第五章 第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向-【金版教程】2025年高考化学一轮总复习首选用卷全书Word（新教材 不定项版）

金版教程　高考总复习首选用卷　化学（不定项） 第3讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向 考点1　化学平衡常数 1．NO与CO是燃油汽车尾气中的两种有害气体，常温常压下它们之间的反应：CO(g)＋NO(g)===CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－374.3 kJ·mol－1，K＝2.5×1060，反应速率较小。有关该反应的说法正确的是(　　) A．K很大，NO与CO在排入大气之前就已反应完全 B．增大压强，平衡将向右移动，K>2.5×1060 C．升高温度，既增大反应速率又增大K D．选用适宜催化剂可达到尾气排放标准 答案　D 解析　平衡常数很大，表示该反应所能进行的程度大，由于NO与CO反应速率较小，在排入大气之前没有反应完全，故A错误；平衡常数只与温度有关，增大压强，K不变，故B错误；正反应放热，升高温度，速率加快，平衡逆向移动，K减小，故C错误。 2．电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料。已知2000 ℃时，电石生产原理如下： ①CaO(s)＋C(s)===Ca(g)＋CO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1　平衡常数K1 ②Ca(g)＋2C(s)===CaC2(s) ΔH2＝b kJ·mol－1　平衡常数K2 以下说法不正确的是(　　) A．反应①K1＝c(Ca)·c(CO) B．反应Ca(g)＋C(s)===CaC2(s)，平衡常数K＝ C．2000 ℃时增大压强，K1减小，K2增大 D．反应2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g)　ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1 答案　C 3．某温度下，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是(　　) A．K值越大，表明该反应越有利于C的生成 B．若缩小反应容器的容积，能使平衡正向移动，则K增大 C．温度越高，K一定越大 D．如果m＋n＝p，则K＝1 答案　A 解析　K越大，该反应正向进行的程度越大，A正确；对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，B错误；因该反应的热效应不确定，故C错误；K＝，由m＋n＝p，无法判断K的大小，D错误。 4．在2 L密闭容器中充入气体A和B，发生A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g)　ΔH，所得实验数据如表。下列说法不正确的是(　　) 实验编号 温度/℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol n(A) n(B) n(C) ① 300 0.40 0.10 0.090 ② 500 0.40 0.10 0.080 ③ 500 0.20 0.05 a A.ΔH<0 B．500 ℃该反应的平衡常数K＝0.16 C．③中达到平衡时，A的转化率大于20% D．5 min时测得①中n(C)＝0.050 mol，则0到5 min内v(D)＝0.02 mol·L－1·min－1 答案　D 解析　由①②可知，温度升高时，平衡时n(C)下降，说明温度升高，平衡逆向移动，所以该反应的ΔH<0，A正确；由实验②的数据建立三段式有： A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g) 起始 (mol·L－1) 0.20 0.05 0 0 转化 (mol·L－1) 0.04 0.04 0.04 0.08 平衡 (mol·L－1) 0.16 0.01 0.04 0.08 则500 ℃时平衡常数K＝＝＝0.16，B正确；此反应为气体总体积增大的反应，③的投料比相比于②来说相当于减小压强，平衡正向移动，即反应③达到平衡时A的转化率比反应②达到平衡时A的转化率大，反应②A的平衡转化率为0.04÷0.2×100%＝20%，故反应③达到平衡时，A的转化率大于20%，C正确；5 min时测得①中n(C)＝0.050 mol，由化学反应速率与化学计量数成正比可知，0到5 min内v(D)＝2v(C)＝2×(0.05 mol÷2 L÷5 min)＝0.01 mol·L－1·min－1，D错误。 考点2　化学反应进行的方向 5．(2023·山西忻州联考)奥地利物理学家玻尔兹曼首次将熵与混乱度定量地联系起来，即S＝kln Ω[k为玻尔兹曼常数；Ω为混乱度(即微观状态数，也粗略地看作空间排列的可能性数目)]。在常温常压下，下列反应是熵增反应的是(　　) A．NH4HC2O4(s)===NH3(g)＋CO(g)＋CO2(g)＋H2O(g) B．3F2(g)＋8NH3(g)===6NH4F(s)＋N2(g) C．SO2(g)＋CaO2(s)===CaSO4(s) D．C(CH3)4(g)―→CH3CH2CH(CH3)2(l) 答案　A 6．下列一定属于非自发过程的是(　　) A．N2和O2在室温下混合 B．常温常压下，石墨转化为金刚石 C．H2和O2化合生成H2O D．C＋O2CO2 答案　B 7．(2023·南京市、盐城市高三二模)反应2NO(g)＋2CO(g)===2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0可用于处理汽车尾气。下列说法正确的是(　　) A．该反应在任何温度下都能自发进行 B．上述反应的平衡常数K＝ C．其他条件相同，增大体系压强，能提高NO的平衡转化率 D．其他条件相同，提高c(CO)，正反应速率加快，逆反应速率减慢 答案　C 解析　该反应的ΔH<0，ΔS<0，根据反应自发进行的条件(ΔG＝ΔH－TΔS<0)，该反应在低温下可自发进行，A错误；该反应的平衡常数K＝，B错误；提高一氧化碳的浓度，正反应速率加快，逆反应速率在瞬间不变，而后加快，D错误。 