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第 20 讲 化学平衡常数及转化率的计算
1．汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO 等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催
2
化转化器，它能使 NO 与 CO 反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是 2NO(g)＋
2CO(g)===N (g)＋2CO(g)。由此可知，下列说法中正确的是( )
2 2
A．该反应是熵增大的反应
B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是加快反应的速率
D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应
2．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO (g)＋Cu(s)和反应②：H(g)＋CuO(s)Cu(s)＋HO(g)在相同的某温度
2 2 2
下的平衡常数分别为K 和K ，该温度下反应③：CO(g)＋HO(g)CO (g)＋H(g)的平衡常数为K。则下列说
1 2 2 2 2
法正确的是( )
A．反应①的平衡常数K ＝
1
B．反应③的平衡常数K＝
C．对于反应③，恒容时，温度升高，H 浓度减小，则该反应的焓变为正值
2
D．对于反应③，恒温恒容时，增大压强，H 浓度一定减小
2
3．反应Fe(s)＋CO(g)FeO(s)＋CO(g)，700 ℃时平衡常数为1.47，900 ℃时平衡常数为2.15。下列说法
2
正确的是( )
A．升高温度，该反应的正反应速率增大，逆反应速率减小
B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝
C．该反应的正反应是吸热反应
D．增大CO 浓度，平衡常数增大
2
4.下列反应中，一定不能自发进行的是( )
A．2KClO(s)===2KCl(s)＋3O(g) ΔH＝－78.03 kJ/mol ΔS＝＋1 110 J/(mol·K)
3 2
B．CO(g)===C(石墨，s)＋1/2O (g) ΔH＝＋110.5 kJ/mol ΔS＝－89.36 J/(mol·K)
2
C．4Fe(OH) (s)＋2HO(l)＋O(g)===4Fe(OH) (s) ΔH＝－444.3 kJ/mol ΔS＝－280.1 J/(mol·K)
2 2 2 3
D．NH HCO (s)＋CHCOOH(aq)===CO (g)＋CHCOONH(aq)＋HO(l) ΔH＝＋37.301 kJ/mol ΔS＝
4 3 3 2 3 4 2
＋184.05 J/(mol·K)
5．已知热化学方程式：aX(g)＋3Y(s)bZ(g) ΔH＜0。现在容积为2 L的密闭容器中加入0.9 mol X
和1 mol Y，当Y的物质的量减少0.75 mol时，达到平衡状态，此时X、Z的浓度分别是0.2 mol·L－1和0.5mol·L－1，该温度下的平衡常数为( )
A. B. C．35 D．20
6．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO 转化为可利用的资源。目前工业
2
上有一种方法是用CO 来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO(g)＋3H(g)CH OH(g)＋HO(g)，如图
2 2 2 3 2
表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：
下列关于该反应的说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
7．下列反应不可能自发进行的是( )
A．2O(g)===3O (g) ΔH＜0
3 2
B．2CO(g)===2C(s)＋O(g) ΔH＞0
2
C．N(g)＋3H(g)===2NH(g) ΔH＜0
2 2 3
D．CaCO (s)===CaO(s)＋CO(g) ΔH＞0
3 2
8．CO 催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：
2
反应ⅰ：CO(g)＋3H(g)CH OH(g)＋HO(g) ΔH＝－58 kJ· mol－1
2 2 3 2 1
反应ⅱ：CO(g)＋H(g)CO(g)＋HO(g) ΔH＝＋42 kJ· mol－1
2 2 2 2
下列说法不正确的是( )
A．增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率
B．增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大
C．升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加
D．选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率
9．在淀粉KI溶液中存在下列平衡：I(aq)＋I－(aq)I(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：
2
t/℃ 5 15 25 35 50
K 1 100 841 689 533 409
下列说法正确的是( )
A．反应I(aq)＋I－(aq)I(aq)的ΔH>0
2
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(I)减小
C．该反应的平衡常数表达式为K＝D．25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689
10．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO(g)＋H(g)CO(g)＋HO(g)，其化学平衡常数K
2 2 2
和温度t的关系如表：
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝_____________。
(2)该反应的正反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合关系式：3c(CO)·c(H )＝5c(CO)·c(H O)，试判断此时的温度为
2 2 2
________。
(4)若 830 ℃时，向容器中充入 1 mol CO、5 mol H O，反应达到平衡后，其化学平衡常数
2
K________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(5)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的容积，平衡________
移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)。
