第2章 第2节 新知探究课6 化学平衡状态 化学平衡常数-【名师导航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步讲义(人教版2019)

第二节　化学平衡 新知探究课6　化学平衡状态　化学平衡常数 1．能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡，培养“变化观念与平衡思想”的化学核心素养。 2．认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义，能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系，培养“证据推理与模型认知”的化学核心素养。 一、化学平衡状态 1．化学平衡的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中加入N2和H2进行合成氨的反应： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) N2、H2、NH3的浓度变化如图所示。 (1)根据上述图像，分析该过程中，v正、v逆的变化。 (2)画出上述过程中v-t图像。 微点拨：对于化学平衡的建立，也可以加入生成物，从逆反应方向建立，也可以加入反应物和生成物，从正、逆反应两方向建立。 2．化学平衡状态的含义 在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态称为化学平衡状态。 3．化学平衡的特征 化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变。 (1)逆：研究的对象是可逆反应。 (2)等：化学平衡的条件是v正和v逆相等。 (3)动：化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。 (4)定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。 (5)变：若外界条件改变，平衡可能发生改变，并在新条件下建立新的平衡。 判一判　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)化学平衡建立过程v正、v逆发生变化，平衡时，v正、v逆均为0。 (　×　) (2)在相同条件下，1 mol N2与3 mol H2反应建立的平衡与2 mol NH3分解反应建立的平衡相同。 (　√　) (3)化学反应达到平衡时，各组分的物质的量浓度相等。 (　×　) (4)在建立化学平衡的过程中，v正一定大于v逆。 (　×　) 二、化学平衡常数 1．平衡常数表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的浓度商Q＝ ；该反应在一定温度下达到化学平衡时，存在平衡常数K＝。 微点拨：①Q中c(X)表示任意时刻的浓度，K中的c(X)表示平衡时刻的平衡浓度。 ②书写平衡常数表达式时，固体、纯液体(如水、乙醇等)的浓度视为常数，不写入表达式中。 如(aq)＋2H＋(aq)，平衡常数K＝； Fe3O4(s)＋4H2(g)⥫⥬3Fe(s)＋4H2O(g)，平衡常数K＝。 2．化学平衡常数的影响因素和意义 (1)影响因素：①反应本身；②只与温度有关，与组分的浓度、压强等无关。 (2)意义 K越大，平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率就越小。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。 想一想　对于可逆反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，其平衡常数K的表达式是什么？若保持其他条件不变，分别增大压强、增大N2浓度，平衡如何移动？平衡常数K如何变化？ [提示]　K＝；增大压强、增大N2的浓度，平衡均向正反应方向移动，但平衡常数K不变。 判一判　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)平衡常数表达式中，可以是物质的任意浓度。 (　×　) (2)催化剂既能改变反应的活化能，也能改变化学平衡常数。 (　×　) (3)对于同一可逆反应，升高温度，则化学平衡常数增大。 (　×　) (4)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。 (　×　) 化学平衡状态的判定 一定温度下，将1 mol N2O4充入一恒容密闭容器中，发生反应N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH＞0。 [问题1]　下列说法能证明化学反应达到平衡状态是________(填序号)。 ①单位时间内消耗a mol N2O4的同时消耗a mol NO2 ②v正(N2O4)＝v逆(NO2) ③混合气体的颜色不再变化 ④混合气体的密度不再变化 ⑤体系压强不再变化 [提示]　②③⑤ [问题2]　若反应过程中，N2O4和NO2的浓度变化如图所示，则A、B、C三点中达到化学平衡的有哪些？并分析这三点v正和v逆的大小关系。 [提示]　B、C两点达到化学平衡，这两点v正＝v逆；A点未达到化学平衡，v正>v逆。 [问题3]　混合气体的平均相对分子质量不变，能否说明该反应建立了平衡状态？为什么？ [提示]　能，反应过程中，气体的物质的量变化，质量不变，平均相对分子质量变化，当平均相对分子质量不变时，可说明建立平衡状态。 　