高中化学化学平衡常数的应用和计算.pdf

1 课时 34 化学平衡常数的应用和计算 知识点一 化学平衡常数的概念及应用 【考必备清单】1概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。2表达式(1)对于反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，Kcp（C）cq（D）cm（A）cn（B）。如：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数表达式 Kc（CO）c（H2）c（H2O）。名师点拨 固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不写入平衡常数表达式中，但水蒸气需写入。计算时，代入平衡常数表达式的浓度是平衡浓度。(2)化学平衡常数是指某一个具体反应的平衡常数，当化学反应方向改变或化学计量数改变时，化学平衡常数也发生改变，例如：化学方程式 平衡常数表达式 相互关系 2NH3(g)N2(g)3H2(g)K1c（N2）c3（H2）c2（NH3）K11K2()用K2表示 K3 K2(或 K12_2)()用K2表示 N2(g)3H2(g)2NH3(g)K2c2（NH3）c（N2）c3（H2）12N2(g)32H2(g)NH3(g)K3c（NH3）c12（N2）c32（H2）实例 已知下列反应在某温度下的平衡常数：H2(g)S(s)H2S(g)K1 S(s)O2(g)SO2(g)K2 则在该温度下反应 H2(g)SO2(g)O2(g)H2S(g)的平衡常数为 K1/K2。(用 K1、K2表示)名师点拨 2 化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系 正、逆反应的平衡常数互为倒数。若化学方程式中各物质的化学计量数都变成 n 倍或1n倍，则化学平衡常数变为原来的 n 次幂或1n次幂。两方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。3意义与影响因素(1)K 值越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。(2)K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。4应用(1)判断可逆反应进行的程度 K 105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全 (2)判断化学反应进行的方向 对于化学反应 aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态，浓度商 Qcc（C）cd（D）ca（A）cb（B）。QK，反应向逆反应方向进行。(3)判断可逆反应的热效应 【夯基础小题】1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)Fe3(aq)3H2O(l)Fe(OH)3(s)3H(aq)的 平 衡 常 数 表 达 式 为K c3（H）c（Fe3）c3（H2O）()(2)恒温、恒容条件下，发生反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡，向容器中再充入 1 mol 3 SO2，平衡正向移动，化学平衡常数增大()(3)化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关；温度越高，化学平衡常数越大()(4)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大()(5)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数()(6)平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2高温下，某反应达到平衡状态，平衡常数 Kc（CO）c（H2O）c（CO2）c（H2）。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是()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该反应的化学方程式为 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)解析：选 A 根据平衡常数的表达式可得出该反应的化学方程式为 CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)；升高温度，正、逆反应速率均增大，H2浓度减小，平衡正向移动，说明正反应是吸热的，焓变为正值；在恒温恒容下，增大压强的方法有多种，H2浓度变化不确定。3在一定温度下，已知以下三个反应的平衡常数：反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)K1 反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)K2 反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)K3(1)反应的平衡常数表达式为_。(2)反应的 K3与 K1、K2的关系是 K3_。解析：(2)K3c（CO2）c（H2）c（CO）c（H2O），K2c（H2O）c（H2），结合 K1c（CO2）c（CO），可知 K3K1K2。