第22讲　化学平衡　化学平衡常数计算

第22讲化学平衡化学平衡常数计算备考导航复习目标1．了解可逆性反应，掌握化学平衡的特征。2．能书写化学平衡常数(K)表达式。3．能利用平衡常数和浓度商的关系判断可逆反应是否达到化学平衡。4．能进行化学平衡常数、转化率的简单计算熟记网络课前思考问题1在恒温恒容的容器中发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应，某时刻测得v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝2∶1∶2，能否判断反应已达平衡状态？【答案】不能。v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝2∶1∶2不能证明正反应的速率等于逆反应的速率，不能判断已达到平衡状态。问题2在一定条件下，为何催化剂可以缩短到达平衡的时间，而不会改变平衡的转化率？【答案】催化剂可以改变反应的历程，降低反应的活化能。对于可逆反应而言，对正反应是良好的催化剂，那么对逆反应也是良好的催化剂。所以催化剂能够同等程度地增加正、逆反应的反应速率，使正反应和逆反应的速率相等。所以，在一定条件下催化剂可以缩短到达平衡的时间。平衡转化率是该条件下的最大转化率，所以，催化剂不改变平衡转化率。1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，相同时间内，当消耗2molSO2同时生成1molO2时，反应处于平衡状态(√)(2)反应SiCl4(g)＋2H2(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。该反应的平衡常数K＝eq\f(c4HCl,cSiCl4·c2H2)(√)(3)反应CuCl(s)＋2Cl－(aq)[CuCl3]2－(aq)的平衡常数可表示为K＝eq\f(c[CuCl3]2－,cCuCl·c2Cl－)(×)(4)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大体系的压强，化学平衡常数增大(×)(5)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，使用优质催化剂，平衡时体系中eq\f(c2SO3,c2SO2·cO2)的值增大(×)(6)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，当3v(H2)正＝2v(NH3)逆时，反应达到平衡状态(×)(7)H2(g)＋I2(g)2HI(g)，体系中c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2时，说明该反应达到平衡状态(×)(8)如图为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数与反应温度的关系曲线，说明该反应的ΔH<0(√)2.在一定温度下，在容积不变的容器中发生可逆反应：2A(g)＋B(s)C(g)＋D(g)。下列说法说明该反应达到平衡的是(C)A.C的生成速率和B的消耗速率相等B.容器内的压强不再发生变化C.反应混合物中A的体积分数不再发生变化D.2v正(A)＝v逆(B)【解析】B为纯固体，且C的生成、B的消耗只体现正反应的过程，不能判定平衡状态，A不选；该反应为气体体积不变的反应，压强始终不变，不能判定平衡状态，B不选；反应混合物中A的体积分数不再发生变化，符合特征“定”，为平衡状态，C选；平衡时不同物质的正、逆反应速率之比不等于其化学计量数之比，且B为纯固体，不能由A、B的速率关系判定，D不选。3．NOx的排放来自汽车尾气，研究利用反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－34.0kJ/mol，用活性炭可对其进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示(已知：气体分压＝气体总压×物质的量分数)。下列有关说法错误的是(C)A.若能测得反应产生22gCO2，则反应放出的热量为17.0kJB.在1050K之后的转化率是平衡转化率，其随温度的升高而减小C.在950～1000K之间，化学反应速率：v正<v逆D.1050K时，反应的化学平衡常数Kp＝4【解析】由C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－34.0kJ/mol可知，每生成44g二氧化碳放出34kJ热量，则反应产生22gCO2，放出的热量为17.0kJ，A正确；该可逆反应是吸热反应，图中在1050K之前随温度升高转化率升高，说明反应未达到平衡，在1050K时反应达到化学平衡，在1050K之后随温度升高，放热反应，平衡逆向移动，平衡转化率下降，B正确；1050K前反应未达到平衡状态，随着温度升高，反应速率加快，反应正向进行，在950～1000K之间，化学反应速率：v正>v逆，C错误；在1050K时，总压为p时，设初始n(NO)＝xmol，NO转化率为80%，列三段式：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)开始/molx00变化/mol0.8x0.4x0.4x平衡/mol0.2x0.4x0.4x反应前后气体计量数之和不变，则反应前后气体总物质的量不变，为xmol，反应后p总＝pp(NO)＝eq\f(0.2xmol,xmol)×p总＝0.2pp(N2)＝p(CO2)＝0.4p该反应的平衡常数Kp＝eq\f(pN2·pCO2,p2NO)＝4，D正确。