8．(2022·江苏高考)用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是(　　) A．上述反应ΔS<0 B．上述反应平衡常数K＝ C．上述反应中消耗1 mol NH3，转移电子的数目为2×6.02×1023 D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小 答案　B 解析　该反应是一个气体分子数增大的反应，ΔS＞0，A错误；由方程式可知，反应每消耗4 mol氨气，转移12 mol电子，则反应中消耗1 mol氨气转移电子的数目为3×6.02×1023，C错误；实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，D错误。 9．(2023·辽宁葫芦岛市高三一模)活性炭基材料烟气脱硝技术备受当前研究者关注，其反应原理为C(s)＋2NO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH＞0。下列说法不正确的是(　　) A．增大压强，平衡向脱硝方向移动 B．上述脱硝反应的平衡常数K＝ C．若恒容体系内密度恒定不变，反应达到了平衡 D．每处理标准状况下2.24 L NO，转移电子0.2 mol 答案　A 解析　该反应反应前后气体体积不变，改变压强，平衡不移动，A错误。 10．(2023·湖北卷节选)(1)1200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (2)C·40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及C·40H11(g) C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是___________________ _______________。 (3)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填标号)。 a．升高温度　 b．增大压强　 c．加入催化剂 答案　(1)p0 (2)在反应过程中，断裂和形成的化学键相同 (3)a 解析　(1)设起始量为1 mol，则根据信息列出三段式为 C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g) 起始量 (mol) 1 0 0 变化量 (mol) α α α 平衡量 (mol) 1－α α α 则p(C40H12)＝p0×，p(C40H10)＝p0×，p(H2)＝p0×，该反应的平衡常数Kp＝＝。 (2)图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。 11．(2023·辽宁卷节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 (1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如图所示，下列说法正确的是________。 a．温度越高，反应速率越大 b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度 (2)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是________(填标号)。 (3)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝____________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 答案　(1)cd　(2)d　(3) 解析　(3)设起始时SO2的分压为p1，列三段式 SO2(g)　＋　O2(g)SO3(g) 起始 p1 转化 p1αe p1αe 平衡 p1(1－αe) p p1αe Kp＝＝＝。 *本组内选择题有1个或2个选项符合题意。 12．(2022·海南高考)某温度下，反应CH2===CH2(g)＋H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是(　　) A．增大压强，v正＞v逆，平衡常数增大 B．加入催化剂，平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大 C．恒容下，充入一定量的H2O(g)，平衡向正反应方向移动 D．恒容下，充入一定量的CH2===CH2(g)， CH2===CH2(g)的平衡转化率增大 答案　C 解析　增大压强，平衡常数不变，A不正确；催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度，B不正确；恒容下，充入一定量的CH2===CH2(g)，H2O的平衡转化率增大，但CH2===CH2(g)的平衡转化率减小，D不正确。 13.在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0，t1时达到平衡后，在t2时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＞Ⅱ B．t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C C．0～t2时，v正＞v逆 D．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ) 答案　B 解析　恒温恒压时反应速率与其物质的量浓度成正比，Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等，说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变，则A的体积分数为Ⅰ＝Ⅱ，故A错误；由题中图示可知，0～t1时，v正＞v逆，t1～t2时，v正＝v逆，故C错误；化学平衡常数只与温度有关，Ⅰ、Ⅱ温度相同其平衡常数相同，故D错误。 14．在恒温恒容条件下，向某容器中充入一定量的N2O5气体发生下列反应：2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0。