第21讲 化学平衡 化学平衡常数及计算
1. 一定温度下，在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是( )
①混合气体的密度不再变化时
②容器内气体的压强不再变化时
③混合气体的总物质的量不再变化时
④B的物质的量浓度不再变化时
⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑥当v正(B)＝2v逆(C)
A. ①④⑤⑥ B. ②③⑥
C. ②④⑤⑥ D. 只有④
2. (2021·南京、盐城一模)一种处理SO2、NO2的反应原理为SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH1＝－41.8 kJ/mol。下列有关反应：SO2(g)＋NO2(g)SO3(s)＋NO(g) ΔH2的说法不正确的是( )
A. 该反应的ΔS>0
B. ΔH2<－41.8 kJ/mol
C. SO2的生成速率和NO2的消耗速率相等，说明该反应达到平衡状态
D. 标准状况下，该反应中每生成22.4 L NO，转移电子的数目约等于2×6.02×1023
3. (2021·浙江卷)一定温度下，在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应：2N2O54NO2＋O2。在不同时刻测量放出的O2体积，换算成N2O5浓度如下表。下列说法正确的是( )
t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(N2O5)/(mol/L) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
A. 600～1 200 s，生成NO2的平均速率为5.0×10－4 mol/(L·s)
B. 反应2 220 s时，放出的O2体积为11.8 L(标准状况)
C. 反应达到平衡时，v正(N2O5)＝2v逆(NO2)
D. 推测上表中的x为3 930
4. 在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表所示。下列说法不正确的是( )
温度/℃ 25 80 230
平衡常数 5×104 2 1.9×10－5
A. 上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B. 25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5
C. 在80 ℃时，测得某时刻，Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol/L，则此时v正>v逆
D. 80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol/L
5. (2021·靖中、丹中、沭中联考)臭氧分解过程如图所示。下列说法正确的是( )
A. 催化反应①②均为放热反应
B. 决定O3分解反应速率的是催化反应②
C. E1是催化反应①对应的活化能，(E2＋ΔH)是催化反应②对应的逆反应的活化能
D. 温度升高，总反应的正反应速率的增加幅度小于逆反应速率的增加幅度，且平衡常数增大
6. 某研究小组以Ag －ZSM为催化剂，在容积为1 L的容器中，相同时间下测得0.1 mol NO转化为N2的转化率随温度变化如图所示[无CO时的反应为2NO(g)N2(g)＋O2(g)；有CO时的反应为2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)]。下列说法正确的是( )
A. 反应2NO(g)N2(g)＋O2(g)的ΔH>0
B. 达到平衡后，其他条件不变，使>1，CO转化率下降
C. X点可以通过更换高效催化剂提高NO平衡转化率
D. Y点再通入CO、N2各0.01 mol ，此时v正(CO)
(1) 下列可判断反应达到平衡的是______(填字母)。
a. 溶液的pH不再变化
b. v(I－)＝2v(AsO)
c. 不再变化
d. c(I－)＝y mol/L
(2) tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3) tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________。
8. 已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝Q，其平衡常数随温度变化如下表所示。
温度/℃ 400 500 850
平衡常数 9.94 9 1
回答下列问题：
(1) 上述反应的化学平衡常数表达式为________________，该反应的Q________0(填“>”或“<”)。
(2) 850 ℃时，向体积为10 L反应器中通入一定量的CO和H2O(g)，发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如图所示，则0～4 min时，平均反应速率v(CO)＝____________。
(3) 若在500 ℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 mol/L，该条件下，CO的最大转化率为________。
(4) 若在850 ℃时进行，设起始时CO和H2O(g)共为1 mol ，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为____________。
9. 绿水青山就是金山银山。近年来，绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。回答下列问题：
(1) 已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH1＝＋180.5 kJ/mol；
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ/mol；
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH3＝－221 kJ/mol。
(1) 若某反应的平衡常数表达式为K＝，则此反应的热化学方程式为__________________________________________。
(2) Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数，即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替。已知反应：NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g)，该反应中正反应速率v正＝k正·p(NO2)·p(CO)，逆反应速率v逆＝k逆·p(NO)·p(CO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp＝______________(用k正、k逆表示)。
