2022高考化学一轮复习训练：第7章 第3讲 化学平衡常数及平衡转化率

这是一份2022高考化学一轮复习训练：第7章 第3讲 化学平衡常数及平衡转化率，共11页。试卷主要包含了硫酸是一种重要的基本化工产品等内容，欢迎下载使用。


训练(三十六)　化学平衡常数及平衡转化率

1．(2021·四川成都七中检测)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．升高体系温度，平衡常数K减小
B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．平衡常数表达式为K＝
D．增加C(s)的量，平衡正向移动
B　[正反应为吸热反应，升高体系温度，平衡正向移动，K增大，A项错误；化学平衡常数只受温度的影响，与体系的压强无关，B项正确；C为固体，不带入K的表达式中，因此K＝，C项错误；固体物质的浓度视为定值，因此增加C(s)的量，平衡不移动，D项错误。]
2．(2021·天津重点中学联考)一定温度下，在一个容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，经充分反应达到平衡后，生成的HI(g)占气体体积的50%，该温度下，在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g) H2(g)＋I2(g)，则下列判断正确的是(　　)
A．后一反应的平衡常数为1
B．后一反应的平衡常数为0.5
C．后一反应达到平衡时，H2的平衡浓度为0.25
D．后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度为0.5
B　[前一反应达平衡时c(H2)＝c(I2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝1 mol·L－1，则平衡常数K1＝＝＝4，而后一反应的平衡常数K2＝＝＝0.5，A项错误，B项正确；设后一反应达平衡时c(H2)＝x mol·L－1，则平衡时c(I2)＝x mol·L－1，c(HI)＝(0.5－2x) mol·L－1，K2＝＝0.5，解得x＝0.125，故平衡时c(HI)＝0.25 mol·L－1，C、D项错误。]
3．(2021·江苏苏州期初调研)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)　K＝0.1。反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是(　　)
A．升高温度，H2S浓度增大，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为5 mol
D．CO的平衡转化率为20%
D　[升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应吸热，正反应放热，A项错误；通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率逐渐减小，B项错误；设反应前H2S的物质的量为n mol，容器的容积为V L，则
　　　　CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1
n始/mol　10　　　n　　　 0　　　　0
n转/mol　2 2 2 2
n平/mol　8 n－2 2 2
K＝＝0.1，解得n＝7，C项错误；根据上述计算可知CO的转化率为20%，D项正确。]

4．(2021·湖南长郡中学检测)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应，得到如下表中的两组数据：
实验编号
温度/℃
平衡常数
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
O2
SO2
O2
SO2
1
T1
K1
4
2
x
0.8
6
2
T2
K2
4
2
0.4
y
t(t>6)
下列说法中不正确的是(　　)
A．x＝2.4
B．T1、T2的关系：T1＞T2
C．K1、K2的关系：K2＞K1
D．实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝0.2 mol·L－1·min－1
A　 [根据题中信息可列“三段式”：
　　　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
n(起始)/mol 4 2
n(转化)/mol 4－x 2－0.8
n(平衡)/mol x 0.8
(4－x)∶(2－0.8)＝2∶1，解得：x＝1.6。同理，解得y＝0.2。由t>6得，2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)是放热反应，温度越高，反应速率越高，反应正向进行的程度越小，根据x，y可以判断出T1＞T2，K1＜K2。实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。]
5．(2021·北京顺义区检测)在一定体积的1 L密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：
t/℃
700
800
830
1 000
K
0.6
0.9
1.0
1.7
下列说法正确的是(　　)
A．上述生成CO和H2O的反应为放热反应
B．加压、增大H2浓度和加入催化剂都能提高CO2的转化率
C．830 ℃达平衡后，再充入1.0 mol H2，K值增大，平衡正向移动
D．830 ℃时反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为1
D　[由表格数据可知，温度越高，K越大，则生成CO和H2O的反应为吸热反应，A项错误；该反应为气体体积不变的反应，加压、使用催化剂，平衡均不移动，则不能提高转化率，而增大H2浓度能提高CO2的转化率，B项错误；充入1.0 mol H2，反应物浓度增大，但K只与温度有关，则平衡正向移动，但K不变，C项错误；正逆反应的K互为倒数关系，由830 ℃时CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　K＝1.0，则830 ℃时反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K＝＝1，D项正确。]
6．(2021·山西晋城检测)碳酸甲乙酯(CH3OCOOC2H5)是一种优良的锂离子电池电解液的溶剂，可利用以下反应制取：C2H5OCOOC2H5＋CH3OCOOCH3
2CH3OCOOC2H5。该反应中碳酸甲乙酯的产率(α)与温度(T)、投料比(R)的关系如图所示。