4.(2023·安徽淮南二模)丙烯是最重要的基础化工原料之一，丙烯广泛用于合成聚丙烯、丙烯醛、丙烯酸等工业领域。回答下列问题：(1)利用表中键能数据，计算丙烷直接催化脱氢制备丙烯的反应：CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)＋H2(g)ΔH＝________kJ/mol。化学键C—CC—HC=CH—H键能(kJ/mol)347.7413.4615436(2)T1℃时，将1molCH3CH2CH①计算0～60min之间，H2分压的平均变化率为________kPa/min。②T1℃时，该反应的平衡常数Kp＝______kPa(分压＝总压【答案】(1)＋123.5(2)①0.6②320【解析】(1)由丙烷与丙烯的结构简式可知，反应的ΔH＝(2×413.4＋347.7)kJ/mol－(615＋436)kJ/mol＝＋123.5kJ/mol。(2)①由图可知，起始丙烷压强为100kPa,60min时混合气体的总压强为136kPa，设混合气体中氢气的分压为akPa，由化学方程式：(100—a)kPa＋akPa＋akPa＝136kPa，解得a＝36kPa，则0～60min之间，氢气分压的平均变化率为eq\f(36kPa,60min)＝0.6kPa/min。②T1℃时，240min反应达到平衡，混合气体的总压强为180kPa，设混合气体中氢气的分压为bkPa，由化学方程式可得：(100－b)kPa＋bkPa＋bkPa＝180kPa，解得b＝80kPa，则应的平衡常数Kp＝eq\f(80kPa×80kPa,20kPa)＝320kPa。考点1化学平衡的建立与特征知识梳理可逆反应1.在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，叫作可逆反应。2.可逆反应用“”表示，而不用“=”表示。3.在相同条件下，正、逆反应同时进行，反应物的转化率小于100%。化学平衡状态1.在一定条件下的可逆反应中，当正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度或质量分数保持不变的状态，称为化学平衡状态。2.化学平衡的建立过程正、逆反应速率反应物、生成物的浓度反应开始v(正)最大v(逆)＝0反应物浓度最大，生成物浓度为零反应过程中v(正)逐渐减小，v(逆)逐渐增大反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大平衡状态时v(正)＝v(逆)各组分的浓度不再随时间的变化而变化化学平衡的特征解疑释惑39判断化学平衡状态的标志示例反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗mmolA的同时生成mmolA，即v(正)＝v(逆)平衡在单位时间内消耗nmolB的同时消耗pmolC，即v(正)＝v(逆)平衡v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡在单位时间内生成nmolB的同时消耗qmolD，均指v(逆)不一定平衡压强m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定)平衡m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体平均相对分子质量m＋n≠p＋q时，eq\x\to(M)r一定平衡m＋n＝p＋q时，eq\x\to(M)r一定不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定(其他条件一定)平衡密度反应物、生成物全为气体，定容时，密度一定不一定平衡m＋n≠p＋q，恒温恒压，气体密度一定平衡其他如体系的颜色不再变化平衡[及时巩固]下列说法正确的是(B)A.一定条件下合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达平衡时，3v正(H2)＝2v逆(NH3)B.一定条件下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡时，2v正(O2)＝v逆(SO3)C.充有N2O4的密闭容器中存在：N2O4(g)2NO2(g)，当c(N2O4)∶c(NO2)＝1∶2时，该可逆反应到达平衡D.一定条件下，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到化学平衡时，密闭容器内压强为起始压强的eq\f(2,3)【解析】达到平衡时，2v正(H2)＝3v逆(NH3)，A错误；平衡状态时，浓度之比不一定等于化学计量数之比，C错误；物质转化的程度未知，不能确定压强关系，D错误。