2.3.2 化学平衡常数 同步练习(人教版选修4)

基础演练

1．低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为： 2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g) 2N2(g)＋3H2O(g) ΔH<0，在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是( )

A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大

B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小 C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时，反应达到平衡 D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大

解析：A项，升高温度，平衡向逆反应方向移动，由平衡常数表达式K＝c2?N2?·c3?H2O?

可知，K值减小。B项，增大NH3浓度时，氮氧化物转化

c2?NH3?·c?NO?·c?NO2?率增大。C项，当v正(NO)∶v逆(N2)＝1∶2时，反应达到平衡，正确。D项，使用催化剂不能改变化学平衡，故氮氧化物转化率不变。 答案：C

2．在一定温度下的可逆反应：mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，生成物C的体积

分数与压强p1和p2、时间t1和t2的关系如图所示，则在下列关系式中正确的是( )

A．p1>p2 B．p1p＋q D．m＋n＝p＋q

解析：图像显示，在压强为p1时，在t2达到平衡，生成物C的体积分数为c1；在压强为p2时，在t1达到平衡，生成物C的体积分数为c2。从横坐标看，t2>t1，说明p2时化学反应速率快，先达到平衡，所以压强p2>p1；从纵坐标看，c1>c2，

说明加压使平衡向逆反应方向移动，即p＋q>m＋n。 答案：B

3．右图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符的是( )

A．反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等

B．该反应达到平衡态Ⅰ后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态Ⅱ C．该反应达到平衡态Ⅰ后，增大体系的压强，平衡发生移动，达到平衡态Ⅱ D．该化学反应的正反应是气体体积缩小的反应

解析：反应达平衡的特征是正反应速率和逆反应速率相等。从图中可以看出，平衡态Ⅰ到平衡态Ⅱ不是增大反应物浓度，因为平衡态Ⅰ的逆反应速率不等于平衡态Ⅱ的逆反应速率。增大体系的压强，正反应速率和逆反应速率都增大。又因为到达平衡态Ⅱ前正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应方向移动，正反应是气体体积减小的反应。 答案：B

4．一定条件下，体积为10 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X(g)＋Y(g)

Z(g)，经60 s达到平衡，生成0.3 mol Z，下列说法正确的是( )

A．以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol/(L·s) 1B．将容器体积变为20 L，Z的平衡浓度变为原来的2 C．若增大压强，则物质Y的转化率减小

D．若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的ΔH>0

解析：本题考查化学反应速率和化学平衡知识。用Z浓度变化表示的反应速率为v(Z)＝

0.3 mol

＝5×10－4 mol/(L·s)。由速率之比等于化学计量数之比，得

10 L×60 s

v(X)＝2v(Z)＝2×5×10－4 mol/(L·s)＝0.001 mol/(L·s)。B项若容积变为20 L，压1

强减小，平衡向左移动，Z的浓度小于原来的2。C项，增大压强，平衡向右移

动，Y的转化率增大。升高温度，X的体积分数增大，说明平衡向左移动，正反应为放热反应，ΔH<0，故B、C、D都错。 答案：A

5．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝H2浓度减小。下列说法正确的是( ) A．该反应的焓变为正值

B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 C．升高温度，逆反应速率减小

催化剂

D．该反应的化学方程式为CO＋H2O高温CO2＋H2

解析：本题考查化学反应速率和化学平衡的移动。由题中平衡常数的表达式可知催化剂

该反应为CO2(g)＋H2(g)高温CO(g)＋H2O(g)，D项错误；升高温度，H2浓度减小，说明平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，A项正确；恒温恒容下，增大压强，氢气浓度可能减小，也可能不变或增大，B项错误；对任何反应来说，升高温度，反应速率都增大，C项错误。 答案：A

c?CO?·c?H2O?

。恒容时，温度升高，

c?CO2?·c?H2?

综合应用

6．一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，CO与H2反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)：

CO(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)

(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________。升高温度，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)在500 ℃，从反应开始到平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝________。 1

(3)在其他条件不变的情况下，将处于E点的体系体积压缩到原来的2，下列有关该体系的说法正确的是________。 a．H2的浓度减小

b．正反应速率加快，逆反应速率也加快 c．甲醇的物质的量增加 d．重新平衡时，

n?H2?

值增大

n?CH3OH?

解析：本题考查化学反应速率与化学平衡知识。由图像可知升高温度，甲醇的物质的量减少，平衡向左移动，故正反应为放热反应。K＝

c?CH3OH?

，升高温度，

c?CO?·c2?H2?

