化学平衡状态化学平衡常数.doc

第七章 第二节 化学平衡状态 化学平衡常数
[课时作业]
命 题 报 告
知识点
难度
基础
中档
拔高
化学平衡状态的概念
3、7
4、6

化学平衡状态的特征
1、2
5、12
16
化学平衡常数及其应用
8
10、11

有关化学平衡常数的计算
9
13、14
15

一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)
1．在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，已知反应过程某一时刻SO2、O2、SO3浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，达到平衡时浓度可能正确的是 (　　)
A．SO2、O2分别为0.4 mol/L、0.2 mol/L
B．SO2为0.25 mol/L
C．SO2、SO3均为0.15 mol/L
D．SO2为0.24 mol/L，SO3为0.14 mol/L
解析：本题可用极限法．可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立．A项，0.2 mol/L SO3全部转化时，SO2和O2浓度才是0.4 mol/L,0.2 mol/L.B项，SO2的浓度应在0～0.4 mol/L之间．根据S元素守恒，二者浓度不可能均分0.15 mol/L，其浓度之和应为0.4 mol/L，C、D两项都不正确．
答案：B
2．在容积为1 L的密闭容器中，加入5 mol A物质，在一定条件下同时发生下列两个反应：①2A(g) 2B(g)＋C(g)；②A(g) C(g)＋D(g)．当达到平衡时，测得c(A)＝ 2.5 mol/L，c(C)＝2.0 mol/L.则下列说法中正确的是 (　　)
A．达到平衡时A的总转化率为40%
B．达到平衡时c(B)为1.0 mol/L
C．达到平衡时c(B)＝2c(D)
D．达到平衡时c(D)＝2c(B)
解析：设第①个反应消耗A的浓度为x，则生成B和C的浓度分别是x和.
第②个反应消耗A的浓度为y.平衡时C和D的浓度都为y.根据题意得
求得x＝1 mol/L，y＝1.5 mol/L，故选B.
答案：B
3．(2010·海淀区高三模拟)X、Y、Z三种气体，取X和Y按2∶1的物质的量之比混合，放入固定体积的密闭容器中发生如下反应：X ＋ 2Y2Z，达到平衡后， X的转化率不可能为 (　　)
A．25%　　　　　　　　B．20% C．15% D．10%
解析：本题考查可逆反应不可能进行完全，若Y反应时Y完全消耗1 mol 时，则X消耗0.5 mol，所以X的转化率一定小于25%.
答案：A
4．可逆反应2HI(g) H2(g)＋I2(g)在密闭容器中进行，当下列4项中某项不随时间变化时，才能说明反应已达平衡 (　　)
A．容器内压强 B．平均相对分子质量
C．各组分密度 D．混合气体颜色
解析：该反应是一个气体体积不变的反应，在任何情况下，混合气体的质量、物质的量，平均相对分子质量保持不变，在恒容下，气体的密度保持不变；在恒温、恒容下，气体压强很难不变．反应混合物中只有I2(g)有颜色，混合气体的颜色不变，说明I2(g)的浓度不变，反应达到平衡．
答案：D
5．(2010·常州模拟)把3 mol A和2.5 mol B混合于2 L密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g)，5 min后反应达到平衡，容器内压强变小，测得D的平均反应速率为0.1 mol/(L·min)，下列结论错误的是 (　　)
A．A的平均反应速率为0.15 mol/(L·min)
B．平衡时，C的浓度为0.25 mol/L
C．平衡时，B的转化率为20%
D．平衡时，容器内压强为原来的0.8倍
解析：反应达平衡后压强变小，说明上述反应的正方向是一个体积减小的反应，故x＝1.Δc(D)＝5 min×0.1 mol/(L·min)＝0.5 mol/L.
　　　　　 3A(g) ＋ B(g) C(g)＋ 2D(g)
起始浓度(mol/L) 1.5 1.25 0 0
转化浓度(mol/L) 0.75 0.25 0.25 0.5
平衡浓度(mol/L) 0.75 1 0.25 0.5
A项：v(A)∶v(D)＝3∶2，v(A)＝0.15 mol/(L·min)，A正确；B项：平衡时压强减小，x＝1，v(C)＝0.25 mol/(L·min)，B正确；C项：B的转化率＝×100%＝20%，C正确．D项：平衡时气体的总物质的量为(0.75＋1＋0.25＋0.5)×2＝5 mol，压强为原来的倍，D错误．
答案：D
6．某温度下，C和水在密闭容器中发生下列反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)当反应达平衡时，测得c(H2)＝1.9 mol/L，c(CO)＝0.1 mol/L，则CO2的浓度为 (　　)
A．0.1 mol/L　　　　　　　　　B．0.9 mol/L
C．1.8 mol/L D．1.9 mol/L
解析：设CO2的浓度为x
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
　x　　　　　　　　 x 　　　x
C(s)＋H2O(g) CO(g)　＋　 H2(g)
　　　　　 1.9 mol/L－x 1.9 mol/L－x
1．9 mol/L－x－x＝0.1 mol/L，x＝0.9 mol/L.
答案：B
7．一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行反应A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)，当下列物理量不发生变化时，能说明该反应已达到平衡状态的是 (　　)
①混合气体的密度　②容器内气体的压强　③混合气体总物质的量　④B物质的量浓度
A．①④ B．②③ C．②③④ D．只有④
解析：因为A为固体，反应前后气体的体积不变，而气体的质量却发生变化，因而②③始终不变，当气体质量不变时即达平衡状态，而ρ＝，所以ρ不变可作为平衡的标志．
答案：A
8．(2008·宁夏高考)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)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为 (　　)
A．9 B．16 C．20 D．25
解析：欲求平衡常数，需知道平衡时c(NH3)和c(HI)，根据c(H2)＝0.5 mol·L－1，知分解的HI的浓度c(HI)＝1 mol·L－1，c(NH3)＝4 mol·L－1＋1 mol·L－1＝5 mol·L－1.K＝c(NH3)·c(HI)＝5×4＝20.
答案：C
9．一定温度下，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%，在该温度下，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 mol·L－1
D．后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度为0.5 mol·L－1
解析：由于气体的物质的量不变n(HI)＝1 mol
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
初始(mol·L－1)　1　　　1　　　　 0
转化(mol·L－1) 0.5　　0.5　　　 1
平衡(mol·L－1)　0.5　　0.5　　　 1
K1＝＝＝4
HI(g) H2(g)＋I2(g)
K2＝＝＝0.5
　　　HI(g) H2(g)＋I2(g)
初始(mol·L－1)0.5　　　 0　　　　0
转化(mol·L－1)x　　　　　　 　
平衡(mol·L－1)0.5－x　 　　　
K2＝＝0.5.求得x＝0.25
平衡时：c(H2)＝0.125 mol·L－1
c(HI)＝0.25 mol·L－1.
答案：B
10．(2009·天津高考)人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力，CO吸入肺中发生反应：CO＋HbO2 O2＋HbCO,37℃时，该反应的平衡常数K＝220.HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损．据此，下列结论错误的是 (　　)
A．CO与HbO2反应的平衡常数K＝
B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少
C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损
D．把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动
解析：由平衡常数的定义可知该反应的平衡常数K＝；由平衡移动原理可知吸入CO越多，平衡向右移动，与血红蛋白结合的O2越少，把病人放入高压氧仓中，则平衡向左移动，释放出CO，故可解毒，A、B、D均正确．C项，由平衡常数表达式可知，人智力受损时：220＝×0.02，即＝，故C项错误．
答案：C

