第5课时 平衡常数的应用、平衡转化率的分析
题组一 平衡常数与平衡移动
1．在温度为T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得总压强为p，则该反应的压强平衡常数Kp为( )
A.p B.p2 C.p2 D.p
2．常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。
第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；
第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断错误的是( )
A．第一阶段，选择反应温度应高于42.2 ℃
B．第一阶段增加c(CO)，平衡正向移动，反应的平衡常数不变
C．第二阶段，Ni(CO)4几乎完全分解
D．第二阶段，及时分离出Ni，有利于平衡移动
题组二 平衡转化率
3．反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，在密闭容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是( )
A．减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变
B．增大c(X)，X的转化率减小
C．保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的转化率增大
D．加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大
4．已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197.8 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表：
温度/K 压强/(×105 Pa)
1.01 5.07 10.1 25.3 50.7
673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9
723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6
773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0
下列说法不正确的是( )
A．一定压强下降低温度，SO2的转化率增大
B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D．工业生产通常不采取加压措施，是因为常压下SO2的转化率已相当高
题组三 平衡常数综合应用
5．已知反应：A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数与温度的关系如下表。830 ℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol A和0.8 mol B，反应至4 s时c(C)＝0.02 mol·L－1。下列说法正确的是( )
温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200
平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4
A.1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数K＝0.4
B．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动
C．4 s内，用A表示的该反应的平均反应速率v(A)＝0.01 mol·L－1·s－1
D．830 ℃下反应达平衡时，B的转化率为20%
6．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O，700 ℃条件下开始反应，达到平衡时，下列说法正确的是( )
A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和大于1
7．在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)2C(g) ΔH＜0，t1时达到平衡后，在t2时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是( )
A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＞Ⅱ
B．t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C
C．O～t2时，v正＞v逆
D．Ⅰ、Ⅱ 两过程达到平衡时，平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)
8．(2022·山东德州一中高二月考)某温度下，向三个容积相等的恒容密闭容器中分别加入：①2 mol HI，②3 mol HI，③1 mol H2与1 mol I2，发生反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，均达到平衡时，下列关系正确的是( )
A．各容器的压强：①＝②＝③
B．I2的浓度：②>①>③
C．I2的体积分数：①＝②＝③
D．达到平衡所需时间：②>③
9．(2022·湖南，14改编)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g) ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A．ΔH>0
B．气体的总物质的量：na
D．反应速率：va正
c(O2)，k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是( )
容器编号 物质的起始浓度/ (mol·L－1) 物质的平衡浓度/ (mol·L－1)
c(SO3) c(SO2) c(O2) c(SO2)
Ⅰ 0.3 0 0 0.2
Ⅱ 0.1 0.3 0.2
Ⅲ 0.3 0 0.1
A.温度为T1时，该反应的平衡常数为0.2
B．容器Ⅱ中起始时，v逆＞v正
C．达平衡时，容器Ⅲ中SO2的体积分数大于50%
