高考化学二轮复习广东版专题九 化学平衡常数与转化率的计算.docx

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高考化学二轮复习广东版专题九化学平衡常数与转化率的计算

专题:

化学平衡常数与转化率的计算

[题型专练]

1．（2014·佛山模拟）已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，下列结论正确的是（　　）

A．在密闭容器中加入1molN2和3molH2充分反应放热92.4kJ

B．N2（g）＋3H2（g）2NH3（l）　ΔH＝－QkJ·mol－1，则Q>92.4

C．增大压强，平衡向右移动，平衡常数增大

D．若一定条件下反应达到平衡，N2的转化率为20%，则H2的转化率一定为60%

解析　A项，该反应是可逆反应不能进行到底，反应放热小于92.4kJ；B项，氨气变为液氨放热，则Q>92.4；C项，平衡常数只与温度有关；D项；若N2、H2的起始浓度之比是1∶3，则H2的转化率为20%，一般情况下H2与N2的转化率无必然联系。

答案　B

2．已知反应①：

CO（g）＋CuO（s）CO2（g）＋Cu（s）和反应②：

H2（g）＋CuO（s）Cu（s）＋H2O（g）在相同温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）的平衡常数为K。

则下列说法正确的是（　　）

A．反应①的平衡常数K1＝

B．反应③的平衡常数K＝K1/K2

C．对于反应③，恒容时，若温度升高，H2的浓度减小，则该反应的焓变为正值

D．对于反应③，恒温恒容时，若增大压强，H2的浓度一定减小

解析　在书写平衡常数表达式时，纯固体不能代入平衡常数表达式中，A错误。

由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝K1/K2，B正确。

反应③中，若温度升高，H2的浓度减小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH＜0，C错误。

对于反应③，反应前后气体体积不变，则在恒温恒容条件下，若充入与反应无关的稀有气体增大压强，平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。

答案　B

3．室温下，体积为2L的密闭容器中A、B、C三种气体的起始浓度和平衡浓度如下表：

物质

A

B

C

初始浓度/mol·L－1

0.1

0.2

0

平衡浓度/mol·L－1

0.05

0.05

0.1

下列说法中正确的是（　　）

A．发生的反应可表示为A＋B2C

B．反应达到平衡时B的转化率为25%

C．若起始时密闭容器中有0.1molA、0.1molB、0.2molC时，反应达平衡时，c（A）＝0.05mol·L－1

D．改变起始时容器中各气体的物质的量，可以改变此反应的平衡常数

解析　根据表格中数据，可知发生的反应为A＋3B2C，A项错误；反应达平衡时，B的转化率＝

＝75%，B项错误；起始时密闭容器中有0.1molA、0.1molB、0.2molC时，与原平衡是等效平衡，达平衡时各物质浓度相同，C正确；温度不变，反应的平衡常数不变，D错误。

答案　C

4．（2014·清远模拟）某温度时，N2＋3H22NH3的平衡常数K＝a，则此温度下，NH3

H2＋

N2的平衡常数为（　　）

A.

B.

C.

aD.

解析　K＝

＝a，而NH3

H2＋

N2的平衡常数K′＝

＝a－

。

答案　A

5．（2014·肇庆模拟）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．9B．16

C．20D．25

解析　求反应①的平衡常数的关键是求氨气的平衡浓度，若碘化氢不分解，NH3（g）和HI（g）的平衡浓度是相等的，因此c（NH3）平衡＝2c（H2）平衡＋c（HI）平衡＝2×0.5mol·L－1＋4mol·L－1＝5mol·L－1，故此温度下反应①的平衡常数为20。

答案　C

6．某温度下2L密闭容器中，3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量（n）如下表所示。

下列说法正确的是（　　）

X

Y

W

n（起始状态）/mol

2

1

0

n（平衡状态）/mol

1

0.5

1.5

A.该温度下，此反应的平衡常数K＝6.75

B．升高温度，若W的体积分数减小，则此反应ΔH＞0

C．增大压强、正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向移动

D．该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝

解析　在化学反应中，化学反应速率之比等于物质的化学计量数之比，从表中数据看，X、Y是反应物，W是生成物，化学计量数之比为（2－1）∶（1－0.5）∶1.5＝2∶1∶3。