答案：(1)K1c（CO2）c（CO）(2)K1K2 知识点二 化学平衡常数(K)、转化率的相关计算【考必备清单】1明确三个量起始量、变化量、平衡量 4 N2 3H2催化剂高温、高压2NH3 起始量 1 3 0 转化量 a b c 平衡量 1a 3b c 反应物的平衡量起始量转化量。生成物的平衡量起始量转化量。各物质转化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。转化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住转化浓度是解题的关键。2掌握四个公式(1)反应物的转化率n（转化）n（起始）100%c（转化）c（起始）100%。(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般地，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率实际产量理论产量100%。(3)平衡时混合物组分的百分含量平衡量平衡时各物质的总量100%。(4)某组分的体积分数某组分的物质的量混合气体总的物质的量100%。3谨记一个答题模板 对于反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令 A、B 起始物质的量分别为 a mol、b mol，达到平衡后，A 的转化量为 mx mol，容器容积为 V L，则有以下关系：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol amx bnx px qx 则有：KpxVpqxVqamxVmbnxVn c平(A)amxV molL1(A)平mxa100%，(A)(B)mxanxbmbna 5 (A)amxab（pqmn）x100%p平p始ab（pqmn）xab 混aM（A）bM（B）V gL1 平衡时体系的平均摩尔质量：MaM（A）bM（B）ab（pqmn）x gmol1 名师点拨 计算平衡常数时代入的必须是各物质的平衡浓度(对于反应前后气体总体积不变的反应，也可以用各物质平衡时的物质的量)。平衡常数的单位是一个复合单位，可写，也可以不写。【探题源规律】典例(1)(2019全国卷)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。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 11、41、71 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)11 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_。(2)(2019全国卷)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应：(g)I2(g)(g)2HI(g)H389.3 kJmol1。若起始总压为 105 Pa，平衡时总压增加了 20%，环戊烯6 的转化率为_，该反应的平衡常数 Kp_Pa。解析(1)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 HK(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 11、41、71 时的变化曲线。当 c(HCl)c(O2)11 时，列三段式：4HCl(g)O2(g)2Cl2(g)2H2O(g)起始浓度（mol/L）c0 c0 0 0 转化浓度mol/L）0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0 平衡浓度（mol/L）(10.84)c0 (10.21)c0 0.42c0 0.42c0 K(400)（0.42c0）2（0.42c0）2（10.84）4c40（10.21）c0 0.4220.422（10.84）4（10.21）c0。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。(2)设碘和环戊烯的物质的量均为 1 mol，达平衡时转化的物质的量为 x mol，由题意得：(g)I2(g)(g)2HI(g)初始物质的量/mol 1 1 0 0 转化物质的量/mol x x x 2x 平衡物质的量/mol 1x 1x x 2x 7 平衡时，容器内气体总物质的量为(2x)mol，则有（2x）mol2 mol2 mol100%20%，解得 x0.4，则环戊烯的转化率为0.4 mol1 mol100%40%，总压强为 105 Pa(120%)1.2105 Pa，因此各种气体的分压为 p()1.2105 Pa0.6 mol2.4 mol0.3105 Pa，p(I2)1.2105 Pa0.6 mol2.4 mol0.3105 Pa，p()1.2105 Pa0.4 mol2.4 mol0.2105 Pa，p(HI)1.2105 Pa0.8 mol2.4 mol0.4105 Pa，反应的平衡常数 Kp p（）p（HI）2p（）p（I2）0.2105 Pa（0.4105 Pa）20.3105 Pa0.3105 Pa3.56104 Pa。答案(1)大于（0.42）2（0.42）2（10.84）4（10.21）c0 O2和 Cl2分离能耗较高、HCl 转化率较低(2)40%3.56104 规律方法 压强平衡常数(Kp)的计算方法(1)Kp的含义 在化学平衡体系中，用各气体物质的平衡分压替代平衡浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数，用 Kp表示。