平衡常数及转化率的计算(含解析).doc

2020届高考化学第二轮专题复习课时提升训练
平衡常数及转化率的计算
一、选择题
1、将4molCO(g)和amolH2(g)混合于容积为4L的恒容密闭容器中，发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g),10min后反应达到平衡状态，测得H2为0.5mol·L－1。经测定v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1。下列说法正确的是(　　)
A．平衡常数K＝2
B．H2起始投入量为a＝6
C．CO的平衡转化率为66.7%
D．平衡时c(CH3OH)＝0.4mol·L－1
答案：B　
解析：用三段式法计算：
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
起始物质的量/mol 4a0
转化物质的量/mol x2xx
平衡物质的量/mol 4－xa－2xx
2xmol＝0.1mol·L－1·min－1×10min×4L＝4mol，x＝2，a－2x＝0.5×4，a＝6。平衡时，c(CO)＝0.5mol·L－1，c(H2)＝0.5mol·L－1，c(CH3OH)＝0.5mol·L－1。平衡常数K＝＝＝4，A项错误；经上述计算，B项正确；CO的平衡转化率为50%，C项错误；平衡时c(CH3OH)＝0.5mol·L－1，D项错误。
2、X、Y、Z为三种气体，把a mol X和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： X ＋ 2Y2Z
起始物质的量/mol a b 0
转化物质的量/mol x 2x 2x
平衡物质的量/mol a－x b－2x 2x
答案：　B
解析：据题意：(a－x)＋(b－2x)＝2x。解得：x＝，故Y的转化率为×100%＝×100%。
3、汽车尾气中NO产生的反应为：N2(g)＋O2(g)2NO(g)。一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是(　　)

A．温度T下，该反应的平衡常数K＝
B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小
C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0
答案：　A
解析：　A选项正确，达平衡时，c(N2)＝c(O2)＝c1 mol·L－1，c(NO)＝2(c0－c1) mol·L－1，故K＝＝；B选项错误，因反应前后容器体积不变，且反应中无固态(或液态)物质参加或生成，故混合气体的密度始终不变；C选项错误，催化剂只能改变到达平衡的时间，不会破坏平衡，即加入催化剂时氮气的平衡浓度不会改变；D选项错误，对比曲线a和b到达平衡所需时间，可知曲线b对应的条件改变是升高温度，达新平衡时c(N2)减小，则平衡正向移动，故该反应应为吸热反应，即ΔH＞0。
4、在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O(g)发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)为0.5 mol。下列说法不正确的是(　　)
A．在该温度下，平衡常数K＝1
B．平衡常数与反应温度无关
C．CO的平衡转化率为50%
D．其他条件不变，改变压强，平衡不移动
答案：　B
解析：　
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始的物质的量/mol 1 1 0 0
反应的物质的量/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡的物质的量/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
由化学反应方程式及以上数据判断可得，A、C、D项均正确。平衡常数与反应温度有关，B项错误。
5、在容积不变的密闭容器中通入一定量的A发生反应：2A(g)B(g)＋C(g) ΔH>0，T1温度下的部分实验数据为：
t/s
0
500
1 000
1 500
c(A)/(mol·L－1)
6.00
3.50
3.00
3.00
下列说法正确的是( )
A．500 s内A的分解速率为3．0×10－3 mol·L－1·s－1
B．1 000 s时A的转化率为50%，T1温度下的平衡常数为K1＝0.75
C．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若K1>K2，则T1>T2
D．平衡时，其他条件不变，再加入一定量的A，达新平衡后K值增大
答案：C
解析：A、根据v=△c/△t计算500 s内A的分解速率为（6.00-3.50）mol·L－1÷500s=5．0×10－3 mol·L－1·s－1，错误；B、分析题给数据知1 000 s时反应达到平衡，A的转化率为50%，各物质的平衡浓度：c(A)=3.00 mol·L－1，c(B)= c(C)=1.50 mol·L－1，故T1温度下的平衡常数为K1＝c(B) c(C)/ c2(A)=0.25，错误；C、该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，K增大，若T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若K1>K2，则T1>T2，正确；D、影响化学平衡常数的外界条件为温度，温度不变，K不变，错误。
