大单元四 专题10 第42讲 化学平衡状态与化学平衡常数（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

第42讲　化学平衡状态与化学平衡常数 [复习目标]　1.理解化学反应的可逆性，能利用图像、数据等描述化学平衡的建立过程。2.理解化学平衡的含义，并能根据反应情况判断可逆反应是否达到平衡。3.知道化学平衡常数的含义及其表示方法，能通过化学平衡常数进行有关计算。 考点一　可逆反应、化学平衡状态 1．可逆反应 (1)概念 在同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应。 (2)特点 ①双向性； ②双同性(正、逆反应是在同一条件下，同时进行)； ③共存性。 [应用举例] (1)判断下列有关说法是否正确？不正确的请说明理由。 ①氢气燃烧生成水，而水可电解生成氢气和氧气，故此反应是可逆反应。 ②在工业生产条件下，氢气与氮气充分发生反应，氮气的转化率约为15%，故此反应是可逆反应。 ③少量氯气通入大量水中，所得溶液呈浅黄绿色，且具有酸性和漂白性，故氯气与水的反应为可逆反应。 (2)在一定条件下，将SO2和18O2充入反应容器使之发生反应，当反应达到平衡时18O原子将存在于哪些物质中？ 答案　(1)①不正确，两个反应发生的条件不同。②正确。③正确。 (2)存在于氧气、二氧化硫和三氧化硫3种物质中。 2．化学平衡状态 (1)概念 在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 (2)化学平衡的建立 绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。 (3)平衡特征 1．在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆(　　) 2．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，每生成1 mol NO的同时生成1 mol NH3，说明反应达到平衡状态(　　) 3．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，体系中c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2，说明该反应达到平衡状态(　　 ) 4．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等(　　) 5．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，当3v正(H2)＝2v逆(NH3)时，反应达到平衡状态(　　) 6．在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，生成2 mol NH3(　　) 答案　1.×　2.√　3.×　4.√　5.×　6.× 化学平衡状态的判断方法 1．一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　) A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 答案　D 解析　一定温度下，ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志，②不符合题意；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确。 2．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量。 (1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是______________(填序号，下同)。 (2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是______________。 (3)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是______________。 (4)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是______________。 (5)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是______________。 答案　(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①②③④⑦　(4)①②③　(5)②④⑦ 3．若上述题目中的(1)～(3)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？ (1)________________________________________________________________________。 (2)________________________________________________________________________。 (3)________________________________________________________________________。 答案　(1)②③④⑦　(2)⑤⑦　(3)②③④⑦ 化学平衡状态的判断方法 (1)v正＝v逆 (2)宏观组成标志 各组分的浓度保持不变，或各组分的质量、物质的量、百分含量、质量分数等保持不变的状态是平衡状态。 (3)间接标志 ①有气体参加的不等体反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，达到平衡状态。 ②如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡状态。 ③气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡(若体系中各组分均为气体，气体质量守恒；若体系中不全是气体，要注意气体质量变化)。 考点二　化学平衡常数 1．概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，即化学平衡常数，用符号K表示。 2．表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入化学平衡常数表达式中)。 [应用举例] 写出下列反应的平衡常数表达式： (1)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2)。 (2)Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq)　K＝。 3．影响化学平衡常数的因素 K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化、压强变化、是否使用催化剂无关。 4．平衡常数的意义及应用 (1)判断可逆反应进行的程度 K <10－5 10－5～105 >105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应接近完全 (2)判断反应是否达到平衡或进行的方向 对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Qc＝。 Qc＜K，反应向正反应方向进行； Qc＝K，反应处于平衡状态； Qc＞K，反应向逆反应方向进行。 (3)判断可逆反应的热效应 1．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式为K＝(　　) 2．反应SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。该反应的平衡常数K＝(2020·江苏，8B)(　　) 3．2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，反应的平衡常数可表示为K＝(　　) 4．CuCl(s)＋2Cl－(aq)[CuCl3]2－(aq)，该反应的平衡常数可表示为K＝(　　) 5．平衡常数K越大，表示反应进行得越快(　　) 6．4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，增大，该反应的平衡常数增大(　　) 7．恒温恒容条件下，2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中再加入少量N2O4，达到新平衡后，的值不变(　　) 答案　1.×　2.√　3.×　4.×　5.×　6.× 7．√ 化学平衡常数与化学方程式的关系 1．请写出下列反应的平衡常数表达式，并找出K1和K2、K3的关系。 (1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　K1 (2)N2(g)＋H2(g)NH3(g)　K2 (3)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　K3 答案　K1＝，K2＝，K3＝。K2＝，K3＝。 2．已知下列反应的平衡常数： ①H2(g)＋S(s)H2S(g)　K1； ②S(s)＋O2(g)SO2(g)　K2； 则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K＝________(用K1和K2表示)。 答案　 3．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示： 化学反应 平衡常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) K3 (1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。 (2)反应③的ΔH________(填“>”或“＜”)0。 (3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________(填“＞”“＝”或“＜”)v逆。 答案　(1)K1·K2　(2)＜　(3)＞ 解析　(1)K1＝，K2＝， K3＝，K3＝K1·K2。 (2)根据K3＝K1·K2，500 ℃、800 ℃时，反应③的平衡常数分别为2.5、0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH＜0。 (3)500 ℃时，K3＝2.5，Qc＝＝≈0.88＜K3，故反应正向进行，v正＞v逆。 (1)正、逆反应的化学平衡常数互为倒数。 (2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍或倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或次幂。 (3)两化学方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。 考点三　化学平衡常数与平衡转化率的计算 1．常用的四个公式 公式 备注 反应物的转化率 ×100%＝×100% ①平衡量可以是物质的量、气体的体积； ②某组分的体积分数，也可以是物质的量分数 生成物的产率 ×100% 平衡时混合物组分的百分含量 ×100% 某组分的体积分数 ×100% 　　　　　　　　　　　　　　　　 2．平衡常数的计算步骤 (1)写出有关可逆反应的化学方程式，写出平衡常数表达式。 (2)利用“三段式”(见化学反应速率及影响因素)，确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。 (3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。 (4)注意单位的统一。 3．压强平衡常数 (1)以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)为例， Kp＝[p(X)：X在平衡体系中物质的量分数(或体积分数)×总压强]。 (2)计算方法 ①根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。 ②计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。 ③根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。 ④根据平衡常数计算公式代入计算。 例　一定温度和催化剂条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。 答案　 解析　　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起始/mol　 1　　　　3　　　0 变化/mol　 0.5　　　1.5　　 1 平衡/mol　 0.5　　　1.5　　 1 平衡时p(N2)＝p0、p(H2)＝p0、p(NH3)＝p0。Kp＝＝＝。 一、平衡常数与转化率的相关计算 1．已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH>0。