第3 讲 化学平衡状态 化学平衡常数
考点一 可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)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
双向性
可逆反应分为方向相反的两个反应:正反应和逆反应
双同性
正、逆反应是在同一条件下,同时进行
共存性
反应物的转化率小于 100%,反应物与生成物共存
小题对点过
对于可逆反应2SO2+O2
2SO3 ΔH<0,在混合气体中充入一定量的18O2,经足够长的时间后:
(1)18O 存在于哪些分子中 。
(2)二氧化硫分子的相对分子质量可能为 。
答案 (1)由于2SO2+O2
2SO3为可逆反应,18O 存在于O2、SO3、SO2三种物质的分子中
(2)64 或66 或68
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)建立(以N2+3H2
2NH3为例)
①正反应发生的c-t 图如图(a)
②逆反应发生的c-t 图如图(b)
③反应过程中v 正、v 逆变化
以上过程可用v-t 图表示为
(3)化学平衡的特征
小题对点过
(1)下列说法正确的是 。
①在化学平衡建立过程中,v 正一定大于v 逆
②4NH3(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
③H2(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
⑤N2(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
(2)已知:K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,若溶液中存在Fe2+,将产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L-1 KI 溶
液和0.05 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,其中哪组实验能说明溶
液中存在平衡2Fe3++2I-
2Fe2++I2 。
实验编号
实验操作
实验现象
①
滴入KSCN 溶液
溶液变红色
②
滴入AgNO3溶液
有黄色沉淀生成
③
滴入K3[Fe(CN)6]溶液
有蓝色沉淀生成
④
滴入淀粉溶液
溶液变蓝色
答案 (1)②④ (2)①③
解析 (2)由浓度和反应关系可知,I-过量,所以要说明溶液中存在2Fe3++2I-
2Fe2++I2平衡则只要证
明溶液中同时含有Fe2+和Fe3+ 即可。
1. 向含有2 mol SO2 的容器中通入过量O2 发生反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-Q
kJ·mol-1(Q>0),充分反应后生成SO3的物质的量 (填“<”“>”或“=”,下同)2 mol,SO2的物质
的量 0,转化率 100%,反应放出的热量 Q kJ。
答案 < > < <
2.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,
(1)X2的物质的量浓度范围为 。
(2)Y2的物质的量浓度范围为 。
(3)Z 的物质的量浓度范围为 。
答案 (1)0~0.2 mol·L-1
(2)0.2 mol·L-1~0.4 mol·L-1
(3)0~0.4 mol·L-1
极端假设法确定各物质浓度范围
上述题目可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,
从而确定它们的浓度范围。
假设反应正向进行到底:
假设反应逆向进行到底:
平衡体系中各物质的浓度范围为0<X2<0.2,0.2<Y<0.4,0<Z<0.4。
3.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2NO2(g)
N2O4(g)达到平衡状态的是 。
(4)能说明C(s)+CO2(g)
2CO(g)达到平衡状态的是 。
(5)能说明NH2COONH4(s)
2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是 。
(6)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)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
拓展:若上述题目中的(1)~(4)改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何?