6、某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molX（g）和2molY（g）发生反应：X（g）+m Y（g）3Z（g），平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1molZ（g），再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是（ ）
A．m=2
B．两次平衡的平衡常数相同
C．X与Y的平衡转化率之比为1：1
D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4 mol·L－1
答案：D
解析：某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molX（g）和2molY（g）发生反应：X（g）+m Y（g）3Z（g），平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1molZ（g），则可等效为两等效平衡体系合，在合并瞬间X、Y、Z的体积分数不变，但单位体积内体系分子总数增多，依据勒夏特列原理平衡应朝使单位体积内分子总数减小方向移动，但再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，则说明m+1=3，故m=2，A项正确；同一化学反应的平衡常数只与温度有关，两次平衡温度不变，故两次平衡的平衡常数相同，B项正确；m=2，则起始量X与Y之比为1：2，则反应过程中由方程式可知反应的X与Y之比为1：2，故X与Y的平衡转化率之比为1：1，C项正确；m=2，则该反应为反应前后气体总量不变的反应，故第二次平衡时Z的物质的量为：4×10%=0.4mol，故Z的浓度为0.4mol÷2L=0.2mol/L，故D项错误；本题选D。
7、如图，甲容器有一个移动活塞，能使容器保持恒压。起始时向甲中充入2molSO2、1molO2，向乙中充入4molSO2、2molO2。甲、乙的体积都为1L(连通管体积忽略不计)。保持相同温度和催化剂存在的条件下，关闭活塞K，使两容器中各自发生下述反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。达平衡时，甲的体积为0.8L。下列说法正确的是(　　)

A．乙容器中SO2的转化率小于60%
B．平衡时SO3的体积分数：甲＞乙
C．打开K后一段时间，再次达到平衡，甲的体积为1.4L
D．平衡后向甲中再充入2molSO2、1molO2和3molSO3，平衡向正反应方向移动
答案：C
二、非选择题
8、研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1　ΔH＜0(Ⅰ)
2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)　K2　ΔH＜0(Ⅱ)
(1)4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，在恒温条件下，向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1，回答下列问题：
①平衡后n(Cl2)＝________ mol。
②NO的转化率α1＝________。
③其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2________α1(填“＞”“＜”或“＝”)，平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。
④若要使K2减小，可采用的措施是________________。
答案　(1)　
(2)①2.5×10－2　②75%　③＞　不变　④升高温度
解析　(1)反应①的化学平衡常数＝，反应②的平衡常数＝，反应③平衡常数＝，所以计算K＝。
(2) 2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)
起始量/mol 0.2 0.1 0
变化量/mol 0.15 0.075 0.15
平衡量/mol 0.05 0.025 0.15
则平衡后氯气的物质的量为2.5×10－2 mol；一氧化氮的转化率＝＝75%；其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器的体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向移动，平衡时一氧化氮的转化率增大，平衡常数随温度变化，不随浓度或压强变化，若要使平衡常数减小，平衡逆向移动，正反应是放热的，所以可以选择升高温度。
9、合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO2与CO之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH，测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示：

回答下列问题：
(1)p1、p2、p3的大小关系是____________，欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为_______________________。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是_______________。
(2)900℃、1.013MPa时，1molCO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为V，CO2的转化率为__________，该反应的平衡常数K＝________________。