温度T时，部分实验数据如表所示： t/s 0 50 100 150 c(N2O5)/mol·L－1 4.00 2.5 2.00 2.00 下列有关说法错误的是(　　) A．温度T时，该反应平衡常数K＝64 B．150 s后再充入一定量N2O5，再次达到平衡N2O5的转化率将增大 C．达平衡后升高温度，该容器内混合气体的密度不会改变 D．其他条件不变，若将恒容改为恒压，则平衡时N2O5的转化率减小 答案　BD 解析　根据题意，列三段式为： 2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) 起始 (mol·L－1) 4 0 0 转化 (mol·L－1) 2 4 1 平衡 (mol·L－1) 2 4 1 K＝＝＝64，A正确；恒容条件下，再充入一定量N2O5相当于加压，该反应的正反应是气体分子数增大的反应，平衡逆向移动，再次达到平衡N2O5的转化率将降低，B错误；升高温度，混合气体的总质量、容器的体积都不变，因此气体的密度不变，C正确；其他条件不变时，改为在恒压密闭容器中反应，相当于减压，平衡正向移动，平衡时N2O5的转化率增大，D错误。 15．接触法制硫酸中在接触室进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH。若向体积均为1 L的甲、乙两恒容容器中分别充入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该反应ΔH<0 B．甲容器达到平衡时的平衡常数：K＜5.625 C．a、c两点表示两容器气体的总物质的量：na<nc D．a、b两点的反应速率：va<vb 答案　AC 解析　甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，刚开始压强增大的原因是容器温度升高，则说明题述反应过程放热，即ΔH<0，A正确。a点为平衡点，此时容器的总压为4p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比，所以可设O2转化的物质的量浓度为x mol·L－1，则列出三段式如下： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 起始浓度 (mol·L－1) 2 1 0 变化浓度 (mol·L－1) 2x x 2x 平衡浓度 (mol·L－1) 2－2x 1－x 2x 则有＝，计算得到x＝0.6，那么化学平衡常数K＝＝＝5.625，又因为甲容器为绝热条件，随着反应的进行，体系温度升高、压强增大，若想压强仍为4p，需体系中总物质的量减小，即反应继续正向进行，则平衡常数K＞5.625，B错误。根据A项分析可知，题述密闭容器中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器中为绝热过程，乙容器中为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明此时甲容器中气体的总物质的量小于乙容器中气体的总物质的量，C正确。根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以va>vb，D错误。 16．(2022·全国甲卷节选)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题： (1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下： (ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2 (ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ·mol－1， Kp2＝1.2×1012 Pa ①反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为________kJ·mol－1，Kp＝________Pa。 ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是_______________________________________ _____________________________________________________。 ③对于碳氯化反应：增大压强，平衡________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。 ①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝________Pa。 ②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是____________________________________________________________。 答案　(1)①－223　1.2×1014　②碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变，且是吸热过程　 ③向左　变小 (2)①7.2×105　②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益 解析　(2)①从图中可知，1400 ℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝＝ Pa＝7.2×105 Pa。 17．(2021·全国乙卷节选)(1)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8 ℃时平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则pICl＝________ kPa，反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝________(列出计算式即可)。 (2)McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp： 2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1 2NOCl(g) 2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2 得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如下图所示： ①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。 ②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程___________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)24.8　 (2)①大于　②Kp1·Kp2　大于 设T′＞T，即＜，由图可知： lg Kp2(T′)－lg Kp2(T)＞|lg Kp1(T′)－lg Kp1(T)|＝lg Kp1(T)－lg Kp1(T′) 则：lg [Kp2(T′)·Kp1(T′)]＞lg [Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)＞K(T)。因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0 解析　(1)由题意知376.8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I2(g) 2ICl(g)。BaPtCl6(s) BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2，则平衡时p2(Cl2)＝1.0×104 Pa2，p(Cl2)＝100 Pa，设到达平衡时I2(g)的分压减小p kPa，则 　　　 　Cl2(g)＋I2(g)　 　2ICl(g) 开始/kPa 20.0 0 变化/kPa p 2p 平衡/kPa 0.1 20.0－p 2p 376．8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，则平衡时pICl＝2p kPa＝2×12.4 kPa＝24.8 kPa；则平衡时，I2(g)的分压为(20.0－p) kPa＝(20×103－12.4×103) Pa，pICl＝24.8 kPa＝24.8×103 Pa，p(Cl2)＝0.1 kPa＝100 Pa，因此反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝。 (2)①结合题图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即T越大，Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。 ②Ⅰ.2NO(g)＋2ICl(g) 2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1 Ⅱ.2NOCl(g) 2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2 Ⅰ＋Ⅱ得2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)，则2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝Kp1·Kp2。 18．(2023·金版原创)2023年全国两会于3月15日在北京顺利闭幕，环境问题是大会的热点议题，“碳达峰、碳中和”依然是与会代表高度关注的问题，当前对二氧化碳的回收利用显得尤为重要。二氧化碳转化为低碳烯烃涉及的部分反应为： (Ⅰ)2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH1＝－268.65 kJ·mol－1 (Ⅱ)3CO2(g)＋9H2(g) C3H6(g)＋6H2O(g)ΔH2＝－131.50 kJ·mol－1 (Ⅲ)4CO2(g)＋12H2(g) C4H8(g)＋8H2O(g)　ΔH3＝－380.22 kJ·mol－1 (1)反应2C3H6(g)===C2H4(g)＋C4H8(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (2)恒容密闭容器中可逆反应3CO2(g)＋9H2(g) C3H6(g)＋6H2O(g)达到平衡的标志是________。 A．单位时间内生成1 mol CO2的同时消耗1 mol C3H6 B．混合气体的密度不再改变 C．反应速率v(CO2)∶v(H2)∶v(C3H6)∶v(H2O)＝3∶9∶1∶6 D．混合气体的平均相对分子质量不再改变 (3)在总压强恒为3.1 MPa，＝3时，当只发生反应(Ⅰ)时，平衡时各物质的百分组成x如下图所示： A点时CO2平衡转化率为________，乙烯的分压为________MPa；B点对应温度下反应(Ⅰ)的压强平衡常数Kp＝________(MPa)－3(保留一位小数)。 答案　(1)－385.87　(2)D (3)60% 　0.3　8.6 解析　(1)目标反应＝反应Ⅰ＋反应Ⅲ－2×反应Ⅱ，ΔH＝ΔH1＋ΔH3－2ΔH2＝－268.65 kJ·mol－1－380.22 kJ·mol－1＋2×131.50 kJ·mol－1＝－385.87 kJ·mol－1。 (3)由题意可得，假设起始n(CO2)＝2 mol，n(H2)＝6 mol，平衡时生成n(C2H4)＝x mol，则列式： 2CO2(g) ＋ 6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g) 起始 (mol) 2 6 0 0 平衡 (mol) 2－2x 6－6x x 4x 在A点：6－6x＝4x，x＝0.6　 p(C2H4)＝×3.1 MPa＝0.3 MPa 在B点：2－2x＝x，x＝ , CO2、H2、C2H4、H2O的物质的量分数依次为、、、 Kp＝ ＝(MPa)－3 ＝(MPa)－3≈8.6(MPa)－3。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$