(3) 如图是密闭反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后，在200 ℃、400 ℃、600 ℃下，合成NH3反应达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线，已知该反应为放热反应。
①曲线a对应的温度是________。
②M点对应的H2的转化率是________。
第21讲 化学平衡 化学平衡常数及计算
1. A 【解析】 A为固体，反应正向进行时气体质量增大，逆向进行时气体质量减小，所以密度不变时达到平衡状态，①正确；该反应前后气体体积不变，所以压强不变时不一定平衡，②错误；该反应前后气体物质的量相等，所以混合气体的总物质的量不变不一定平衡，③错误；B的浓度不变，说明达到平衡状态，④正确；混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明气体的质量不变，正、逆反应速率相等，反应达到平衡，⑤正确；v正(B)＝2v逆(C)时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡，⑥正确。
2. A 【解析】 该反应的正反应是气体分子数减少的反应，ΔS<0，A错误；生成固体SO3比生成气体SO3反应放热更多，ΔH2<ΔH1，B正确；SO2的生成速率代表逆反应速率，NO2的消耗速率代表正反应速率，速率之比等于化学计量数之比，当正反应速率等于逆反应速率时，反应达到平衡，C正确；由化学方程式可知，每生成1 mol NO转移2 mol电子，D正确。
3. D 【解析】 600～1 200 s，N2O5浓度变化量为(0.96－0.66) mol/L＝0.3 mol/L，在此时间段内，NO2浓度变化量为0.6 mol/L，生成NO2的平均速率为＝10－3 mol/(L·s)，A错误；反应2 220 s时，N2O5浓度变化量为(1.40－0.35) mol/L＝1.05 mol/L，其物质的量的变化量为1.05 mol/L×0.1 L＝0.105 mol，生成O2的物质的量为0.052 5 mol，在标准状况下的体积为0.052 5 mol×22.4 L/mol＝1.176 L，B错误；反应达到平衡时，2v正(N2O5)＝v逆(NO2)，C错误；分析表中数据可知，该反应经过1 110 s(600～1 710、1 710～2 820)后N2O5的浓度变为原来的，因此，N2O5的浓度由0.24 mol/L变为0.12 mol/L时，表中的x＝2 820＋1 110＝3 930，D正确。
4. C 【解析】 温度升高，K减小，正反应为放热反应，A正确；Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)与Ni(s)＋4CO(g)??Ni(CO)4(g)的平衡常数互为倒数，Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的K＝(5×104)－1＝2×10－5，B正确；80 ℃时，某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol/L，此时Q＝8，所以反应逆向进行，v正
6. B 【解析】 反应达到平衡后，升高温度，NO的转化率降低，因此反应2NO(g)N2(g)＋O2(g)为放热反应，ΔH<0，A错误；其他条件不变，当＞1时，相当于n(NO)不变而增大了n(CO)，则CO的转化率降低，B正确；X点更换高效催化剂，能使反应速率加快，但不能改变NO平衡转化率，C错误；根据图像可知，Y点是平衡点，根据Y的数据可知，该反应的平衡常数K＝＝1 600，再加入CO、N2各0.01 mol 时，Q＝＝＜K，平衡正向移动，v正(CO)＞v逆(CO)，D错误。
7. (1) ac (2) 大于 (3) 小于 tm时生成物浓度较低
8. (1) K＝ <
(2) 0.03 mol/(L·min) (3) 75% (4) y＝x
【解析】 (1) 依据图表数据分析，升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，ΔH<0。(2) v(CO)＝＝0.03 mol/(L·min)。(3) 设CO的浓度变化量为a mol/L，则根据三段式[单位：(mol/L)]：
CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)
起始 0.02 0.02 0 0
变化 a a a a
平衡 0.02－a 0.02－a a a
K＝＝＝9，解得a＝0.015，CO的最大转化率为×100%＝75%。(4) 850 ℃时该反应的平衡常数为1。设起始时水的物质的量为x mol，CO的物质的量为(1－x)mol，则(单位：mol)
CO(g) ＋ H2O(g)H2(g)＋CO2(g)
起始 1－x x 0 0
变化 (1－x)y (1－x)y (1－x)y (1－x)y
平衡 (1－x)(1－y) x－y＋xy (1－x)y (1－x)y
K＝＝1，解得y＝x。
9. (1) 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.5 kJ/mol (2) (3) ①200 ℃ ②75%
【解析】 (1) 若某反应的平衡常数表达式为K＝，则其化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，将题中3个已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，②×2－①－③，可得：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ/mol×2－180.5 kJ/mol－(－221 kJ/mol)＝－746.5 kJ/mol。(2) Kp＝，v正＝k正·p(NO2)·p(CO)，v逆＝k逆·p(NO)·p(CO2)，平衡时，正、逆反应速率相等，即k正·p(NO2)·p(CO)＝k逆·p(NO)·p(CO2)，＝，即Kp＝。(3) ①合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的产率降低，NH3的物质的量分数减小，曲线a、b、c中，在相同条件下曲线a对应NH3的物质的量分数最高，其反应温度最低，所以曲线a对应的温度为200 ℃。②M点NH3的物质的量分数为60%，设NH3为0.6a mol，则N2、H2共为0.4a mol，因为反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料，故M点时H2为0.3a mol，结合N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，转化的H2的物质的量为0.9a mol，所以M点对应H2的转化率＝×100%＝75%。