注：R＝n(C2H5OCOOC2H5)∶n(CH3OCOOCH3)
下列有关说法正确的是(　　)
A．生成碳酸甲乙酯的反应是吸热反应
B．增大反应物中CH3OCOOCH3的浓度能提高碳酸甲乙酯的产率
C．反应温度为650 K时，碳酸甲乙酯的产率为60%
D．该反应的平衡常数K＝9
A　[由图像知，在投料比相同的情况下，温度越高，碳酸甲乙酯的产率越高，说明升温平衡正向移动，正反应是吸热反应，A项正确；相同温度下，R越大，碳酸甲乙酯的产率越高，说明C2H5OCOOC2H5浓度越大，产物产率越高，CH3OCOOCH3的浓度越大，产物产率越低，B项错误；650 K时，只有R＝1时，碳酸甲乙酯的产率为60%，C项错误；K与温度有关，温度不确定，无法求K，D项错误。]
7．(2019·海南卷)由γ­羟基丁酸生成γ­丁内酯的反应如下：

在298 K下，γ­羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 mol·L－1，测得γ­丁内酯的浓度随时间变化的数据如表所示。回答下列问题：
t/min
21
50
80
100
120
160
220
∞
c/mol·L－1
0.024
0.050
0.071
0.081
0.090
0.104
0.116
0.132
(1)该反应在50～80 min内的平均反应速率为________mol·L－1·min－1。
(2)120 min时γ­羟基丁酸的转化率为________。
(3)298 K时该反应的平衡常数K＝______。
(4)为提高γ­羟基丁酸的平衡转化率，除适当控制反应温度外，还可采取的措施是________________________________________________________________________。
答案　(1)0.000 7　(2)0.5(50%)　(3)　(4)将γ­丁内酯移走

8．(2020·山东等级模拟考)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：
CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l) CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l)
已知v正＝k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v逆＝k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其中v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，x为各组分的物质的量分数。
(1)反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料，测得348 K、343 K、338 K三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如下图所示。

该醇解反应的ΔH________0(填＞或＜)。348 K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx＝________(保留2位有效数字)。
在曲线①、②、③中，k正－k逆值最大的曲线是________；A、B、C、D四点中，v正最大的是________，v逆最大的是________。
(2)343 K时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。则达到平衡后，初始投料比________时，乙酸甲酯转化率最大；与按1∶2投料相比，按2∶1投料时化学平衡常数Kx________(填增大、减小或不变)。
(3)该醇解反应使用离子交换树脂作催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是________。
a．参与了醇解反应，但并不改变反应历程
b．使k正和k逆增大相同的倍数
c．降低了醇解反应的活化能
d．提高乙酸甲酯的平衡转化率
解析　(1)根据图像可知，温度①＞②＞③，转化率①＞②＞③，故ΔH＞0；K＝，①温度高，K大，所以①曲线k正－k逆最大；A点反应物浓度最大，温度最高，C点生成物浓度最大，温度最高。(3)a选项催化剂参与反应，且改变反应历程；d选项催化剂不影响平衡移动。
答案　(1)＞　3.2　①　A　C　(2)2∶1　不变　(3)bc
9．(2020·全国卷Ⅰ，28题节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98 kJ·mol－1。回答下列问题：
(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________， 判断的依据是________________________________________。影响α的因素有________________________________。