平衡时各物质的浓度：

c（X）＝0.5mol·L－1，c（Y）＝0.25mol·L－1，c（W）＝0.75mol·L－1，可逆反应方程式为2X（g）＋Y（g）3W（g）。

A项，K＝

＝6.75，正确；B项，W是生成物，升高温度，W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，错误；C项，该反应为等气体分子数反应，增大压强，平衡不移动，错误；D项，该可逆反应的平衡常数表达式为K＝

，错误。

答案　A

7.（2014·揭阳模拟）某温度下，对于反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1。

N2的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．将1molN2、3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ

B．平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）＜K（B）

C．上述反应在达到平衡后，增大压强（减小体积），H2的转化率增大

D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应速率增大，正反应速率减小

解析　因为该反应为可逆反应，加入1molN2、3molH2，两者不可能完全反应生成2molNH3，所以放出的热量小于92.4kJ，A错；从状态A到状态B的过程中，改变的是压强，温度没有改变，所以平衡常数不变，B错；因为该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强（减小体积）平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C对；升高温度，正、逆反应速率都增大，D错。

答案　C

8.恒温、恒压下，将1molO2和2molSO2气体充入一体积可变的容器中（状态Ⅰ），发生反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），状态Ⅱ时达平衡，则O2的转化率为（　　）

A．60%　　　　　　　　　　　B．40%

C．80%D．90%

解析　恒温、恒压下，气体的体积比等于物质的量之比。

设O2的转化率为x。

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）

n（始）/mol210

n（变）/mol2xx2x

n（平）/mol2－2x1－x2x

有（2－2x）＋（1－x）＋2x＝3×

，解得x＝0.6。

答案　A

9．（2014·汕头调研）N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：

2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）　ΔH＞0

T1温度下的部分实验数据如表所示：

t/s

0

500

1000

1500

c（N2O5）/mol·L－1

5.00

3.52

2.50

2.50

下列说法不正确的是（双选）（　　）

A．500s内N2O5的分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1

B．T1温度下的平衡常数K1＝125,1000s时N2O5的转化率为50%

C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）的浓度为2.98mol·L－1，则T1＜T2

D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1＞K3，则T1

解析　由v＝

＝

＝0.00296mol·L－1·s－1＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A项正确；T1温度下的平衡常数K1＝125,1000s时c（N2O5）＝2.50mol·L－1，转化率为50%，B项正确；其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）的物质的量浓度为2.98mol·L－1，T1温度下反应到1000s时测得N2O5（g）的物质的量浓度为2.50mol·L－1，正反应是吸热反应，综合所有信息，T2低于T1，C项错误；由于该反应为吸热反应，温度升高平衡向正反应方向移动，K增大，故若K1＞K3，则T1＞T3，D项错误。

答案　CD

10．（2014·东莞调研）利用醋酸二氨合铜[Cu（NH3）2Ac]溶液吸收CO，能达到保护环境和能源再利用的目的，反应方程式为Cu（NH3）2Ac＋CO＋NH3[Cu（NH3）3]Ac·CO。

已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示：

温度/℃

15

50

100

化学平衡常数

5×104

2

1.9×10－5

下列说法正确的是（双选）（　　）

A．上述正反应为放热反应

B．15℃时，反应[Cu（NH3）]Ac·COCu（NH3）2Ac＋CO＋NH3的平衡常数为0.5

C．保持其他条件不变，减小压强，CO的转化率减小

D．醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对CO的吸收没有影响

解析　A项，据表可知温度升高，化学平衡常数减小，说明正反应是放热反应，正确；B项，15℃时，Cu（NH3）2Ac＋CO＋NH3[Cu（NH3）3]Ac·CO的化学平衡常数为5×104，则其逆反应的化学平衡常数为2×10－5，错误；C项，该反应的正反应是气体体积缩小的反应，减小压强，平衡逆向移动，CO的转化率减小，正确；D项，增大醋酸二氨合铜溶液的浓度，平衡正向移动，有利于CO的吸收，错误。

答案　AC

11．（2014·信阳模拟，31）已知A（g）＋B（g）C（g）＋D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：

温度/℃

700

800

830

1000

1200

平衡常数

1.7

1.1

1.0

0.6

0.4

回答下列问题：

（1）该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH________0（填“＜”、“＞”或“＝”）；