(1) 。(2) 。
(3) 。(4) 。
答案 (1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦
(4)②③④⑦
判断平衡状态的两种方法
(1)v 正=v 逆{
同种物质: 消耗速率等于生成速率
不同种物质: 速率之比等于化学计量
数之比,但必须同时有正、逆反应
(2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当其不变时为平衡状态;一个随反应进行保持不
变的量,不能作为判断是否平衡的依据。
考点二 化学平衡常数
1.概念及表达式
对于一般的可逆反应:mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
(1)浓度商:在任意时刻的c
p(C )·c
q( D)
c
m( A)·c
n(B)称为浓度商,常用Q 表示,Q 是个变量。
(2)化学平衡常数:当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时,浓度商是一个常数,把平衡时的浓度商
称为化学平衡常数,用K 表示,即K=c
p(C )·c
q( D)
c
m( A )·c
n(B)。
小题对点过
(1)下列说法正确的是 。
①C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=
c(CO)·c( H 2)
c(C )·c( H 2O)
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=
c
4( HCl)
c(SiC l4)·c
2( H 2)
③2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g),反应的平衡常数可表示为K=
c( N 2)·c(C O2)
c(CO)·c( NO)
④CuCl(s)+2Cl-(aq)
[CuCl3]2-(aq),该反应的平衡常数可表示为K=
c {[CuC l3]
2−}
c(CuCl)·c(C l
−)
⑤固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数
(2)写出下列反应的平衡常数表达式:
①CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g) K= 。
②Cr2O7
2−(aq)+H2O(l)
2CrO4
2−(aq)+2H+(aq) K= 。
答案 (1)②⑤ (2)①c(CO2) ②
c
2(Cr O4
2−)·c
2( H
+)
c(C r2O7
2−)
2.影响因素
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。
3.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Q=c
c(C )·c
d( D)
c
a( A )·c
b(B)。
Q<K,反应向正反应方向进行;
Q=K,反应处于平衡状态;
Q>K,反应向逆反应方向进行。
(3)判断可逆反应的热效应
小题对点过
(1)下列说法错误的是 。
①平衡常数K 越大,表示反应进行得越快
②4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g),增大
n( HCl)
n(O2) ,该反应的平衡常数增大
③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,
c( N 2O4)
c
2( N O2)的值不
变
④温度不变,增大反应物浓度,平衡正向移动,平衡常数增大
⑤反应A(g)+B(g)
C(g)达到平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常数增大
(2)在某温度下,N2+3H2
2NH3的平衡常数为K1,则该温度下,NH3
1
2 N 2+ 3
2H2的平衡常数K2=
。
(3)在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:
反应①:CO(g)+CuO(s)
CO2(g)+Cu(s) K1
反应②:H2(g)+CuO(s)
Cu(s)+H2O(g) K2
反应③:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) K3
反应③的K3与K1、K2的关系是K3= 。
答案 (1)①②④⑤ (2) 1
❑√K 1
(3)
K 1
K 2
1.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
K 1
K 2
(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1
n倍,则化学平衡常数变为原来的n 次幂或1
n
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。
2.CH4—CO2催化反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247 kJ·mol-1。某温度下,在体积为
2 L 的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平
衡常数为 。
答案 1
3
解析
C H 4(g)
+
C O2(g)
===
2CO(g)
+
2 H 2(g)
起始浓度/(mol· L
−1)
1
0.5
0
0
转化浓度/(mol· L
−1)
0.25
0.25
0.5
0.5
平衡浓度/(mol· L
−1)
0.75
0.25
0.5
0.5
K= c
2(CO)·c
2( H 2)
c(C H 4)·c(C O2) = 0.5
2×0.5
2
0.75×0.25 = 1
3。