D．容器Ⅰ中达平衡后，温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T1＞T2
11．已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，向密闭容器中加入2 mol SO2(g)和1 mol O2，一定条件下反应达到平衡，在t2和t4时刻分别只改变一个条件(温度或压强)，反应过程中正反应速率如图所示，下列说法正确的是( )
注：t1～t2、t3～t4、t5之后各时间段表示达到平衡状态①、②、③。
A．t2～t3时间段平衡向逆反应方向移动
B．平衡状态①和②的平衡常数K相同
C．平衡状态①和②时SO2转化率相同
D．t4时刻改变的条件是减小压强
12．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)。在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生上述反应，反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示；维持温度不变，反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。
下列说法错误的是( )
A．图1中的A、B、C三点中只有C点达平衡状态
B．图2中E点的v逆小于F点的v正
C．图2中平衡常数K(E)＝K(G)，则NO2的平衡浓度c(E)＝c(G)
D．在恒温恒容下，向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2，与原平衡相比，NO2的平衡转化率减小
13．某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应) ΔH＜0,2NO2(g)N2O4(g)(快反应) ΔH＜0，体系的总压强p总和p(O2)随时间的变化如图所示：
(1)图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。
(2)已知N2O5分解的反应速率v＝0.12p(N2O5)(kPa·h－1)，t＝10 h时，p(N2O5)＝________ kPa，v＝________ kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。
(3)该温度下2NO2(g)N2O4(g)反应的平衡常数Kp＝________ kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
14．硫酸是重要的化工材料，二氧化硫生成三氧化硫是工业制硫酸的重要反应之一。
(1)将0.05 mol SO2(g)和0.03 mol O2(g)通入容积为1 L的密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。在一定条件下达到平衡，测得c(SO3)＝0.04 mol·L－1。
①从平衡角度分析，采用过量O2的目的是__________________。
②对于气相反应，用某组分(B)平衡分压(pB)代替其物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp)，已知：B的平衡分压＝总压×平衡时B的物质的量分数，则该温度下Kp＝__________________(总压用p0表示)。
③已知：K(300 ℃)>K(350 ℃)，该反应是_____________________________________
反应。若升高温度，则SO2的转化率_______________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图1。平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)____________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。
(3)如图2所示，保持温度不变，将2 mol SO2和1 mol O2加入甲容器中，将4 mol SO3加入乙容器中，隔板K不能移动。此时控制活塞P，使乙的容积为甲的2倍。
①若移动活塞P，使乙的容积和甲相等，达到平衡时，SO3的体积分数甲________乙(填“<”“>”或“＝”，下同)。
②若保持乙中压强不变，向甲、乙容器中通入等质量的氦气，达到新平衡时，SO3的体积分数甲____乙。
15．(1)氯乙烯是制备塑料的重要中间体，可通过乙炔选择性催化加氢制备。已知：
Ⅰ.C2H2(g)＋HCl(g)C2H3Cl(g) ΔH1＝－124.8 kJ·mol－1
Ⅱ.C2H2(g)＋2HCl(g)C2H4Cl2(g) ΔH2＝－179.3 kJ·mol－1
Ⅲ.C2H2(g)2C(s)＋H2(g) ΔH3＝－277.8 kJ·mol－1
较低温度下乙炔选择性催化加氢过程只发生反应Ⅰ和Ⅱ。一定温度下，向盛放催化剂的恒容密闭容器中以物质的量之比为1∶1充入C2H2(g)和HCl(g)，发生反应Ⅰ和Ⅱ。实验测得反应前容器内压强为p0 Pa，10 min达到平衡时C2H3Cl(g)、HCl(g)的分压分别为p1 Pa、p2 Pa。
①0～10 min内，反应的平均速率v(HCl)＝________Pa·min－1(用分压表示，下同)。
②C2H2(g)的平衡转化率为__________________________________________________。
③反应Ⅰ的平衡常数Kp＝_______________________________________________。
(2)CO2和H2反应合成HCOOH的反应为H2(g)＋CO2(g)HCOOH(g)。标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强(1×105 Pa)，p(H2)、p(CO2)和p(HCOOH)为各组分的平衡分压，如p(CO2)＝px(CO2)，p为平衡总压，x(CO2)为平衡系统中CO2的物质的量分数。在标准压强下，向上述容器充入等物质的量的H2和CO2进行反应，测得HCOOH的平衡产率为w，则Kθ＝________________(用含w字母表示)。
第5课时 平衡常数的应用、平衡转化率的分析
1．C 2.D