11．(2009·江苏高考)I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq) I(aq)，某I2、KI混合溶液中，I的物质的量浓度c(I)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)．下列说法正确的是 (　　)
A．反应I2(aq)＋I－(aq) I(aq)的ΔH>0
B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2
C．若反应进行到状态D时，一定有v(正)>v(逆)
D．状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大
解析：A项，根据图象可知c(I)随温度升高而减小，故升温平衡向逆反应方向移动，根据升温平衡向吸热反应方向移动可知逆反应为吸热反应，正反应为放热反应ΔH<0；B项，根据放热反应，升温K变小，因T2>T1，所以K1>K2；C项，曲线下方的点表示还未达平衡状态且由于c(I)低于平衡时，故反应向正反应方向进行，故v正>v逆；D项，将A点看成原平衡状态，升温达到B点，则由于升温平衡向逆反应方向移动，故c(I2)B>c(I2)A.
答案：BC
12．X、Y、Z三种气体，把a mol X与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 (　　)
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
解析：解答有关于化学反应速率和化学平衡问题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和有关概念、定律求解．
　X　＋　2Y2Z　　　　
起始量/mol a b 0
转变量/mol x x
平衡量/mol a－ b－x x
依题意可得：a－＋b－x＝x，解得x＝
Y的转化率为×100%＝×100%.
答案：B
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
13．(12分)(2010·徐州模拟)在2 L密闭容器内，800℃时反应：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：
时间(s)
0
1
2
3
4
5
n(NO)(mol)
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007