(6)若1 200 ℃时，在某时刻反应体系中CO 、H 、CO、HO的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4
2 2 2
mol·L－1、4 mol·L－1，则此时上述反应_______________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向
进行”或“处于平衡状态”)。
1.下列说法不正确的是( )
A．ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行
B．NH HCO (s)===NH(g)＋HO(g)＋CO(g) ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发
4 3 3 2 2
地向混乱度增加的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的速率
2．某温度下，将2 mol A和3 mol B充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5
min后达到平衡，已知该温度下其平衡常数K＝1，若温度不变时将容器的容积扩大为原来的10倍，A的转
化率不发生变化，则( )
A．a＝3 B．a＝2
C．B的转化率为40% D．B的转化率为60%
3．一定量的CO 与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO(g)2CO(g)。平衡时，体系
2 2中气体体积分数与温度的关系如图所示：
已知：气体分压(p )＝气体总压(p )×体积分数。下列说法正确的是( )
分 总
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v 、v 均减小，平衡不移动
正 逆
B．650 ℃时，反应达平衡后CO 的转化率为25.0%
2
C．T ℃时，若充入等体积的CO 和CO，平衡向逆反应方向移动
2
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K ＝24.0p
p 总
4．有一反应：2A＋B2C，其中A、B、C均为气体，如图所示的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲
线，x轴表示温度，y轴表示B的转化率，图中有a、b、c三点，则下列描述正确的是( )
A．该反应是放热反应
B．b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化
C．T 温度下若由a点达到平衡，可以采取增大压强的方法
1
D．c点：v ＜v
正 逆
5．在一恒容的密闭容器中充入0.1 mol·L－1 CO 、0.1 mol·L－1 CH ，在一定条件下发生反应：CH(g)
2 4 4
＋CO(g)2CO(g)＋2H(g)，测得CH 平衡转化率与温度、压强关系如图，下列有关说法不正确的是( )
2 2 4
A．上述反应的ΔH<0
B．压强：p>p>p>p
4 3 2 1
C．1 100 ℃时该反应的平衡常数为1.64D．压强为p 时，在y点：v >v
4 正 逆
6.一定量的CO 与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO(g) 2CO(g)。平衡时，
2 2
体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：
已知：气体分压(p )＝气体总压(p )×体积分数。
分 总
下列说法正确的是( )
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v 、v 均减小，平衡不移动
正 逆
B．650 ℃时，反应达平衡后CO 的转化率为25.0%
2
C．T ℃时，若充入等体积的CO 和CO，平衡向逆反应方向移动
2
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K ＝24.0p
p 总
7.反应2NO(g)＋2H(g)===N (g)＋2HO(g)中，每生成7 g N ，放出166 kJ的热量，该反应的速率表达
2 2 2 2
式为v＝k·cm(NO)·cn(H )(k、m、n待测)，其反应包含下列两步：
2
①2NO＋H===N ＋HO(慢)
2 2 2 2
②HO＋H===2H O(快)
2 2 2 2
T ℃时测得有关实验数据如下：
序号 c(NO)/(mol·L－1) c(H )/(mol·L－1) 速率/(mol·L－1·min－1)
2
Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10－4
Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10－4
Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10－5
Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10－4
下列说法错误的是( )
A．整个反应速率由第①步反应决定
B．正反应的活化能一定是①＜②
C.该反应速率表达式：v＝5 000c2(NO)·c(H )
2
D．该反应的热化学方程式为2NO(g)＋2H(g)===N (g)＋2HO(g) ΔH＝－664 kJ·mol－1
2 2 2
8.利用催化剂将尾气中的NO和CO转变成CO 和N，是尾气处理的一种方法，方程式为：
2 2
。为测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：
时间(s) 0 1 2 3 4 5
下列说法不正确的是；
A．该反应能自发进行，则反应的
B．前2s内的平均反应速率
C．在该温度下，反应的平衡常数K=500
D．在密闭容器中发生上述反应，缩小容积能提高NO转化率
9．HS分解的热化学方程式为2HS(g)2H (g)＋S(g) ΔH＝a kJ·mol－1。向容积为1 L的恒容密闭容器
2 2 2 2
中加入n(H S)＋n(Ar)＝0.1 mol的混合气体(Ar不参与反应)，测得不同温度(T>T)时HS的平衡转化率随比
2 1 2 2
值的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．该反应的a<0
B．平衡常数K(X)>K(Z)
C．平衡常数K(X)＝0.012 5
D．维持Y点时n(H S)不变，向容器中充入Ar气，HS的平衡转化率减小
2 2
10．利用IO 可消除CO污染，反应为IO(s)＋5CO(g)5CO (g)＋I(s)。不同温度下，向装有足量的IO
2 5 2 5 2 2 2 5
固体的2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO，测得CO 的体积分数φ(CO)随时间t变化曲线如图，下列说法
2 2
正确的是( )A．b点时，CO的转化率为20%
B．容器内的压强保持恒定，表明反应达到平衡状态
C．b点和d点的化学平衡常数：K >K