(2)计算流程 【夯基础小题】8 1某温度下，将 2 mol A 和 3 mol B 充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)B(g)C(g)D(g)，5 min 后达到平衡，已知该温度下其平衡常数 K1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的 10 倍，A 的转化率不发生变化，则()Aa1 Ba2 CB 的转化率为 40%DB 的转化率为 60%解析：选 AC 温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，A 的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即 a1，A 正确，B 错误；设达到平衡时，B 的转化量为 x mol，则A、B、C、D 的平衡量分别为(2x)mol、(3x)mol、x mol、x mol，设容器体积为 1 L，则平衡常数 K1x2（2x）（3x），解得 x1.2，B 的转化率1.23100%40%，C 正确，D 错误。2 将固体 NH4I 置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)，2HI(g)H2(g)I2(g)。达到平衡时：c(H2)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为_。解析：由平衡时 H2的浓度，可求得反应分解消耗 HI 的浓度，c分解(HI)0.5 molL121 molL1，故式生成 c(HI)c平衡(HI)c分解(HI)4 molL11 molL15 molL1，则c平衡(NH3)5 molL1，根据平衡常数表达式 Kc平衡(NH3)c平衡(HI)5420。答案：20 易错提醒 本题易错填成 25。原因是将式生成的 c(HI)5 molL1代入公式中计算，而未代入平衡时 HI 的浓度(4 molL1)。计算平衡常数时，应严格按照平衡常数的计算公式计算，代入的一定是物质的平衡浓度。3.在恒容密闭容器中通入 CH4与 CO2，使其物质的量浓度均为 1.0 molL1，在一定条件下发生反应：CO2(g)CH4(g)2CO(g)2H2(g)，测得 CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示：9 则：(1)该反应的 H_(填“”)0。(2)压强 p1、p2、p3、p4由大到小的关系为_。压强为 p4时，在 b 点：v(正)_(填“”)v(逆)。(3)对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强 p(B)代替物质的量浓度 c(B)也可表示平衡常数(记作 Kp)，则该反应的平衡常数的表达式 Kp_；如果 p40.36 MPa，求 a 点的平衡常数 Kp_。(保留 3 位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)解析：(1)根据图示，压强不变时，升高温度，CH4的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动。根据升温时，平衡向吸热反应方向移动可知，正反应为吸热反应，H0。(2)该平衡的正反应为气体分子数增大的反应，温度不变时，降低压强，平衡向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故 p4p3p2p1。压强为 p4时，b 点未达到平衡，反应正向进行，故v(正)v(逆)。(3)由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知，用平衡压强表示的平衡常数 Kpp2（CO）p2（H2）p（CO2）p（CH4）。压强为 p4时，a 点 CH4的平衡转化率为 80%，则平衡时 c(CH4)c(CO2)0.2 molL1，c(CO)c(H2)1.6 molL1，则 p(CH4)p(CO2)p40.20.221.62118p4，p(CO)p(H2)p41.60.221.62818p4，故 Kp818p42818p42118p4118p484p241821.64。答案：(1)(2)p4p3p2p1 (3)p2（CO）p2（H2）p（CO2）p（CH4）1.64 10 知识点三 核心素养迁移化学反应速率常数及其应用 1速率常数含义 速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为 1 molL1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。2速率方程 一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。对于反应：aAbB=gGhH 则 vkca(A)cb(B)(其中 k 为速率常数)。如：SO2Cl2SO2Cl2 vk1c(SO2Cl2)2NO22NOO2 vk2c2(NO2)2H22NON22H2O vk3c2(H2)c2(NO)3速率常数的影响因素 温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。