平衡左移，K减小。生成nB mol甲醇，消耗H2的物质的量为2nB，v(H2)＝2nB mol2nB

＝3t mol/(L·min)。压缩体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，

3 L×tB minB平衡右移，甲醇的物质的量增大，H2的物质的量减小，但是体积缩小，H2的浓度增大，b、c正确。 答案：(1)

c?CH2OH?2nB 减小 (2)3t mol/(L·min) (3)bc 2c?CO?·c?H2?B

基础应用

1．在密闭容器中进行如下反应：X2(g)＋3Y2(g)

2Z(g)，X2、Y2、Z的起始浓

度分别为0.2 mol·L－1、0.6 mol·L－1、0.4 mol·L－1，当平衡时，下列数据肯定不正确的是( )

A．X2为0.4 mol·L－1，Y2为1.2 mol·L－1 B．Y2为1.0 mol·L－1

C．X2为0.3 mol·L－1，Z为0.2 mol·L－1 D．Z为0.7 mol·L－1

解析：化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目时要善于利用极值法，另外，此题的易错点是在将选项中所有物质浓度列出来时，易忽略物质的量是否守恒。此题的解法为：

X2(g)＋3Y2(g)

2Z(g)

起始浓度/mol·L－1 0.2 0.6 0.4

平衡浓度/mol·L－1 0 0 0.8 (设反应正向进行彻底)

平衡浓度/mol·L－1 0.4 1.2 0 (设反应逆向进行彻底)

据可逆反应的含义知：0

2．已知反应mX(g)＋nY(g)

qZ(g)的ΔH<0，m＋n>q，在恒容密闭容器中反应

达到平衡时，下列说法正确的是( )

A．通入稀有气体使压强增大，平衡将正向移动 B．X的正反应速率是Y的逆反应速率的m/n倍 C．降低温度，混合气体的平均相对分子质量变小 D．增加X的物质的量，Y的转化率降低

解析：达到化学平衡时，保持容器容积不变通入稀有气体，则反应混合物中各气体的浓度不变，正、逆反应速率不变，因此平衡状态不变，A说法错误；达化学v正?X?v逆?X?m平衡时，v(正)＝v(逆)，则v正(Y)＝v逆(Y)，故＝＝，B说法正确；

v正?Y?v逆?Y?n降低温度，平衡正向移动，因m＋n>q，气体的质量不变，故平均相对分子质量变大，C项错；增加X的物质的量，平衡向右移动，Y的转化率增大，D项错。 答案：B

3．已知：4NH3(g)＋5O2(g)

4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 025 kJ·mol－1，该反

应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是( )

解析：从题给的可逆反应方程式看：温度升高平衡向逆反应方向移动，使NO含量降低而不是升高，C项错误，A项正确；压强增大平衡逆向移动，NO含量降低，达平衡所需时间缩短，B项正确；使用催化剂可加快反应速率，所以达到平衡所需时间缩短，D项正确。 答案：C

4．某温度下，H2(g)＋CO2(g)

9

H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝4。该温度下在甲、

乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。

起始浓度 c(H2)/mol/L c(CO2)/mol/L 下列判断不正确的是( ) A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60% B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60% C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol/L D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢

解析：D项，温度相同，丙中反应物浓度最大，甲中最小，所以丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢；B项，设甲中转化的c(H2)为x，则有x2/(0.010－x)2＝9/4，解得x＝0.006 mol/L，则甲中H2的转化率为60%。对甲加压，使容器体积减小为原来的一半与丙等效，而加压平衡不移动，所以二者H2的转化率相同；A项，增大c(H2)可提高CO2的转化率，故A项正确；C项，平衡时，甲、丙中c(CO2)分别为0.004 mol/L、0.008 mol/L。 答案：C

5．在5 L的密闭容器中充入2 mol A气体和1 mol B气体，在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)

2C(g)。达到平衡时，在相同条件下测得容器内混合气体的

甲 0.010 0.010 乙 0.020 0.010 丙 0.020 0.020 5

压强是反应前的6，则A的转化率为( )

A．67% B．50% C．25% D．5%

解析：根据阿伏加德罗定律的推论，同温同体积时，气体压强之比等于物质的量5

之比，则平衡时气体的物质的量为6×(2＋1) mol＝2.5 mol。 设达平衡时，B反应了x mol，根据： 2A(g) ＋ B(g)

2C(g)

反应前(mol) 2 1 0 变化量(mol) 2x x 2x 平衡时(mol) 2－2x 1－x 2x 则(2－2x)＋(1－x)＋2x＝2.5，x＝0.5， 故α(A)＝答案：C

6．已知在等温、等容条件下，有如下可逆反应：2A(g)＋2B(g)