b d
D．0～0.5 min反应速率v(CO)＝0.3 mol·L－1·min－1
1．(2021·全国乙卷)一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有
机合成中的碘化剂。McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数K ：
p
2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I(g) K
2 p1
2NOCl(g)2NO(g)＋Cl(g) K
2 p2
得到lg K ～和lg K ～均为线性关系，如下图所示：
p1 p2
(1)由图可知，NOCl分解为NO和Cl 反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
2
(2)反应2ICl(g)===Cl(g)＋I(g)的K＝________(用K 、K 表示)；该反应的ΔH________0(填“大于”
2 2 p1 p2
或“小于”)，写出推理过程：_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．(2021·山东卷)2甲氧基2甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯
烃的液相反应制得，体系中同时存在如下反应：回答下列问题：
(1)反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数 K 与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B
x
中相对稳定的是__________(用系统命名法命名)；的数值范围是________(填标号)。
A．<－1 B．－1～0
C．0～1 D．>1
(2)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入 1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得
TAME的平衡转化率为α。
已知反应Ⅲ的平衡常数K ＝9.0，则平衡体系中B的物质的量为________mol，反应Ⅰ的平衡常数K
x3 x1
＝________。
同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将________(填“正向移
动”“逆向移动”或“不移动”)。平衡时，A与CHOH物质的量浓度之比c(A)∶c(CHOH)＝________。
3 3
(3)为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CHOH。控制温
3
度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为________(填“X”或
“Y”)；t＝100 s时，反应Ⅲ的正反应速率v ________逆反应速率v (填“＞”“＜”或“＝”)。
正 逆3.(2020·浙江卷)5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl 溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－
3
(aq) 2Fe2＋(aq)＋I(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
2
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO 固体，平衡逆向移动
4
D．该反应的平衡常数K＝4．(2021·河北卷)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点，
因此，研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
(1)雨水中含有来自大气的CO，溶于水中的CO 进一步和水反应，发生电离：
2 2
①CO(g)CO (aq)
2 2
②CO(aq)＋HO(l)H＋(aq)＋HCO(aq)
2 2
25 ℃时，反应②的平衡常数为K 。
2
溶液中CO 的浓度与其在空气中的分压成正比(分压＝总压×物质的量分数)，比例系数为y mol·L－
2
1·kPa－1，当大气压强为p kPa，大气中CO(g)的物质的量分数为x时，溶液中H＋浓度为________mol·L－
2
1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO的电离)。
(2)105 ℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO )固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：
3
2MHCO (s)=====MCO(s)＋HO(g)＋CO(g)
3 2 3 2 2
上述反应达平衡时体系的总压为46 kPa。
保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO(g)，再加入足量MHCO (s)，欲使平衡时体系中
2 3
水蒸气的分压小于5 kPa，CO(g)的初始压强应大于________kPa。
2
5．(2020·全国Ⅲ卷)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO 的热点研究领域。回答下列问题：
2
(1)CO 催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C H)∶n(H O)＝________。当反应达
2 2 4 2
到平衡时，若增大压强，则n(C H)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
2 4
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO)∶n(H )＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四
2 2
种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示 C H 、CO 变化的曲线分别是________、________。CO 催化加氢合成 C H 反应的
2 4 2 2 2 4
ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数K ＝________(列出计算式。以分压表示，
p
分压＝总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C H 、C H 、C H 等低碳烃。一定温度和压
3 6 3 8 4 8
强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当____________________________。