（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s内A的平均反应速率v（A）＝0.003mol·L－1·s－1，则6s时c（A）＝________mol·L－1，C的物质的量为________mol；反应经一段时间，达到平衡时A的转化率为________，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，平衡时A的转化率为________；

（3）判断该反应是否达到平衡的依据为________（填正确选项前的字母）；

a．压强不随时间改变

b．气体的密度不随时间改变

c．c（A）不随时间改变

d．单位时间里生成C和D的物质的量相等

（4）1200℃时反应C（g）＋D（g）A（g）＋B（g）的平衡常数的值为________。

解析　

（1）根据反应A（g）＋B（g）C（g）＋D（g），可写出平衡常数K＝

，随着温度升高，K值减小，即升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH＜0。

（2）6s内消耗的A为0.003mol·L－1·s－1×6s×5L＝0.09mol，则此时A的物质的量浓度为

＝0.022mol·L－1；生成C的物质的量与消耗A的物质的量相等，均为0.09mol。

设平衡时参与反应的A为xmol，则平衡时A、B、C、D的物质的量分别为（0.20－x）mol，（0.80－x）mol、xmol、xmol，根据平衡常数的表达式和此时K＝1.0，求得x＝0.16，即平衡时A的转化率为80%；向该平衡体系中充入氩气等稀有气体，对该平衡无影响，即平衡时A的转化率依然为80%。

答案　

（1）

　＜　

（2）0.022　0.09　80%　80%　（3）c　（4）2.5

12．[高考题组合]

（1）[2014·北京理综，26

（2）]2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）。

在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（p1、p2）下随温度变化的曲线（如图）。

①比较p1、p2的大小关系________。

②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________。

（2）[2014·广东理综，31

（2）（3）（4）]用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应①为主反应，反应②和③为副反应。

①1/4CaSO4（s）＋CO（g）1/4CaS（s）＋CO2（g）　ΔH1＝－47.3kJ·mol－1

②CaSO4（s）＋CO（g）CaO（s）＋CO2（g）＋SO2（g）　ΔH2＝＋210.5kJ·mol－1

③CO（g）1/2C（s）＋1/2CO2（g）　ΔH3＝－86.2kJ·mol－1

①反应①～③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见下图，结合各反应的ΔH，归纳lgK～T曲线变化规律：

a．__________________________________________________________；

b．__________________________________________________________。

②向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO，反应①于900℃达到平衡，c平衡（CO）＝8.0×10－5mol·L－1，计算CO的转化率（忽略副反应，结果保留两位有效数字）。

③为减少副产物，获得更纯净的CO2，可在初始燃料中适量加入________。

解析　

（1）①2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）的正反应方向是气体物质的量减小的反应，压强增大，平衡正向移动，在同温度下，p2时NO的转化率较大，故p1

可知，K将减小。

（2）①结合图像和反应特点可知，a.反应①③为放热反应，随温度升高，lgK降低；反应②为吸热反应，随温度升高，lgK增大；b.放出或吸收热量越多的反应，其lgK受温度影响越大。

②由图像可知，当反应①在900℃时，lgK＝2，即平衡常数K＝100。

设起始时CO的浓度为amol·L－1，转化量为xmol·L－1。

CaSO4（s）＋CO2（g）

CaS（s）＋CO2（g）

a0

xx

8.0×10－5x

根据：

K＝

＝100，解得x＝8.0×10－3。

根据：

a－x＝8.0×10－5，解得a＝8.08×10－3。

所以CO的转化率＝

×100%≈99%

③要获得更纯净的二氧化碳，必须减少二氧化硫的量，通过反应②的分析可知，当二氧化碳浓度增大时，可使平衡向左移动，所以可在初始燃料（CO）中加入适量二氧化碳，减少二氧化硫的产生，获得更纯净的二氧化碳。

