第3節(jié) 化學平衡常數及其計算一、選擇題1下列有關化學平衡常數的描述中正確的是()A化學平衡常數的大小取決于化學反應的內因，與其他外界條件無關B相同溫度下，反應ABC與反應CAB的化學平衡常數相同C反應2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H<0的化學平衡常數隨溫度升高而增大D反應A(g)B(g)2C(g)的平衡常數表達式為K解析：選D?；瘜W平衡常數內因由反應物本身的性質決定，外因只受溫度影響，A項錯；同溫下，同一反應的正、逆反應的平衡常數互為倒數，一般不相等，B項錯；該反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，平衡常數減小，C項錯。2隨著汽車數量的逐年增多，汽車尾氣污染已成為突出的環(huán)境問題之一。反應：2NO(g)2CO(g)2CO2(g)N2(g)可用于凈化汽車尾氣，已知該反應速率極慢，570 K時平衡常數為11059。下列說法正確的是()A提高尾氣凈化效率的最佳途徑是研制高效催化劑B提高尾氣凈化效率的常用方法是升高溫度C裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中不再含有NO或COD570 K時，及時抽走CO2、N2，平衡常數將會增大，尾氣凈化效率更佳解析：選A。提高尾氣凈化效率的最佳途徑是研制高效催化劑，加快反應速率，A正確，B錯誤；題中反應為可逆反應，裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中仍然含有NO或CO，C錯誤；570 K時，及時抽走CO2、N2，尾氣凈化效率更佳，但平衡常數不變，D錯誤。3在淀粉KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)I(aq)I(aq)。測得不同溫度下該反應的平衡常數K如表所示：t/515253550K1 100841689533409下列說法正確的是()A反應I2(aq)I(aq)I(aq)的H>0B其他條件不變，升高溫度，溶液中c(I)減小C該反應的平衡常數表達式為KD25 時，向溶液中加入少量KI固體，平衡常數K小于689解析：選B。選項A，溫度升高，平衡常數減小，因此該反應是放熱反應，H<0，錯誤；選項B，升高溫度，平衡逆向移動，c(I)減小，正確；選項C，K，錯誤；選項D，平衡常數僅與溫度有關，25 時，向溶液中加入少量KI固體，平衡正向移動，但平衡常數不變，仍然是689，錯誤。4某溫度下，將2 mol A和3 mol B充入一密閉容器中，發(fā)生反應：aA(g)B(g)C(g)D(g)，5 min后達到平衡，已知該溫度下其平衡常數K1，若溫度不變時將容器的體積擴大為原來的10倍，A的轉化率不發(fā)生變化，則()Aa3Ba2CB的轉化率為40% DB的轉化率為60%解析：選C。溫度不變，擴大容器體積(相當于減小壓強)時，A的轉化率不變，說明反應前后氣體的體積不變，即a1，A、B錯誤；設達到平衡時，B的轉化量為x mol，則A、B、C、D的平衡量分別為(2x) mol、(3x) mol、x mol、x mol，設容器體積為1 L，則平衡常數K1，解得x1.2，B的轉化率1.23100%40%，C正確，D錯誤。5在一個容積為2 L的密閉容器中，加入0.8 mol A2氣體和0.6 mol B2氣體，一定條件下發(fā)生如下反應：A2(g)B2(g)2AB(g)H<0，反應中各物質的濃度隨時間的變化情況如圖所示。下列說法不正確的是()A圖中a點的值為0.15B該反應的平衡常數K0.03C溫度升高，平衡常數K值減小D平衡時A2的轉化率為62.5%答案：B6在10 L密閉容器中，1 mol A和3 mol B在一定條件下反應：A(g)xB(g)2C(g)，2 min后反應達到平衡時，測得混合氣體共3.4 mol，生成0.4 mol C，則下列計算結果正確的是()A平衡時，物質的量之比n(A)n(B)n(C)2114Bx值等于3C該反應的平衡常數為8.54DB的平均反應速率為0.4 mol/(Lmin)解析：選C。設轉化的A的物質的量為a，則 A(g)xB(g) 2C(g)起始物質的量(mol) 130轉化物質的量(mol) a xa 2a平衡物質的量(mol) 1a 3xa 2a則2a0.4 mol，得a0.2 mol。