在恒容密闭容器中，下列说法可以作为2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)达到平衡状态的标志的是(A)①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2；②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO；③混合气体的颜色不再改变；④混合气体的密度不再改变的状态；⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态；⑥混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定；⑦混合气体中NO与NO2的物质的量之比保持恒定。A.①③⑤⑦ B.②④⑤C.①③④ D.①②③④⑤【解析】②未体现正、逆反应速率的关系，故错误；④化学反应前后质量守恒，容器容积一定，混合气体的密度始终不变，错误；⑥如果反应开始只加入NO2，混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定，不能作为平衡的判断标志，错误；A选。考点2化学平衡常数及平衡转化率知识梳理化学平衡常数1.化学平衡常数在一定温度下，达到平衡的可逆反应中，其化学平衡常数常用生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值表示。对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，其平衡常数K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。2．浓度商Q与平衡常数Q＜K，反应向正反应方向进行；Q＝K，反应处于平衡状态(反应达到限度)；Q＞K，反应向逆反应方向进行。3.注意(1)平衡常数K是表明化学反应限度的一个特征值。K值越大，表示反应进行的程度越大。反之亦然。(2)K值只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度无关。平衡常数K与温度的关系如表所示：温度变化可逆反应的焓变ΔH平衡常数K的变化升温吸热反应，ΔH＞0增大降温减小升温放热反应，ΔH＜0减小降温增大(3)在平衡常数的表达式中，只包括气体和溶液中各物质的浓度，而不包括固体或纯液体的浓度。(4)正反应的化学平衡常数表达式与逆反应的化学平衡常数表达式互为倒数。平衡转化率[注意]①在同一条件下，平衡转化率是该条件下的最大的转化率。②对于一个放热的可逆反应，在未达到平衡之前，一般转化率随着温度的升高而升高；达到平衡以后，平衡转化率随着温度的升高而下降。③产率＝eq\f(实际产量,理论产量)×100%，“产率”不一定是平衡状态下的。④催化剂不能提高平衡转化率。⑤平衡时混合物组分的百分含量＝eq\f(某物质平衡量,平衡时各物质的总量)×100%。平衡常数(K或Kp)计算方法——“三段式法”1.K的计算根据“三段式”法——起始量、变化量、平衡量，计算出平衡体系中各有关物质的物质的量或物质的量浓度，然后代入平衡常数表达式，计算K。例：碳、硫和氮的氧化物与大气污染密切相关，对CO2、SO2和NO2的研究很有意义。(1)科学家发现NOx与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：Ⅰ.2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)ΔH1<0(平衡常数为K1)Ⅱ.2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)ΔH2<0(平衡常数为K2)Ⅲ.4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)ΔH3(平衡常数为K3)反应Ⅲ中K3＝eq\f(K\o\al(2,1),K2)(用K1、K2表示)，ΔH3＝2ΔH1－ΔH2(用ΔH1、ΔH2表示)。(2)汽车尾气中排放的NOx和CO会污染环境，在汽车尾气系统中安装催化转化器，可有效降低NOx和CO的排放，为模拟反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)在催化转化器内的工作情况，控制一定条件，让反应在恒容密闭容器中进行，用传感器测得不同时间NO(g)和CO(g)的浓度如下表：时间/s012345c(NO)/(10－4mol/L)10.04.502.501.501.001.00c(CO)/(10－3mol/L)3.603.052.852.752.702.70平衡时，NO的转化率α(NO)＝90%，此温度下，该反应的平衡常数K＝5000。【解析】(1)根据盖斯定律，Ⅰ×2－Ⅱ可得反应Ⅲ，则K＝eq\f(K\o\al(2,1),K2)，ΔH3＝2ΔH1－ΔH2。(2)4s时反应达到平衡，2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)起始/(10－4mol/L)103600变化/(10－4mol/L)994.59平衡/(10－4mol/L)1274.59平衡时，α(NO)＝eq\f(9×10－4mol/L,10×10－4mol/L)×100%＝90%；此温度下，该反应平衡常数K＝eq\f(cN2·c2CO2,c2NO·c2CO)＝eq\f(4.5×10－4×9×10－42,1×10－42×27×10－42)＝5000。2．Kp的计算根据“三段式”法计算各气体的起始量、变化量、平衡量，然后计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。