(2)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________________，平衡常数Kp＝__________________________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：
v＝k(1－nα′)式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'＝0.90时， 将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是_________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析　(1)反应SO2(g)＋O2(g)SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0 MPa，p3＝0.5 MPa。由图可知，反应在5.0 MPa、550 ℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率α，温度一定时，压强越大，α越大；压强一定时，温度越高，α越小。
(2)在温度t、压强p条件下进行反应，平衡时SO2转化率为α，由于N2对反应无影响，可认为混合气体由SO2和O2组成，则有2m%＋m%＝1，2m＋m＝100，设SO2有2m mol，则O2有m mol，利用“三段式法”计算：
　　　　 SO2(g) ＋ O2(g)  SO3(g)
起始量/mol 　2m　　　 m　　　　　0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m×(1－α) m×(1－α) 2mα
因反应恒压，故SO3的压强为p＝·p＝p。
平衡时，SO2、O2的压强分别为p、p，则平衡常数Kp＝＝。
(3)在α′＝0.90时，SO2催化氧化的反应速率为v＝k·(1－0.90n)。升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。
答案　(1)0.975　该反应气体分子数减小，增大压强，α提高。5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)　(2)　　(3)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低
10．(2020·全国卷Ⅲ)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四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C2H4、CO2变化的曲线分别是____、____。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440 K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________________________________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
解析　(1)根据题给信息可知，反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，则乙烯和水的物质的量之比为1∶4。当反应达平衡时，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡向正反应方向移动，则乙烯的物质的量变大。(2)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，而反应2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)中二氧化碳和氢气的化学计量数之比也为1∶3，则无论反应进行到什么程度，混合气体中n(CO2)∶n(H2)始终为1∶3，故可判断曲线a、b、c、d分别代表H2、H2O、CO2、C2H4。由于升高温度，CO2或H2的量增多，说明逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应。(3)根据(2)中的分析可知，任意时刻CO2和H2的物质的量分数之比始终为1∶3，根据点A坐标(440 K，0.39)可知，氢气和水蒸气的物质的量分数都为0.39，则CO2的物质的量分数为＝0.13，C2H4的物质的量分数为(注意：C2H4和H2O的物质的量分数之比始终为化学计量数之比)，则CO2(g)、H2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的分压分别为0.1 MPa×、0.1 MPa×0.39、0.1 MPa×、0.1 MPa×0.39，从而可求得Kp＝×(MPa)－3或Kp＝＝＝×。
答案　(1)1∶4　变大　(2)d　c　小于
(3)×或×等
11．(1)(2018·全国卷Ⅰ)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
(2)(2018·全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
(3)(2019·全国卷Ⅲ)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，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：

可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。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)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________________________________________________________________________。
在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________________________________________________________________________。(写出2种)
解析　(1)时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的p(NO2)===2p(N2O5)＝2×35.8 kPa＝71.6 kPa，p(O2)＝0.5×35.8 kPa＝17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则
　　　　　 N2O4(g)2NO2(g)
初始压强/kPa　　0　　　　　71.6
转化压强/kPa x 2x
平衡压强/kPa x 71.6－2x
则有x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4，71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，Kp＝＝≈13.4 kPa。
(2)温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343 K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323 K时SiHCl3的转化率变化。
①由题图可知，343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L－1，则有
　　　　　　　　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
起始浓度/mol·L－1 1　　　　　0　　　　　0
转化浓度/mol·L－1 0.22 0.11 0.11
平衡浓度/mol·L－1 0.78 0.11 0.11
则343 K时该反应的平衡常数K343 K＝＝≈0.02。
(3)由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH<0，升高温度平衡左移，则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)＝1∶1时，列三段式：
4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始浓度　c0　　　 　c0　　　 0　　　0
转化浓度　0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度　(1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400℃)＝
＝。
c(HCl)∶c(CO2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。
答案　(1)13.4　(2)22　0.02　
(3)大于　　O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低　增加反应体系压强、及时除去产物