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- 2021-07-09 发布
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课时作业(二十七) 化学平衡状态及其移动
1.下列叙述中,不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.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
B.热的纯碱液去油污效果比冷的纯碱液好
C.开启啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡沫
D.实验室用双氧水制备O2时使用MnO2作催化剂加快O2的生成速率
D [A.工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气,即增加氧气的投入量,促使平衡正向移动,以提高二氧化硫的利用,能用勒夏特列原理解释,故A不选;B.碳酸钠中弱离子碳酸根离子的水解反应是吸热的过程,升高温度,促进水解,碱性更强,对油污酯类的水解起到促进作用,即去污力增强,能用勒夏特列原理解释,故B不选;C.因溶液中存在二氧化碳的溶解平衡,开启啤酒瓶后,压强减小,二氧化碳逸出,能用勒夏特列原理解释,故C不选;D.催化剂能增大化学反应速率,但不引起平衡移动,所以不能用平衡移动原理解释,故D选。]
2.(2019·江苏常熟模拟)向某容积一定的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,一定条件下发生如下反应:2 SO2+O22SO3。下列说法不正确的是( )
A.升高温度或充入一定量O2均能加快化学反应速率
B.达到平衡状态时,SO2、O2、SO3物质的量之比一定为2∶1∶2
C.当SO2的生成速率与SO3的生成速率相等时,反应达到平衡状态
D.达到平衡状态时,生成SO3的物质的量一定小于2 mol
B [A.升高温度或增加反应物质的浓度都能加快化学反应的速率,所以升高温度或充入一定量O2均能加快化学反应速率,故A正确;B.达到平衡状态时,SO2、O2、SO3物质的量之比可能为2∶1∶2,也可能不是2∶1∶2,与各物质的初始浓度及转化率有关,故B不正确;C.当SO2的生成速率与SO3的生成速率相等时,即正逆反应的速率相等,反应达平衡状态,故C正确;D.达到平衡状态时,二氧化硫不可能完全转化为三氧化硫,所以生成SO3的物质的量一定小于2 mol,故D正确。]
3.某温度下,在一容积可变的容器中,反应2X(g)Y(g)+2Z(g)达到平衡时,X、Y和Z的物质的量分别为6 mol、3 mol和6 mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡向左移动的是( )
A.均减少1 mol B.均增加1mol
C.均减半 D.均加倍
B [A.如X、Y和Z的物质的量之比按照2∶1∶2的比值减小,则平衡不移动,而均减少1 mol,相当于减少的X、Z少,Y多,则平衡右移,故A错误;B.“均增加1
8
mol”时相当于在原来的基础上多加了Y,则平衡向左移动,故B正确;C.由于容器的容积可变,则“均减半”相当于X、Y、Z三物质的浓度都没有改变,平衡不会移动,故C错误;D.由于容器的容积可变,则“均加倍”相当于X、Y、Z三物质的浓度都没有改变,平衡不会移动,故D错误。]
4.(2019·四川乐山期中)在一定条件下,使10 mol SO3在体积固定为2 L的密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),则下图中正确的是(表示混合气体的平均相对分子质量)( )
C [A.开始投入SO3,它是生成物,只有逆反应速率,正反应速率为0,图像上v正、v逆标反了,故A错误;B.据方程式可知SO2比O2生成的多,下面两条线标的物质反了,故B错误;C.据M=,气体的总质量不变,而反应向逆反应方向进行,n变大,故M变小,后来平衡不变了,故C正确;D.反应向逆反应进行,据ρ=,气体的总质量不变,体积固定,ρ始终不变,故D错误。]
5.(2019·河南郑州模拟)绝热容器中发生反应:3Z(s)X(g)+2Y(g) ΔH=a kJ·mol-1(a>0)。下列说法不正确的是( )
A.将 0.3 mol Z置于容器中充分反应生成气体的物质的量一定小于 0.3 mol
B.达到化学平衡状态时,气体平均摩尔质量不变
C.容器中放入 3 mol Z,达到化学平衡状态时,反应吸收的总热量为 a kJ
D.容器温度不变,反应已经达到平衡
C [A.可逆反应的反应物不会完全转化为产物,将 0.3 mol Z 置于容器中充分反应生成气体的物质的量一定小于0.3 mol,故A正确;B.气体平均摩尔质量等于气体质量和物质的量的比值,反应气体质量和物质的量都变化,达到化学平衡状态时,气体平均摩尔质量不变,故B正确;C.容器中放入3 mol Z,达到化学平衡状态时,消耗的Z的物质的量小于3 mol,反应吸收的总热量小于a kJ,故C错误;D.反应伴随吸热,反应过程中会伴随温度的变化,变量不变的状态是平衡状态,容器温度不变,反应已经达到平衡,故D正确。]