再计算各气体物质的分压：p(某气体的分压)＝p(混合气体总压强)×该气体的体积分数(或物质的量分数)；最后代入平衡常数表达式，计算Kp。[注意]①如果可逆反应前后气体分子数没有变化，平衡前后的总压就不会变化。②如果可逆反应是在恒压的条件下进行，虽然总压不变，但是要注意反应前后气体分子数的变化。例：某温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时，体系总压强为p0，则：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始/mol130变化/mol0.51.51平衡/mol0.51.51平衡时p(N2)＝eq\f(0.5,3)p0、p(H2)＝eq\f(1.5,3)p0、p(NH3)＝eq\f(1,3)p0；Kp＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p0))2,\f(0.5,3)p0×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,3)p0))3)。解疑释惑40平衡常数表达式与化学方程式的化学计量数的关系化学方程式平衡常数化学方程式的关系K的关系①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K1互为可逆反应K2＝eq\f(1,K1)②CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g)K2③nC(s)＋nH2O(g)nCO(g)＋nH2(g)K3化学计量数变为原来的n倍：①×nK3＝Keq\o\al(n,1)④CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)K4化学方程式相加：⑤＝①＋④K5＝K1·K4⑤C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(g)K5[及时巩固]写出下列可逆反应的平衡常数表达式。(1)可逆反应2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O，K＝________________。(2)Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，K＝________________。【答案】(1)eq\f(cCr2O\o\al(2－,7),c2CrO\o\al(2－,4)·c2H＋)(2)eq\f(c3CO2,c3CO)(2023·海南卷改编)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：C6H5CH2CH3(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g)。某条件下无催化剂存在时，该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(B)A.曲线①表示的是逆反应的v－t关系B.t2时刻体系处于平衡状态C.反应进行到t1时，Q＞K(Q为浓度商)D.催化剂存在时，v1、v2都减小【解析】反应为乙苯制备苯乙烯的过程，开始反应物浓度最大，随着反应进行反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小，所以曲线①表示的是正反应的v－t关系，A错误；由图可知，t2时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B正确；反应进行到t1时，正反应速率大于逆反应速率，反应正向进行，故Q＜K，C错误；催化剂能降低反应的活化能，使反应速率增大，即v1、v2都增大，D错误。(1)可逆反应2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)ΔH的化学平衡常数表达式K＝________________。该反应的平衡常数K随温度T的升高而减小，则该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。(2)磁铁矿(Fe3O4)是工业上冶炼铁的原料之一，发生的主要反应为Fe3O4(s)＋4CO(g)3Fe(s)＋4CO2(g)，该反应的ΔH<0，T℃时，在1L恒容密闭容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol,10min后反应达到平衡时，容器中CO2的浓度是0.4mol/L。T℃时，该反应的平衡常数K＝________。(3)(2019·新课标Ⅱ卷)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应：(g)＋I2(g)(g)＋2HI(g)。起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。【答案】(1)eq\f(c2N2·c3H2O,c2NH3·cNO·cNO2)<(2)256(3)40%3.56×104【解析】(2)列三段式：Fe3O4(s)＋4CO(g)3Fe(s)＋4CO2(g)起始浓度,/(mol/L))0.50平衡浓度,/(mol/L))0.10.4平衡常数K＝eq\f(c4CO2,c4CO)＝eq\f(0.44,0.14)＝256。