平衡時混合氣體的總物質的量為3.4 mol，則1a3xa2a3.4 mol，x4，B錯誤；平衡時A、B、C的物質的量分別為0.8 mol、2.2 mol、0.4 mol，所以比值為4112，A錯誤；K8.54，C正確；B的平均反應速率為0.8 mol/(10 L2 min)0.04 mol/(Lmin)，D錯誤。7在300 mL的密閉容器中，放入鎳粉并充入一定量的CO氣體，一定條件下發(fā)生反應：Ni(s)4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知該反應平衡常數與溫度的關系如下：溫度/2580230平衡常數510421.9105下列說法不正確的是()A上述生成Ni(CO)4(g)的反應為放熱反應B25 時反應Ni(CO)4(g)Ni(s)4CO(g)的平衡常數為2105C在80 時，測得某時刻，Ni(CO)4、CO濃度均為0.5 mol/L，則此時v(正)>v(逆)D80 達到平衡時，測得n(CO)0.3 mol，則Ni(CO)4的平衡濃度為2 mol/L解析：選C。根據表格所示，溫度升高平衡常數減小，則該反應為放熱反應，A項正確；25 時，K2105，B項正確；Qc8>2，反應逆向進行，故v(正)<v(逆)，C項錯誤；80 時，c(CO)1 mol/L，K2，解得cNi(CO)42 mol/L，D項正確。8加熱N2O5，依次發(fā)生的分解反應為N2O5(g)N2O3(g)O2(g)，N2O3(g)N2O(g)O2(g)。在2 L密閉容器中充入8 mol N2O5，加熱到t ，達到平衡狀態(tài)后O2為9 mol，N2O3為3.4 mol，則t 時反應的平衡常數為()A8.5B9.6C10.2 D10.7解析：選A。N2O5N2O3O2N2O3N2OO2n(始)/mol 8 00a0an(變)/mol a aabbbn(平)/mol 8a aa ab b ab有ab9，ab3.4，得a6.2，b2.8，平衡時c(N2O5)0.9 molL1，c(N2O3)1.7 molL1，c(O2)4.5 molL1，反應的K8.5。9(2015高考天津卷)某溫度下，在2 L的密閉容器中，加入1 mol X(g)和 2 mol Y(g)發(fā)生反應：X(g)mY(g)3Z(g)平衡時，X、Y、Z的體積分數分別為30%、60%、10%。在此平衡體系中加入1 mol Z(g)，再次達到平衡后，X、Y、Z的體積分數不變。下列敘述不正確的是()Am2B兩次平衡的平衡常數相同CX與Y的平衡轉化率之比為11D第二次平衡時，Z的濃度為0.4 molL1解析：選D。A.根據再次加入1 mol Z(g)，平衡后，X、Y、Z的體積分數不變，可知該反應是一個反應前后氣體分子數相等的反應，因此m2。B.由于溫度沒有變化，故兩次平衡的平衡常數不變。C.因為是按照化學方程式中化學計量數之比充入的反應物，因此二者的平衡轉化率相等。D.該反應前后氣體分子數不變，因此反應后氣體的物質的量與反應前一樣，都為4 mol，而平衡后Z的體積分數為10%，故平衡時Z的物質的量為4 mol10%0.4 mol，容器體積為2 L，則Z的濃度為0.2 molL1。10N2O5是一種新型硝化劑，在一定溫度下可發(fā)生下列反應：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H>0，T1溫度下的部分實驗數據：t(s)05001 0001 500c(N2O5)(mol/L)5.003.522.502.50下列說法不正確的是()A500 s內N2O5分解速率為2.96103 mol/(Ls)BT1溫度下的平衡常數為K1125，1 000 s時N2O5的轉化率為50%C其他條件不變時，T2溫度下反應到1 000 s時測得N2O5濃度為2.98 mol/L，則T1<T2DT1溫度下的平衡常數為K1，T3溫度下的平衡常數為K3，若K1>K3，則T1>T3解析：選C。v(N2O5)2.96103 mol/(Ls)，A正確；1 000 s后N2O5的濃度不再發(fā)生變化，即達到了化學平衡，列出三段式： 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)起始(mol/L) 5.000 0轉化(mol/L) 2.50 5.00 1.25平衡(mol/L) 2.50 5.00 1.25則K125，(N2O5)100%50%，B正確；1 000 s時，T2溫度下的N2O5濃度大于T1溫度下的N2O5濃度，則改變溫度使平衡逆向移動了，逆向是放熱反應，則降低溫度平衡向放熱反應方向移動，即T2<T1，C錯誤；對于吸熱反應來說，T越高，K越大，若K1>K3，則T1>T3，D正確。