2022高考化学一轮复习专练37化学平衡常数及转化率的计算含解析

专练37　化学平衡常数及转化率的计算

一、单项选择题

1．[2020·浙江7月，18]5mL0.1mol·L－1KI溶液与1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是(　　)

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FeSO4固体，平衡逆向移动

D．该反应的平衡常数K＝

2．在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．ΔH1<0，ΔH2>0

B．增大压强有利于加快合成反应的速率

C．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率

D．合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K＝

3．[2021·专题模块测试]K、Ka、Kw分别表示化学平衡常数、电离常数和水的离子积常数，下列判断正确的是(　　)

A．在500℃、20MPa条件下，在5L密闭容器中进行合成氨的反应，使用催化剂后K增大

B．室温下K(HCN)<K(CH3COOH)，说明CH3COOH的电离程度一定比HCN的大

C．25℃时，pH均为4的盐酸和NH4I溶液中Kw不相等

D．2SO2＋O22SO3达平衡后，改变某一条件时K不变，SO2的转化率可能增大、减小或不变

4．[2021·牡丹江一中月考]在恒温恒压下，向密闭容器中充入4molA和2molB，发生如下反应：2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0。2min后，反应达到平衡，生成C为1.6mol。则下列分析正确的是(　　)

A．若反应开始时容器体积为2L，则vC＝0.4mol·L－1·min－1

B．若在恒压绝热条件下反应，平衡后nC＜1.6mol

C．若2min后，向容器中再投入2molA和1molB, B的转化率变大

D．若该反应在恒温恒容下进行，放出热量将增加

5．[2021·湖南师大附中高三月考]N2O5是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0，T1温度下的部分实验数据如下表所示。

下列说法正确的是(　　)

A．该反应在任何温度下均能自发进行

B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1000s时N2O5(g)转化率为50%

C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5(g)浓度为2.98mol/L，则T1<T2

D．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1<K2

6．[2021·福建福州质检]在1L的密闭容器中充入2molN2和7molH2，发生反应N2＋3H22NH3，保持其他条件不变，相同时间内测得NH3的浓度与温度的关系如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．该反应是放热反应

B．a、c两点对应的压强：pa<pc

C．温度为T1K时，N2的平衡转化率为50%

D．温度为T1K时，再加入1molN2和1molNH3，平衡向正反应方向移动

7．[2021·邢台市高三月考]已知反应：2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)生成N2的初始速率与NO、H2的初始浓度的关系为v＝kcx(NO)·cy(H2)，k是速率常数。在800℃时测得的相关数据如下表所示。

下列说法不正确的是(　　)

A．关系式中x＝1、y＝2

B．800℃时，k的值为8×104

C．若800℃时，初始浓度c(NO)＝c(H2)＝4.00×10－3mol·L－l，则生成N2的初始速率为5.12×10－3mol/(L·s)

D．当其他条件不变时，升高温度，速率常数k将增大

8．[2020·江苏卷]反应SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是(　　)

A．该反应ΔH>0、ΔS<0

B．该反应的平衡常数K＝

C．高温下反应每生成1molSi需消耗2×22.4LH2

D．用E表示键能，该反应ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)

二、不定项选择题

9．温度为T时，向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5，反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表，下列说法正确的是(　　)

A.反应在前50s的平均速率v(PCl3)＝0.0016mol·L－1·s－1

B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)＝0.11mol·L－1，则反应的ΔH<0

C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2，反应达到平衡前v正<v逆

D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0molPCl3和2.0molCl2，达到平衡时，PCl3的转化率大于80%

10.在容积均为1L的三个密闭容器中，分别放入铁粉并充入1molCO，控制在不同温度下发生反应：Fe(s)＋5CO(g)Fe(CO)5(g)，当反应进行到5min时，测得CO的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法一定正确的是(　　)

A．反应进行到5min时，b容器中v(正)＝v(逆)

B．该反应的正反应为吸热反应，平衡常数：K(T1)>K(T2)

C．b中v(正)大于a中v(逆)

D．达到平衡时，a、b、c中CO的转化率为b>c>a

11．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：

①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)　②2HI(g)H2(g)＋I2(g)，达到平衡时，c(H2)＝0.5mol·L－1，c(HI)＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　)

A．9  B．16

C．20  D．25

12．已知反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY，反应初始4s内v(X)＝0.005mol/(L·s)。下列说法正确的是(　　)

