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专题21.解决与平衡常数相关的问题答案

专题21.解决与平衡常数相关的问题

考试说明中：理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。能运用溶度积常数进行简单计算。了解水的离子积常数。
高考试卷中：考查化学平衡常数表达式，化学平衡常数变化情况及化学平衡方向，用化学平衡常数计算反应物的转化率，溶度积常数与应用，水的离子积常数相关问题
答题过程中：掌握平衡常数的表达式和含义，明确平衡常数是随温度变化的，不随溶液中的离子浓度的实际值而发生变化。对比化学平衡常数、电离平衡常数、沉淀溶解平衡常数相应的知识点，触类旁通地解决问题。
一．能力展示
1.在密闭容器中，将1.0 mol CO与1.0 mol H2O混合加热到800℃，发生下列反应：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）。一段时间后该反应达到平衡，测得CO的物质的量为0.5 mol。则下列说法正确的是
A．800℃下，该反应的化学平衡常数为0.25
B．427℃时该反应的平衡常数为9.4，则该反应的△H＜0
C．800℃下，若继续向该平衡体系中通入1.0 mol的CO（g），则平衡时CO物质的量分数为33.3%
D．800℃下，若继续向该平衡体系中通入1.0 mol的H2O（g），则平衡时CO转化率为66.7%
2.某溶液在250C时由水电离产生的H+浓度为1.0×10-12 mol· L-1，下列说法正确的是
A. 该溶液的pH可能为2
B. 向该溶液中加入铝片一定有氢气产生
C. 若该溶液中的溶质只有一种,它一定是酸或碱
D. HCO3- 、HS-、HPO42-等离子在该溶液中不能大量共存
3.向物质的量浓度均为0.01 的和混合溶液中，滴加溶液，先沉淀的离子是 ，当两种常常共存时，溶液中 。（此温度下，、）
过程分析：
1.800℃平衡时，C（CO）＝0.5 /Vmol/L, C（H2O）＝0.5 /Vmol/L, C（CO2）＝0.5 /Vmol/L，C（H2）＝0.5 /Vmol/L，化学平衡常数K ＝C（CO2）C（H2）/ C（CO）C（H2O）＝1。如果427℃时该反应的平衡常数为9.4，现在800℃时该反应的平衡常数为1，温度升高K变小，说明该反应的△H＜0。通入1.0 mol的H2O，通过列式计算K，平衡时CO转化率为66.7%
答案：BD
2. 由水电离产生的H+浓度为1.0×10-12 mol· L-1，水的离子积常数Kw＝1.0×10-14,溶液中H+浓度可能有两种情况：一是H+浓度为1.0×10-2 mol· L-1，pH可能为2, 二是OH－浓度为1.0×10-2 mol· L-1，pH可能为12, 答案：BD。
3.⑴谁先沉淀，就看谁需要的浓度小，对于来说，，， ；对于来说，，。因为所以先沉淀。
⑵两种沉淀共存时，溶液中浓度是相同的

精要点评：
1.要认识清楚化学平衡常数表达式和含义以及温度对平衡常数的影响，注意分清反应物与生成物，紧紧围绕平衡常数表达式来开展一系列计算和判断。
2.化学平衡常数其用途之广，概括起来，无非是直接应用和综合应用两个方面。通过平衡常数可以直接判断一个反应进行的程度；也可以间接的通过平衡常数来判定反应的热效应和反应进行的方向；通过平衡常数也可以很好的解释浓度、压强和催化剂对平衡的影响；当然，平衡常数还可以应用于各种计算，求某些特定物质的转换率和浓度
二．能力培养
1.25℃时，在含有Pb2＋、Sn2＋的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：
Sn(s)＋Pb2＋(aq)Sn2＋(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2＋)和c(Sn2＋)变化关系如下图所示。