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 0(填“>”或“<”)。
(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 v 逆(填“>”“=”或“<”)。
答案 (1)K1·K2 (2)< (3)>
解析 (1)K1=
c(C H 3OH )
c
2( H 2)·c(CO),K2=c(CO)·c( H 2O)
c( H 2)·c(C O2) ,K3=
c( H 2O)·c(C H 3OH )
c
3( H 2)·c(C O2)
,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,Q=
c(C H 3OH )·c( H 2O)
c
3( H 2)·c(C O2)
= 0.3×0.15
0.8
3×0.1 ≈0.88<K3,故反应正向进
行,v 正>v 逆。
1.(2024·湖南卷)恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),发生如下反应:
主反应:CH3OH(g)+CO(g)===CH3COOH(g) ΔH1
副反应:CH3OH(g)+CH3COOH(g)===CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
在不同温度下, 反应达到平衡时, 测得两种含碳产物的分布分数δ[δ(CH3COOH)=
n(C H 3COOH )
n(C H 3COOH )+n(C H 3COOC H 3)]随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示,下列说法正确
的是( )
A.投料比x 代表n(C H 3OH )
n(CO)
B.曲线c 代表乙酸的分布分数
C.ΔH1<0,ΔH2>0
D.L、M、N 三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
答案 D
解析 题干明确指出,图中曲线表示的是测得两种含碳产物的分布分数即分别为δ(CH3COOH)、
δ(CH3COOCH3),若投料比x 代表n(C H 3OH )
n(CO)
,x 越大,可看作是CH3OH 的量增多,则对于主、副反应
可知生成的CH3COOCH3越多,CH3COOCH3分布分数越高,则曲线a 或曲线b 表示CH3COOCH3分布
分数,曲线c 或曲线d 表示CH3COOH 分布分数,据此分析可知A、B 均正确,可知如此假设错误,则可
知投料比x 代表
n(CO)
n(C H 3OH ), 曲线a 或曲线b 表示δ(CH3COOH), 曲线c 或曲线d 表示
δ(CH3COOCH3),据此作答。A.根据分析可知,投料比x 代表
n(CO)
n(C H 3OH ),故A 错误;B.根据分析可知,
曲线c 表示CH3COOCH3分布分数,故B 错误;C.根据分析可知,曲线a 或曲线b 表示δ(CH3COOH),当
同一投料比时,观察图像可知T2 时δ(CH3COOH)大于T1 时δ(CH3COOH),而T2>T1 可知,温度越高则
δ(CH3COOH) 越大, 说明温度升高主反应的平衡正向移动,ΔH1>0; 曲线c 或曲线d 表示
δ(CH3COOCH3),当同一投料比时,观察可知T1时δ(CH3COOCH3)大于T2时δ(CH3COOCH3),而T2>T1可
知,温度越高则δ(CH3COOCH3)越小,说明温度升高副反应的平衡逆向移动,ΔH2<0,故C 错误;D.L、
M、N 三点对应副反应ΔH2<0,且TN>TM=TL,升高温度平衡逆向移动,K(L)=K(M)>K(N),故D 正确。
2.(双选)(2023·山东卷)一定条件下,化合物E 和TFAA 合成H 的反应路径如下:
已知反应初始E 的浓度为0.10 mol·L-1,TFAA 的浓度为0.08 mol·L-1,部分物种的浓度随时间的变化关
系如图所示,忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是( )
A.t1时刻,体系中有E 存在
B.t2时刻,体系中无F 存在
C.E 和TFAA 反应生成F 的活化能很小
D.反应达平衡后,TFAA 的浓度为0.08 mol·L-1
答案 AC
解析 一定条件下,化合物E 和TFAA 合成H 的反应路径中,共发生三个反应:①E+TFAA――→F
②F――→G ③G
H+TFAA 。t1之后的某时刻,H 为0.02 mol·L-1,此时TFAA 的浓度仍为0,则表
明0.10 mol·L-1 E、起始时的0.08 mol·L-1 TFAA、G 分解生成的0.02 mol·L-1 TFAA 全部参加反应,
生成0.10 mol·L-1 F;在t2时刻,H 为0.08 mol·L-1,TFAA 为0.06 mol·L-1,G 为0.01 mol·L-1,则F 为0.01
mol·L-1。A.t1时刻,H 的浓度小于0.02 mol·L-1,此时反应③生成TFAA 的浓度小于0.02 mol·L-1,参加反
应①的E 的浓度小于0.1 mol·L-1,所以体系中有E 存在,A 正确;B.由分析可知,t2 时刻,H 为0.08
mol·L-1,TFAA 为0.06 mol·L-1,G 为0.01 mol·L-1,则F 为0.01 mol·L-1,所以体系中有F 存在,B 不正确;
C.t1之后的某时刻,H 为0.02 mol·L-1,此时TFAA 的浓度仍为0,表明此时E 和TFAA 完全反应生成F,
所以E 和TFAA 生成F 的反应速率快,反应的活化能很小,C 正确;D.在t2时刻,H 为0.08 mol·L-1,TFAA
为0.06 mol·L-1,G 为0.01 mol·L-1,F 为0.01 mol·L-1,只有F、G 全部转化为H 和TFAA 时,TFAA 的浓
度才能为0.08 mol·L-1,而G