A.4s时容器内c(Y)＝0.76mol/L

B．830℃达平衡时，X的转化率为80%

C．反应达平衡后，升高温度，平衡逆向移动

D．1200℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数K＝0.4

三、非选择题

13．向甲乙两个容积均为1L的恒容容器中，分别充入2molA、2molB和1molA、1molB。相同条件下(温度T℃)，发生下列反应：A(g)＋B(g)xC(g)　ΔH<0。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示：

回答下列问题：

(1)乙容器中，平衡后物质B的转化率为________。

(2)x＝________。

(3)T℃时该反应的平衡常数为________。

(4)下列说法正确的是________。

A．向平衡后的乙容器中充入氦气可使c(A)增大

B．将乙容器单独升温可使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内相同

C．若向甲容器中再充入2molA、2molB，则平衡时甲容器中0.78mol·L－1<c(A)<1.56mol·L－1

14．298K时，某容积固定为1L的密闭容器中发生如下可逆反应：A(g)2B(g)　ΔH＝akJ·mol－1。其中B的物质的量浓度随时间变化如图所示。

试回答下列问题：

(1)已知298K时60s达到平衡，则前60s内A的平均反应速率为________mol·L－1·s－1。

(2)该反应的平衡常数表达式为________。

(3)若298K时B的平衡浓度为A的3倍，323K时(其他条件不变)，B的平衡浓度为A的2倍。且达到平衡所需时间为298K时的。该反应中ΔH______0(填“>”或“<”)。

(4)若反应在298K进行，在1L密闭容器中加入1molB、0.2molNe，达到平衡时B的转化率为__________(填标号)。

A．等于60%B．等于40%

C．小于40%D．介于40%～60%之间

(5)已知曲线上任意两点之间连线的斜率表示该时间段内B的平均反应速率(例如直线EF的斜率表示20s～60s内B的平均反应速率)，则曲线上任意一点的切线斜率的意义是________________________________________________________________________。

15．[2021·全国甲卷]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：

(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：

CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)

该反应一般认为通过如下步骤来实现：

①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41kJ·mol－1

②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2＝－90kJ·mol－1

总反应的ΔH＝________kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________(填标号)，判断的理由是_____________________________________

________________________________________________________________________。

(2)合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。

①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝________________；

②图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

③当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________________，反应条件可能为________________或________________。

专练37　化学平衡常数及转化率的计算

1．D　A项，在已知平衡体系中，加入苯，振荡，可以萃取溶液中的碘单质，使溶液中碘单质的浓度减小，平衡正向移动，正确；B项，经苯2次萃取后，在水溶液中加入KSCN溶液，溶液呈血红色说明溶液中含有Fe3＋，则说明该反应是可逆反应，存在反应限度，正确；C项，加入FeSO4固体，c(Fe2＋)增大，平衡逆向移动，正确；D项，依据化学平衡常数的定义知，该反应的平衡常数K＝，错误。

2．C　由题图可知，随着温度的升高，CH3OH的产率逐渐减小，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)平衡逆向移动，则ΔH1<0；CO的产率随温度的升高而逐渐增大，CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)平衡正向移动，则ΔH2>0，A项正确，C项错误。对于有气体参与的反应，压强越大反应速率越快，所以增大压强有利于加快合成反应的速率，B项正确。合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K＝，D项正确。

3．D　化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，使用催化剂加快反应速率，平衡不移动，化学平衡常数不变，故A错误；相同温度下CH3COOH、HCN的电离度与起始浓度、同离子效应等有关，故B错误；水的离子积适用于稀的酸、碱、盐溶液，一定温度下，水的离子积是常数，25℃时，盐酸和NH4I(aq)中Kw相等，故C错误；改变压强平衡发生移动，SO2的转化率可能增大、减小，使用催化剂平衡不移动，故D正确。

4．B　若反应在恒温恒容下，则vC＝n/Vt＝＝0.4mol·L－1·min－1，但条件为恒压，随着反应的进行，体积逐渐减小，即vC>0.4mol·L－1·min－1，故A项错误；反应放热，若在绝热条件下，反应向逆反应方向进行，即nC＜1.6mol，故B项正确；在恒温恒压下，向容器中再投入2molA和1molB，与原平衡投料成比例(2:1)，所以该平衡与原平衡为等效平衡，所以B的转化率不变，故C项错误；若反应在恒温恒容下，压强减小，平衡向左移动，放热减少，故D项错误。综上所述，本题选B。