化学平衡状态的判定标志 (1)速率相等 ①同种物质——v正(A)＝v逆(A) ②不同物质——v正(A)∶v逆(B)＝a∶b(化学计量数之比) (2)“变量”不变 ①确定反应 中“变量” 随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，表明反应已达到平衡状态。而当“不变量”不变时，不能判断反应是否处于平衡状态 ②把握常见 的“变量” 气体的颜色 对于气体体积有变化的反应，恒压反应中的体积、恒容反应中的压强 对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应，混合气体的平均相对分子质量 对于反应体系中不全部为气体的反应，恒容时混合气体的密度 [注意]　在利用、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。 1．(2023·聊城月考)在一定条件下的恒容密闭容器中发生可逆反应2X(g)⥫⥬Y(g)＋Z(s)，下列不能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．2v正(X)＝v逆(Y) B．反应容器中Y的质量分数不变 C．体系压强不再变化 D．混合气体的密度不再变化 A　[A.平衡时存在v正(X)＝2v逆(Y)，故A符合题意；B.反应容器中Y的质量分数不变，说明各气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，故B不符合题意；C.体系压强不再变化，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，故C不符合题意；D.混合气体的密度不再变化，说明气体的质量不变，反应达到平衡状态，故D不符合题意。] 2．恒温条件下，可逆反应：2NO(g)＋O2(g)⥫⥬2NO2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是(　　) 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．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦ C．①③④⑤ D．全部 A　[②描述的均为逆反应方向，③描述的均为正反应速率，⑤该条件下为恒容条件下的纯气体反应，密度为不变量，密度不变不能说明达到平衡状态。] 化学平衡常数的换算及应用 已知①Fe(s)＋CO2(g)⥫⥬FeO(s)＋CO(g)　ΔH1　K1 ②Fe(s)＋H2O(g)⥫⥬FeO(s)＋H2(g)　ΔH2　K2 ③H2(g)＋CO2(g)⥫⥬H2O(g)＋CO(g)　ΔH3　K3 又已知不同温度下，K1、K2值如下： 温度/℃ K1 K2 500 1.00 3.15 700 1.47 2.26 900 2.50 2.00 [问题1]　(1)写出②反应的平衡常数表达式。 (2)①、②反应是吸热反应还是放热反应？为什么？ [提示]　(1)K2＝。 (2)①反应为吸热反应。升高温度K变大，为吸热反应。 ②反应为放热反应。升高温度K变小，为放热反应。 [问题2]　(1)FeO(s)＋H2(g)===Fe(s)＋H2O(g)的K2′与K2有什么关系？ (2)Fe(s)＋CO2(g)===FeO(s)＋CO(g)的K1′与K1有什么关系？ (3)用ΔH1、ΔH2表示ΔH3，用K1、K2表示K3，并计算900 ℃时的K3。 [提示]　(1)K2′＝。(2)K1′＝。 (3)由于③＝①－②，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，K3＝。900 ℃时，K3＝＝1.25。 [问题3]　900 ℃，某时刻的c(H2)＝0.5 mol/L，c(H2O)＝0.3 mol/L时，②反应是否达到化学平衡状态？ [提示]　Q＝＝＜K＝2.00，没有达到平衡状态。 1．反应Ⅰ：H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)的平衡常数为K1；反应Ⅱ：HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系为(平衡常数为同温度下的测定值)(　　) A．K1＝K2 B．K1＝K2 C．K1＝ D．K1＝ D　[根据题意知H2(g)＋I2(g)===HI(g)的K2′＝，故反应Ⅰ的K1＝，D正确。] 2．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)。其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示： T/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 (1)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为____________℃。此温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为____________。 (2)在800 ℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)＝2 mol·L-1、c(H2)＝1.5 mol·L-1、c(CO)＝1 mol·L-1、c(H2O)＝3 mol·L-1是否达到平衡状态________，v正________(填“＞”“＝”或“＜”)v逆。 [解析]　(1)由题意可得K＝1，查表可知对应温度为830 ℃；设转化的CO2的物质的量为x mol，则消耗掉的H2的物质的量为x mol，生成的CO和H2O的物质的量均是x mol(容器容积为V L)。 K＝1＝，整理得x＝0.5。 则CO2的转化率为50%。 (2)根据题意计算该时刻的浓度商Q＝＝＝1＞0.9，没有达到平衡状态，v正＜v逆。 [答案]　(1)830　50%　(2)否　＜ 化学平衡常数的基本计算 【典例1】　在某温度下，将含有H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入容积为10 L的密闭容器中，充分反应并达到平衡后，测得c(H2)＝0.008 0 mol·L-1。 (1)计算该反应的平衡常数。 (2)在上述温度下，若起始时向该容器中通入H2和I2(g)各0.20 mol，试求达到化学平衡时各物质的浓度。 [解答过程]　(1)由题意：Δc(H2)＝ mol·L-1－0.008 0 mol·L-1＝0.002 mol·L-1 Δc(I2)＝0.002 mol·L-1，Δc(HI)＝0.004 mol·L-1 H2(g) ＋ I2(g) ⥫⥬ 2HI(g) c始/(mol·L-1) 0.010 0.010 0 Δc/(mol·L-1) 0.002 0 0.002 0 0.004 0 c平/(mol·L-1) 0.008 0 0.008 0 0.004 0 K＝＝＝0.25。 (2)设H2的转化浓度为x mol·L-1，则 H2(g) ＋ I2(g) ⥫⥬ 2HI(g) c始/(mol·L-1) 0.020 0.020 　0 Δc/(mol·L-1) 　x 　x 　2x c平/(mol·L-1) 0.020－x 0.020－x 2x K＝＝0.25，x＝0.004 0， 平衡时：c(H2)＝c(I2)＝0.016 mol·L-1，c(HI)＝0.008 0 mol·L-1。 [答案]　(1)该反应的平衡常数为0.25。 (2)达到化学平衡时各物质的浓度分别为c(H2)＝0.016 mol·L-1，c(I2)＝0.016 mol·L-1，c(HI)＝0.008 0 mol·L-1。 【典例2】　在容积不变的密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到830 ℃，达到下列平衡： CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) 此时该反应的K为1.0。求达到平衡时CO转化为CO2的转化率。 [解答过程]　设平衡时CO转化x mol，容积为y L CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) c始/(mol·L-1) 0 0 Δc/(mol·L-1) c平/(mol·L-1) K＝＝1.0，x＝，α(CO)＝×100%≈83%。 [答案]　达到平衡时CO转化为CO2的转化率为83%。 “三段式法”突破K与α的计算模型 　 mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g) 　c始/(mol·L-1) 　a 　b 　0 　0 　Δc/(mol·L-1) mx nx px qx 　c平/(mol·L-1) a－mx b－nx px qx 相关计算： ①平衡常数：K＝。 ②A的平衡转化率：α平(A)＝×100%。 1．一定温度下，将2 mol A和2 mol B两种气体混合放入容积为2 L的密闭刚性容器中，发生反应3A(g)＋B(g)⥫⥬xC(g)＋2D(g)，2 min末反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的物质的量浓度为0.4 mol·L-1，下列说法正确的是(　　) A．此温度下该反应的平衡常数K等于0.5 B．A的平衡转化率为40% C．x的值为1 D．A和B的平衡转化率相等 A　[ 3A(g)＋B(g)⥫⥬xC(g)＋2D(g) 起始浓度/(mol·L-1) 1 1 0 0 变化浓度/(mol·L-1) 0.6 0.2 0.2x 0.4 平衡浓度/(mol·L-1) 0.4 0.8 0.2x 0.4 根据题意0.2x mol·L-1＝0.4 mol·L-1，解得x＝2，C错误；K＝＝＝0.5，A正确；A平衡转化率＝×100%＝60%，B错误；B的平衡转化率＝×100%＝20%，D错误。] 2．已知可逆反应：M(g)＋N(g)⥫⥬P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题。 (1)某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L-1，c(N)＝2.4 mol·L-1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________。 (2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L-1，c(N)＝a mol·L-1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L-1，则a＝________。 (3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L-1，达到平衡后，M的转化率为________。 [解析]　用“三段式法”，借助平衡常数来串联计算： (1)　　　　　　 　M(g)＋N(g)⥫⥬P(g)＋Q(g) 起始/(mol·L-1) 1 2.4 0 0 变化/(mol·L-1) 0.6 0.6 0.6 0.6 平衡/(mol·L-1) 0.4 1.8 0.6 0.6 α(N)＝×100%＝25%，K＝＝0.5。 (2) M(g)＋N(g)⥫⥬P(g)＋Q(g) 起始/(mol·L-1) 4 a 0 0 平衡/(mol·L-1) 2 a－2 2 2 由K＝＝0.5，解得a＝6。 (3)设达到平衡后，M的转化率为x，则 M(g)　＋　N(g)⥫⥬　P(g)＋Q(g) 起始/(mol·L-1) b b 0 0 平衡/(mol·L-1) b(1－x) b(1－x) bx bx 由K＝＝0.5，解得x≈41.4%。 [答案]　(1)25%　(2)6　(3)41.4% 　血红蛋白与O2结构的平衡 在人体利用O2的过程中，血红蛋白与O2的结合过程可以表示为Hb＋O2⥫⥬Hb(O2)，其中Hb为人体中的血红蛋白分子，Hb(O2)为氧合血红蛋白分子。K＝。当吸入新鲜空气时，c(O2)增大，Q＜K，平衡被破坏，重新建立平衡。 1．化学平衡的“五大”特征：逆—等—动—定—变。 2．平衡标志：(1)v正＝v逆；(2)各组分浓度不变。 3．平衡常数只与温度有关，与浓度、压强、催化剂无关。 4．可逆反应的正、逆两向平衡常数互为倒数。 1．(2023·漳州统考)一定温度下，在恒容的密闭容器中建立下列平衡：C(s)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是(　　) A．混合气体的平均密度不再发生变化 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断裂的同时断裂2 mol H—O C　[生成CO与生成H2均为正反应方向，无法确定是否达到平衡状态，C符合题意。] 2．下列关于化学平衡常数的说法正确的是(　　) A．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值 B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变 C．对于一个给定的化学方程式，化学平衡常数的大小只与温度有关，与反应物的浓度无关 D．化学平衡常数随反应体系压强的变化而变化 C　[同一个反应的化学平衡常数只与温度有关，温度改变，平衡常数改变， A错误；同一个反应的化学平衡常数只与温度有关，与反应物浓度无关，B错误，C正确；同一个反应的化学平衡常数只与温度有关，与体系压强无关， D错误。] 3．(情境素材)对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示： 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g)⥫⥬B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g)⥫⥬D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g)⥫⥬D(g) K3 ΔH3 下列说法正确的是(　　) A．K3＝K1＋K2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快 D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变 B　[K3＝，K1＝，K2＝，则K3＝K1·K2，A错误；根据盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，B正确；加催化剂，反应①的活化能降低，反应速率加快，C错误；增大压强，对化学平衡常数无影响，则K1、K2、K3不变，D错误。] 4．(情境素材)已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示： t/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列说法不正确的是(　　) A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) B．温度越高，反应进行的程度越小 C．若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为0.4 mol，则该反应达到平衡状态 D．若平衡浓度符合下列关系式：＝，则此时的温度为1 000 ℃ C　[平衡常数的表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，A项正确；由表中数据可知该反应的平衡常数随着温度的升高而降低，B项正确；利用化学方程式确定各种物质的物质的量浓度，代入平衡常数表达式可知该反应没有达到平衡，C项不正确；将所给关系式进行变形，可知该条件下平衡常数为0.60，D项正确。] 5．(生活素材)汽车排气装置中的三元催化装置，可以利用反应2CO(g)＋2NO(g)⥫⥬N2(g)＋2CO2(g)实现气体的无害化排放。T ℃时，在恒容的密闭容器中通入一定量的CO和NO，能自发进行上述反应，测得不同时间的CO和NO的浓度如表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 cNO/10-3 (mol·L-1) 1.00 0.45 0.25 0.15 0.10 0.10 cCO/ 10-3 (mol·L-1) 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70 该温度下的反应的平衡常数K＝________。 [解析]　据表中数据，平衡时，c(NO)＝0.10×10-3 mol·L-1、c(CO)＝2.70×10-3 mol·L-1，根据反应方程式：2CO(g)＋2NO(g)⥫⥬N2(g)＋2CO2(g)，则平衡时，c(N2)＝0.45×10-3 mol·L-1，c(CO2)＝0.90×10-3 mol·L-1，则平衡常数为K＝＝＝5 000。 [答案]　5 000 新知探究课固基练(六)　化学平衡状态　化学平衡常数 1．在一定条件下，将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中，进行反应：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)。下列有关该反应的说法正确的是(　　) A．反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小 B．随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大 C．达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 mol·L-1 D．该反应建立平衡过程中v-t(时间)图像为 A　[B项，随着反应的进行，反应物浓度逐渐增大，v正逐渐增大，错误；C项，平衡时各组分浓度不为0，错误；D项，该平衡以逆反应方向建立，错误。] 2．(2023·日照一中期中考试)一定温度下，向某恒容密闭容器中充入一定量的C，发生反应A(s)＋2B(g)⥫⥬2C(g)，下列不能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．A与C的物质的量之比不变 B．混合气体的密度不变 C．混合气体的压强不变 D．混合气体的平均相对分子质量不变 C　[该反应中A为固态，反应前后气体物质的量不变，压强是一个不变量，C项符合题意。] 3．一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)⥫⥬2Z(g)，若起始时X、Y、Z的浓度分别为c1 mol·L-1、c2 mol·L-1、 (均不为零)。达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1，则下列判断错误的是(　　) A．c1∶c2＝1∶3 B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．平衡时，消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2 D．c1的取值范围为0＜c1＜0.14 B　[ X(g)＋3Y(g)⥫⥬2Z(g) 起始浓度/(mol·L-1) c1 c2 c3 平衡浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.08 故c1∶c2＝1∶3，c1的最大值为0.1＋0.04＝0.14，c1最小值为0，故范围为0＜c1＜0.14，A、D正确；Y、Z的生成速率之比为3∶2时说明达到平衡，B错误；X、Z的消耗量之比为1∶2，说明达到平衡，C正确。] 4．当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其值(　　) A．变大 B．不变 C．变小 D．无法确定 B　[＝K，温度不变，K不变，B正确。] 5．已知448 ℃时，反应H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)的平衡常数是49，则HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)在该温度下的平衡常数是(　　) A．　　　B．2 401 C．7　　　D． D　[448 ℃时，反应H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)，平衡常数K＝＝49；反应HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝＝＝。] 6．在一定温度下的恒容密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)＝0.5 mol，下列说法不正确的是(　　) A．在该温度下，反应的平衡常数K＝1 B．平衡常数与反应温度无关 C．CO的平衡转化率为50% D．平衡时n(H2O)为0.5 mol B　[ CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) 起始/mol 1 1 0 0 变化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 K＝＝1。] 7．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．反应达到平衡时，X的转化率为50% B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)⥫⥬2Z(g)，其平衡常数为1600 C．增大压强可以增大平衡常数 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 C　[反应达到平衡时，X的转化率为×100%＝50%，A正确；根据反应速率之比＝浓度变化量之比＝化学计量数之比可知：Δc(X)∶Δc(Y)∶Δc(Z)＝0.05∶0.15∶0.1＝1∶3∶2，则反应的化学方程式为X＋3Y⥫⥬2Z，K＝＝＝1 600，B正确；平衡常数只受温度的影响，温度不变时，化学平衡常数不变，C错误；平衡常数只受温度的影响，温度改变时，化学平衡常数一定改变，D正确。] 