(3)设反应前碘单质与环戊烯均为xmol，平衡时环戊烯反应了ymol，则有：(g)＋I2(g)(g)＋2HI(g)起始/molxx00转化/molyyy2y平衡/molx－yx－yy2y根据题意列式得eq\f(2x,x－y＋x－y＋y＋2y)＝eq\f(1,1.2)，解得y＝0.4x，则环戊烯的转化率为eq\f(0.4x,x)×100%＝40%。设平衡时总压为p总，则(g)分压为eq\f(x－0.4x,2.4x)×p总＝eq\f(p总,4)，I2(g)分压为eq\f(x－0.4x,2.4x)×p总＝eq\f(p总,4)，(g)分压为eq\f(0.4x,2.4x)×p总＝eq\f(p总,6)，HI(g)分压为eq\f(2×0.4x,2.4x)×p总＝eq\f(p总,3)，则kp＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p总,3)))2×\f(p总,6),\f(p总,4)×\f(p总,4))＝eq\f(8,27)p总，根据p总＝1.2×105Pa，则kp≈3.56×104。催化制氢是目前大规模制取氢气的方法之一：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2＝－41.2kJ/mol在T1℃时，将0.10molCO(g)与0.40molH2O(g)充入5L的容器中，反应平衡后H2(g)的物质的量分数x(H2(1)CO的平衡转化率α＝________%。(2)反应平衡常数K＝________(结果保留2位有效数字)。【答案】(1)40%(2)0.074【解析】(1)在T1℃时，将0.10molCO(g)与0.40molH2O(g)充入5LCO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)开始/mol0.100.4000变化/molxxxx平衡/mol0.10－x0.40－xxx反应平衡后H2的物质的量分数x(H2)＝0.08eq\f(x,0.10＋0.40)＝0.08，x＝0.04molCO的平衡转化率α＝eq\f(0.04mol,0.10mol)×100%＝40%。(2)反应平衡常数K＝eq\f(\f(0.04,5)×\f(0.04,5),\f(0.10－0.04,5)×\f(0.40－0.04,5))≈0.074。利用Q与K判断化学平衡状态及反应的方向考题呈现考题1：甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。一定温度下，向容积为2.0L的恒容密闭容器中投入反应物，发生反应：CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)，测得有关实验数据如下：温度/K起始物质的量/mol平衡时物质的量/molCH3OH(g)NH3(g)CH3NH2(g)H2O(g)CH3NH2(g)H2O(g)5300.400.40000.30530K时，若起始时向容器中充入0.10molCH3OH、0.15molNH3、0.10molCH3NH2、0.10molH2O，则反应将向________方向进行。【答案】正反应【解析】考题1：由表可知530K时，K＝eq\f(cH2O·cCH3NH2,cNH3·cCH3OH)＝eq\f(\f(0.30mol,2L)×\f(0.30mol,2L),\f(0.10mol,2L)×\f(0.10mol,2L))＝9，改变起始投料，此时Q＝eq\f(2,3)＜K，反应向正反应方向进行。考题2：一定温度下，容积为1L的恒容密闭容器中发生反应：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)，达到平衡。物质的起始浓度/(mol/L)物质的平衡浓度/(mol/L)CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)COS(g)3.007.07.01.5反应达到平衡后，再充入1.1molH2S(g)和0.3molH2(g)，平衡__________________________(填“不移动”“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”)。【答案】不移动【解析】考题2：由表可知平衡时c(CO)＝8.5mol/L，c(H2S)＝5.5mol/L，c(H2)＝1.5mol/L，K＝eq\f(cCOS·cH2,cCO·cH2S)≈0.048，再充入1.1molH2S(g)和0.3molH2(g)后，浓度商Q＝eq\f(1.5×1.5＋0.3,8.5×5.5＋1.1)≈0.048＝K，故平衡不移动。解题策略①先用三段法求出平衡常数K或浓度商Q。②再根据K和Q的大小关系判断是否达到化学平衡状态及反应的方向：Qeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<K反应向正反应方向进行，v正>v逆,＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆,>K反应向逆反应方向进行，v正<v逆))1.