《高中化学》第35讲化学平衡状态及平衡移动

PAGE第35讲化学平衡状态及平衡移动层次1基础性1.(2023·广东梅州联考)下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是()A.开启啤酒瓶后,马上泛起大量泡沫B.在配制硫酸亚铁溶液时往往要加入少量铁粉C.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气D.工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率2.(2023·广东韶关检测)在一密闭容器中,反应aM(g)bN(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器容积增加一倍,当达到新的平衡时,N的浓度变为原来的60%,则()A.平衡向正反应方向移动B.物质M的转化率变小C.反应的化学平衡常数变大D.a、b的大小关系是a>b3.(2023·广东广州检测)在恒容的密闭容器中,CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0。能说明该反应达到平衡状态的是()A.混合气体的密度不再变化B.CO和H2的物质的量之比不再变化C.2v正(H2)=v逆(CH3OH)D.CO在混合气体中的质量分数保持不变4.(2023·广东湛江检测)向绝热恒容密闭容器中通入一定量的SO2和NO2,一定条件下发生反应:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),正反应是放热反应。测得SO3浓度随时间变化如表所示,下列说法不正确的是()反应时间/s40506070S0.100.140.210.26反应时间/s8090100110S0.300.320.330.33A.50s时,SO3的生成速率为0.0028mol·L-1·s-1B.40~90s时段:v(正)>v(逆)C.v正(SO2)=v逆(SO3)或v正(SO2)=v逆(NO2)均能说明反应达到平衡状态D.100s开始,容器中的温度不变,反应达到平衡状态5.一定温度下,容积不变的密闭容器中发生反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),经2min后达到平衡,NH3的浓度减少了0.6mol·L-1。下列说法正确的是()A.平衡时5v正(O2)=4v逆(NO)B.2min末的反应速率,用NO表示是0.3mol·L-1·min-1C.由混合气体的密度不再改变可判定反应达到平衡D.由混合气体的压强不再改变可判定反应达到平衡6.(2023·广东梅州期末)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:①2X(g)+Y(g)Z(s)+2Q(g)ΔH1<0②M(g)+N(g)R(g)+Q(g)ΔH2>0下列叙述错误的是()A.加入适量Z,①和②平衡均不移动B.通入稀有气体Ar,①平衡正向移动C.降温时无法判断Q浓度的增减D.通入气体Y,则N的转化率减小7.(1)工业上,裂解正丁烷可以获得乙烯、丙烯等化工原料。反应1:C4H10(g,正丁烷)CH4(g)+C3H6(g)ΔH1反应2:C4H10(g,正丁烷)C2H6(g)+C2H4(g)ΔH2某温度下,向2L恒容密闭容器中投入2mol正丁烷,假设控制反应条件,只发生反应1,达到平衡时测得CH4的体积分数为13。下列情况表明上述反应达到平衡的是(填字母,下同)。A.混合气体的密度保持不变B.甲烷、丙烯的生成速率相等C.混合气体压强保持不变D.丙烯的体积分数保持不变(2)深入研究碳、氮元素的物质转化有着重要的实际意义,合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)ΔH=-87.0kJ·mol-1。若向某恒温且恒容的密闭容器中加入等物质的量的NH3和CO2,发生上述反应。下列叙述不能说明反应已经达到平衡状态的是。A.断裂6molN—H的同时断裂2molO—HB.压强不再变化C.混合气体的密度不再变化D.CO2的体积分数不再变化(3)反应:4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),恒温恒容情况下,下列说法能判断此反应达到平衡的是。A.气体物质中氮元素与氧元素的质量比不变B.容器内气体密度不变C.容器内气体颜色不变D.容器内NaNO3的浓度保持不变层次2综合性8.可逆反应mA(g)+nB(?)pC(g)+qD(?)中A和C都是无色气体,当达到平衡后,下列叙述正确的是()A.若改变条件后,平衡正向移动,D的百分含量一定增大B.若升高温度,A的浓度增大,说明正反应是吸热反应C.若增大压强,平衡不移动,说明m+n一定等于p+qD.若增加B的量,平衡移动后体系颜色加深,说明B必是气体9.