答案　

（1）①p1

（2）①a.放热反应的lgK随温度升高而下降（或“吸热反应的lgK随温度升高而升高”）　b．放出或吸收热量越多的反应，其lgK受温度影响越大

②99%　③二氧化碳（或CO2）

13．（2014·天津理综，10）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1

一种工业合成氨的简易流程图如下：

（1）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。

一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：

__________________________________________________________。

（2）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：

①CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）　ΔH＝＋206.4kJ·mol－1

②CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH＝－41.2kJ·mol－1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。

a．升高温度b．增大水蒸气浓度

c．加入催化剂d．降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。

若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。

（3）图1表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。

根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：

________。

（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。

（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）________。

简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：

__________________________________________________________

__________________________________________________________。

解析　

（1）依据题意，NH4HS被空气中氧气氧化，将－2价S元素氧化成S，同时生成一水合氨，其反应方程式为2NH4HS＋O2

2NH3·H2O＋2S↓。

（2）结合反应特点，正反应方向是气体物质的量增大的吸热反应，若要加快反应速率又增加H2的百分含量，可升高温度，a项正确；增加水蒸气浓度，能加快反应速率，使平衡正向移动，但H2增加的量没有水蒸气增加的量多，H2的百分含量减少，b项错误；加入催化剂平衡不移动，H2的百分含量不变，c项错误；降低压强反应速率减慢，d项错误。

根据“三段式”法有：

　　　　　CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

开始（mol）0.200.8

转化（mol）xxx

一定时间（mol）0.2－xx0.8＋x

则0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，故CO转化率为

×100%＝90%。

（3）根据“三段式”法有

　　　　　N2　＋　3H22NH3

开始（mol）130

转化（mol）x3x2x

平衡（mol）1－x3－3x2x

×100%＝42%，解之，x＝

，

所以N2的平衡体积分数

×100%＝14.5%。

（4）由于N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH<0，反应开始时，温度大于零，随着反应进行，达到平衡前NH3的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH3的物质的量将减少，图示见答案。

（5）根据流程图可知，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤见Ⅳ（热交换），用合成氨放出热量对N2和H2进行预热。

合成氨的正反应是气体物质的量减少的放热反应，为提高合成氨原料总转化率，又不降低反应速率，可采取对原料加压、分离液氨，使化学平衡正向移动，同时对未反应的N2、H2循环使用，提高原料转化率。

答案　

（1）2NH4HS＋O2

2NH3·H2O＋2S↓

（2）a　90%

（3）14.5%

（4）

（5）Ⅳ　对原料气加压，分离液氨未反应的N2、H2循环使用

对点回扣

1．化学反应速率和化学平衡计算的常用基本关系式

对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

（1）各物质表示的反应速率之比等于相应的化学计量数之比，即v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q。

（2）各物质的变化量之比＝相应的化学计量数之比

（3）反应物的平衡量＝起始量－消耗量

生成物的平衡量＝起始量＋增加量

（4）达到平衡时，反应物A（或B）的平衡转化率α：

α（A）（或B）＝

×100%

2．使用化学平衡常数时的注意要点

（1）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。

（2）反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”而不代入公式。

（3）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

若反应方向改变，则平衡常数改变。

若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，化学平衡常数也不一样。

3．化学平衡常数的三种应用

（1）化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。

（2）可以利用平衡常数的值作标准判断：

①正在进行的可逆反应是否平衡。

②化学平衡移动的方向。

（3）利用K可判断反应的热效应

若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；

若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。

[纠错]　

易错点一：

易错点二：

4．化学平衡计算常用技巧：

（1）三步法

三步法是化学平衡计算的一般格式，根据题意和恰当的假设列出起始量、转化量、平衡量。

但要注意计算的单位必须保持统一，可用mol、mol·L－1，也可用L。

（2）差量法

差量法用于化学平衡计算时，可以是体积差量、压强差量、物质的量差量等等。

（3）极端假设法

化学平衡研究的对象是可逆反应，这类反应的特点是不能进行到底。

据此，若假定某物质完全转化（或完全不转化），可求出其他物质的物质的量（或物质的量浓度、气体体积）的范围。

（4）其他方法

讨论法、等效平衡法、虚拟状态法、赋值法、估算法、守恒法等。

5．图像类试题解题关键

解答图像类试题的关键在于分析图像中已存在的文字和数据信息，理解图像中纵、横坐标意义及题中设问，然后根据信息，结合学过的有关化学概念、原理、规律和性质分析问题、解决问题、得出答案。

[纠错]　

易错点一：

易错点二：

6．两“会”速解化学图像题

解答化学图像问题时需要两“会”：

（1）会识图：

一看面、二看线、三看点（弄清纵、横坐标的意义；弄清起点、拐点、终点的意义；看清曲线的变化趋势）。

（2）会分析：

分析图像中隐含的信息，找出数据之间的关联点。

将其加工成化学语言，同时联系化学概念、化学原理，从而快速解决问题。