下列判断正确的是
   A．往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2＋)增大
   B．往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2＋)变小
 C．升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，说明该反应△H＞0
  D．25℃时，该反应的平衡常数K＝2.2
分析：由于铅是固体状态，往平衡体系中加入金属铅后，平衡不移动，c(Pb2＋)不变；往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，平衡向左移动，c(Pb2＋)变大；升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，平衡向左移动，说明该反应是放热反应，即△H﹤0；25℃时，该反应的平衡常数K＝=0.22/0.10=2.2，故D项正确。答案：D
2.高炉炼铁中发生的基本反应之一：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)(正反应吸热)，其平衡常数可表示为K＝，已知1 100℃时，K＝0.263。
(1)温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值________，平衡常数K值______(“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)1 100℃时测得高炉中c(CO2)＝0.025 mol/L，c(CO)＝0.1 mol/L，在这种情况下，该反应是否处于平衡状态______(填“是”或“否”)，此时，化学反应速率v正______v逆(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是_______________。
分析：因为正反应吸热，温度升高化学平衡向正反应移动，高炉内CO2和CO的体积比值增大，平衡常数K值也增大。1 100℃时测得高炉中c(CO2)＝0.025 mol/L，c(CO)＝0.1 mol/L，Q＝＝0.025 mol/L/0.1 mol/L＝0.25＜0.263，化学平衡向正反应移动，v正大于v逆。答案：（1）增大、增大（2）否、大于、浓度商Q小于平衡常数K。
3.已知25℃时，Ksp(CaSO4)＝7.10×10―5。在1L 0.100 mol·L―1 CaCl2溶液中加入1 L 0.2 mol·L―1Na2SO4溶液，充分反应后（假设溶液的体积变化忽略不计），则溶液中Ca2物质的量浓度为： mol·L―1。
分析：Ca2+ + SO42- ==Ca SO4 n(SO42-) =0.2 mol, n (Ca2+) =0.1 mol ,理论消耗Ca2+0.1 mol 、SO42-0.1 mol ，c(SO42-)=(0.2-.01) mol / 2 L =0.05 mol/L , c (Ca2+) = Ksp(CaSO4) / c(SO42-)=7.10×10―5 / 0.05 mol/L =1.42 ×10―3mol/L. 答案：1.42 ×10―3mol/L.
方法指导：
1. 当温度升高时，吸热反应的平衡常数增大，放热反应的平衡常数减小；可以根据温度变化时K的变化来判断反应的热效应。
2. 平衡转化率的计算要抓住整个反应中各物质的“初始状态”、“转化部分”、“平衡状态”各组分的浓度或物质的量，进行列式求算
三．能力测评
1. 某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是
（提示：BaSO4(s)Ba2+ (aq)＋SO42－(aq)的平衡常数Ksp＝c(Ba2+)·c(SO42－)，称为溶度积常数。）
A. 加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点                
B. 通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
C. d点无BaSO4沉淀生成
D. a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp   
2.在温度t1和t2下，X2(g)和 H2反应生成HX的平衡常数如下表：
化学方程式
K (t1 )
K (t2)
2
1.8

43
34
（1）已知t2 >t1，HX的生成反应是 反应（填“吸热”或“放热”）。
（2）仅依据K的变化，可以推断出：随着卤素原子核电荷数的增加，_______（选填字母）
a. 在相同条件下，平衡时X2的转化率逐渐降低 b. X2与H2反应的剧烈程度逐渐减弱
c. HX的还原性逐渐 d. HX的稳定性逐渐减弱
 3.将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。该反应的△H=+206 kJ•mol-1。将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）。

4. 一氧化碳是一种重要的化工原料。
（1）高炉炼铁中发生的反应之一是：
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) △H=-1kJ/mol。
温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比将
（填“增大”、“减小”或“不变”）。
已知1100℃时，该反应平衡常数K=0.263，现测得高炉中（CO2）=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L，此时该反应 .
A．向正反应向向进行 B．处于平衡状态 C．向逆反应方向进行
（2）合成氨工业中需将原料气中的CO变成CO2除去。在密闭密器中将CO和H2O混合加热到800℃，达到下列平衡：W ww.k s5u.co mCO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.0
若平衡时n(H2O)/n(CO)=1，则CO转化为CO2的转化率为 。