(1)写出该反应的平衡常数表达式：K＝________.
已知：K300℃＞K350℃，则该反应是________热反应．

(2)右图中表示NO2的变化的曲线是_________________________________________．
用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________.
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是________________________________________．
a．v(NO2)＝2v(O2)
b．容器内压强保持不变
c．v(逆)(NO)＝2v(正)(O2)
d．容器内密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________．
a．及时分离除NO2气体　　 　b．适当升高温度
c．增大O2的浓度 d．选择高效催化剂
解析：(1)因为K300℃>K350℃，说明降低温度，平衡常数增大，也就是生成物浓度幂之积增大，此时平衡向正反应方向移动，因此正反应为放热反应．
(2)从n(NO)随时间变化表可得出，NO的物质的量随时间的推移而减小，NO与O2是反应物，NO2是生成物，NO2的变化曲线只能是a，b中的某一条．反应在3 s之后，NO的物质的量不再发生变化，反应过程中NO减小0.013 mol，根据方程式可知NO2增加0.013 mol，而容器体积2 L，所以达到平衡时，NO2的浓度0.0065 mol/L，曲线b符合.0～2 s内，NO减少0.012 mol，据反应方程，O2同时减少0.006 mol，所以以O2来表示这段时间的平均速率＝0.006 mol÷2 L÷2 s＝0.0015 mol/(L·s)．
(3)a项在达没达到平衡都成立，因为反应速率之比等于化学计量数之比．反应2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反应前后气体分子数目不相等，平衡受压强的影响，压强改变， 平衡要移动，b项中压强已保持不变，所以b项已达平衡状态．根据平衡状态的定义，正逆反应速率相等可得c项也达平衡状态．密度等于质量除以体积，该反应的反应物和生成物均为气体，质量不变，而容器的体积2 L，也不发生变化，所以任何条件下密度都不发生改变，d项不能说明反应是否达到平衡状态．
(4)分离出NO2气体，反应速率减慢，加入催化剂，平衡不移动，升高温度该反应向逆反应方向移动，所以a、b、d均错误．增大反应物O2的浓度，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，c正确．
答案：(1)K＝　放
(2)b　1.5×10－3 mol/(L·s)
(3)b　c　(4)c
14．(10分)SO2和NOx是常用的化工原料，也是大气的主要污染物．综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一．
硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋
O2(g) 2SO3(g)
某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示．
(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa.该反应的平衡常数等于________．
(2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________K(B)(填“＞”、“＜”或“＝”)．
解析：(1)0.10 MPa时：c(SO2)＝2 mol×(1－0.80)×＝0.04 mol·L－1，
c(O2)＝(1 mol－1.6 mol×)×＝0.02 mol·L－1，
c(SO3)＝1.6 mol×＝0.16 mol·L－1，
K＝＝＝800.
(2)由A到B，温度不变，只增大压强，K不变．
答案：(1)800　(2)＝
15．(14分)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：其化学平衡常数K与温度t℃的关系如下：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
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6

请回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数K ＝______________________________________________.
(2)该反应为________反应．(填“吸热”或“放热”)
(3)800℃，固定容器的密闭容器中，放入混合物，起始浓度为c(CO) ＝0.01 mol/L，c(H2O)＝0.03 mol/L，c(CO2)＝0.01 mol/L，c(H2)＝0.05 mol/L ，则反应开始时，H2O的消耗速率比生成速率__________．(填“大”“小”或“不能确定”)
(4)830℃，在1 L的固定容器的密闭容器中放入2 mol CO2和1 mol H2，平衡后CO2的转化率为________， H2的转化率为________．
解析：(1)由平衡常数的定义知该反应的化学平衡常数K的表达式K＝；
(2)可逆反应的平衡常数一般只随温度的改变而改变，吸热反应的平衡常数随温度升高而增大，放热反应的平衡常数随温度升高而减小；由表中数据知该反应随温度的升高而增大，可推知升高温度，平衡向正反应方向移动，所以该反应为吸热反应．
(3)把起始浓度代入平衡常数的表达式中，其比值小于800℃时的K值，则反应将向正反应方向移动， H2O的消耗速率比生成速率小．
(4)830℃时，平衡常数为1，设反应中转化的CO2浓度为x，则反应过程中物质浓度的变化情况为：
　　　　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
起始时(mol/L) 2 1 0 0
转化了(mol/L) x x x x
平衡时(mol/L) 2－x 1－x x x
据平衡常数的关系可得(2－x)×(1－x)＝x×x，解得x＝2/3，则平衡后CO2的转化率为1/3，H2的转化率为2/3.
答案：(1)　(2)　吸热　(3)小
(4)1/3　2/3

16．(16分)铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质．
(1)在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：Fe2O3(s)＋3CO(g) 2Fe(s)＋3CO2(g)
①该反应的平衡常数表达式为：K＝____________；
②该温度下，在2 L盛有Fe2O3粉末的密闭容器中通入CO气体，10 min后，生成了单质铁11.2 g．则10 min内CO的平均反应速率为______________．
(2)请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态：
①_______________________________________________________________________；
②_______________________________________________________________________.
(3)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应．下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是________．

(4)写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
欲使上述体系中Al3＋浓度增加，可加入的物质是____________．
解析：(1)中①书写表达式时固体不需写入．②n(Fe)为0.2 mol，n(CO)为0.3 mol，v(CO)＝＝0.015 mol/(L·min)．
(2)这是一个等体积反应，不能从压强考虑，Fe、Fe2O3为固体，也不影响平衡，所以应 从CO、CO2浓度、反应速率去考虑．
(3)铝热反应常温不反应，高温时瞬间反应．
(4)欲使Al3＋浓度增加，应先写出Al(OH)3的碱式电离方程式：Al(OH)3Al3＋＋3OH－，使平衡右移，可加入酸性物质，如HCl、H2SO4等．
答案：(1)　0.015 mol/(L·min)
(2)①CO(或CO2)的生成速率与消耗速率相等
②CO(或CO2)的质量不再改变(合理即给分)　(3)b
(4)Al(OH)3H＋＋AlO＋H2O　盐酸(合理即给分)