8．酸雨使土壤酸化，使林木死亡，造成湖泊中大量鱼类死亡。SO2虽然是大气污染物，但也是重要的化工原料，对SO2进行综合治理和应用会造福人类。 例如，在H2SO4生产中，SO2催化氧化生成SO3： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 某温度下，体系在不同压强下达到平衡时，SO2的转化率(α)与体系的压强(p)的关系如图所示，根据图示回答下列问题： (1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应体系达到平衡后，体系的总压强为0.1 MPa，该反应的平衡常数等于________。 (2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)______K(B)(填“大于”“小于”或“等于”)。 [解析]　(1)由图示可知：当p＝0.1 MPa时，α＝0.80 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) c始/(mol·L-1) 0.2 0.1 0 c转/(mol·L-1) 0.16 0.08 0.16 c平/(mol·L-1) 0.04 0.02 0.16 K＝＝＝800。 (2)平衡状态由A变到B时，温度不变，则K(A)＝K(B)。 [答案]　(1)800　(2)等于 9．一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，发生反应：Fe(s)＋CO2(g)⥫⥬FeO(s)＋CO(g)　ΔH＞0，CO2的浓度与时间的关系如图所示。 (1)该条件下反应的平衡常数为________________；若铁粉足量，CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1，10 min达到平衡，则平衡时CO2的浓度为________mol·L-1，v(CO)为________。 (2)下列措施中能使平衡时改变的是______(填字母)。 A．升高温度 B．增大压强 C．充入一定量的CO2 D．再加入一定量铁粉 [解析]　(1)起始时c(CO2)＝1.5 mol·L-1，平衡时c(CO2)＝0.5 mol·L-1，则参加反应的CO2的物质的量浓度变化为1 mol·L-1，生成CO的物质的量浓度为1 mol·L-1，该条件下反应的平衡常数为K＝＝＝2.0；若铁粉足量，CO2的起始浓度为2.0 mol·L-1，10 min达到平衡，设参加反应的CO2的物质的量浓度为x mol·L-1，则可建立如下三段式： Fe(s)＋CO2(g)⥫⥬FeO(s)＋CO(g) 起始量/(mol·L-1) 2.0 0 变化量/(mol·L-1) x x 平衡量/(mol·L-1) 2.0－x x ＝2.0，x＝，平衡时CO2的浓度为2.0 mol·L-1－x mol·L-1≈0.67 mol·L-1，v(CO)为≈0.13 mol·L-1·min-1。 (2)为反应Fe(s)＋CO2(g)⥫⥬FeO(s)＋CO(g)的平衡常数，则只与温度有关，温度不变，则保持不变，因此A正确，B、C、D错误。 [答案]　(1)2.0　0.67　0.13 mol·L-1·min-1　(2)A 10．将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭容器中，发生反应：NH2COONH4(s)⥫⥬2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．温度越高，K越大 B．A点对应状态的平衡常数K＝10-2.294 C．30 ℃时，B点对应状态的v正＞v逆 D．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 AB　[温度越高，－lg K越小，K越大，A正确；A点－lg K＝2.294，则平衡常数K＝10-2.294，故B正确；30 ℃时，B点未平衡，最终要达平衡状态，平衡常数的负对数要变大，所以此时的(－lg Q)<(－lg K)，所以Q>K，B点浓度商大于平衡常数，反应向逆反应方向进行，则B点对应状态的v正<v逆，故C错误；反应得到NH3、CO2的物质的量之比为2∶1，反应开始后氨气体积分数始终不变，NH3的体积分数不变不能说明该反应达到平衡状态，故D错误。] 11．如表所列是2个反应在不同温度时的化学平衡常数(K)值。关于反应①、②的说法正确的是(　　) 反应 ①N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g) ②N2(g)＋3H2(g) ⥫⥬2NH3(g) 温度/℃ 27 2 000 25 400 450 K 3.8×10-31 0.1 5×108 0.507 0.152 A．①、②都需要在一定条件才能发生，它们均为吸热反应 B．①、②均实现了“固氮”的过程，但①不适合用于大规模人工固氮 C．一定温度下，①、②分别达到平衡，压缩容器体积(加压)均可使N2的转化率增大 D．