[练案20]第20讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向A组 基础必做题1．对于处于化学平衡状态的反应CO＋H2O(g)eq\o(,\s\up7(一定条件))CO2＋H2，K正反应代表正反应的平衡常数，K逆反应代表逆反应的平衡常数。下列有关说法正确的是( D )A．K正反应＝K逆反应 B．K正反应＝K逆反应C．K正反应＜K逆反应 D．K正反应×K逆反应＝1[解析] 对于处于化学平衡状态的反应CO＋H2O(g)eq\o(,\s\up7(一定条件))CO2＋H2，K正反应＝[c(CO2)·c(H2)]/[c(CO)·c(H2O)]，K逆反应＝[c(CO)·c(H2O)]/[c(CO2)·c(H2)]，故K正反应×K逆反应＝1。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( C )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K＝eq\f(cFeO·cCO,cFe·cCO2)C．绝热容器中进行该反应，温度不再变化，则达到化学平衡状态D．该反应的正反应是放热反应[解析] 升高温度，正、逆反应速率都增大，故A错误；反应过程中，固体物质的浓度不发生变化，平衡常数表达式中不应该写固体，故B错误；反应过程中，伴随着能量变化，温度不变时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；温度升高，平衡常数增大，平衡右移，说明正反应是吸热反应，故D错误。3．在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的起始浓度和平衡浓度如下表，下列说法错误的是( C )物质XYZ起始浓度/(mol·L－1)0.10.20平衡浓度/(mol·L－1)0.050.050.1A．反应达到平衡时，X的转化率为50%B．反应可表示为X＋3Y2Z，平衡常数为1600C．其他条件不变时，增大压强可使平衡常数增大D．改变温度可以改变该反应的平衡常数[解析] 达到平衡时消耗X的物质的量浓度为0.05mol·L－1，因此转化率为50%，A项正确；物质的量浓度变化之比等于化学计量数之比，因此(0.1－0.05)∶(0.2－0.05)∶0.1＝1∶3∶2，反应方程式为X＋3Y2Z，根据化学平衡常数的表达式，K＝eq\f(0.12,0.05×0.053)＝1600，B项正确；化学平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，C项错误、D项正确。4．(2020·江苏卷)反应SiCl4(g)＋2H2(g)eq\o(=====,\s\up7(高温))Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( B )A．该反应ΔH＞0、ΔS＜0B．该反应的平衡常数K＝eq\f(c4HCl,cSiCl4×c2H2)C．高温下反应每生成1molSi需消耗2×22.4LH2D．用E表示键能，该反应ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)[解析] 氢气还原SiCl4制单质硅为吸热反应，ΔH＞0，该反应为气体分子数增大的反应，ΔS＞0，A项错误；反应的平衡常数为气态生成物浓度的幂之积与气态反应物浓度的幂之积的比值，B项正确；C项未指明H2所处的状态，无法用22.4L·mol－1计算H2的体积，C项错误；反应的ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，D项错误。5．在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：(1)反应的ΔH__大于__0(填“大于”或“小于”)；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60s时段，反应速率v(N2O4)为__0.0010__mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为__0.36__。(2)100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.0020mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10s又达到平衡。①T__大于__100℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是__正反应吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高__。②列式计算温度T时反应的平衡常数K2：__平衡时，c(NO2)＝0.120mol·L－1＋0.0020mol·L－1·s－1×10s×2＝0.160mol·L－1，c(N2O4)＝0.040mol·L－1－0.0020mol·L－1·s－1×10s＝0.020mol·L－1，K2＝eq\f(0.1602,0.020)＝1.28__。(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减小一半。平衡向__逆反应__(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是__对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动__。[解析] (1)随温度升高，混合气体的颜色变深，说明升温平衡向正反应方向移动，ΔH＞0。在0～60s时段，v(N2O4)＝eq\f(0.100－0.040mol·L－1,60s)＝0.0010mol·L－1·s－1；平衡常数K1＝eq\f(c2NO2,cN2O4)＝eq\f(0.1202,0.040)＝0.36。(2)当温度由100℃变为T时，N2O4的浓度降低，“三段式”如下：N2O4(g)  2NO2(g)100℃平衡时0.040mol·L－10.120mol·L－1温度T时变化0.020mol·L－10.040mol·L－1温度T平衡时0.020mol·L－10.160mol·L－1由于温度变为T时平衡向N2O4浓度减小的方向移动，即向吸热方向移动，故T＞100℃。