(3)将(2)中平衡体系温度降至640℃，压强降至0.1013MPa，重新达到平衡后CO2的体积分数为50%。条件改变时，正反应和逆反应速率如何变化？___________________________，
二者之间有何关系？__________________。
答案：(1)p1＜p2＜p3　升高温度、减小压强　Ka＝Kb＜Kc
(2)66.7%　
(3)正反应和逆反应速率均减小　v正＜v逆
解析　(1)该反应是正反应体积增大的可逆反应，增大压强CO的含量降低，根据图像可知在温度相等时p1对应的CO含量最高，则p1、p2、p3的大小关系是p1＜p2＜p3。升高温度CO含量升高，说明正反应是吸热反应，所以欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为升高温度、减小压强。平衡常数只与温度有关，升高温度平衡右移，平衡常数增大，则图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是Ka＝Kb＜Kc。
(2)900℃、1.013MPa时CO的含量是80%，则
C(s)＋CO2(g) 2CO(g)
起始量/mol　　　　　　　1　　0
转化量/mol　　　　　　　x　　2x
平衡量/mol　　　　　　　1－x  2x
因此＝0.8
解得x＝
则CO2的转化率为×100%≈66.7%。
反应的平衡常数K＝＝。
(3)降低温度，正、逆反应速率均减小，CO2体积分数增大，平衡向逆反应方向移动，则v正＜v逆。
10、甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统简单，产物中H2含量高、CO含量低(CO会损坏燃料电池的交换膜)，是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。反应如下：
反应Ⅰ(主)：CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋49kJ·mol－1
反应Ⅱ(副)：H2(g)＋CO2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41kJ·mol－1
温度高于300℃则会同时发生反应Ⅲ：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)　ΔH3
(1)计算反应Ⅲ的ΔH3＝________。
(2)反应Ⅰ能够自发进行的原因是__________________，
升温有利于提高CH3OH转化率，但也存在一个明显的缺点_________。
(3)如图为某催化剂条件下，CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高，CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是______________(填字母)。
A．反应Ⅱ逆向移动
B．部分CO转化为CH3OH
C．催化剂对反应Ⅱ的选择性低
D．催化剂对反应Ⅲ的选择性低
②随着温度的升高，CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是_____________________________________
③写出一条能提高CH3OH实际反应转化率而降低CO生成率的措施
_______________________________。
(4)250℃，一定压强和催化剂条件下，1.00molCH3OH和1.32molH2O充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ)，平衡时测得H2为2.70mol，CO为0.030mol，试求反应Ⅰ中CH3OH的转化率为________，反应Ⅱ的平衡常数为________(结果保留两位有效数字)。
答案：(1)＋90kJ·mol－1　
(2)反应Ⅰ为熵增加的反应　CO含量升高，破坏燃料电池的交换膜　(3)①C　②升温，反应速率加快　③加入水蒸气(或加入更合适的催化剂)　
(4)91%　5.6×10－3
解析　(1)反应Ⅰ加上反应Ⅱ得到：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋90 kJ·mol－1。(2)反应自发进行的要求是ΔG＝ΔH－TΔS＜0，此反应的ΔH＞0，所以反应自发进行的原因是ΔS＞0，即反应为熵增反应；升温会促进反应Ⅲ的发生，提高CO的含量，而CO会破坏该电池的交换膜。(3)①随着反应温度的升高，速率加快，但是CO的生成率并没有接近反应的平衡态，说明该反应使用的催化剂对于反应Ⅱ选择性低，C项正确、D项错误；三个反应都吸热，所以升温都正向移动，不会促进CO转化为甲醇，A、B项错误。②由①的叙述可以得到答案：升温，反应速率加快。③加入水蒸气，可以提高甲醇的转化率，同时使反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，从而降低了CO的生成率；加入更合适的催化剂，最好只催化反应Ⅰ，不催化反应Ⅱ，也能达到目的。(4)达平衡时CO为0.03 0 mol，根据反应Ⅱ得到参与反应的氢气为0.03 0 mol，所以反应Ⅰ生成的氢气为2.73 mol(平衡剩余氢气2.70 mol)，根据反应Ⅰ，消耗的甲醇为0.91 mol，所以甲醇的转化率为91%。根据反应Ⅰ的数据，消耗的水为0.91 mol，生成的CO2为0.91 mol，则剩余0.41 mol水，在反应Ⅱ中消耗0.03 mol CO2，生成0.03 mol CO和0.03 mol水，所以达平衡时，水为0.44 mol，CO2为0.88 mol。可求得反应Ⅱ的平衡常数。