5．B　该反应ΔH>0，ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知高温有利于自发进行，A错误；T1温度下，反应到1000s时，反应已达到平衡状态，平衡时，c(N2O5)＝2.50mol/L，N2O5的浓度减小了2.50mol/L，转化率为×100%＝50%，则生成的c(NO2)＝5.00mol/L，c(O2)＝1.25mol/L，平衡常数K1＝＝125，故B项正确；其他条件不变时，T2温度下，1000s时，c(N2O5)＝2.98mol/L>2.50mol/L，则平衡向逆反应方向移动，正反应方向为吸热反应，则T1>T2，故C项错误；正反应为吸热反应，则温度越高，越有利于反应向正反应方向进行，即平衡常数越大，若T1>T2，则K1>K2，故D项错误。

6．D　图中a→b为建立平衡的过程，b→c为平衡移动的过程，平衡后，升高温度NH3的浓度降低，故该反应为放热反应，A项正确；a、c两点NH3的浓度相等，c点的温度高于a点，则压强pa<pc，B项正确；温度为T1K时，氨气的平衡浓度为2mol·L－1，容器的体积为1L，则反应的N2为1mol，故N2的平衡转化率为50%，C项正确；温度为T1K时，N2、H2、NH3的平衡浓度分别为1mol·L－1、4mol·L－1、2mol·L－1，则该温度下的平衡常数K＝＝＝，再加入1molN2和1molNH3后，N2、H2、NH3的浓度分别为2mol·L－1、4mol·L－1、3mol·L－1，此时Qc＝＝>，故平衡逆向移动，D项错误。

7．A　由实验数据1和2可知，c(H2)不变，c(NO)扩大1倍，反应速率扩大为原来的＝4倍，则x＝2，由实验数据1和3可知，c(NO)不变，c(H2)扩大1倍，反应速率扩大为原来的＝2倍，则y＝1，故A错误；根据数据1可知800℃时，k的值为＝＝8×104，故B正确；若800℃时，初始浓度c(NO)＝c(H2)＝4.00×10－3mol·L－1，则生成N2的初始速率v＝k×c2(NO)·c(H2)＝8×104×(4.00×10－3)2×(4.00×10－3)＝5.12×10－3mol/(L·s)，故C正确；温度升高，反应速率加快，则当浓度和其它条件不变时，升高温度，速率常数一定是增大的，故D正确。

8．B　由反应方程式可知ΔS>0，A项不正确；Si是固体，故该反应的平衡常数K＝，B项正确；C项未指明是否为标准状况，气体摩尔体积不确定，故消耗氢气的体积无法计算，C项不正确；ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)－2E(Si—Si)，D项不正确。

9．AD　A、由表中数据可知50s内，Δn(PCl3)＝0.16mol，v(PCl3)＝＝0.0016mol/(L·s)，A正确；B、由表中数据可知，平衡时n(PCl3)＝0.2mol，保持其他条件不变，升高温度，平衡时，c(PCl3)＝0.11mol/L，则n′(PCl3)＝0.11mol/L×2L＝0.22mol，说明升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，即ΔH＞0，B错误；C、对于可逆反应：

所以平衡常数K＝(0.1×0.1)/0.4＝0.025，起始时向容器中充入1molPCl5、0.2molPCl3和0.2molCl2，起始时PCl5的浓度为0.5mol/L、PCl3的浓度为0.1mol/L、Cl2的浓度为0.1mol/L，浓度商Qc＝(0.1×0.1)/0.5＝0.02，Qc＜K，说明反应向正反应方向进行，反应达平衡前v正＞v逆，C错误；D、等效为起始加入2.0molPCl5，与原平衡相比，压强增大，平衡向逆反应方向移动，平衡时的PCl5转化率较原平衡低，故平衡时PCl3的物质的量小于0.4mol，即相同温度下，起始时向容器中充入2.0molPCl3和2.0molCl2，达到平衡时，PCl3的物质的量小于0.4mol，参加反应的PCl3的物质的量大于1.6mol，故达到平衡时，PCl3的转化率高于1.6mol/2mol×100%＝80%，D正确。

10．C　5min时，b容器中的反应不一定达到了平衡状态，则v(正)、v(逆)不一定相等，A项错误；温度越高，反应速率越快，根据图中b、c两容器中的φ(CO)可知，升高温度，平衡逆向移动，说明该反应的正反应为放热反应，B项错误；根据图像，a容器中反应未达到平衡，v(正)>v(逆)，b容器的温度高，v(正)b>v(正)a，因此b容器中正反应速率大于a容器中的逆反应速率，C项正确；该反应的正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，故达平衡时，a、b、c中CO的转化率为a>b>c，D项错误。