已知:2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(g)ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0)。T℃时,在容积为2L的恒容密闭容器中,起始加入2molH2S(g)和1molO2(g),达到平衡时生成0.6molS2(s)。下列说法能说明反应达到平衡状态的是()A.硫化氢的浓度是氧气浓度的2倍B.容器中混合气体的压强不变C.反应放出的热量为0.3QkJD.消耗2molH2S(g)的同时生成2molH2O(g)10.(2024·湖南长沙高三模拟)臭氧分解反应2O3(g)3O2(g)中O3的消耗速率可表示为v(O3)=kc3(O3)c(OA.平衡时有2v(O2)=3v(O3)B.容积不变,向平衡体系中充入O2,再次达到平衡,O2的体积分数变大C.容积不变,分离出O2时,O3的消耗速率不发生变化D.压强不变,充入气体Ne,平衡将不发生移动11.用O2将HCl转化为Cl2的反应为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)ΔH<0。在恒温恒容条件下测得反应过程中c(Cl2)的实验数据如表。下列说法错误的是()t/min0246c(Cl2)/(10-3mol·L-1)01.83.75.4A.2~6min用Cl2表示的化学反应速率为0.9mol·L-1·min-1B.当容器内气体的平均摩尔质量不变时,可说明反应达到化学平衡状态C.化学平衡常数:K(200℃)>K(400℃)D.增大压强,可以提高HCl的平衡转化率12.(2023·广东湛江期中)180℃时将0.5molH2和1molCO2通入1L的恒容密闭容器中,反应生成甲醇蒸气(CH3OH)和某无机副产物,测得各物质的物质的量随时间的部分变化如图所示,下列说法错误的是()A.该反应的化学方程式:CO2+3H2CH3OH+H2OB.当容器内混合气体压强不再变化时,表明反应已经达到平衡状态C.在0~3min内用H2表示的平均化学反应速率为0.1mol·L-1·min-1D.在3~10min内,反应仍未达到平衡状态13.一定温度下,在3个容积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是()容器温度起始浓度/(mol·L-1)平衡浓度/(mol·L-1)c(H2)c(CO)c(CH3OH)c(CH3OH)Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200Ⅲ500000.100.025A.该反应的正反应吸热B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅰ中c(H2)的两倍D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大14.(1)将一定量的CO2和H2充入某恒容密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)ΔH=-93.8kJ·mol-1,测得在不同催化剂作用下,相同时间内CO2的转化率与温度的关系如图所示。催化效果最好的催化剂是(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”),该反应在a点达到平衡状态,a点的转化率比b点的高,其原因是。(2)利用CO和水蒸气可制备H2,反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入容积为2L的恒容密闭容器中进行上述反应,得到的三组数据如下表所示:温度起始量达到平衡nnnCO转化率时间650421.669003213①该反应的正反应为(填“放热”或“吸热”)反应。②900℃时,0~3min内反应的平均速率v(H2O)=,达到平衡时c(H2)=。(保留2位小数)层次3创新性15.乙烯是石油化工最基本的原料之一。(1)在乙烷中引入O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:a.2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)ΔH1<0b.2C2H6(g)+5O2(g)4CO(g)+6H2O(g)ΔH2<0c.C2H4(g)+2O2(g)2CO(g)+2H2O(g)ΔH3<0氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化,需要寻找催化剂降低反应(填“a”“b”或“c”)的活化能,判断的依据是。(2)常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如图所示。①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是。②在570~600℃温度范围内,下列说法正确的是(填字母)。