解题分析：
1. A项，当加入Na2SO4溶液时，c(SO42－)增大，因Ksp为常数，则c(Ba2+ )就会减小，故A错；B项，蒸发可以会使溶液的c(SO42－)和c(Ba2+ )都变大，故B错；C项，在d点时，因其在沉淀溶解平衡点c点的下方，c(Ba2+ )较小，故它们浓度的乘积小于Ksp，则无无BaSO4沉淀生成，C正确；D项，因a、c两点对应的都是在相同的温度下的Ksp，故二者的Ksp相同，D错。 答案：C
2.（1）由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以HX的生成反应是发热反应；
（2）K值越大，说明反应的正向程度越大，即转化率越高，a正确；反应的正向程度越小，说明生成物越不稳定，越易分解，因此选项d正确；而选项c、d与K的大小无直接联系。
答案：（1）发热（2）a、d
3. 答案：91%

4.（1）减小 A
（2）50.0%（2分）
（3）
防错机制：
1， 化学平衡常数与反应物的性质和化学反应书写的方式有关，且它只受温度的影响，与浓度无关。
2. 解题时注意把握化学平衡常数表达式的书写方法，理解平衡常数的意义和应用

四．能力提升
1.参考合成反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常数：
温度/℃
0
100
200
300
400
平衡常数
667
13
1.9×10-2
2.4×10-4
1×10-5
下列说法正确的是。
A．该反应正反应是放热反应
B．该反应在低温下不能自发进行，高温下可自发进行，说明该反应△S<0
C．在T℃时，1L密闭容器中，投入0．1mol CO）和0．2 mol H2，达平衡时，CO转化率为40%，则此时 的平衡常数约为46．3
D．工业上采用稍高的压强（5 MPa）和250℃，是因为此条件下，原料气转化率最高
2.已知常温下反应①、②、③的平衡常数关系为K1> K3> K2，据此所做以下推测合理的是
①NH3+H+NH4+ （平衡常数为K1） ②Ag++Cl—AgCl（平衡常数为K2）③Ag++2NH3Ag(NH3)2+（平衡常数为K3）
A．氯化银可溶于氨水 B．银氨溶液中加入少量氯化钠有白色沉淀
C．银氨溶液中加入盐酸有白色沉淀 D．银氨溶液可在酸性条件下稳定存在
3.已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝1.0×10－16。下列关于不溶物之间转化的说法中错误的是
A AgCl不溶于水，不能转化为AgI
B 两种不溶物的Ksp相差越大，不溶物就越容易转化为更难溶的不溶物
C AgI比AgCl更难溶于水，所以，AgCl可以转化为AgI
D. 沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动
4. 已知：25°C时，Ksp[Mg(OH)2]＝5.61×10－12，Ksp[MgF2]＝7.42×10－11。下列说法正确的是
A. 25°C时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2+)大
 B. 25°C时，在Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2+)增大
 C. 25°C时，Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol/L氨水中的Ksp比在20mL 0.01mol/L NH4Cl溶液中的Ksp小
D. 25°C时，在Mg(OH)2的悬浊液加入NaF溶液后，Mg(OH)2不可能转化成为MgF2
5.高温及一定催化剂作用下，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．将容器体积变为原来2倍，CO的平衡浓度变为原来的2倍
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CO2 ＋ H2CO ＋ H2O ；△H＞0
6. 室温下向10mL pH=3的醋酸溶液中加入水稀释后，下列说法正确的是
A.溶液中导电粒子的数目减少
B.溶液中不变
C.醋酸的电离程度增大，c(H＋)亦增大
D.再加入10mlpH=11的NaOH溶液，混合液pH=7
7. 根据右表提供的数据，判断在等浓度的。、混合溶液中，各种离子浓度关系正确的是
A．
B．
C．
D．
8.(1)在一定条件下，将l mol N2 与3 mol H2 混合于一个10 L密闭容器中，反应达到平衡时，A点混合气体中氨占25％，试回答：
①N2的转化率为 ；
②右图中在状态A时，平衡常数 KA （填写代入数值的表达式，不要求算出具体数值）；当温度由T1变化到T2时， KA KB（填“>”、“<”或“=”）。