6.(2019·河北唐山模拟)已知在一定条件下,反应X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH=-a
8
kJ/mol(a>0),某实验小组测得X的转化率(α)在不同温度与压强(P)下的实验数据,三者之间关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.图中a、b 两点对应的平衡常数相等
B.上述反应在达到平衡后,缩小体积,Y 的转化率提高
C.升高温度,正、逆反应速率增大,平衡向正反应方向移动
D.将2.0 mol X、6.0 mol Y置于密闭容器中发生反应,放出的热量为2a kJ
B [A.平衡常数与温度有关,与压强无关,a、b两点温度不同,则平衡常数不同,故A错误;B.该反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,则缩小体积,平衡正向移动,Y 的转化率提高,故B正确;C.正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且正、逆反应速率增大,故C错误;D.为可逆反应,不能完全转化,且物质的量与热量成正比,则2.0 mol X、6.0 mol Y置于密闭容器中发生反应,放出的热量小于2a kJ,故D错误。]
7.(2018·湖北荆州二模)在体积为V的密闭容器中发生可逆反应3A(?)+B(?)===2C (g),下列说法正确的是( )
A.若A为气态,则气体的平均密度不再变化时反应达到平衡状态
B.升高温度,C的体积分数增大,则该正反应放热
C.达到平衡后,向容器中加入B,正反应速率一定加快
D.达到平衡后,若将容器的容积压缩为原来的一半,C的浓度变为原来的1.8倍,则A一定为非气态
D [A.如A、B都为气态,则无论是否达到平衡,密度都不变,不能用于判断是否达到平衡状态,故A错误;B.升高温度,C的体积分数增大,说明平衡正向移动,则该正反应吸热,故B错误;C.如B为固体,则浓度不变,速率不变,故C错误;D.达到平衡后,若将容器的容积压缩为原来的一半,如平衡不移动,C的浓度变为原来的2倍,而C的浓度变为原来的1.8倍,说明平衡逆向移动,则A一定为非气态,故D正确。]
8.化学转移反应是一种固体或液体物体A在一定温度下与一种气体物体B反应,先形成气相产物,该气相产物在体系的不同温度部分又发生逆反应,结果重新得到A的反应,下图为固体物质A发生转移反应的理想装置,在原料放置区(即图中T1段),A和B尽可能生成C并向沉淀区移动,在沉淀区(T2)段,C尽可能分解沉积出A。下列说法不正确的是( )
A.温度和浓度是反应的重要要素
8
B.绝大多数化学转移反应应在真空中进行
C.对于化学转移反应A(s)+B(g)C(g),降低C的浓度,平衡正向移动
D.用化学转移反应制备TaS2晶体:2TaI5(s)+2S2(g)5I2(g)+2TaS2(s) ΔH>0,T1应该小于T2
D [A.温度和浓度都能影响化学反应速率,所以是反应的重要要素,故A正确;B.因为化学转移反应会受到其他气体的影响,所以绝大多数化学转移反应应在真空中进行,故B正确;C.A(s)+B(g)C(g),降低C的浓度,则平衡向正反应方向移动,故C正确;D.2TaI5(s)+2S2(g)5I2(g)+2TaS2(s) ΔH>0,则用化学转移反应制备TaS2,所以在T1时要平衡向正反应方向移动,T2时要平衡向逆反应方向移动,所以T1应该大于T2,故D错误。]
9.某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:X(g)+mY(g)3 Z(g)平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
D [A项,由题意可知两种条件下X、Y、Z的初始物质的量不同,而最终平衡状态相同,则两种条件下建立的平衡为温度、容积不变时的等效平衡,故满足反应前后气态物质计量数之和相等,则1+m=3,m=2,正确;B项温度不变,平衡常数不变,正确;C项,X、Y的初始物质的量之比为1∶2,根据方程式可知参加反应的X、Y的物质的量之比也为1∶2,故X与Y的平衡转化率之比为1∶1,正确;D项,由方程式可知该反应前后气体的物质的量不变,所以第二次平衡时气体的总物质的量为4 mol,则Z的物质的量为4 mol×10%=0.4 mol,Z的浓度为0.4 mol÷2 L=0.2 mol·L-1,错误。]
10.(2018·广东潮州二模)一定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-QkJ/mol。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,上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3。下列说法正确的是( )