3C(g)＋D(g)。

2×0.5

2×100%＝50%。

现分别从两条途径建立平衡，途径Ⅰ：A、B的起始浓度均为2 mol·L－1；途径Ⅱ：C、D的起始浓度分别为6 mol·L－1和2 mol·L－1。下列叙述正确的是( ) A．Ⅰ、Ⅱ两种途径最终达到平衡时，体系内混合气体的浓度相同 B．Ⅰ、Ⅱ两种途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同 C．达到平衡时，Ⅰ途径的反应速率v1等于Ⅱ途径的反应速率v2 D．达到平衡时，Ⅰ途径混合气体的密度与Ⅱ途径混合气体的密度相等 解析：该反应的条件是在等温等容条件下且该反应前后气体体积不变。由于途径Ⅱ相当于A、B的起始浓度均为4 mol·L－1建立平衡体系，故平衡时各组分的体积百分含量应与Ⅰ相同，但各组分的浓度以及混合气体的密度则为Ⅰ的两倍。 答案：B

7．已知反应A2(g)＋2B2(g)

2AB2(g) ΔH<0，下列说法正确的是( )

A．升高温度，正向反应速率增大，逆向反应速率减小 B．升高温度有利于反应速率增大，从而缩短达到平衡的时间 C．达到平衡后，升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动 D．达到平衡后，降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动

解析：升高温度，正、逆反应速率都增大，A错。升高温度平衡逆向移动，C项错。减小压强有利于平衡逆向移动，D项错。

答案：B

8．3 mol A和2.5 mol B混合放入容积为2 L的密闭容器内反应，使它们发生反应2A(s)＋3B(g)

2C(g)＋D(g)，经过5 min后达到平衡，生成0.5 mol D，下列

说法正确的是( )

A．B的平均反应速率为0.3 mol·L－1·min－1 B．C的平衡浓度为2 mol·L－1

C．平衡后，增大压强，平衡将向正反应方向移动

D．若反应容器内气体的密度不再发生变化，说明反应已经达到平衡 解析：由可逆反应2A(s)＋3B(g)

2C(g)＋D(g)可知，5 min后生成0.5 mol D，

则消耗1 mol A、1.5 mol B，故v(B)＝1.5 mol÷2 L÷5 min＝0.15 mol·L－1·min－1；C的平衡浓度为0.5 mol·L－1；因该可逆反应是反应前后气体的物质的量不变的反应，增大压强，平衡不移动；若反应容器内气体的密度不再发生变化，即各气体的质量不再发生改变，反应已经达到平衡状态。 答案：D

9．下图表示反应X(g)的曲线：

4Y(g)＋Z(g)；ΔH<0，在某温度时X的浓度随时间变化

下列有关该反应的描述正确的是( ) A．第6 min后，反应就终止了 B．X的平衡转化率为85%

C．若升高温度，X的平衡转化率将大于85% D．若降低温度，v正和v逆将以同样倍数减小

解析：6 min时反应达到平衡，但未停止，故A项错；从图象数据可知X的起始0.85 mol/L浓度为1.0 mol/L，平衡浓度为0.15 mol/L，因此X的平衡转化率为1 mol/L×100%＝85%，B项正确；因为正反应为放热反应，升高温度平衡左移，X的平衡转化率应减小，C项错误；降温，正、逆反应速率同时减小，但降温平衡正向

移动，故v正>v逆，即v逆减小的倍数大，D项错误。 答案：B

10．在容积可变的密闭容器中，反应mA(g)＋nB(s)

pC(g)达到平衡后，压缩容

器的容积，发现A的转化率随之降低，下列说法中正确的是( ) A．m＋n必定小于p C．m必定小于p

B．m＋n必定大于p D．n必定大于p

pC(g)达到平衡后，压缩容器容积，A的转化率

解析：对于反应mA(g)＋nB(s)

降低，说明减小体积即增大压强，平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动，因此方程式左边的气体体积比右边小，故m

能力提升

11．在120 ℃时分别进行如下四个反应： A．2H2S＋O2===2H2O＋2S B．2H2S＋3O2===2H2O＋2SO2 C．C2H4＋3O2―→2H2O＋2CO2 D．C4H8＋6O2―→4H2O＋4CO2

(1)若反应在容积固定的容器内进行，反应前后气体密度(d)和气体总压强(p)分别符合关系式d前＝d后和p前>p后的是________；符合关系式d前＝d后和p前＝p后的是________(请填写反应的代号)。

(2)若反应在压强恒定容积可变的容器内进行，反应前后气体密度(d)和气体体积(V)分别符合关系式d前>d后和V前d后和V前>V后的是________(请填写反应的代号)。

解析：解此题时首先要审清在题给条件下，只有S呈固态，其余的物质都呈气态。容积固定的条件下，只有反应A在反应前后气体密度发生了变化。B反应后气体分子数减少，p前>p后；C反应前后气体分子数不变，即p前＝p后。在压强不变，容积可变的条件下，反应A的容器体积减小，但产物中气体只有水蒸气，密度必然减小，反应B的分子数减少，反应后密度必然增大，反应C的密度不发生改变，反应D的分子数增多，反应后密度必然减小。