(2)CH4与H2O在隔绝空气、高温和催化剂条件下反应：
CH4（g）+H2O（g） CO（g）+3H2（g） ΔH=m kJ·mol-1
则反应的平衡常数表达式K= ， K的
大小与温度（T）的关系如右图中曲线所示，
则m 0（填“＞”“=”或“＜”） ；改变某一条件，使状态从a点到达b点，若保持温度不变，反应再次达到平衡时，则CH4的转化率 （填“增大”、“减小”、“不变”或“不确定”），反应的焓变（△H）将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
9.(1)氧化铜锌矿中含有少量的CuS和ZnS，在H2SO4的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，则相同温度下：Ksp(CuS) Ksp(ZnS)（选填“＞”“＜”或“＝”）。
(2) Cu(OH)2在水溶液中存在着如下沉淀溶解平衡：Cu(OH)2(s) Cu2+(aq)＋2OH－(aq),在常温下Ksp =2×10-20。在常温下如果要生成Cu(OH)2沉淀，需要向0.02mol·L-1的CuSO4溶液中入碱来调整溶液的pH，应使溶液的pH大于 。
(3)设Ka、Kh、Kw分别表示CH3COOH的电离平衡常数、CH3COO－的水解平衡常数和水的离子积常数，则三者之间的关系为：
10.乙醇是重要的化工原料和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：2CO2(g) + 6H2(g)CH3CH2OH(g) + 3H2O(g)
（1）写出该反应的平衡常数表达式：K＝_________________________。
（2）在一定压强和温度下，在反应物总物质的量相同的情况下，测得该反应的实验数据如下表：
温度/℃
CO2转化率/%
n(H2)/n(CO2)

500
600
700
800
1.5
45
33
20
12
2.0
60
43
28
15
3.0
83
62
37
22
① 该反应是___________反应（填“吸热”或“放热”）。
② 提高氢碳比[n(H2)/n(CO2)]，则CO2的转化率___________；化学平衡____________移动，平衡常数K__________（填“增大”、“减小”、或“不变”）。
11.甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ： CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
反应Ⅱ： CO2(g) ＋ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
① 上述反应符合“原子经济”原则的是 _____（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。
② 下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）。
温度[
250℃
300℃
350℃
K
2.041
0.270
0.012
由表中数据判断ΔH1 0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。
③ 某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝ 0.2 mol／L，则CO的转化率为 ，此时的温度为 （从上表中选择）。
12.反应① Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g) ΔH1
反应② CO(g)+1/2O2(g) CO2(g) ΔH2
测得在不同温度下，反应①的平衡常数K值随温度的变化如下：
温度/℃
500
700
900
K
1.00
1.47
2.40
（1）反应①的化学平衡常数表达式为 ，ΔH1 0（填“大于”、“小于”或“等于”）。 在500℃2L密闭容器中进行反应①，CO2起始量为4mol，其转化率为50%，则CO的平衡浓度为 。
（2）由反应①和②可求得，反应2Fe（s）+O2（g） 2FeO（s）ΔH 的ΔH = 。

习题答案
1.AC 2. AC 3.A 4.B 5.D 6.B 7.A
8.(1)①40% , ② , >
9.（1）＜ （2）大于5 （3）Ka·Kh＝Kw
(2) , ＞ ,不确定 , 不变
10. （1）K＝ （2）①放热 ② 增大、正向、不变 ――说明：关于平衡移动方向问题应解释为：当浓度产生同等变量时（即c(H2)的增加量与c(CO2)的减少量），c6(H2)产生的增大影响比c2(CO2)产生的减小影响要更大，所以化学平衡向正反应方向移动。
11. ①Ⅰ，②＜，③80%, 250℃
12．（1）K=, 大于，1mol/L
(2) 2（ΔH1+ΔH2）KJ