2020_2021学年高中化学第二章化学反应速率和化学平衡3_3化学平衡常数和化学平衡计算课时作业含解析新人教版选修4
课时作业9 化学平衡常数和化学平衡计算
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(每小题4分，共48分)
1．在一定条件下，有下列分子数相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是
①H2＋F22HF K＝1047
②H2＋Cl22HCl K＝1017
③H2＋Br22HBr K＝109
④H2＋I22HI K＝1
比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是( A )
A．①②③④ B．④②③①
C．①④③② D．无法确定
2．高温下，某反应达平衡，平衡常数K＝。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是( A )
A．该反应的焓变为正值
B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
C．升高温度，逆反应速率减小
D．该反应化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2
3．下列有关平衡常数的说法中，正确的是( D )
A．改变条件，反应物的转化率增大，平衡常数也一定增大
B．反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0，升高温度，该反应平衡常数增大
C．对于给定可逆反应，温度一定时，其正、逆反应的平衡常数相等
D．平衡常数为K＝的反应，化学方程式为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
解析：若是压强的改变，使反应物的转化率增大，则平衡常数K不变，A错误；对2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0，升高温度，平衡常数K减小，B错误；对于给定可逆反应，温度一定，其正、逆反应的平衡常数互为倒数，C错误。
4．已知298.15 K时，可逆反应：Pb2＋(aq)＋Sn(s)Pb(s)＋Sn2＋(aq)的平衡常数K＝2.2，若溶液中Pb2＋和Sn2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，则反应进行的方向是( A )
A．向右进行 B．向左进行
C．处于平衡状态 D．无法判断
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解析：Q＝＝＝1
0，D错误；该反应为吸热反应，随着反应的进行，绝热容器中的温度会降低，因此温度不再变化时，说明达到化学平衡状态，C正确。
7．把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为( B )
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
解析： X ＋ 2Y2Z
起始物质的量/mol a b 0
转化物质的量/mol x 2x 2x
平衡物质的量/mol a－x b－2x 2x
据题意：(a－x)＋(b－2x)＝2x，
9
解得x＝，故Y的转化率为×100%＝×100%。
8．一定条件下，体积为2 L的密闭容器中，1 mol X和3 mol Y进行反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)，经12 s达到平衡，生成0.6 mol Z。下列说法正确的是( D )
A．以X浓度变化表示的反应速率为 mol/(L·s)
B．12 s 后将容器体积扩大为10 L，Z的平衡浓度变为原来的
C．若增大X的浓度，则物质Y的转化率减小
D．若该反应的ΔH<0，升高温度，平衡常数K减小
解析： X(g)＋3Y(g)2Z(g)
起始量(mol) 1 3 0
转化量(mol) 0.3 0.9 0.6
平衡量(mol) 0.7 2.1 0.6
v(X)＝＝ mol/(L·s)，所以A错误；12 s后将容器体积扩大为10 L，平衡逆向移动，Z的浓度小于原来的，所以B错误；若增大X的浓度，Y的转化率增大，X的转化率减小；若ΔH<0，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数K减小。
9．一定条件下，在容积为2 L的密闭容器里加入一定物质的量的A，发生如下反应并建立平衡：A(g)2B(g)，2B(g)C(g)＋2D(g)，测得平衡时各物质的浓度是c(A)＝0.3 mol·L－1，c(B)＝0.2 mol·L－1，c(C)＝0.05 mol·L－1，最初向容器里加入A的物质的量是( C )
A．0.5 mol B．0.8 mol
C．0.9 mol D．1.2 mol
解析：因为平衡时，n(A)平＝0.3 mol·L－1×2 L＝0.6 mol，n(B)平＝0.2 mol·L－1×2 L＝0.4 mol，n(C)平＝0.05 mol·L－1×2 L＝0.1 mol，所以n(B)转＝2n(C)平＝0.2 mol，n(B)＝n(B)平＋n(B)转＝0.6 mol，n(A)转＝n(B)＝0.3 mol，n(A)＝n(A)平＋n(A)转＝0.9 mol。
10．将一定量的Ag2SO4固体置于容积不变的密闭容器中(加入少量V2O5)，在某温度下发生反应：Ag2SO4(s)Ag2O(s)＋SO3(g)，2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，经10 min后反应达到平衡，此时c(SO3)＝0.4 mol·L－1，c(SO2)＝0.1 mol·L－1，下列判断正确的是( A )
①用SO2表示的反应速率v(SO2)＝0.01 mol·(L·min)－1