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。 思考并解答下列问题： (1)若达到平衡后，M的转化率为60%，列出“三段式”，计算此时N的平衡浓度是多少？平衡常数K是多少？ (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M的转化率为___________________________________________， N的起始浓度为________。 答案　(1)　 M(g)＋ N(g)  P(g)　＋　Q(g) 起始/mol·L－1 1 2.4 0  0 转化/mol·L－1 1×60% 1×60% 1×60% 1×60% 平衡/mol·L－1 0.4  1.8 0.6 0.6 由三段式得N的平衡浓度为1.8 mol·L－1，K＝＝ (2)50%　6 mol·L－1 解析　(2)　　　　M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) 起始/mol·L－1 4 a 0 0 转化/mol·L－1 2 2 2 2 平衡/mol·L－1 2 a－2 2 2 α(M)＝×100%＝50%，温度不变，平衡常数不变，K＝＝，解得a＝6，即反应物N的起始浓度为6 mol·L－1。 2．(2021·重庆1月适应性测试，17)内酯在化工、医药、农林等领域有广泛的应用。内酯可以通过有机羧酸异构化制得。某羧酸A在0.2 mol·L－1盐酸中转化为内酯B的反应可表示为A(aq)B(aq)，忽略反应前后溶液体积变化。一定温度下，当A的起始浓度为a mol·L－1时，A的转化率随时间的变化如下表所示： t/min 0 21 36 50 65 80 100 ∞ A的转化率/% 0 13.3 20.0 27.8 33.3 40.0 45.0 75.0 (1)反应进行到100 min时，B的浓度为____ mol·L－1。 (2)v正(t＝50 min)________(填“>”“<”或“＝”)v逆(t＝∞ min)。 (3)增加A的起始浓度，A在t＝∞ min时转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)该温度下，平衡常数K＝________；在相同条件下，若反应开始时只加入B，B的起始浓度也为a mol·L－1，平衡时B的转化率为_________________________________________。 (5)研究发现，其他条件不变时，减小盐酸的浓度，反应速率减慢，但平衡时B的含量不变，原因是______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________。 答案　(1)0.45a　(2)＞　(3)不变　(4)3　25% (5)盐酸是催化剂，浓度减小，反应速率减慢，催化剂不影响化学反应的限度 解析　(1)100 min时，A的转化率为45%，所以c(B)＝0.45a mol·L－1。(2)一定温度下，化学反应速率受反应物浓度影响，在反应建立平衡的过程中，反应物浓度不断减小，所以v正(t＝50 min)＞v逆(t＝∞ min)＝v正(t＝∞ min)。 (3) 　　　　　　A(aq)B(aq) 起始/(mol·L－1)　c　　　　0 转化/(mol·L－1)　cα　　　 cα 平衡/(mol·L－1)　c－cα　 cα K＝＝，温度一定时，K是常数，则增加A的起始浓度，A在t＝∞ min时转化率将不变。 (4)由表知，该温度下，A在t＝∞ min时转化率为75%，则平衡常数K＝＝＝＝3；在相同条件下，若反应开始时只加入B，B的起始浓度也为a mol·L－1，则 A(aq)B(aq) 起始/(mol·L－1)　　0　　　a 转化/(mol·L－1)　　x　　　x 平衡/(mol·L－1)　　x　　　a－x 则K＝＝3，得x＝0.25a，平衡时B的转化率为×100%＝25%。 二、压强平衡常数 3．设K为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。在某温度下，原料组成n(CO)∶n(NO)＝1∶1，发生反应：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行上述反应，体系达到平衡时N2的分压为20 kPa，则该反应的相对压力平衡常数K＝________。 答案　320 解析　恒容容器中压强之比等于气体的物质的量之比，所以可用压强代替物质的量来进行三段式的计算，根据题意有： 　　　　　　 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) 起始/kPa　　　50　　　50　　　　0　　　0 转化/kPa 　　40 　　40 　　　20 　 40 平衡/kPa 　　10 　　10 　　　20 　 40 所以K＝＝320。 4．在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa，加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp＝________ kPa2(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)。 答案　 解析　1 123 K恒容时，设达到平衡时CH4的转化分压为x kPa，列三段式： CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) 起始分压/kPa　20　　　25　　　　0　　　0 转化分压/kPa x 　　 x 2x 2x 平衡分压/kPa 20－x 25－x 2x 2x 根据题意，有＝1.8，解得x＝18。CH4(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的平衡分压依次是2 kPa、7 kPa、36 kPa、36 kPa，Kp＝＝ kPa2。 1．(2020·北京，10)一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)＝0.11 mmol·L－1，c(HI)＝0.78 mmol·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是(　　) A B C D c(I2)/(mmol·L－1) 1.00 0.22 0.44 0.11 c(H2)/(mmol·L－1) 1.00 0.22 0.44 0.44 c(HI)/(mmol·L－1) 1.00 1.56 4.00 1.56 (注：1 mmol·L－1＝10－3 mol·L－1) 答案　C 解析　题目中缺少c(H2)，无法计算K，则不能通过Qc与K的关系判断平衡的移动方向，但可比较4个选项中Qc的大小关系，Qc越大，则可能逆向移动。 