在300mL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(C)温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10－5A.上述生成Ni(CO4)(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2×10C.在80℃时，测得某时刻，Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol/L，则此时v正>vD.80℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3mol，则Ni(CO)4【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0.5mol/L，此时Q＝8，所以反应逆向进行，v正<v逆，C错误；80℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3mol，c(CO)＝1.0mol/L，利用K可求出Ni(CO)2．(2023·湛江第二中学)在Fe2O3的催化作用下，向200℃的恒温恒容密闭容器中充入1molCH4和2molNO2，发生反应CH4(g)＋2NO2(g)CO2(g)＋N2(g)＋2H2A.容器内气体的密度不再发生变化时，该反应达到平衡状态B.反应一段时间后(未达平衡)，Fe3O4会远远多于Fe2O3C.起始条件相同，其他条件不变，仅改为绝热密闭容器，CH4和NO2的平衡转化率降低D.使用更高效的催化剂能提高该反应平衡时的转化率【解析】容器为恒容密闭容器，气体质量在反应过程中理论上是不变的，根据ρ＝eq\f(m,V)，反应过程中气体的密度一直保持不变，A错误；根据能量变化图，反应ⅰ的活化能比反应ⅱ的大，反应ⅱ速率较快，不会有大量Fe3O4剩余，B错误；根据能量变化图，总反应正向为放热反应，绝热密闭容器中反应开始后温度会升高，导致平衡逆向移动，反应物平衡转化率降低，C正确；催化剂只能提高反应速率，不能改变平衡转化率，D错误。3．(2023·安徽师大附中)一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中加入4molCO(g)和4molN2O(g)发生反应CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)，测得CO(g)和CO2(g)的物质的量随时间的变化如图所示：(1)在A点时，VN2O生成________VN2生成(填“>”“<”或“＝”)。(2)若平衡时总压强为pkPa，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝____________[已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×该气体的体积分数]。【答案】(1)<(2)16【解析】(1)在A点时，CO的物质的量继续减少，反应正向进行，VN2O生成<VN2生成。(2)CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)初始/mol4400转化/mol3.23.23.23.2平衡/mol0.80.83.23.2若平衡时总压强为pkPa，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3.2,8)×p))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3.2,8)×p)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.8,8)×p))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.8,8)×p)))＝16。4.在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝__________________________。(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为____℃。该温度下加入1molCO2(g)和1molH2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为__________________________________________。(4)在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)＝2mol/L，c(H2)＝1.5mol/L，c(CO)＝1mol/L，c(H2O)＝3mol/L，则正、逆反应速率：v正____v逆(填“＞”“＜”或“＝”【答案】(1)eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)(2)吸热(3)83050%(4)＜【解析】(2)温度越高，K值增大，说明升温平衡正向移动，正向为吸热反应。(3)由题意可得K＝1，查表可知温度为830℃。