②用O2表示的反应速率v(O2)＝0.01 mol·L－1·min－1
③SO3的分解率等于10%
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④SO3的分解率等于20%
⑤Ag2SO4分解最初生成的c(SO3)＝0.5 mol·L－1
A．①④⑤ B．①③⑤
C．只有 ②③ D．只有③⑤
解析：c(SO2)＝0.1 mol·L－1为SO2的平衡量也是转化量，v(SO2)＝0.01 mol·L－1·min－1，v(O2)＝v(SO2)＝0.005 mol·L－1·min－1，c(SO3)转＝c(SO2)＝0.1 mol·L－1，c(SO3)平＝0.4 mol·L－1，c(SO3)始＝0.4 mol·L－1＋0.1 mol·L－1＝0.5 mol·L－1，α(SO3)＝×100%＝20%，c(SO3)始即为Ag2SO4分解最初生成的SO3量。
11．在一定条件下，有可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0)，经过2 min后达到平衡，平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.04 mol·L－1，则下列判断不合理的是( A )
A．v(Z)＝0.02 mol·(L·min)－1
B．平衡时，X与Z的生成速率之比为12
C．c1c2＝13
D．X、Y的转化率相等
解析：A中若v(Z)＝0.02 mol·(L·min)－1，则2 min内Z的浓度增加0.04 mol·L－1，由起始时Z的浓度不为0，因此A错；B项符合平衡时正、逆反应速率相等及反应速率之比与计量数之间的关系；由于X、Y的变化量之比为13，平衡时X、Y的浓度之比为13，因此C、D正确。
12．在一定温度下，将1 mol A和2 mol B放入容积为5 L的某密闭容器中发生如下反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋2D(g)，经5 min后，测得容器内B的浓度减少了0.2 mol·L－1。则下列叙述不正确的是( D )
A．在5 min内，该反应用C的浓度变化表示的反应速率为0.02 mol·(L·min)－1
B．在5 min时，容器内D的浓度为0.2 mol·L－1
C．当容器内压强保持恒定时，该可逆反应达到平衡状态
D．5 min时容器内气体总的物质的量为3 mol
解析：5 min时，c(C)＝0.1 mol·L－1，c(D)＝0.2 mol·L－1，v(C)＝＝0.02 mol·(L·min)－1。此反应是恒温时体积可变的反应，所以压强恒定，即达到了平衡状态。5 min时气体的总物质的量为2.5 mol。
二、非选择题(52分)
13．(12分)一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)：CO(g)＋2H2(g)CH3
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OH(g)，甲醇的物质的量随外界条件的改变而变化的曲线如图所示：
根据题意完成下列各题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝，升高温度，K值减小(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在500 ℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝。
(3)在其他条件不变的情况下，将处于E点的体系体积压缩到原来的，下列有关该体系的说法正确的是bc。
a．氢气的浓度减小
b．正反应速率增大，逆反应速率也增大
c．甲醇的物质的量增加
d．重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大
解析：本题考查了平衡常数、化学反应速率的计算和化学平衡移动的问题，只要把握住它们的定义，问题便可以迎刃而解。
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14．(12分)高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下。
温度/℃
1 000
1 150
1 300
平衡常数
4.0
3.7
3.5
请回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝，ΔH<(填“>”“<”或“＝”)0。
(2)在一个容积为10 L的密闭容器中，1 000 ℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1 mol，反应经过10 min 后达到平衡状态。则该时间段内的平均反应速率v(CO2)为0.006_mol/(L·min)，CO的转化率为60%。
(3)欲提高(2)中CO的转化率，可采取的措施是C。
A．减少Fe的量 B．增加Fe2O3的量
C．移出部分CO2 D．升高温度
E．减小容器的容积 F．加入合适的催化剂
解析：(1)因Fe和Fe2O3都为固体，不能写入平衡常数表达式中，所以平衡常数K＝。由表中数据知，升高温度，平衡常数减小，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，故ΔH<0。
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(2) Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)
起始物质的量(mol) 1 1 1 1
转化物质的量(mol) x x x x
平衡物质的量(mol) 1－x 1－x 1＋x 1＋x