当再次达到平衡时，平衡常数K2＝eq\f(c2NO2,cN2O4)＝eq\f(0.1602,0.020)＝1.28。(3)温度不变，将反应容器的容积减小一半，压强增大，平衡向气体分子数减小的方向(即逆反应方向)移动。6．工业上可利用“甲烷蒸气转化法”生产氢气，反应的热化学方程式为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋161.1kJ·mol－1。(1)已知温度、压强对甲烷平衡时的体积分数的影响如图1，请回答：①图1中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷体积分数的曲线，其中表示1MPa的是__a__。②该反应的平衡常数：K(600℃)__＜__(填“＞”“＜”或“＝”)K(700℃)。(2)①已知：在700℃、1MPa时、1molCH4与1molH2O在1L的密闭容器中反应，6min时达到平衡(如图2)，此时CH4的转化率为__80%__，该温度下反应的平衡常数为__276.5__(结果保留小数点后一位数字)②从图2分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡是__向逆反应方向__(填“向正反应方向”或“向逆反应方向”)移动，采取的措施可能是__将容器体积缩小为原来的1/2或加入与原平衡等量的氢气__。[解析] (1)①由CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋161.1kJ·mol－1可知，随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，甲烷平衡时的体积分数会逐渐减小，因此排除曲线c、d，又因增大压强，平衡逆向移动，甲烷平衡时的体积分数增大，故压强为1MPa的是曲线a，压强为2MPa的是曲线b。②该反应为吸热反应，随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。(2)① CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)起始(mol/L)1100变化(mol/L)0.80.80.82.4平衡(mol/L)0.20.20.82.4此时CH4的转化率为eq\f(0.8,1)×100%＝80%；该温度下反应的平衡常数K＝eq\f(0.8×2.43,0.2×0.2)≈276.5。B组 能力提升题7．(2022·安徽“江淮十校”联考)300℃时，将气体X和气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中，发生反应：X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表所示：t/min2479n(Y)/mol0.120.110.100.10下列说法正确的是( B )A．前2min的平均反应速率v(X)＝2.0×10－2mol·L－1·min－1B．其他条件不变，再充入0.1molX和0.1molY，再次平衡时Y的转化率不变C．当v逆(Y)＝2v正(Z)时，说明反应达到平衡D．该反应在250℃时的平衡常数小于1.44[解析] A项，前2min的平均反应速率v(X)＝v(Y)＝eq\f(\f(0.04,10),2)mol·L－1·min－1＝2.0×10－3mol·L－1·min－1，错误；B项，其他条件不变，再充入0.1molX和0.1molY，相当于加压，因为反应前后气体分子数不变，加压平衡不移动，再次平衡时Y的转化率不变，正确；C项，当v逆(Y)＝2v正(Z)时，反应未达到平衡，错误；D项，该反应在300℃时平衡常数为1.44，降温平衡右移，250℃时的平衡常数大于1.44，错误。8．(2022·北京五中月考)在2L恒容密闭容器中，加入X和Y各4mol，一定条件下发生化学反应：2X(g)＋2Y(g)Z(g)＋2W(g) ΔH＜0，反应进行到5s时测得X的转化率为25%,10s后达到化学平衡，测得Z的浓度为0.5mol/L，则下列说法正确的是( B )A．5s内用Y表示的平均反应速率为v(Y)＝0.2mol/(L·s)B．该反应的平衡常数数值为0.5C．保持容积不变，向容器中通入惰性气体可提高反应物的转化率D．升高温度，当测得容器中密度不变时，表示该反应已经达到平衡状态[解析] 根据5s时X的转化率为25%，可知消耗X为4mol×25%＝1mol，则消耗Y也为1mol,5s内用Y表示的平均反应速率v(Y)＝eq\f(1mol,2L×5s)＝0.1mol/(L·s)，A项错误；根据平衡时Z为0.5mol/L，结合三段式法可知平衡时X、Y、W均为1mol/L，即该反应的平衡常数K＝eq\f(0.5×12,12×12)＝0.5，B项正确；保持容积不变，通入惰性气体，对各物质浓度无影响，平衡不移动，不能提高反应物的转化率，C项错误；反应过程中质量和容积均保持不变，即密度始终不变，据此无法判断是否达到平衡状态，D项错误。9．(2022·辽宁大连期中)已知常温下反应：①NH3＋H＋NHeq\o\al(＋,4)(平衡常数为K1)，②Ag＋＋Cl－AgCl(平衡常数为K2)，③Ag＋＋2NH3Ag(NH3)eq\o\al(＋,2)(平衡常数为K3)。①、②、③的平衡常数关系为K1＞K3＞K2，据此所做的以下推测合理的是( C )A．氯化银不溶于氨水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[解析] 根据K3＞K2，说明Ag＋＋2NH3Ag(NH3)eq\o\al(＋,2)更容易发生，即氯化银能溶于氨水，所以银氨溶液中加入少量氯化钠没有白色沉淀，A、B错误；K1最大，所以NH3＋H＋NHeq\o\al(＋,4)更容易发生，反应后溶液中有较多的Ag＋，Ag＋与Cl－反应生成AgCl白色沉淀，C正确；K1最大，所以NH3＋H＋NHeq\o\al(＋,4)更容易发生，所以银氨溶液在酸性条件下不能稳定存在，D错误。10．(2022·北京朝阳区模拟)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：实验序号温度/℃起始量/mol平衡量/mo达到平衡所需时间/minCOH2OCO21650421.652900210.433210.4