设反应的CO2为xmol，则消耗掉的H2为xmol，生成的CO和H2O均是xmol，设容积为VL，K＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,V)))·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,V))),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1－x,V)))·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1－x,V))))＝1，解得x＝0.5，CO2的转化率为eq\f(0.5mol,1mol)×100%＝50%。(4)Q＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝1＞0.9，所以v正＜v逆。第22讲化学平衡化学平衡常数计算1.一定温度下，向一容积不变的密闭容器中加入一定量的SO2和O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ/mol。下列有关该反应的叙述正确的是(A)A.达到平衡状态时，正、逆反应速率相等B.达到平衡状态时，SO2和O2的浓度都为0C.若起始时加入2molSO2和1molO2，则达平衡时放出的热量为196.6kJD.若反应达到平衡状态后，2min时生成amolSO3，则4min时生成2amolSO3【解析】该反应为可逆反应，达到平衡状态时，反应物不能完全转化为生成物，所以SO2和O2的浓度不等于0，B错误；起始时加入2molSO2和1molO2，因为是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以消耗的SO2的物质的量小于2mol、消耗O2的物质的量小于1mol，所以放出的热量小于196.6kJ，C错误；反应达到平衡状态时，各物质的物质的量不变，则2～4min之间三氧化硫的物质的量不变，为amol，D错误。2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是(C)A.2v(NH3)＝v(CO2)B.密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1C.密闭容器中混合气体的密度不变D.密闭容器中氨气的体积分数不变【解析】没有指明正、逆反应，不能判断反应是否达到平衡状态，A错误；反应一旦发生，密闭容器中一定存在c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1，NH3的体积分数一直不变，不能判断反应是否达到平衡状态，B、D错误；随反应进行，混合气体的质量增大，容器容积不变，混合气体密度增大，当密度不再变化，说明达到平衡状态，C正确。3.在1L定容的密闭容器中，可以证明可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是(B)A.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2B.1个N≡N断裂的同时，有3个H—H生成C.其他条件不变时，混合气体的密度不再改变D.v正(N2)＝2v逆(NH3)【解析】c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能说明各物质的浓度不变，不一定为平衡状态，A错误；1个N≡N断裂的同时，有3个H—H生成，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，B正确；混合气体的密度ρ＝eq\f(m,V)，质量在反应前后是守恒的，容积不变，密度始终不变，所以密度不变的状态不一定是平衡状态，C错误；v正(N2)＝2v逆(NH3)时，正、逆反应速率不相等，未达到平衡状态，D错误。4.K为化学平衡常数，下列说法正确的是(C)A.从平衡常数的大小可以推断任意反应进行的程度B.K值越大，反应物的转化率越小C.对同类型的反应，K值越大，反应物的转化率越大D.温度越高，K值越大【解析】化学平衡常数对应一个具体的化学反应，一般来说，化学平衡常数越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大，A、B错误，C正确；反应进行的程度越大，化学平衡常数也越大，对于吸热反应来说，升温化学平衡常数增大，而对于放热反应来说，升温化学平衡常数则减小，D错误。5.一定温度下，把6molA和5molB通入容积为4L的恒容密闭容器中发生反应3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)，反应经过5min达到平衡，此时生成2molC，正反应速率(v正)和逆反应速率(v逆)随时间(t)的变化如图所示。下列说法正确的是(B)A.t2＝5min，平衡时3v正(A)＝2v逆(D)B.0～t2，A的平均反应速率为0.15mol/(L·min)C.t2～t3，各物质的浓度一定相等D.B的平衡转化率为25%【解析】t2时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡，平衡时2v正(A)＝3v逆(D)，A错误；反应经过5min达到平衡状态生成2molC，则消耗了3molA，A的平均反应速率为eq\f(3mol,4L×5min)＝0.15mol/(L·min)，B正确；t2～t3，反应为平衡状态，正、逆反应速率相等，但各物质浓度与初始投料有关，不一定相等，C错误；达到平衡时，生成2molC，则消耗了1molB，B的平衡转化率为eq\f(1mol,5mol)×100%＝20%，D错误。