典例(2018 全国卷)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)H48 kJmol1，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。(1)343 K 时反应的平衡转化率 _%。平衡常数 K343 K_(保留 2 位小数)。11 (2)比较 a、b 处反应速率大小：va_vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率 vv正v逆k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x 为物质的量分数，计算 a 处的v正v逆_(保留 1 位小数)。解析(1)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。由题图可知，343 K 时反应的平衡转化率 22%。设起始时 SiHCl3(g)的浓度为 1 molL1，则有 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)起始/(molL1)1 0 0 转化/(molL1)0.22 0.11 0.11 平衡/(molL1)0.78 0.11 0.11 则 343 K 时该反应的平衡常数 K343 Kc（SiH2Cl2）c（SiCl4）c2（SiHCl3）（0.11 molL1）2（0.78 molL1）20.02。(2)温度越高，反应速率越快，a 点温度为 343 K，b 点温度为 323 K，故反应速率：vavb。反应速率 vv正v逆k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4，则有 v正k正x2SiHCl3，v逆k逆xSiH2Cl2xSiCl4，343 K下反应达到平衡状态时 v正v逆，即 k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4，此时 SiHCl3的平衡转化率 22%，经计算可得 SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为 0.78、0.11、0.11，则有 k正0.782k逆0.112，k正k逆0.1120.7820.02。a 处 SiHCl3的平衡转化率 20%，此时 SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为 0.8、0.1、0.1，则有 答案(1)22 0.02(2)大于 1.3 12 1(2019南宁期末)反应 2NO(g)2H2(g)=N2(g)2H2O(g)中，每生成 7 g N2，放出 166 kJ的热量，该反应的速率表达式为 vkcm(NO)cn(H2)(k、m、n 待测)，其反应包含下列两步：2NOH2=N2H2O2(慢)H2O2H2=2H2O(快)T 时测得有关实验数据如下：序号 c(NO)/(molL1)c(H2)/(molL1)速率/(molL1 min1)0.006 0 0.001 0 1.8104 0.006 0 0.002 0 3.6104 0.001 0 0.006 0 3.0105 0.002 0 0.006 0 1.2104 下列说法错误的是()A整个反应速率由第步反应决定 B正反应的活化能一定是 C该反应速率表达式：v5 000c2(NO)c(H2)D该反应的热化学方程式为 2NO(g)2H2(g)=N2(g)2H2O(g)H664 kJmol1 解析：选 B A由、两反应知，反应过程中反应慢的反应决定反应速率，整个反应速率由第步反应决定，正确；B.反应慢，说明反应的活化能高，正反应的活化能一定是，错误；C.比较实验、数据可知，NO 浓度不变，氢气浓度增大一倍，反应速率增大一倍，比较实验、数据可知，H2浓度不变，NO 浓度增大一倍，反应速率增大四倍，据此得到速率方程：vkc2(NO)c(H2)，依据实验中数据计算 k5 000，则速率表达式为 v5 000c2(NO)c(H2)，正确；D.反应 2NO(g)2H2(g)=N2(g)2H2O(g)中，每生成 7 g N2放出 166 kJ 的热量，生成 28 g N2放热 664 kJ，热化学方程式为 2NO(g)2H2(g)=N2(g)2H2O(g)H664 kJmol1，正确。13 2(2019洛阳联考)已知化学反应：NO2CONOCO2，当 t250 时，vkc(NO2)c(CO)。以上两式中 v 为反应速率，k 为速率常数(一定温度下为定值)。下列叙述正确的是()A当 NO2和 CO 的浓度相等时，升高或降低温度，反应速率不变 B因反应前后气体分子数目不变，故改变压强反应速率不变 C增大 NO2的浓度为原来的 2 倍，反应速率一定变为原来的 2 倍 D当温度低于 250 时，改变 CO 的浓度，反应速率基本不变 解析：选 CD 升高温度，反应速率加快，降低温度，反应速率减慢，A 项错误；该反应前后气体分子数目不变，改变压强，平衡不移动，但反应速率对应改变，B 项错误；增大 NO2的浓度为原来的 2 倍，若 t250，根据 vkc(NO2)c(CO)可知，反应速率变为原来的 2 倍，C 项正确；当温度低于 250 时，根据 vkc2(NO2)可知，一定温度下，反应速率只与 c(NO2)有关，改变 CO 的浓度，反应速率不变，D 项正确。3研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是 2NO(g)O2(g)2NO2(g)的速率却随温度的升高而减小。