由题意得K＝＝4.0，解得x＝0.6。所以CO的转化率为×100%＝60%，v(CO2)＝＝＝0.006 mol/(L·min)。
(3)根据勒夏特列原理，A、B、E、F四项中条件的改变对平衡移动均无影响；移出部分CO2，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大；升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小。
15．(12分)由于温室效应和资源短缺，如何降低大气中CO2的含量并加以开发利用等问题，引起了全世界的普遍重视。目前工业上用CO为原料生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。
(1)图甲是反应时CO和CH3OH的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达到平衡状态，用CO浓度的变化表示反应的平均反应速率v(CO)＝0.075_mol/(L·min)。
(2)如图乙是该反应进行过程中能量的变化。曲线a(填“a”或“b”)表示不使用催化剂时反应的能量变化，不使用催化剂时该反应的逆反应的活化能为510_kJ/mol。
(3)该反应的平衡常数K的表达式为，升高温度，平衡常数K减小(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)恒容条件下，下列措施能使增大的有C。
A．升高温度
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B．充入He
C．再充入1 mol CO和2 mol H2
D．使用催化剂
解析：(4)催化剂能加快化学反应速率是因为催化剂降低了反应物的活化能，但它不能改变反应的热效应，也不能改变可逆反应的平衡状态；由题图乙可以看出该反应为放热反应，故升高温度，该反应的平衡常数减小；恒容条件下，升高温度，反应向逆反应方向进行，减小，充入He不能改变反应的平衡状态，再充入1 mol CO和2 mol H2，则相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，增大，使用催化剂，不变。
16．(16分)已知A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：
温度/℃
700
800
830
1 000
1 200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝，ΔH＝<(填“<”“>”或“＝”)0。
(2)830 ℃时，向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol A和0.80 mol B，如反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1。则6 s时c(A)＝0.022 mol·L－1，C的物质的量为0.09 mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为80%，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol 氩气，平衡时A的转化率为80%。
(3)判断该反应是否达到平衡的依据为c。
a．压强不随时间改变
b．气体的密度不随时间改变
c．c(A)不随时间改变
d．单位时间里生成C和D的物质的量相等
(4)1 200 ℃时，反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数的值为2.5。
解析：(1)因反应中的物质都是气体，根据平衡常数的定义可知，K＝；由表中数据可知，温度升高，K值减小，故正反应为放热反应，ΔH<0。
(2)v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1，则A减少的浓度c(A)＝v(A)·t＝0.003 mol·L－1·s－1×6 s＝0.018 mol·L－1，故剩余的A的浓度为－0.018 mol·L－1＝0.022 mol·L－1；A减少的物质的量为0.018 mol·L－1×5 L＝0.09 mol，根据化学方程式中的化学计量关系知，生成的C的物质的量为0.09 mol。
设830 ℃达到化学平衡时，A的转化浓度为x mol·L－1，则
A(g) ＋ B(g) C(g)＋D(g)
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起始浓度(mol·L－1) 0.04 0.16 0 0
转化浓度(mol·L－1) x x x x
平衡浓度(mol·L－1) 0.04－x 0.16－x x x
由＝1.0，解得x＝0.032，故A的转化率α(A)＝×100%＝80%；由于容器的容积是固定的，通入氩气后各组分的浓度不变，反应速率不改变，化学平衡不移动。
(3)由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，容器中压强、气体的密度都始终不变，故a、b项错误；c(A)随反应的进行不再变化，故c可以说明反应已达到平衡状态；不论是否达到平衡状态，单位时间里生成C和D的物质的量都相等，故d项错误。
(4)反应“C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)”与“A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)”互为逆反应，平衡常数互为倒数关系，故1 200 ℃时，C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数K＝＝2.5。
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