A.2Q1=2Q2<Q3
B.容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高
C.容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
C [A.容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡,该反应为放热,容器Ⅱ中从逆反应开始到达,该反应为吸热,无法比较Q1、Q2的大小,故A错误;B.容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ
8
中平衡的基础上再加入1 mol CO和1 mol H2O,压强不影响该化学平衡,反应向正反应进行,故容器Ⅲ中到达平衡时温度更高,该反应正反应是放热反应,温度升高平衡向着逆向移动,则容器Ⅲ中CO的转化率低,CO的百分含量高,所以容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量低,故B错误;C.容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动,则容器Ⅱ中的反应的平衡常数大于容器Ⅰ,故C正确;D.温度相同时,容器I中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1,容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动,二氧化碳的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中CO2的转化率低,故容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1,故D错误。]
11.(2019·湖南长沙模拟)T ℃下,向一容积不变的密闭容器中,通入一定量的NO和CO,用气体传感器测得不同时间NO和CO浓度如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/×10-4
mol·L-1
10.0
4.50
c1
1.50
1.00
1.00
c(CO)/×10-3
mol·L-1
3.60
3.05
c2
2.75
2.70
2.70
(1)则c2合理的数值为________(填字母)。
A.4.20 B.4.00
C.2.95 D.2.80
(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应:H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/
mol
达到平衡所
需时间/min
H2O
CO
CO
H2
Ⅰ
650
2
4
2.4
1.6
5
Ⅱ
900
1
2
1.6
0.4
3
Ⅲ
900
a
b
c
d
t
若a=2,b=1,则c=________,达到平衡时实验组Ⅱ中H2O(g)和实验组Ⅲ中CO的转化率的关系为αⅡ(H2O)______(填“<”“>”或“=”)αⅢ(CO)。
(3)二甲醚是清洁能源,用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2
8
O(g),已知一定条件下,该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图所示。
①a、b、c按从大到小的顺序排序为__________。
②根据图像可以判断该反应为放热反应,理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)由于CO为反应物,逐渐被消耗,故c2应介于2.75~3.05之间,又浓度越大,反应速率越快,即3.05-c2>c2-2.75,故应选D。(2)由H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)可知Ⅱ中平衡时n(H2O)=0.6 mol,Ⅱ可看作向容器中加入1 mol CO、1 mol H2O建立平衡后又加1 mol CO重新建立的平衡,Ⅲ可看作向容器中加入1 mol CO、1 mol H2O,建立平衡后又加1 mol H2O重新建立的平衡,故对平衡右移的促进作用完全相同。故c=0.6 mol,αⅡ(H2O)=αⅢ(CO)。(3)①α(CO)越大,越大,故a>b>c,②由图像知温度越高,α(CO)越小,平衡左移,故正反应为放热反应。
答案 (1)D (2)0.6 = (3)①a>b>c ②投料比相同,温度越高,α(CO)越小,平衡左移,该反应为放热反应
12.(2018·湖北孝感二模)工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=QkJ/mol
(1)判断该可逆反应达到平衡状态的标志是(填字母序号)______。
a.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