若已知①、②的ΔH，即可求算反应4NH3(g)＋2O2(g)⥫⥬4NO(g)＋6H2(g)的ΔH BD　[①N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g)随温度升高，K值变大，平衡正向移动，正反应是吸热反应，②N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，随温度升高，K变小，平衡逆向移动，正反应是放热反应， A错误；①、②均实现了“固氮”的过程，但①是吸热反应，平衡常数太小，不适合用于大规模人工固氮， B正确；一定温度下，①N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g)是气体体积不变的反应，压缩容器体积(加压)平衡不移动，不能使N2的转化率增大， C错误；①N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g)，②N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，由盖斯定律，①×2－②×2得：4NH3(g)＋2O2(g)⥫⥬4NO(g)＋6H2(g)，D正确。] 12．面对目前世界范围内的能源危机，甲醇作为一种较好的可再生能源，具有广泛的应用前景。 (1)已知在常温常压下反应的热化学方程式： ①CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g) ΔH1＝－90 kJ·mol-1　　K1＝a ②CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41 kJ·mol-1　　K2＝b 写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式： ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________， 该反应的化学平衡常数为_______________________________(用含a、b式表示)。 (2)在容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。 ①p1________p2(填“大于”“小于”或“等于”)。 ②在其他条件不变的情况下，再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，平衡常数____________。 (3)已知在T ℃时，CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝0.32，在该温度下，已知c始(CO)＝1 mol·L-1，c始(H2O)＝1 mol·L-1，某时刻经测定CO的转化率为10%，则该反应________(填“已经”或“没有”)达到平衡，原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 此时刻v正________v逆(填“＞”或“＜”)。 [解析]　(1)由盖斯定律，方程式①－②得CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－90 kJ·mol-1－(－41 kJ·mol-1)＝－49 kJ·mol-1　K＝＝。(2)由图像可知，相同温度下，p2下CO的转化率大于p1下CO的转化率，由方程式①可知，增大压强平衡右移，故p1＜p2；在其他条件不变的情况下，再增加a mol CO与2a mol H2，相当于增大压强，平衡右移，故CO的转化率增大；由于温度不变，故其平衡常数不变。(3)＝≈0.012 3＜K＝0.32，故反应未达到平衡；此时反应向正反应方向进行，故v正＞v逆。 [答案]　(1)CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49 kJ·mol-1　K＝　 (2)①小于　②增大　不变　(3)没有　此时＝≈0.012 3＜0.32　＞ 13．(2023·南阳一中高二月考)在某温度下，将0.1 mol H2和0.1 mol I2的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)　ΔH＝－26.5 kJ·mol-1，5 s时测得c(I2)＝0.008 mol·L-1，之后保持不变。试回答下列问题。 (1)此温度下，平衡常数K1的值为__________________。 (2)若在此温度下，向10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，则反应达到平衡时，HI的转化率为________；反应开始至平衡时，________(填“吸收”或“放出”)的热量为________kJ。 [解析]　(1)由题意知，5 s时该反应已达到平衡状态，c(I2)＝c(H2)＝0.008 mol·L-1，c(HI)＝0.004 mol·L-1，则K1＝＝0.25。 (2)设反应达到平衡时H2的浓度为x mol·L-1。 2HI(g) ⥫⥬ H2(g)＋I2(g) 起始浓度/(mol·L-1) 0.02 0 0 转化浓度/(mol·L-1) 2x x x 平衡浓度/(mol·L-1) 0.02－2x x x 此温度下该反应的平衡常数K′＝＝＝，解得x＝0.008，α(HI)＝×100%＝80%。HI的分解反应是吸热反应，2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)　ΔH＝＋26.5 kJ·mol-1，反应开始至达到平衡时，分解的HI的物质的量为0.008 mol·L-1×10 L×2＝0.16 mol，吸收的热量为 kJ·mol-1×0.16 mol＝2.12 kJ。 [答案]　(1)0.25　(2)80%　吸收　2.12 15/22 学科网（北京）股份有限公司 $$