二、非選擇題11.氮的固定是幾百年來科學家一直研究的課題。(1)下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業(yè)固氮的部分化學平衡常數K的值。反應大氣固氮N2(g)O2(g)2NO(g)工業(yè)固氮N2(g)3H2(g)2NH3(g)溫度/272 00025400450平衡常數K3.8410310.151080.5070.152分析數據可知：大氣固氮反應屬于 (填“吸熱”或“放熱”)反應。分析數據可知：人類不適合大規(guī)模模擬大氣固氮的原因是 。(2)工業(yè)固氮反應中，在其他條件相同時，分別測定N2的平衡轉化率在不同壓強(p1、p2)下隨溫度變化的曲線，下圖所示的圖示中，正確的是 (填“A”或“B”)；比較p1、p2的大小關系： 。.目前工業(yè)合成氨的原理是N2(g)3H2(g)2NH3(g)。(3)在一定溫度下，將1 mol N2和3 mol H2混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8 mol。達平衡時，H2的轉化率1 。已知平衡時，容器壓強為8 MPa，則平衡常數Kp (用平衡分壓代替濃度計算，分壓總壓物質的量分數)。解析：.(1)由表中數據可知隨溫度從27 升高到2 000 ，K值增大，說明平衡向正反應方向移動，則正反應是吸熱反應；大氣固氮的K值小，轉化率低。(2)工業(yè)固氮，隨溫度升高，K值減小，平衡向逆反應方向移動，N2的轉化率降低，所以圖A正確。取相同的溫度，p1p2，N2的轉化率升高，說明平衡向正反應方向移動，正反應是氣體體積減小的反應，說明壓強增大，p2p1。.(3)設達到平衡時，反應的N2的物質的量為a mol，列三段式： N23H22NH3n(始)/mol 1 3 0n(變)/mol a 3a 2an(平)/mol 1a 33a2a有(1a)(33a)2a2.8，解得a0.6，H2的轉化率(1)為100%60%，N2的平衡分壓為(8) MPa，H2、NH3的平衡分壓均為(8) MPa，Kp。答案：.(1)吸熱大氣固氮的K值小，正向進行的程度小(或轉化率低)，不適合大規(guī)模生產(2)Ap2p1.(3)60%(或0.255或0.26)12二氧化錳是化學工業(yè)中常用的氧化劑和有機合成中的催化劑，其主要制備方法是碳酸錳熱分解，反應原理為2MnCO3O22MnO22CO2。經研究發(fā)現該反應過程為MnCO3MnOCO2，2MnOO2=2MnO2?；卮鹣铝袉栴}：(1)某溫度下該平衡體系的壓強為p，CO2、O2的物質的量分別為n1和n2，用平衡分壓代替平衡濃度，寫出碳酸錳熱分解反應的平衡常數表達式K (分壓總壓物質的量分數)；K與反應、的平衡常數K1、K2的關系為 。(2)反應在低溫下能自發(fā)進行，則其H (填“>”“<”或“”)0。(3)某科研小組對碳酸錳熱分解法制二氧化錳的條件(焙燒溫度和氣氛)進行了研究，結果如圖所示。該制備反應合適的焙燒溫度為 ，合適的水分含量條件為 。解析：(1)平衡常數表達式K，p(CO2)，p(O2)，代入可得K。反應2MnCO3O22MnO22CO2可由反應2反應得到，所以K與K1、K2的關系為KKK2。(2)反應是熵減少的反應，S<0，根據GHTS，在低溫下能自發(fā)進行，只有H<0才能使G<0，反應自發(fā)進行。(3)由題圖2分析，在350 左右碳酸錳轉化率比較高。由題圖3可知水分含量在30%左右碳酸錳轉化率比較高。答案：(1)KKK2(2)<(3)350 水分含量為30%(或20%40%都正確)13研究氮氧化物的反應機理，對于消除對環(huán)境的污染有重要意義。升高溫度絕大多數的化學反應速率增大，但是2NO(g)O2(g)2NO2(g)的速率卻隨著溫度的升高而減小。某化學小組為研究該特殊現象的實質原因，查閱資料知2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反應歷程分兩步：2NO(g)N2O2(g)(快)v1正k1正c2(NO)v1逆k1逆c(N2O2)H10N2O2(g)O2(g)2NO2(g)(慢)v2正k2正c(N2O2)c(O2)v2逆k2逆c2(NO2)H20請回答下列問題：(1)反應2NO(g)O2(g)2NO2(g)的H (用H1和H2表示)。