A.C2H4产率随温度升高而增大B.H2O的含量随温度升高而增大C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率第35讲化学平衡状态及平衡移动1.B解析开启啤酒瓶后,压强减小,平衡向生成气体的方向移动,马上泛起大量泡沫,可以用勒夏特列原理解释,A不符合题意;在配制硫酸亚铁溶液时往往要加入少量铁粉,可以防止亚铁离子被氧化,与化学平衡无关,不能用勒夏特列原理解释,B符合题意;实验室制取氯气,用排饱和食盐水法收集氯气时,c(Cl-)增大,可以使平衡Cl2+H2OH++Cl-+HClO逆向移动,可以用勒夏特列原理解释,C不符合题意;工业上生产硫酸的过程中发生反应:2SO2+O22SO3,使用过量的空气,c(O2)增大,平衡正向移动,以提高二氧化硫的转化率,可以用勒夏特列原理解释,D不符合题意。2.A解析在一密闭容器中,反应aM(g)bN(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器容积增加一倍,此时N的浓度变为原来的50%,当达到新的平衡时,N的浓度变为原来的60%,则表明平衡向生成N的方向移动。由分析可知,增大体积,减小压强,平衡向生成N的方向移动,则平衡向正反应方向移动,A正确;减小压强,平衡向正反应方向移动,物质M的转化率增大,B不正确;在压强减小过程中,温度保持不变,则反应的化学平衡常数不变,C不正确;减小压强,平衡向气体分子数增大的方向(正反应方向)移动,则a、b的大小关系是a<b,D不正确。3.D解析A.反应达到平衡之前,体系混合气体的质量保持不变,容器的容积保持不变,即混合气体的密度一直保持不变,故混合气体的密度不再变化不能说明反应达到化学平衡;B.化学平衡的特征之一为各组分的浓度、物质的量保持不变,而不是相等或成比例,故CO和H2的物质的量之比不再变化不能说明反应达到化学平衡;C.根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知,v正(H2)=2v正(CH3OH),故当2v正(H2)=v逆(CH3OH)时,v正(CH3OH)≠v逆(CH3OH),反应未达到平衡;D.化学平衡的特征之一为各组分的浓度、物质的量、质量分数或物质的量分数保持不变,故CO在混合气体中的质量分数保持不变,说明反应达到化学平衡。4.A解析50s内,v(SO3)=0.14mol·L-150s=0.0028mol·L-1·s-1,不能计算50s时的瞬时速率,A错误;40~90s时段,此时反应未达平衡,反应正向进行,v(正)>v(逆),B正确;v(正)=v(逆)时,反应达平衡状态,v正(SO2)=v逆(SO3)或v正(SO2)=v逆(NO2)均能说明反应达到平衡状态,C正确;该反应是放热反应,1005.D解析平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO),A项错误;0~2min内的平均反应速率,用NO表示是0.6mol·L-12min=0.3mol·L-1·min-1,B项错误;容器容积不变,气体总质量不变,所以混合气体的密度始终不变,C项错误;该反应为气体分子数增大的反应,容器容积不变,温度不变,6.B解析Z是固体,加入适量Z,不会改变①和②中反应物和生成物的浓度,①和②平衡均不移动,A正确;恒容密闭容器中通入稀有气体Ar,气体浓度不发生改变,反应①的平衡不移动,B错误;反应①是放热反应,反应②是吸热反应,温度降低,反应①正向进行,反应②逆向进行,但两个反应中反应物的起始浓度未知,故无法判断Q浓度的增减,C正确;通入气体Y,反应①平衡正向移动,Q的浓度增大,导致反应②平衡逆向进行,则N的转化率减小,D正确。7.答案(1)CD(2)A(3)ABC解析(1)气体密度等于气体质量除以容器容积,反应1的反应物和生成物都是气体,气体质量不变,容器容积不变,因此在恒温恒容条件下气体密度始终不变,因此密度不变不能作为判断平衡的标志,故A不符合题意;甲烷、丙烯均属于生成物,两者的化学计量数相同,无论是否达到平衡,它们的生成速率始终相等,故B不符合题意;在恒容恒温下,气体分子数逐渐增多,气体压强逐渐增大,当压强不变时反应达到平衡,故C符合题意;丙烯体积分数由0逐渐增大,丙烯体积分数不变时表明反应达到平衡,故D符合题意。(2)根据方程式可知:每2分子NH3反应产生1分子CO(NH2)2,会断裂2个N—H,即1个NH3分子断裂1个N—H。现在断裂6molN—H,就是6molNH3反应,要生成3molH2O,形成6molO—H;断裂2molO—H,就是1mol水发生反应,生成水的物质的量大于消耗水的物质的量,正、逆反应速率不相等,没有达到平衡,A符合题意;该反应在恒温恒容条件下进行,反应前后气体的物质的量发生改变,当气体压强不再变化时,气体的物质的量不变,则反应达到了平衡状态,B不符合题意;反应前后气体的质量发生变化,而反应在恒温恒容条件下进行,气体的体积不变,则混合气体的密度不再变化,说明反应达到了平衡状态,C不符合题意;若CO2的体积分数不再变化,说明混合气体中各气体的物质的量不变,反应达到了平衡状态,D不符合题意。