b.混合气体的密度不变
c.混合气体的平均相对分子质量不变
d.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(2)如表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度
250 ℃
300 ℃
350 ℃
K
2.041
0.270
0.012
①由表中数据判断Q______0(填“>”、“<”或“=”)
②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡测得c(CO)=0.2 mol·L-1,此时对应的温度为______;CO的转化率为______。
8
(3)请在图中画出压强不同,平衡时甲醇的体积分数(φ)随温度(T)变化的两条曲线(在曲线上标出p1、p2、,且p1<p2)
(4)要提高CO的转化率,可以采取的措施是________(填字母序号)。
a.升温 b.加入催化剂 c.增加CO的浓度 d.通入H2加压 e.通入惰性气体加压 f.分离出甲醇
(5)已知一定条件下,CO与H2在催化剂的作用下生成5 mol CH3OH时,能量的变化为454 kJ。在该条件下,向容积相同的3个密闭容器中,按照甲、乙、丙三种不同的投料方式加人反应物,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol CO
2mol H2
1mol
CH3OH
2mol
CH3OH
平衡时数据
CH3OH的浓
度(mol·L-1)
c1
c2
c3
反应吸收或放出的能量(kJ)
a
b
c
体系压强(Pa)
P1
P2
P3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是________(填字母序号)。
A.2c1>c3 B.a+b<90.8
C.2P2<P3 D.α1+α3<1
解析 (1)a.CH3OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率,自始至终反应速率都按1∶1进行,不能说明到达平衡,故a错误;b.都为气体,容器的体积不变,混合气体的总质量不变,密度自始至终为定值,不能说明可逆反应到达平衡,故b错误;c.混合气体的总质量不变,随反应进行,混合气体的总的物质的量减小,即平均相对分子质量减小,最后为定值,说明可逆反应到达平衡状态,故c正确;d.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,说明可逆反应到达平衡状态,故d正确。(2)①由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应移动,升高温度平衡向吸热反应移动,故正反应为放热反应,即ΔH<0;②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应10 min后,达到平衡时测得c(CO)=0.2 mol/L,平衡时CO的物质的量为0.2 mol/L×2 L=0.4
8
mol,所以CO的转化率为×100%=80%;
对于可逆反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
开始(mol/L):1 3 0
变化(mol/L):0.8 1.6 0.8
平衡(mol/L):0.2 1.4 0.8
所以该温度下平衡常数K==2.041,平衡常数只受温度影响,故该温度为250℃。(3)因为该反应为气体体积减小且放热的反应,所以温度升高平衡逆向移动,增大压强平衡正向移动,据此可以画出图为;(4)a.升高温度,平衡向逆反应移动,平衡时CO的转化率减小,故a错误;b.加入催化剂,缩短到达平衡时间,平衡不移动,CO转化率不变,故b错误;c.增加CO的浓度,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率减小,故c错误;d.加入H2加压,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率增大,故d正确;e.加入惰性气体加压,反应混合物的浓度不变,平衡不移动,故e错误;f.分离出甲醇,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率增大,故f正确;(5)A.丙的物质的量为甲的物质的量折算后的双倍,压强增大,平衡正向移动,所以2 c1<c3 ,故A错误;B.生成5 mol CH3OH时,能量的变化为454 kJ,则生成1 mol甲醇,会放出90.8 kJ的热,甲和乙是从不同方向进行的等效平衡,所以有a+b=90.8,故B错误;C.丙的物质的量为乙的物质的量的2倍,压强增大,平衡向体积减小的方向移动,所以2P2>P3,故C错误;D.丙的压强大于甲,平衡正向移动,甲醇的转化率减小,所以α1+α3<1,故D正确。
答案 (1)cd (2)①< ②250℃ 80%
(3)
(4)df (5)D
8