某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：2NO(g)N2O2(g)(快)v1正k1正c2(NO)v1逆k1逆c(N2O2)H10 N2O2(g)O2(g)2NO2(g)(慢)v2正k2正c(N2O2)c(O2)v2逆k2逆c2(NO2)H20 请回答下列问题：(1)一定温度下，反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，请写出用 k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式 K_，根据速率方程分析，升高温度该反应速率减小的原因是_(填字母)。ak2正增大，c(N2O2)增大 bk2正减小，c(N2O2)减小 ck2正增大，c(N2O2)减小 14 dk2正减小，c(N2O2)增大(2)由实验数据得到 v2正c(O2)的关系可用如图表示。当 x 点升高到某一温度时，反应重新达到平衡，则变为相应的点为_(填字母)。解析：(1)由反应达到平衡状态可知，v1 正v1 逆、v2 正v2 逆，所以 v1正v2 正v1 逆v2 逆，即 k1 正c2(NO)k2 正c(N2O2)c(O2)k1 逆c(N2O2)k2 逆c2(NO2)，则 Kc2（NO2）c2（NO）c（O2）k1正k2正k1逆k2逆。(2)因为决定 2NO(g)O2(g)2NO2(g)速率的是反应，升高温度，v2 正减小，平衡向逆反应方向移动，c(O2)增大，因此当 x 点升高到某一温度时，c(O2)增大，v2 正减小，符合条件的点为 a。答案：(1)k1正k2正k1逆k2逆 c(2)a 4(2016海南高考)顺1，2二甲基环丙烷和反1，2二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为：v(正)k(正)c(顺)和 v(逆)k(逆)c(反)，k(正)和 k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知：t1温度下，k(正)0.006 s1，k(逆)0.002 s1，该温度下反应的平衡常数值 K1_；该反应的活化能 Ea(正)小于 Ea(逆)，则 H_0(填“小于”“等于”或“大于”)。(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_(填 曲 线 编 号)，平 衡 常 数 值 K2 _；温 度t2_t1(填“小 于”“等 于”或“大 于”)，判 断 理 由 是_。解析：(1)根据 v(正)k(正)c(顺)、k(正)0.006 s1，则 v(正)0.006c(顺)；k(逆)0.002 s1，v(逆)k(逆)c(反)0.002c(反)；化学平衡状态时正、逆反应速率相等，则 0.006c(顺)0.002c(反)，K1c(反)/c(顺)0.0060.0023；该反应的活化能 Ea(正)小于 Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则 H 小于零。15 (2)反应开始时，c(顺)的浓度大，单位时间的浓度变化大，w(顺)的变化也大，故 B 曲线符合题意，设顺式异构体的起始浓度为 x，该可逆反应左右物质的化学计量数相等，均为 1，则平衡时，顺式异构体为 0.3x，反式异构体为 0.7x，所以平衡常数值 K20.7x0.3x73，因为K1K2，放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动，所以温度 t2大于 t1。答案：(1)3 小于(2)B 73 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动 随堂检测反馈 1(2017全国卷)H2S 与 CO2在高温下发生反应：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K 时，将 0.10 mol CO2与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。H2S 的平衡转化率 1_%，反应平衡常数 K_。在 620 K 重复实验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，H2S 的转化率 2_1，该反应的 H_0。(填“”“B 2(2019全国卷)水煤气变换CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata 曾做过下列实验：使纯 H2缓慢地通过处于 721 下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴 Co(s)，平衡后气体中 H2的物质的量分数为 0.025 0。在同一温度下用 CO 还原 CoO(s)，平衡后气体中 CO 的物质的量分数为 0.019 2。根据上述实验结果判断，还原 CoO(s)为 Co(s)的倾向是 CO_H2(填“大于”或“小于”)。(2)721 时，在密闭容器中将等物质的量的 CO(g)和 H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中 H2的物质的量分数为_(填标号)。A0.25 B0.25 C0.250.50 D0.50 E0.50 解析：(1)根据题目提供的实验数据可知，用 H2还原 CoO 制取金属 Co，反应的化学方程式为 H2(g)CoO(s)Co(s)H2O(g)，平衡混合气体中 H2的物质的量分数为 0.025 0,K1c(H2O)/c(H2)(10.025 0)/0.025 039；CO 还原 CoO 制取金属 Co 的化学方程式为 CO(g)CoO(s)Co(s)CO2(g)，平衡混合气体中 CO 的物质的量分数为 0.019 2，K2c(CO2)/c(CO)(10.019 2)/0.019 2 51.08。