3．D [A项，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，正确；B项，增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X的转化率减小，正确；C项，相当于只增加Y的浓度，X的转化率增大，正确；D项，催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，错误。]
4．B [A项，根据表格信息，压强一定时，温度越低，SO2的转化率越大，正确；B项，不同的温度、压强下，反应速率不确定，故转化相同的SO2所需时间无法确定，错误；C项，使用催化剂降低反应的活化能，增大反应速率，可以缩短达到平衡所需的时间，正确；D项，根据表格数据可以看出，常压下SO2的转化率已相当高，正确。]
5．D 6.C
7．B [反应速率与其物质的量浓度成正比，Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等，说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变，则A的体积分数为Ⅰ＝Ⅱ，故A错误；向密闭容器中加物质C，逆反应速率瞬间增大，再次建立的平衡与原平衡等效，说明和原平衡相同，符合图像，故B正确；由题中图示可知，O～t1时，逆反应速率增大，说明平衡正向移动，即v正＞v逆，t1～t2时，逆反应速率不变，说明处于平衡状态，即v正＝v逆，故C错误；化学平衡常数只与温度有关，Ⅰ、Ⅱ温度相同其平衡常数相同，故D错误。]
8．C [若1 mol H2与1 mol I2完全反应转化为HI，则HI为2 mol，所以①和③互为等效平衡，平衡时，①和③的压强、同一物质的浓度、体积分数等都分别相同；②与①相比增大了HI的量，该反应为反应前后气体分子数不变的反应，增大HI的量，平衡不移动，平衡时，各物质的体积分数分别相等，但浓度均增大，总压强增大。③相当于初始加入2 mol HI，由于②中加入的HI的初始物质的量大，②的压强大，反应速率快，所以达到平衡所需时间：②<③。]
9．B
10．B [由第一组数据可知平衡时c(SO2)＝0.2 mol·L－1，c(O2)＝0.1 mol·L－1，c(SO3)＝0.1 mol·
L－1，温度为T1时，该反应的平衡常数为K＝＝0.4，故A错误；容器Ⅱ中Q＝＝1.8＞0.4，平衡逆向移动，起始时，v逆＞v正，故B正确；容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ平衡的基础上充入0.1 mol的氧气，平衡逆向移动，容器Ⅰ达平衡时，SO2的体积分数等于50%，达平衡时，容器Ⅲ中SO2的体积分数小于50%，故C错误；因为K＝ ，容器Ⅰ中达平衡后，温度改变为T2时，若k正＝k逆，K＝＝1>0.4,2SO3(g)??2SO2(g)＋O2(g) ΔH＞0，温度升高，平衡正向移动，平衡常数增大，则T1＜T2，故D错误。]
11．B
12．C [由反应2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)可知，NO2的生成速率(逆反应速率)应该是N2的生成速率(正反应速率)的二倍时才能达到平衡状态，只有C点满足，故A正确；由图2知，E点反应未达到平衡，F点反应达到平衡，且压强E＜F，则E点的v逆小于F点的v正，故B正确；由题中信息可知，维持温度不变，即E、G两点温度相同，平衡常数K(E)＝K(G)，混合气体中气体压强与浓度有关，压强越大，体积越小，浓度越大，所以G点压强大，浓度大，即c(E)＜c(G)，故C错误；在恒温恒容条件下，向G点平衡体系中充入一定量的NO2，NO2的平衡转化率减小，故D正确。]
13. (1)乙 (2)28.2 3.38 (3)0.05
14．(1)①提高二氧化硫的转化率 ② ③放热 减小 (2)＝ (3)①< ②>
解析 (1)②若用某组分(B)的平衡分压(pB)代替其物质的量浓度(cB)，可得Kp＝；在一定条件下达到平衡，测得c(SO3)＝0.04 mol·L－1，列出三段式，容器的容积为1 L，
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始/(mol·L－1) 0.05 0.03 0
转化/(mol·L－1) 0.04 0.02 0.04
平衡/(mol·L－1) 0.01 0.01 0.04
则Kp＝＝＝。
③K(300 ℃)>K(350 ℃)，说明温度越高，平衡常数越小；升温，平衡向吸热反应方向移动，则正反应为放热反应，平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率减小。(2)平衡常数只受温度影响，与压强无关，平衡状态由A变到B时，二者温度相同，故平衡常数K(A)＝K(B)。(3)①若移动活塞P，使乙的容积和甲相等，增大压强，平衡向正反应方向移动，SO3的体积分数增大，SO3的体积分数：甲<乙。②甲为恒温恒容容器，加入氦气总压增大，分压不变，平衡不移动；乙中加入氦气，为保持恒压，体积增大，分压减小，平衡逆向移动，达到新平衡时，SO3的体积分数减小，所以SO3的体积分数：甲>乙。
15．(1)① ②(＋)×100%
③ Pa－1 (2)
解析 (1)①恒容密闭容器中以物质的量之比为1∶1充入C2H2(g)和HCl(g)，实验测得反应前容器内压强为p0 Pa，则反应前p(HCl)＝p0 Pa，v(HCl)＝＝ Pa·min－1。
②
C2H2(g)＋HCl(g)C2H3Cl(g)
转化/Pa px px px
C2H2(g)＋2HCl(g)??C2H4Cl2(g)
转化/Pa py 2py py
则平衡时：p(C2H3Cl)＝px＝p1 Pa，p(HCl)＝ Pa＝p2 Pa，解得py＝(p0－p1－p2) Pa，则C2H2(g)的平衡转化率＝×100%＝×100%＝(＋)×100%。③平衡时p(C2H2)＝Pa＝Pa＝ Pa，p(C2H3Cl)＝p1 Pa，p(HCl)＝p2 Pa，Kp＝＝Pa－1＝ Pa－1。
(2)在标准压强下，设向上述容器各充入1 mol H2和CO2进行反应，则：
H2(g)＋CO2(g)HCOOH(g)
起始/mol 1 1 0
转化/mol w w w
平衡/mol 1－w 1－w w
在相同温度和体积下，气体的压强之比等于物质的量之比，则＝＝，所以p＝，x(H2)＝x(CO2)＝，x(HCOOH)＝，p(H2)＝p(CO2)＝p×＝×＝，p(HCOOH)＝p×＝×＝，所以Kθ＝＝＝＝。