Qc (A)＝＝1， Qc (B)＝≈50.28， Qc (C)＝≈82.64， Qc (D)＝≈50.28， Qc (C)的值最大，答案为C。 2．[2023·全国甲卷，28(1)节选]甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题： ①3O2(g)===2O3(g)　K1　ΔH1＝285 kJ·mol－1 ②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l)　K2　ΔH2＝－329 kJ·mol－1 反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g) ΔH3的平衡常数K3＝________(用K1、K2表示)。 答案　(或) 解析　根据平衡常数表达式与热化学方程式之间的关系可知，化学平衡常数K3＝或。 3．[2023·浙江6月选考，19(2)①]已知水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1。恒定总压1.70 MPa和水碳比[n(H2O)/n(CO)＝12∶5]投料，在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压＝总压×该成分的物质的量分数)如下表： p(CO2)/ MPa p(H2)/ MPa p(CH4)/ MPa 条件1 0.40 0.40 0 条件2 0.42 0.36 0.02 在条件1下，水煤气变换反应的平衡常数K＝____________。 答案　2 解析　条件1下没有甲烷生成，只发生了水煤气变换反应，该反应是一个气体分子数不变的反应。设在条件1下平衡时容器的总体积为V，水蒸气和一氧化碳的投料分别为12 mol和 5 mol，参加反应的一氧化碳为x mol，根据已知信息可得以下三段式： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 开始/mol　5　　　12　　　 0　　　0 转化/mol　x　　　x　　　　 x　　　x 平衡/mol　5－x　 12－x　　 x　　　x ×1.7 MPa＝0.40 MPa，解得x＝4。则平衡常数K＝＝2。 4．[2023·湖南，16(2)]聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。 在某温度、100 kPa下，向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)，其平衡转化率为50%，欲将平衡转化率提高至75%，需要向反应器中充入________mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。 答案　5 解析　设充入H2O(g)物质的量为x mol；在某温度、100 kPa下，向反应器中充入1 mol气态乙苯发生已知反应。乙苯的平衡转化率为50%，可列三段式： 　　　　　　C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g) n(起始)/mol　 1　　　　　　 0　　　　　　　　0 n(转化)/mol　 0.5　　　　　  0.5　　　　　　　 0.5 n(平衡)/mol　 0.5　　　　　  0.5　　　　　　　 0.5 此时平衡时混合气体总物质的量为1.5 mol，此时容器的体积为V；当乙苯的平衡转化率为75%，可列三段式： 　　　　　 C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g) n(起始)/mol　1　　　　　　0　　　　　　　　0 n(转化)/mol　0.75　　　　　0.75　　　　　 　0.75 n(平衡)/mol　0.25　　　　　0.75　　　　　 　0.75 此时乙苯、苯乙烯、H2物质的量之和为1.75 mol，混合气的总物质的量为(1.75＋x)mol，在恒温、恒压时，体积之比等于物质的量之比，此时容器的体积为V；两次平衡温度相同，则平衡常数相等，则＝，解得x＝5。 课时精练 1．在下列反应CO＋H2OCO2＋H2中，加入C18O后，则18O存在于(　　) A．只存在于CO和CO2中 B．存在于CO、H2O、CO2中 C．只存在于CO中 D．存在于CO、H2O、CO2、H2中 答案　B 解析　由于反应CO＋H2OCO2＋H2为可逆反应，正、逆反应同时进行，则含有O元素的物质中均含有18O，故选B。 2．(2023·徐州高三质检)一定温度下，向一体积不变的密闭容器中加入一定量的SO2和O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。 下列有关该反应的叙述正确的是(　　) A．达到平衡状态时，正、逆反应速率相等 B．达到平衡状态时，SO2和O2的浓度都为0 C．若起始时加入2 mol SO2和1 mol O2，则达平衡时放出的热量为196.6 kJ D．若反应达到平衡状态后，2 min时生成a mol SO3，则4 min时生成2a mol SO3 答案　A 解析　该反应为可逆反应，达到平衡状态时，反应物不能完全转化为生成物，所以SO2和O2的浓度不等于0，B错误；因为是可逆反应，所以消耗的SO2的物质的量小于2 mol、消耗O2的物质的量小于1 mol，放出的热量小于196.6 kJ，C错误；反应达到平衡状态时，各物质的物质的量不变，2～4 min三氧化硫的物质的量不变，为a mol，D错误。 3．下列关于化学平衡常数K的说法错误的是(　　) A．对于某一可逆反应来说，K只与温度有关，与浓度无关 B．升高温度，K变小，正反应是放热反应 C．K越大，反应进行得越彻底 D．使用合适的催化剂，既可以改变反应速率，也可以改变平衡常数K 答案　D 解析　平衡常数只受温度影响，使用催化剂可以加快反应速率，但不影响平衡常数，D错误。 4．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol· L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是(　　) A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1 C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1 答案　A 解析　若X2完全转化为Z，则X2、Y2、Z的浓度分别是0 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.4 mol· L－1；若Z完全转化为X2、Y2，则X2、Y2、Z的浓度分别是0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1、0 mol· L－1；反应为可逆反应，反应物不能完全转化，所以0<c(X2)<0.2 mol·L－1，0.2 mol·L－1<c(Y2)< 0.4 mol·L－1，0<c(Z)<0.4 mol·L－1。 