K1K2，说明还原 CoO 制取金属 Co 的倾向 CO大于 H2。(2)H2(g)CoO(s)Co(s)H2O(g)CO(g)CoO(s)Co(s)CO2(g)17 根据盖斯定律，可得 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)设起始 CO、H2O 的物质的量为 a mol，转化的物质的量为 x mol，容器容积为 1 L，则：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始/(molL1)a a 0 0 转化/(molL1)x x x x 平衡/(molL1)ax ax x x 则该反应的 Kx2/(ax)2K2/K1 1.31，求得：x0.534a，则平衡时 H2的物质的量分数约为0.534a2a0.267。答案：(1)大于(2)C 课时跟踪检测 一、选择题(本题共 10 小题，每小题只有一个选项符合题意)1对于 3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)反应的化学平衡常数的表达式为()AKc（Fe3O4）c（H2）c（Fe）c（H2O）BKc（Fe3O4）c4（H2）c（Fe）c4（H2O）CKc4（H2O）c4（H2）DKc4（H2）c4（H2O）解析：选 D 在化学平衡常数表达式中不能出现固体或纯液体物质，则 3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)反应的化学平衡常数的表达式为 Kc4（H2）c4（H2O）。2反应 Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)，700 时平衡常数为 1.47，900 时平衡常数为2.15。下列说法正确的是()A升高温度，该反应的正反应速率增大，逆反应速率减小 B该反应的化学平衡常数表达式为 Kc(FeO)c(CO)/c(CO2)c(Fe)C该反应的正反应是吸热反应 D增大 CO2浓度，平衡常数增大 解析：选 C A 项，升高温度，正、逆反应速率均增大，错误；B 项，固体物质浓度视为常18 数，不列入平衡常数的表达式，该反应的化学平衡常数表达式为 Kc（CO）c（CO2），错误；C 项，温度升高，K 增大，则该反应的正反应为吸热反应，C 正确；D 项，平衡常数只与温度有关，与浓度无关，增大反应物浓度，平衡常数不变，错误。3某温度下，反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的平衡常数 K125，在同一温度下，反应SO3(g)SO2(g)12O2(g)的平衡常数 K2的值为()A0.2 B5 C50 D0.01 解析：选 A K1c2（SO3）c2（SO2）c（O2）25，K2c（SO2）c12（O2）c（SO3）1K10.2，A 项正确。4O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应 O3O2O H0 平衡常数为 K1；反应 OO32O2 H0 平衡常数为 K2；总反应：2O33O2 HH2OCO2 D以上说法都不正确 解析：选 C 由反应可知，NO 分解产生 O2的平衡常数表达式为 K1c（N2）c（O2）c2（NO），A 错 误；反 应 2H2(g)O2(g)2H2O(l)的 平 衡 常 数 为 K2 21081，则 反 应2H2O(l)2H2(g)O2(g)的平衡常数为 K1K212108151082，B 错误；常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出 O2的平衡常数 K 逐渐减小，则分解放出 O2的倾向由大到小的顺序为 NOH2OCO2，C 正确；D 错误。7 将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(lgK)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法错误的是()20 AC 点对应状态的平衡常数 K(C)103.638 B该反应的 H0 CNH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 D30 时，B 点对应状态的 v(正)0，正确；C 项，体系中两种气体的物质的量之比始终不变，所以 NH3的体积分数不变时，该反应不一定达到平衡状态，错误；D 项，30 时，B 点未平衡，最终要达平衡状态，平衡常数的负对数要变大，此时的lgQK，因此 B 点对应状态的 v(正)0 B利用该反应可以除去硫粉中少量的碘单质 C在上述平衡体系中加入 CCl4，平衡不移动 D25 时，在上述平衡体系中加入少量 KI 固体，平衡常数 K 不变 解析：选 BD A 项，由图像数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆23 反应方向移动，故正反应方向为放热反应，即 HT1，则k逆k正1.25 解析：选 B 在平衡状态下，v正v逆，即 k正c2(NO2)k逆c2(NO)c(O2)，可求出 Kk正k逆，A 错误；由容器中反应列三段式：2NO2(g)2NO(g)O2(g)起始(molL1)0.6 0 0 转化(molL1)0.4 0.4 0.2 平衡(molL1)0.2 0.4 0.2 可以求出平衡常数 K0.420.20.220.8，根据容器的起始投料，浓度商 Q0.520.20.32590.8，说明反应继续向逆反应方向进行，达到平衡时，容器中 NO 的体积分数应小于 50%，C 错误；由于该反应的正反应是吸热反应，若 T2T1，所以升温至 T2时平衡常数增大，即k正k逆0.8，则k逆k正1.25，D 错误。