Al 3＋浓度增加，可加入的物质是________。

解析：(1)中①书写表达式时固体不需写入。

②n (Fe)为0.2 mol, n (CO)为0.3 mol ，v (CO)＝0.3 mol 2 L ×10 min
＝0.015 mol/(L·min)。

(2)这是一个等体积反应，不能从压强考虑，Fe 、Fe 2O 3为固体，也不影响平衡，所以应从CO 、CO 2浓度、反应速率去考虑。

(3)铝热反应常温不反应，高温时瞬间反应。

(4)欲使Al 3＋浓度增加，应先写出Al(OH)3的碱式电离方程式：Al(OH)3
Al 3＋＋3OH －，使平衡右移，可加入酸性物质，如HCl 、H 2SO 4等。

答案：(1)c 3(CO 2)c 3(CO )
0.015 mol/(L·min) (2)①CO(或CO 2)的生成速率与消耗速率相等
②CO(或CO 2)的质量不再改变(合理即给分) (3)b
(4)Al(OH)3H ＋＋AlO －2＋H 2O 盐酸(合理即给分)
16．(14分)(2013年宁夏银川高三第一次考试)汽车尾气里含有的NO 气体是
由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致：N 2(g)＋O 2(g)高温
2NO(g) ΔH >0。

已知该反应在2404℃时，平衡常数K ＝6.4×10－3。

请回答下列问题。

(1)该反应的平衡常数表达式为____________________________________。

(2)该温度下，向2 L 密闭容器中充入N 2和O 2各1 mol ，平衡时，N 2的转化率是________%(保留整数)。

(3)该温度下，某时刻测得容器内N 2、O 2、NO 的浓度分别为2.5×10－1 mol/L 、4.0×10－2 mol/L 和3.0×10－3 mol/L ，此时反应________(填“处于化学平衡状态”、“向正方向进行”或“向逆方向进行”)，理由是_____________________。

(4)将N 2、O 2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，如图变化趋势正确的是________。

(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N 2和O 2，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO ，重新达到化学平衡状态。

与原平衡状态相比，此时平衡混合气中NO 的体积分数________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

解析：(2)设N 2的转化浓度为x mol·L －1
，则(2x )2
(0.5－x )×(0.5－x )＝6.4×10－3，解得x ＝0.02，故N 2的转化率为0.020.5×100%＝4%。

(3)该时刻c 2(NO )c (N 2)·c (O 2)
＝(3.0×10－3)2
2.5×10－1×4.0×10
－2＝9×10－4<K ，因此反应向正方向进行。

(4)温度升高，平衡向正方向移动，K 值增大，A 对；催化剂只能改变反应速率，不能改变反应限度，因此平衡时c (NO)相等，B 错；温度越高，反应速率越快，达平衡所用时间越短，
升高温度，平衡向正反应方向移动，N2的转化率增大，C对。

(5)根据等效平衡规律，所达新平衡与原平衡等效，因此NO的体积分数不变。

答案：(1)K＝
c2(NO)
c(N2)·c(O2)
(2)4
(3)向正方向进行
(3×10－3)2
(2.5×10－1)×(4.0×10－2)
<K
(4)AC(5)不变。