一定溫度下，反應2NO(g)O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態(tài)，寫出k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數表達式K ，升高溫度，K值 (填“增大”“減小”或“不變”)。(2)決定2NO(g)O2(g)2NO2(g)反應速率的是反應。反應的活化能E1與反應的活化能E2的大小關系為E1 (填“”“”或“”)E2。根據速率方程分析，升高溫度該反應速率減小的原因是 。Ak2正增大，c(N2O2)增大Bk2正減小，c(N2O2)減小Ck2正增大，c(N2O2)減小Dk2正減小，c(N2O2)增大由實驗數據得到v2正c(O2)的關系可用如圖表示。當x點升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，則變?yōu)橄鄳狞c為 (填字母)。解析：(1)2NO(g)N2O2(g)H10，N2O2(g)O2(g)2NO2(g)H20，根據蓋斯定律，由得：2NO(g)O2(g)2NO2(g)HH1H2；2NO(g)O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態(tài)，平衡常數K，平衡時，v2正v2逆，v1正v1逆，因此K；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，K值減小。(2)反應的活化能越小，反應速率越快，決定2NO(g)O2(g)2NO2(g)反應速率的是反應，反應速率較慢，活化能較大，即E1E2。根據速率方程，A項，k2正增大，c(N2O2)增大，v2正增大，與題意不符，錯誤；B項，k2正減小，c(N2O2)減小，v2正減小，與題意相符，正確；C項，k2正增大，c(N2O2)減小，v2正的變化無法判斷，與題意不符，錯誤；D項，k2正減小，c(N2O2)增大，v2正的變化無法判斷，與題意不符，錯誤。根據上述分析，升高溫度，v2正減小，平衡向逆反應方向移動，c(O2)增大，因此當x點升高到某一溫度時，c(O2)增大，v2正減小，符合條件的為點a。答案：(1)H1H2減小(2)Ba14工業(yè)合成氨反應為N2(g)3H2(g)2NH3(g)，對其研究如下：(1)已知HH鍵的鍵能為436 kJmol1，NH鍵的鍵能為391 kJmol1，NN鍵的鍵能是945.6 kJmol1，則上述反應的H 。(2)上述反應的平衡常數K的表達式為 。若反應方程式改寫為N2(g)H2(g)NH3(g)，在該溫度下的平衡常數K1 (用K表示)。(3)在773 K時，分別將2 mol N2和6 mol H2充入一個固定容積為1 L的密閉容器中，隨著反應的進行，氣體混合物中n(H2)、n(NH3)與反應時間t的關系如下表：t/min051015202530n(H2)/mol6.004.503.603.303.033.003.00n(NH3)/mol01.001.601.801.982.002.00該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3的濃度分別為3 molL1、3 molL1、3 molL1，則此時v正 (填“大于”“小于”或“等于”)v逆。由上表中的實驗數據計算得到“濃度時間”的關系可用下圖中的曲線表示，表示c(N2)t的曲線是 。在此溫度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，則反應剛達到平衡時，表示c(H2)t的曲線上相應的點為 。解析：(1)根據HE(反應物的總鍵能)E(生成物的總鍵能)，知H945.6 kJmol1436 kJmol13391 kJmol1692.4 kJmol1。(2)該反應的平衡常數K，K1K。(3)該溫度下，25 min時反應處于平衡狀態(tài)，平衡時c(N2)1 molL1、c(H2)3 molL1、c(NH3)2 molL1，則K。在該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2和NH3的濃度均為3 molL1，則QcK，反應向正反應方向進行，故v正大于v逆；起始充入4 mol N2和12 mol H2，相當于將充入2 mol N2和6 mol H2的兩個容器“壓縮”為一個容器，假設平衡不移動，則平衡時c(H2)6 molL1，而“壓縮”后壓強增大，反應速率加快，平衡正向移動，故平衡時3 molL1c(H2)6 molL1，且達到平衡的時間縮短，故對應的點為B。答案：(1)92.4 kJmol1(2)KK(或)(3)大于乙B