15T 时，在甲、乙、丙三个容积均为 2 L 的恒容密闭容器中投入 SO2(g)和 O2(g)，发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，5 min 时甲达到平衡。其起始量及 SO2的平衡转化率如表所示。容器 甲 乙 丙 起始量 n(SO2)/mol 0.4 0.8 0.8 n(O2)/mol 0.24 0.24 0.48 SO2的平衡转化率 80%1 2 下列叙述不正确的是()A05 min 内，甲中 SO2的反应速率为 0.032 molL1min1 BT 时，该反应的平衡常数 K400 C平衡时，SO2的转化率：280%1 D平衡时，丙中气体平均相对分子质量与甲相同 解析：选 CD A 项，05 min 内，2SO2(g)O2(g)2SO3(g)开始/(mol)0.4 0.24 0 26 转化/(mol)0.32 0.16 0.32 平衡/(mol)0.08 0.08 0.32 平衡浓度/(mol/L)0.04 0.04 0.16 甲中 SO2的反应速率0.32 mol2 L5 min0.032 molL1min1，正确；B 项，根据 A 项三段式可知，该温度下，平衡常数 K0.1620.0420.04400，正确；C 项，由甲、乙可知，氧气的浓度相同，二氧化硫的浓度增大会促进氧气的转化，二氧化硫转化率减小，由乙、丙可知，二氧化硫浓度相同，氧气浓度增大二氧化硫转化率增大，则平衡时，SO2的转化率：180%2，错误；D 项，体积相同，丙中的起始浓度为甲的 2 倍，但由于该反应是气体体积改变的反应，体积不变增加浓度，压强增大，平衡正向移动，则丙中转化率增大，气体质量不变，气体物质的量不同，平衡时，丙中气体平均相对分子质量与甲不相同，错误。三、非选择题(本题共 2 小题)16(2019湘潭模拟)NO、NO2是汽车尾气中重要的含氮氧化物。回答下列问题：(1)某温度下，反应的平衡常数如下：a2NO2(g)N2(g)2O2(g)K16.71016 b2NO(g)N2(g)O2(g)K22.21030 分解反应趋势较大的反应是_(填“a”或“b”)；反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g)的 K_。(2)已知反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g)的正反应速率 v(正)k1cm(NO)cn(O2)，其中 k1为速率常数，可通过下列实验数据计算 k1、m、n。组别 起始浓度/(molL1)初始速率molL1s1 NO O2 1 0.02 0.012 5 7.98103 2 0.02 0.025 0 15.96103 3 0.04 0.012 5 31.92103 则 k1_，m_，n_。27 (3)已知反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g)的历程可表示为 第一步：NONOk1k1N2O2 快速平衡 第二步：N2O2O2k2 2NO2 慢反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v(正)k1c2(NO)，v(逆)k1c(N2O2)。下列叙述正确的是_(填序号)。A第一步反应的平衡常数 Kk1k1 Bv(第一步的正反应)v(第二步的反应)C第二步的活化能比第一步的活化能高 D第二步中 N2O2与 O2的碰撞 100%有效(4)一定条件下测得恒容容器中 NO、O2、NO2浓度发生如图变化。NO 的平衡转化率为_。该温度下反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g)的平衡常数为_(保留整数)。解析：(1)平衡常数越大，反应越容易进行，反应 b 的平衡常数大于反应 a，则 b 的分解反应趋势较大；根据盖斯定律，由反应 ba 可得：2NO(g)O2(g)2NO2(g)，则该反应的平衡常数为 KK2K12.210306.710163.281013。(2)由组 1 和 2 可知，NO 浓度不变时，氧气的浓度增大 1 倍，正反应速率增大 1 倍，故 n1；由组 1 和 3 可知，氧气的浓度不变时，NO 的浓度增大 1 倍，正反应速率变为原来的 4倍，故 m2；将 m2 和 n1 代入第 1 组数据：7.98103molL1s1k1(0.02 molL1)20.012 5 molL1，解得 k11 596 L2mol2s1。(3)第一步反应的平衡常数 Kc（N2O2）c2（NO），达到平衡时 v(正)v(逆)，则有 k1c2(NO)k28 1c(N2O2)，得c（N2O2）c2（NO）k1k1，Kc（N2O2）c2（NO）k1k1，A 正确；v(第一步的正反应)是快反应，v(第二步的反应)是慢反应，则有 v(第一步的正反应)v(第二步的反应)，B 错误；第二步的反应慢，活化能高，第二步的活化能比第一步的活化能高，C 正确；第二步是慢反应，说明N2O2与 O2的有效碰撞的几率较小，不可能达到 100%，D 错误。(4)由题图可知，经过 6 000 s 达到平衡时，c