6.下列关于平衡常数K的说法错误的是(D)A.对于某一可逆反应来说，K只与温度有关，与浓度无关B.升高温度，K变小，正反应是放热反应C.K越大，反应进行得越彻底D.使用合适的催化剂，既可以改变反应速率，也可以改变平衡常数K【解析】平衡常数只受温度影响，使用催化剂可以加快反应速率，但不影响平衡常数，D错误。7.已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2，其能量变化随反应过程如图所示。①2NO(g)N2O2(g)ΔH1，K1②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH2，K2下列说法不正确的是(B)A.ΔH1<0，ΔH2<0B.2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝eq\f(K1,K2)C.2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2D.反应②的速率大小决定了2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率【解析】反应①和反应②的反应物总能量均高于生成物总能量，所以ΔH1<0，ΔH2<0，A正确；反应①＋反应②得2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，所以ΔH＝ΔH1＋ΔH2，K＝K1·K2，B错误，C正确；反应速率主要取决于慢反应的反应速率，反应②的活化能大于反应①，所以反应②的反应速率小于反应①，故反应②的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率，D正确。8.一定温度下，在2L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如表所示：t/minn/moln(A)n(B)n(C)02.02.4050.9101.6151.6下列说法正确的是(C)A.0～5min用A表示的平均反应速率为0.09mol/(L·min)B.该反应在10min后才达到平衡C.平衡状态时，c(C)＝0.6mol/LD.物质B的平衡转化率为20%【解析】0～5min内C浓度变化为0.45mol/L，v(C)＝0.09mol/(L·min)，根据反应速率之比等于计量数之比得v(A)＝0.03mol/(L·min)，A错误；15min时，n(B)＝1.6mol，消耗了0.8molB，根据化学方程式可知这段时间内消耗A的物质的量为0.4mol，所以15min时，n(A)＝1.6mol，与10min时A的物质的量相同，说明10～15min这段时间内平衡没有移动，但无法确定是10min时达到平衡，还是10min前已经达到平衡，B错误；根据B项分析可知平衡时消耗的B为0.8mol，根据化学方程式可知生成C的物质的量为1.2mol，则c(C)＝eq\f(1.2mol,2L)＝0.6mol/L，C正确；B的平衡转化率为eq\f(0.8mol,2.4mol)×100%≈33.3%，D错误。9.研究反应2X(g)Y(g)＋Z(g)的速率影响因素，在不同条件下进行4组实验，Y、Z起始浓度为0，反应物X的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况如图所示。下列说法不正确的是(C)A.比较实验②、④得出：升高温度，化学反应速率加快B.比较实验①、④得出：升高温度，化学反应速率加快C.实验③有可能使用了催化剂，催化剂加快正反应速率，对逆反应无影响D.在0～10min之间，实验②的平均速率v(Y)＝0.01mol/(L·min)【解析】实验②、④起始浓度相同，但温度不同，④建立平衡需要的时间短，反应速率更快，则可得出：升高温度，化学反应速率加快，A正确；实验①、④相比，④的反应物的浓度低，但温度高，建立平衡需要的时间短，反应速率更快，说明升高温度，化学反应速率加快，B正确；实验③和②的反应物的浓度、温度均相同，达到的平衡状态也相同，故反应③可能是使用了催化剂，也可能是增大了压强，而催化剂能同等程度的增大正、逆反应速率，C错误；在0～10min之间，实验②中X的浓度变化为0.2mol/L，则v(Y)＝eq\f(1,2)v(X)＝eq\f(1,2)×eq\f(0.2mol/L,10min)＝0.01mol/(L·min)，D正确。10.(2023·潍坊一模)丙烯是重要的化工原料，其用量仅次于乙烯，研究丙烯的制取工艺具有重要意义。丙烷催化脱氢制取丙烯的过程中涉及的主要反应有：Ⅰ.C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)ΔH1Ⅱ.C3H8(g)CH4(g)＋C2H2(g)＋H2(g)ΔH2＝＋255.7kJ/molⅢ.C3H6(g)CH4(g)＋C2H2(g)ΔH3＝＋131.5kJ/mol下图中能正确表示反应Ⅰ的化学平衡常数lnKc与温度T关系的是