答案：(1)B C (2)D A

12．乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇： 2CO2(g)＋6H2(g)

催化剂

CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)①，

298 K时，K1＝2.95×1011 2CO(g)＋4H2(g)

催化剂

CH3CH2OH(g)＋H2O(g)②，

298 K时，K2＝1.71×1022

(1)写出反应①的平衡常数表达式K＝________。

(2)条件相同时，反应①与反应②相比，转化程度更大的是________。以CO2为原料合成乙醇的优点是________(写出一点即可)。 (3)在一定压强下，测得反应①的实验数据如下表：

温度(T) CO2转化率(%) nn?H2?/n?CO2?C 1.5 2 3 根据表中数据分析： a．温度升高，K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 b．提高氢碳比

n?H2?

，对生成乙醇________(填“不利”或“有利”) n?CO2?

45 60 83 33 43 62 20 28 37 12 15 22 500 600 700 800 c?C2H5OH?·c3?H2O?

解析：(1)根据平衡常数的定义知反应①的K＝；

c2?CO2?·c6?H2?

(2)因K2＝1.71×1022>K1＝2.95×1011，由平衡常数的意义知反应②进行的更彻底，转化率更高；反应①利用CO2为原料，可以使废弃物被利用，有利于环保； (3)a.分析表格中数据发现，在n(H2)/n(CO2)相同时，随着温度的升高，CO2的转化率降低，所以K值减小；b.分析表格中数据发现，在温度相同时，随n(H2)/n(CO2)值的增大，CO2的转化率升高，有利于生成乙醇。 c?C2H5OH?·c3?H2O?

答案：(1) c2?CO2?·c6?H2?

(2)反应② 废弃物利用，有利于环保(合理即可) (3)a.减小 b．有利

13．硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应： Ⅰ SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI Ⅱ 2HI

H2＋I2

Ⅲ 2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O

(1)分析上述反应，下列判断正确的是________。 a．反应Ⅲ易在常温下进行 b．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强 c．循环过程中需补充H2O

d．循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2

(2)一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。

0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝________。该温度下，H2(g)＋I2(g)

2HI(g)

的平衡常数K＝________。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则________是原来的2倍。 a．平衡常数

b．HI的平衡浓度 d．平衡时H2的体积分数

c．达到平衡的时间

解析：(1)a项错误，反应Ⅲ在常温下向左进行；b项，SO2的还原性比HI强；c项，根据盖斯定律Ⅰ×2＋Ⅱ×2＋Ⅲ得总反应：2H2O===2H2＋O2，循环过程中消耗了H2O；d项，根据总反应产生1 mol O2的同时产生2 mol H2。 (2)由题干数据分析该反应： H2 ＋ I2

2HI

起始： 0 0 1 mol 转化：0.1 mol 0.1 mol 0.2 mol 平衡：0.1 mol 0.1 mol 0.8 mol

0～2 min内平均反应速率v(HI)＝

0.2 mol－－

＝0.1 mol·L1·min1

1 L×2 min

?0.8 mol·L－1?2

平衡常数K＝＝64

0.1 mol·L－1×0.1 mol·L－1第三问，若开始加入HI的物质的量是原来的2倍，相当于先将HI加入到2 L的容器(达到的平衡状态与原平衡一致，即HI的浓度、H2的体积分数与原平衡相同)，再将体积压缩至1 L，因为该反应为等体积反应，加压平衡不移动，所以HI浓度为原来的2倍，H2的体积分数不变；温度不变，平衡常数不变；加入HI的物质的量增大，反应物浓度增大，反应速率加快，达到平衡的时间缩短。 答案：(1)c (2)0.1 mol·L－1·min－1 64 b

14．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：Fe2O3(s)＋3CO(g)

2Fe(s)＋3CO2(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Fe2O3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________。

解析：(1)Fe2O3(s)＋3CO(g)

2Fe(s)＋3CO2(g)

3 mol 2×56 g 0.3 mol 11.2 g

Δc

v(CO)＝t＝0.3 mol/(2 L×10 min)＝0.015 mol/(L·min)。

(2)可逆反应达到平衡状态的根本特征是v正＝v逆，表现为反应物和生成物的浓度、质量、百分含量不随时间变化，注意不能考虑固态或纯液态的物质。前后体积变化的可逆反应还可通过压强来判断是否达到平衡，若反应中含有有色气体，还可

通过气体的颜色变化来判断。

(3)根据温度升高，反应速率增大可知，图象b正确，注意二者并非正比例关系，a项不正确。

c3?CO2?

答案：(1)3 0.015 mol/(L·min)

c?CO?

(2)①CO(或CO2)的生成速率与消耗速率相等 ②CO(或CO2)的质量不再改变 (3)b

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