5．(2023·南京师范大学附属中学模拟)一定温度下，在恒容密闭容器中充入CO和H2，发生反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH＜0。下列图像符合实际且t0时达到平衡状态的是(　　) 答案　D 解析　该反应中气体总质量、容器容积为定值，则密度始终不变，故A不符合题意；初始时CH3OH(g)的体积分数应该为0，故B不符合题意；2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)为气体体积减小的反应，混合气体总质量为定值，则建立平衡过程中混合气体的平均摩尔质量逐渐增大，反应过程中压强逐渐减小，当压强不再变化，t0时，表明达到平衡状态，故C不符合题意、D符合题意。 6．利用CO2和CH4反应制备合成气(CO、H2)的原理是CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH>0。温度为T ℃时，该反应的平衡常数为K。下列说法正确的是(　　) A．K越大，说明反应速率、CO2的平衡转化率越大 B．增大压强，平衡向逆反应方向移动，K减小 C．升高温度，反应速率和平衡常数K都增大 D．加入催化剂，能提高合成气的平衡产率 答案　C 解析　K越大，说明反应进行的越完全，CO2的平衡转化率越大，但反应速率受外界因素影响，反应速率不一定越大，A错误；K只受温度影响，温度不变，则K不变，B错误；升高温度，活化分子百分数增大，反应速率增大，该反应ΔH>0，为吸热反应，则平衡常数K增大，C正确；加入催化剂，只能改变反应速率，平衡不移动，则不能提高合成气的平衡产率，D错误。 7．(2023·常州高三模拟)氨催化氧化得NO，NO继续被氧化为NO2，再与水反应生成硝酸，氨气与硝酸反应可制化肥硝酸铵，已知：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝ －904.8 kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　) A．该反应ΔS<0 B．反应物的总键能小于生成物的总键能 C．反应平衡常数K＝ D．平衡后升高温度，v正增大，v逆减小，平衡向逆反应方向移动 答案　B 解析　该反应气体分子数增加，为熵增的反应，反应ΔS＞0，故A错误；该反应为放热反应，则反应物的总键能小于生成物的总键能，故B正确；由方程式可知，反应的平衡常数K＝，故C错误；平衡后升高温度，正、逆反应速率均增大，故D错误。 8．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1 ΔH1<0； 2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　K2　ΔH2<0。 则反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数是(　　) A. B．2K1－K2 C. D．K－K2 答案　A 解析　2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1＝ ；2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　K2＝；4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)　K＝＝××＝。 9．在1 L恒温恒容的密闭容器中投入一定量N2O5，发生反应： 反应1：N2O5(g)===N2O4(g)＋O2(g) ΔH＝28.4 kJ· mol－1 反应2：N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝－56.9 kJ· mol－1 现有下列情况：①混合气体的密度保持不变；②气体压强保持不变；③气体的平均摩尔质量保持不变；④保持不变；⑤O2的物质的量保持不变；⑥v正(N2O4)∶v逆(NO2)＝1∶2。能表明反应2一定达到平衡状态的是(　　) A．①②③⑤ B．②③④⑥ C．①③⑤⑥ D．②③④⑤ 答案　B 解析　①反应中各物质均为气体，混合气体的总质量不变，且反应在恒容条件下进行，则混合气体的密度始终不变，故不能据此判断反应2是否达到平衡，错误；②反应2的平衡建立过程中，气体总物质的量不断变化，则气体压强不断变化，当气体压强保持不变时，反应2达到平衡状态，正确；③平衡建立过程中，混合气体的总质量不变，但其总物质的量不断变化，故当气体的平均摩尔质量保持不变时，反应2达到平衡状态，正确；④保持不变，则c(NO2)、c(N2O4)均保持不变，反应2达到平衡状态，正确；⑤反应1是不可逆反应，O2的物质的量始终保持不变，不能据此判断反应2是否达到平衡，错误；⑥v正(N2O4)∶v逆(NO2)＝1∶2，正、逆反应速率相等，反应2达到平衡状态，正确。 10．在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的起始浓度和平衡浓度如下表，下列说法错误的是(　　) 物质 X Y Z 起始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0 平衡浓度/(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1 A.反应达到平衡时，X的转化率为50% B．反应可表示为X＋3Y2Z，平衡常数为1 600 C．其他条件不变时，增大压强可使平衡常数增大 D．改变温度可以改变该反应的平衡常数 答案　C 解析　达到平衡时消耗X的物质的量浓度为(0.1－0.05) mol·L－1＝0.05 mol·L－1，因此X的转化率为50%，A项正确；根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，三种组分的系数之比为(0.1－0.05)∶(0.2－0.05)∶0.1＝1∶3∶2，因此反应方程式为X＋3Y2Z，平衡常数K＝＝1 600，B项正确；化学平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，C项错误、D项正确。 11．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表所示。