(3)反应物NO2中氮元素与氧元素的质量比为7∶16,生成物NO中氮元素和氧元素的质量比为7∶8,所以未平衡前气体物质中氮元素和氧元素的质量比是变量,当气体物质中氮元素与氧元素的质量比不变时,反应达到了平衡,故A选;随着反应的进行,气体物质的质量在减小,而容器容积不变,所以混合气体的密度在减小,当容器内气体密度不变时,反应达到了平衡,故B选;NO2是红棕色气体,Cl2是黄绿色气体,未平衡前混合气体的颜色在改变,当容器内气体颜色不变时,说明NO2和Cl2的浓度均不再改变,反应达到了平衡,故C选;NaNO3是固体,不能用固体浓度不变衡量反应是否达到平衡,故D不选。8.D解析若改变条件后,平衡正向移动,D的百分含量不一定增大,因为B的状态不确定,故A错误;若升高温度,A的浓度增大,说明逆反应是吸热反应,故B错误;若增大压强,平衡不移动,如果B、D均为气体,则说明m+n一定等于p+q,如果B、D均不为气体,则m=p,故C错误;固体和液体的用量不影响平衡,若增加B的量,平衡移动后体系颜色加深,说明B必是气体,故D正确。9.B解析硫化氢的浓度为氧气的2倍,不能说明反应达到平衡,A项错误;该反应是反应前后气体分子数不相等的反应,恒容容器中混合气体的压强不变,说明各气体的物质的量不变,反应达到平衡,B项正确;反应达到平衡时,生成0.6molS2(s),消耗的H2S为1.2mol,反应放出0.6QkJ热量,故反应放出0.3QkJ热量时,未达到平衡,C项错误;根据已知热化学方程式可知,任何时间段,消耗2molH2S(g)的同时一定生成2molH2O(g),且可逆反应不能进行到底,D项错误。10.A解析根据反应进行中反应速率之比等于化学计量数之比,即v(O2)3=v(O3)2,2v(O2)=3v(O3),平衡时当然也存在2v(O2)=3v(O3),故A正确;该反应为分子数增大的反应,容积不变,向平衡体系中充入O2,体系压强增大,平衡逆向移动O2含量减少,再次达到平衡,O2的体积分数减小,故B错误;容积不变,分离出O2时,根据O3的消耗速率表达式,v(O3)=kc3(O3)c(O2),O3的消耗速率会随着O11.A解析2~6minc(Cl2)由1.8×10-3mol·L-1增大到5.4×10-3mol·L-1,则有v(Cl2)=3.6×10-3mol·L-14min=9×10-4mol·L-1·min-1,A错误;恒温恒容时,平衡建立过程中,混合气体的总质量不变,气体的总物质的量不断变化,则气体的平均摩尔质量不断变化,当容器内气体的平均摩尔质量不变时,该反应达到化学平衡状态,B正确;该反应的ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,则平衡常数:K(200℃)>K(400℃),C12.D解析将0.5molH2和1molCO2通入1L的恒容密闭容器中,反应生成甲醇蒸气(CH3OH)和某无机副产物,0~3min内消耗的CO2与H2物质的量之比为(1.0mol-0.9mol)∶(0.5mol-0.2mol)=1∶3,由原子守恒可知副产物为水,由原子守恒可知反应方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O,A正确;该反应是反应前后气体体积不相等的反应,反应在恒容密闭容器中进行,当混合气体压强不再变化时,表明反应已经达到平衡状态,B正确;0~3min内,参加反应的CO2为0.1mol,根据物质转化关系可知反应消耗0.3molH2,则0~3min内H2的平均反应速率为v(H2)=0.3mol1L3min=0.1mol·L-1·min-1,C正确;0~3min内生成的甲醇物质的量为0.1mol,则3min时甲醇物质的量为0.1mol,10min时甲醇物质的量也为0.1mol,在3~1013.D解析对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终两者等效,但Ⅲ温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A错误;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以Ⅱ中转化率高,B错误;温度相同,Ⅱ中投料量是Ⅰ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以平衡时Ⅱ中c(H2)小于Ⅰ中c(H2)的两倍,C错误;由容器Ⅲ中数据可得,平衡时c(H2)=0.15mol·L-1、c(CO)=0.075mol·L-1,容器Ⅰ平衡时c(H2)=0.04mol·L-1、c(CO)=0.02mol·L-1,温度:Ⅲ>Ⅰ,所以达到平衡时,容器Ⅲ中正反应速率比容器Ⅰ中的大,D正确。14.答案(1)Ⅰ该反应为放热反应,温度升高,平