H+TFAA 为可逆反应,所以反应达平衡后,TFAA 的浓度一定小于0.08
mol·L-1,D 不正确。
3.(2020·北京卷)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Q 与K 的关系判断平衡的移动方向,但可比较4 个
选项中Q 的大小关系,Q 越大,则可能逆向移动。
Q(A)=
1.00
2
1.00×1.00=1,
Q(B)=
1.56
2
0.22×0.22≈50.28,
Q(C)=
4.00
2
0.44×0.44≈82.64,
Q(D)=
1.56
2
0.44×0.11≈50.28,
Q(C)的值最大,答案为C。
4.(2023·全国甲卷)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 (
K 2
K 1)
1
2 或❑√
K 2
K 1
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,对应化学平衡常数K3=(
K 2
K 1)
1
2 或❑√
K 2
K 1
。
5.(2023·浙江6 月选考)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:
x
5−x +12−x + x + x ×1.7 MPa=0.40 MPa,解得x=4;则平衡常数K=
4
V × 4
V
5−4
V
× 12−4
V
=2。
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
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.(2024·山东菏泽模拟)德国化学家弗里茨·哈伯因合成氨工业化而获得1918 年诺贝尔化学奖。现向
一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是( )
A.若生成3 mol H—H 的同时生成6 mol N—H,说明该反应已处于平衡状态
B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C.若N2、H2和NH3的反应速率之比为1∶3∶2,说明该反应达到化学平衡
D.达到化学平衡时,正反应速率和逆反应速率都为零
答案 A
解析 生成3 mol H—H 的同时生成6 mol N—H,表示正、逆反应速率相等,反应已达到平衡状态,
A 正确;达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度可能相等,也可能不相等,与各物质初始浓度
有关,B 错误;反应过程中的任意时刻,N2、H2和NH3的反应速率之比都为1∶3∶2,C 错误;达到化学
平衡时,正反应速率和逆反应速率相等且不等于零,D 错误。
3.关于化学平衡常数,下列说法不正确的是( )
A.化学平衡常数不随反应物或生成物的浓度的改变而改变
B.对于一定温度下的同一个反应,其正反应和逆反应的化学平衡常数的乘积等于1
C.温度越高,K 值越大
D.化学平衡常数随温度的改变而改变
答案 C
解析 平衡常数越大,说明可逆反应进行的程度越大,反应可能是吸热反应也可能是放热反应,升温,
平衡向吸热反应方向移动,平衡常数不一定增大,C 错误。
4.一定温度下,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。
5.对于反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH>0,下列有关说法正确的是( )
A.平衡常数表达式为K=
c(CO)·c( H 2)
c(C )·c( H 2O)
B.增大体系压强,平衡常数K 减小
C.升高体系温度,平衡常数K 增大
D.增加C(s)的量,平衡正向移动
答案 C
解析 反应中碳是固体,其浓度为常数,平衡常数表达式为K=
c(CO)·c( H 2)
c( H 2O)
,A 错误;平衡常数K 与反
应和温度有关,与压强无关,B 错误;升高体系温度,平衡向吸热反应方向进行,该反应ΔH>0,平衡正向
移动,K 增大,C 正确;C(s)是固体,浓度不变,增加碳的量,平衡不移动,D 错误。
6.1 000 K 时,反应Ni(s)+H2O(g)
NiO(s)+H2(g)的平衡常数K=0.005 9。当水蒸气和氢气的物质的量
浓度相等时,下列说法正确的是( )
A.该反应已达到平衡状态
B.该反应未达到平衡状态,反应正向进行
C.该反应未达到平衡状态,反应逆向进行
D.无法确定该反应是否达到平衡状态
答案 C
解析 当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时,Q=
c( H 2)
c( H 2O)=1>K,则该反应未达到平衡状态,反应逆
向进行,C 正确。
7.反应:Fe(s)+CO2(g)
FeO(s)+CO(g),700 ℃时,K=1.47;900 ℃时,K=2.15。下列说法正确的是( )
A.该反应为放热反应
B.该反应的化学平衡常数表达式为K=c( FeO)·c(CO)
c( Fe)·c(C O2)
C.700 ℃时通入CO2,平衡向正反应方向移动,K 增大
D.当混合气体的平均相对分子质量不再变化时,反应达到化学平衡状态
答案 D
解析 由700 ℃时,K=1.47;900 ℃时,K=2.15,可知温度升高K 增大,则该反应正向为吸热反应,A 错误;
由反应方程式可得平衡常数的表达式为K=
c(CO)
c(C O2),B 错误;K 只受温度影响,温度不变,K 不变,因此
通入二氧化碳气体,K 不变,C 错误;由反应的化学方程式可知,随反应的正向进行,混合气体中二氧化
碳含量减少,CO 的含量增加,混合气体的平均相对分子质量减小,当平均相对分子质量不再变化时,反
应达到化学平衡状态,D 正确。
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. K 1