11．C　根据反应②：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，消耗的c(HI)＝2c(H2)＝1mol·L－1，再结合反应①：NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)知c(NH3)＝c(HI)＝1mol·L－1＋4mol·L－1＝5mol·L－1。因此该温度下，反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝5mol·L－1×4mol·L－1＝20。

12．BC　反应初始4s内X的平均反应速率v(X)＝0.005mol/(L·s)，根据速率之比等于化学计量数之比，可知v(Y)＝v(X)＝0.005mol/(L·s)，则4s内Δc(Y)＝0.005mol·L－1·s－1×4s＝0.02mol/L，Y的起始浓度为＝0.4mol/L，故4s时c(Y)＝0.4mol/L－0.02mol/L＝0.38mol/L，A错误；设平衡时X的浓度变化量为x，则：

故＝1.0，解得x＝0.08，所以平衡时X的转化率为×100%＝80%，B正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C正确；1200℃时反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数值为0.4，所以1200℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数的值为＝2.5，D错误。

13．(1)50%　(2)1　(3)2　(4)C

解析：(1)乙容器反应达到平衡时c(A)＝0.5mol·L－1，转化率为50%。B的转化率也为50%。(2)甲容器反应达到平衡时，c(A)＝0.78mol·L－1，转化率为61%，即压强越大，A的转化率越高，所以正反应为气体体积减小的反应，x＝1。(3)反应达到平衡时，乙容器中c(A)＝c(B)＝c(C)＝0.5mol·L－1，T℃时，该反应的平衡常数为2。(4)A项，向平衡后的乙容器中充入“惰性气体”氦气，气体浓度不变，平衡不发生移动，c(A)不变；B项，原平衡时乙中A的体积分数大于甲中A的体积分数，若再将乙容器单独升温，平衡逆向移动，A的体积分数增大，会更大于甲容器中A的体积分数；C项，若向甲容器中再充入2molA、2molB，相当于压强变为原来的2倍，达到平衡时A的转化率比不加前增大，所以平衡时甲容器中0.78mol·L－1<c(A)<1.56mol·L－1。

14．(1)0.005　(2)K＝　(3)<　(4)B

(5)某一时刻的反应速率(或即时速率、瞬时速率)

解析：(1)由图像可知，60s时，B的物质的量浓度为0.6mol·L－1，则A减少0.3mol·L－1，则v(A)＝＝0.005mol·L－1·s－1；(2)该反应的平衡常数表达式为K＝；(3)从298K→323K，为升温，结果B的浓度减小，即表明平衡向逆反应方向移动，则推出正反应为放热反应，ΔH<0；(4)由于在恒温恒容条件下，通入稀有气体Ne，不影响化学平衡，故平衡时B的物质的量浓度仍为0.6mol·L－1，即转化0.4mol·L－1，则B的转化率为40%；(5)曲线上任意一点的切线斜率代表的是某一时刻的反应速率。

15．(1)－49　A　ΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①活化能大于反应②的

(2)①

②b　总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小

③33.3%　5×105Pa,210℃　9×105Pa,250℃

解析：(1)根据盖斯定律可知总反应＝反应①＋反应②，则总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋41kJ·mol－1＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1。总反应是放热反应，即生成物的总能量比反应物的总能量低，则B项、D项错误；反应①为慢反应，则反应①的活化能较大，故A项正确。(2)①根据总反应的化学方程式可知，其压强平衡常数表达式Kp＝。②氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b表示等压过程的曲线。③根据起始物n(H2)/n(CO2)＝3，设初始时H2为3mol，CO2为1mol，达到平衡时转化的CO2为amol，应用三段式法计算：

　　　　　CO2(g) ＋3H2(g)===CH3OH(g) ＋H2O(g)

起始量/mol　1　3　0　0

转化量/mol　a　3a　a　a

平衡量/mol1－a3－3a　a　a

则＝0.10，计算得a＝，故CO2的平衡转化率为mol÷(1mol)×100%≈33.3%。结合上述分析知，曲线a、b分别对应t＝250℃下的x(CH3OH)～p的曲线、p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t的曲线，对照图像中的x(CH3OH)＝0.10可知，反应条件可能是5×105Pa,210℃或9×105Pa,250℃。