第21讲 化学平衡 化学平衡常数及计算
练习1 化学平衡状态
1. (2023·无锡太湖中学)在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的标志是(C)
A. C的生成速率与A的生成速率相等
B. 单位时间内生成1 mol A的同时生成3 mol B
C. 混合气体的总物质的量不再变化
D. A、B、C的物质的量之比为1∶3∶2
【解析】 C的生成速率与A的生成速率之比为2∶1时，表明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A错误；生成A和生成B都是逆反应，不能判定反应达到平衡状态，B错误；正反应为气体物质的量减少的反应，混合气体的总物质的量不再变化，说明反应达到平衡状态，C正确；反应过程中，A、B、C的物质的量之比与初始量和转化率有关，A、B、C的物质的量之比为1∶3∶2，反应不一定达到平衡状态，D错误。
2. (2023·盐城五校)德国化学家弗里茨·哈伯因合成氨工业化而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是(A)
A. 若生成3 mol H—H的同时生成6 mol N—H，说明该反应已处于平衡状态
B. 达到化学平衡状态时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C. 达到化学平衡状态时，N2、H2和NH3的反应速率之比为1∶3∶2
D. 达到化学平衡状态时，正反应和逆反应速率都为0
【解析】 生成3 mol H—H的同时生成6 mol N—H，即生成3 mol H2的同时又生成2 mol NH3，说明该反应已处于平衡状态，A正确；达到化学平衡状态时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不一定相等，B错误；反应过程中，N2、H2和NH3的反应速率之比始终为1∶3∶2，不能说明该反应已处于平衡状态，C错误；达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等但不为0，D错误。
3. (2023·苏州期中)接触法制备硫酸中的关键步骤是SO2在V2O5催化作用下与空气中O2在接触室发生可逆反应，其热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ/mol。在一定温度下，向恒压密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，反应一段时间后，可以作为该反应达到化学平衡状态的标志的是(B)
A. c(SO2)与c(O2)之比不变
B. n(SO2)与n(SO3)之比不变
C. 混合气体的总压强保持不变
D. 单位时间内生成2n mol SO2同时生成n mol O2
【解析】 起始c(SO2)∶c(O2)＝2∶1，反应时消耗c(SO2)∶c(O2)＝2∶1，故体系中c(SO2)与c(O2)之比始终是2∶1，A错误；反应正向进行，n(SO2)与n(SO3)之比减小，n(SO2)与n(SO3)之比不变说明达到平衡状态，B正确；恒压密闭容器，混合气体的总压强保持不变，C错误；单位时间内生成2n mol SO2同时生成n mol O2，只有逆反应，D错误。
4. (2023·如东期中)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在恒温恒容的容器中，可作为合成氨平衡标志的是(A)
A. 混合气体的总物质的量不再变化
B. 混合气体的密度保持不变
C. 单位时间内生成3 mol H2同时消耗2 mol NH3
D. c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
【解析】 气体总物质的量是变量，混合气体的总物质的量不再变化，说明达到平衡状态，A正确；气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终保持不变，B错误；单位时间内生成3 mol H2同时消耗2 mol NH3，不能说明正、逆反应速率相等，C错误；c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2，不能判断浓度是否还发生改变，反应不一定平衡，D错误。
5. (2023·常州中学)反应C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)分两步进行，其能量变化如图所示。下列说法错误的是(C)
A. 高温下反应①可以自发正向进行
B. 当恒温恒容容器中气体压强不变时，该反应已达到平衡
C. 反应①的活化能为300 kJ/mol
D. 选择合适的催化剂，可以降低反应②的活化能，加快总反应的反应速率
【解析】 由图可知，反应① 的ΔH＞0，ΔS＞0，高温下ΔH－TΔS＜0，反应自发进行，A正确；总反应是气体分子数增加的反应，当恒温恒容容器中气体压强不变时，说明反应达到平衡，B正确；反应①的活化能为[－300－(－477)]kJ/mol＝177 kJ/mol，C错误；反应②的活化能大于反应①的活化能，则反应②是总反应的决速步骤，选择合适的催化剂，降低反应② 的活化能，加快总反应的反应速率，D正确。
6. 已知：N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0，将一定量N2O4气体充入恒容密闭容器中，控制温度为T1。下列可以作为反应达到平衡状态的判据是①④(填序号)。
①气体的压强不变
②v正(N2O4)＝2v逆(NO2)
③K不变
④容器内颜色不变
⑤容器内气体的密度不变
7. 恒容密闭容器中，可作为2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)达到平衡状态的标志的是①③⑤⑦(填序号)。
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
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
练习2 化学平衡常数及计算
1. (2024·如皋适应性一)工业上用CH4催化还原NO2可以消除氮氧化物的污染，反应原理为CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867.0 kJ/mol。不同的催化剂催化该反应的最佳活性温度不同。下列说法正确的是(C)
A. 上述反应平衡常数K＝()()()()c2NO2·cCH4(cCO2·cN2)
B. 其他条件不变时，反应单位时间，NO2去除率随温度升高而增大的原因可能是平衡常数变大
C. 其他条件不变，在低温下使用高效催化剂可提高CH4的平衡转化率
D. 反应中若采用高分子分离膜及时分离出水蒸气，可以使反应的平衡常数增大
【解析】 水为气体，应列入平衡常数表达式，A错误；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，B错误；其他条件不变，低温下平衡正向移动，可提高CH4的平衡转化率，而催化剂可以加快反应速率，更快达到平衡，C正确；平衡常数只与温度有关，D错误。