2
K 2
B.2K1-K2
C.2 K 1
K 2
D . K 1
2-K2
答案 A
解析 2NO2(g)+NaCl(s)
NaNO3(s)+ClNO(g) K1=
c(ClNO)
c
2( N O2);2NO(g)+Cl2(g)
2ClNO(g) K2=
c
2(ClNO)
c
2( NO)·c(C l2);4NO2(g)+2NaCl(s)
2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)
K=
c(C l2)·c
2( NO)
c
4( N O2)
= c(ClNO)
c
2( N O2)
× c(ClNO)
c
2( N O2)
× c
2( NO)·c(C l2)
c
2(ClNO)
= K 1
2
K 2
。
9.在1 L 的密闭容器中,加入0.5 mol CaCO3,发生反应:CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g),图中A 表示CO2的
平衡浓度与温度的关系曲线。
(1)该反应正反应方向为 (填“吸”或“放”)热反应,温度为T5 ℃时,该反应的平衡常数为
。
(2)达到平衡后,保持温度不变,再次通入1 mol CO2,平衡向 (填“正反应方向”“逆反应方
向”或“不”)移动,再次平衡后容器内的压强 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)加快该化学反应速率并能增加该反应进行程度的措施: (写一种即可)。
答案 (1)吸 0.20 (2)逆反应方向 不变 (3)升高温度
解析 (1)由图可知,升高温度,CO2的平衡浓度增大,说明平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反
应;温度为T5 ℃时,CO2的平衡浓度为0.20 mol·L-1,则该反应的平衡常数K=c(CO2)=0.20。(2)达到平
衡后,保持温度不变,再次通入1 mol CO2,生成物浓度增大,则平衡逆向移动,平衡常数K 只与温度有
关,温度不变,K 不变,则再次平衡后容器内的c(CO2)=0.2 mol·L-1,根据阿伏加德罗定律的推论可知,容
器内的压强不变。
能力提升
10.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)+1
2O2(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
c( N O2)
c( N 2O4)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
c( N O2)
c( N 2O4)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。
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'=
1
K =
1
5×10
4=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Q=
c[∋(CO)4]
c
4(CO)
= 0.5
0.5
4=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.(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)
(0.42)
2×(0.42)
2
(1−0.84)
4×(1−0.21)c0
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:
4 HCl(g)
+
O2(g)
===
2C l2(g)
+
2 H 2O(g)
起始
c0
c0
0
0
转化
0.84 c0
0.21c0
0.42c0
0.42c0
平衡
(1−0.84)c0
(1−0.21)c0
0.42c0
0.42c0
则K(400 ℃)=c
2(C l2)·c
2( H 2O)
c
4( HCl)·c(O2)
=
(0.42)
2×(0.42)
2
(1−0.84)
4×(1−0.21)c0
。
13.反应SO2(g)+NO2(g)
SO3(g)+NO(g),若在一定温度下,将物质的量浓度均为2 mol·L-1的SO2(g)和
NO2(g)注入一密闭容器中,当达到平衡状态时,测得容器中SO2(g)的转化率为50%,则在该温度下:
(1)此反应的平衡常数为 。
(2)在上述温度下,若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L-1,NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L-1,达到化学平
衡状态时,计算下列各物质的浓度及SO2和NO2的平衡转化率。
①c(SO3)= mol·L-1,c(SO2)= mol·L-1。
②SO2转化率为 ,NO2转化率为 。
答案 (1)1 (2)①1.2 1.8 ②40% 60%
解析 (1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L-1
由题意可知2−x
2
×100%=50%,x=1,
K=1mol· L
−1×1 mol· L
−1
1mol· L
−1×1 mol· L
−1=1。
(2)设达平衡时NO 的浓度为y mol·L-1
因为温度不变,平衡常数不变,K=1
则
y
2
(3−y)(2−y)=1,y=1.2
①平衡浓度:c(SO3)=1.2 mol·L-1,c(SO2)=3 mol·L-1-1.2 mol·L-1=1.8 mol·L-1。
②SO2的转化率α(SO2)=1.2mol· L
−1
3mol· L
−1 ×100%=40%;
NO2的转化率α(NO2)=1.2mol· L
−1
2mol· L
−1 ×100%=60%。