下列说法不正确的是(　　) 温度/℃ 25 80 230 平衡常数 5×104 2 1.9×10－5 A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应 B．25 ℃时，反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5 C．80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v正>v逆 D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1 答案　C 解析　温度升高，平衡常数减小，故正反应为放热反应，A项正确；25 ℃时，逆反应的平衡常数K′＝＝＝2×10－5，B项正确；80 ℃时，若Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol· L－1，则Qc＝＝＝8>K，v正＜v逆，C项错误；80 ℃达到平衡时，若n(CO)＝ 0.3 mol，c(CO)＝1 mol·L－1，故c[Ni(CO)4]＝K·c4(CO)＝2×14 mol·L－1＝2 mol·L－1，D项正确。 12．向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol X2和3 mol Y2，发生反应：X2(g)＋3Y2(g)2XY3(g)，测得部分物质的物质的量浓度与时间关系如图1所示，在TiO2-Cu催化下反应机理与能量变化如图2所示。 下列说法正确的是(　　) A．3c(X2)＝c(Y2)时，表明反应达到平衡 B．t2 min时改变某种条件，重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数一定减小 C．投料改为2 mol X2和6 mol Y2，XY3的平衡体积分数增大 D．寻找合适催化剂降低活化能，能有效提高X2的平衡转化率 答案　C 解析　X2和Y2的起始量和转化量之比相等均为1∶3，则反应从开始到平衡过程中始终有c(X2)∶c(Y2)＝1∶3，即3c(X2)＝c(Y2)，所以当3c(X2)＝c(Y2)时，反应不一定达到平衡，A错误；由图1可知，t2 min时改变的条件可能是减小Y2浓度或增大XY3浓度或升高温度，若是浓度因素的影响，则平衡常数不变，B错误；投料改为2 mol X2和6 mol Y2，为原投料量的2倍，恒温恒容条件下等同于加压，平衡向正反应方向移动，则XY3的平衡体积分数增大，C正确；催化剂能降低反应的活化能，增大反应速率，但不能使平衡发生移动，不能提高X2的平衡转化率，D错误。 13．(1)Deacon发明的氯化氢转化为氯气的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系： (1)关于直接氧化法制氯气的反应，下列说法正确的是__________(填字母)。 A．该反应的ΔH>0 B．容器内气体的颜色不再变化时，说明该反应达到平衡状态 C．反应达到平衡后，降低温度，能加快正反应速率，减小逆反应速率，使平衡正向移动 D．其他条件一定时，氧气的投料越多，平衡时Cl2的体积分数越大 (2)设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝__________________________________________________________________(列出计算式)。 答案　(1)B　(2) 解析　(1)由图可知，温度越高，HCl的平衡转化率越小，则该反应的ΔH<0，A项错误；反应中有Cl2生成，当容器内气体的颜色不再变化时，氯气浓度不再变化，说明反应达到平衡状态，B项正确；降低温度，正、逆反应速率均降低，C项错误；其他条件一定时，氧气的投料越多，平衡正向移动，生成Cl2的物质的量增大，但氧气的投料较大，平衡时Cl2的体积分数不一定增大，D项错误。(2)c(HCl)∶c(O2)比值越大，HCl转化率越低，结合图像，最上面即为c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的图像，400 ℃时，HCl平衡转化率为84%，可列出三段式： 　　　4HCl(g)　＋　O2(g)　===　2Cl2(g)＋2H2O(g) 起始 c0 c0 0 0 转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0 平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0 则K(400 ℃)＝＝。 14．[2023·全国乙卷，28(3)(4)]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途。 (3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时－T的关系如图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝____________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝____________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而______________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时 ＝__________(用、表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa、＝35.7 kPa，则＝__________kPa，Kp(Ⅱ)＝__________kPa(列出计算式)。 答案　(3)3.0　2.25　增大　(4) 46.26　 解析　(3)660 K时，＝1.5 kPa，则＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3.0 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由图中信息可知，随着温度升高而增大，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时，则平衡时，得。在929 K时，p总＝84.6 kPa、＝35.7 kPa，则＝p总、，联立方程组消去，可得＝4p总，代入相关数据可求出＝46.26 kPa，则＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝＝ kPa。 学科网（北京）股份有限公司 $