高中化学第2章化学反应速率和化学平衡第3节化学平衡第5课时化学平衡图象等效平衡课后提能层级练新人教版选修4 2 12页

第五课时　化学平衡图象　等效平衡 课后提能 层级练 ‎1．在容积可变的密闭容器中存在如下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0，下列分析中不正确的是(　　)‎ A．图Ⅰ研究的是t0时升高温度对反应速率的影响 B．图Ⅱ研究的是t0时增大压强(缩小容积)或使用催化剂对反应速率的影响 C．图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲使用了催化剂 D．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高 解析：选C　使用催化剂对平衡移动无影响，但能使化学反应速率加快，故C不正确。‎ ‎2．已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　)‎ 解析：选D　升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量减小，且达到平衡时需要的时间短，故A正确，D错误；增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量减小，且达到平衡时需要的时间短，故B正确；催化剂只影响到达平衡状态的时间，不影响平衡移动，故C正确。‎ ‎3．在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量如表：‎ 物质的量 实验 CO2‎ H2‎ CO H2O(g)‎ 甲 a mol a mol ‎0 mol ‎0 mol 12‎ 乙 ‎2a‎ mol a mol ‎0 mol ‎0 mol 丙 ‎0 mol ‎0 mol a mol a mol 丁 a mol ‎0 mol a mol a mol 上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(　　)‎ A．乙＝丁＞丙＝甲　　　 B．乙＞丁＞甲＞丙 C．丁＞乙＞丙＝甲 D．丁＞丙＞乙＞甲 解析：选A　根据所给数据，甲、丙为等效平衡，则其中n(CO)相等。乙相当于甲平衡后，再加入a mol CO2，平衡右移，n(CO)增大，丁把CO、H2O折合成反应物相当于‎2a mol CO2、a mol H2，和乙等效，所以乙＝丁＞丙＝甲。 ‎ ‎4．一定条件下存在反应：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中的少 D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1‎ 解析：选D　因为容器绝热，所给反应的正反应为放热反应，容器Ⅰ的温度升高，容器Ⅱ的温度降低，故反应速率Ⅰ中比Ⅱ中快，A项错误；由于容器Ⅲ中加入的反应物多，放出的热量也多，容器内温度比Ⅰ高，故二者的平衡常数不同，B项错误；因容器Ⅰ的温度高，故相当于平衡逆向移动，CO的物质的量比容器Ⅱ中多，C项错误；如果容器Ⅰ和容器Ⅱ在温度相同的情况下达到平衡，CO、CO2转化率之和等于1，但容器Ⅰ的温度升高，平衡逆向移动，CO的转化率降低，容器Ⅱ温度降低，CO2的转化率也降低，D项正确。‎ ‎5．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中，p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，t表示反应时间)：‎ 12‎ 根据以上规律判断(填“＞”“＝”或“＜”)：‎ ‎(1)反应Ⅰ：p2________p1，ΔH________0。‎ ‎(2)反应Ⅱ：T1________T2，ΔH________0。‎ ‎(3)反应Ⅲ：若T2________T1，ΔH________0。‎ ‎(4)反应Ⅳ：若T2________T1，ΔH________0。‎ 解析：(1)对反应Ⅰ而言，增大压强，平衡向右移动，A的转化率α(A)增大，所以p2＞p1；图(a)表示随温度升高，α(A)减小，平衡向左移动，则正反应是放热反应，ΔH＜0。‎ ‎(2)图(b)表示在两种不同温度下，C的物质的量逐渐增大至达到平衡的过程。T1温度下n(C)增加得快，且先达到平衡，说明T1＞T2，由T1→T2，降低温度，n(C)增大，说明平衡向右移动，ΔH＜0。‎ ‎(3)图(c)表示随起始时n(B)的增大，在两种不同温度下C的体积分数φ(C)先增大后减小的变化曲线。T2时φ(C)高于T1时φ(C)，可能有两种情况：若T2＞T1，即升温平衡右移，ΔH＞0；若T2＜T1，即降温平衡右移，ΔH＜0。‎ ‎(4)图(d)所呈现的信息是随压强的增大，A的平衡转化率不变，但T2时α(A)比T1时α(A)大。若T2＞T1，则升温平衡右移，ΔH＞0；若T1＞T2，则升温平衡左移，ΔH＜0。‎ 答案：(1)＞　＜(2)＞　＜(3)＞　＞(或＜　＜)(4)＞　＞(或＜　＜)‎ ‎6．如图曲线表示其他条件一定时，反应2NO＋O22NO2(正反应为放热反应)达到平衡时NO的转化率与温度的关系曲线，图中标有a、b、c、d四点，其中表示未达到平衡状态，且v正＞v逆的点是(　　)‎ A．a点 B．b点 C．c点 D．d点 解析：选C　a、c点均未达到化学平衡状态，其中若c点达到平衡状态时，NO的转化率应增大，所以v正＞v逆。‎ ‎7．臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图象作出的判断正确的是(　　)‎ 12‎ A 升高温度，平衡常数减小 B ‎0～3 s内，反应速率为v(NO2)＝0.2 mol·L－1‎ C t1时仅加入催化剂，平衡正向移动 D 达平衡时，仅改变x，则x为c(O2)‎ 解析：选A　A项，从能量变化的图象分析，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，正确；B项，依据化学反应速率的计算公式：v(NO2)＝＝0.2 mol·L－1·s－1，单位不对，错误；C项，催化剂会同等程度地改变正、逆反应速率，所以加入催化剂，平衡不移动，错误；D项，增大c(O2)，平衡逆向移动，NO2的转化率降低，错误。‎ ‎8．已知图一表示的是可逆反应CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g)　ΔH＞0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系，图二表示的是可逆反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0的浓度(c)随时间(t)的变化情况。下列说法中正确的是(　　)‎ A．若图一t2时改变的条件是增大压强，则反应的ΔH增大 B．图一t2时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强 C．图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强 D．若图二t1时改变的条件是增大压强，则混合气体的平均相对分子质量将减小 解析：选B　改变压强不会改变焓变，A错误；升温、增大压强，v逆均小于v正，B正确；图二t1时改变的条件应是压缩体积，C错误；增大压强，2NO2N2O4平衡右移，总物质的量减小，平均相对分子质量增大，D错误。‎ 12‎ ‎9．N2O5是硝酸的酸酐，它也是一种新型的绿色硝化剂。一定温度下N2O5有如下反应：‎ ‎2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0‎ 反应达平衡后，改变以下图象中横坐标所表示的条件，其变化情况正确的是(　　)‎ 解析：选A　该反应温度升高时，平衡向正反应方向移动，故平衡常数增大，反应物浓度降低，A项正确，B项不正确；增大压强，平衡逆向移动，v正、v逆都增大，平均相对分子质量增大，C、D项均不正确。‎ ‎10．某化学科研小组研究合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，在其他条件不变时，改变某一条件时对化学平衡的影响，得到如下图象，以下对应选项中正确的是(　　)‎ A．甲对应的是在t1时恒压条件下，通入NH3‎ B．乙对应的是氨气在恒容不同温度下的百分含量 C．丙对应的是在恒容条件下，反应速率与温度的关系 D．丁对应的是N2转化率与温度(T1>T2)、压强的关系 解析：选B　恒压条件下充入NH3，平衡不移动，v正＝v逆，与题给图象甲不符，故A项不正确；T2温度反应先平衡，反应速率大，故T2>T1，升高温度，平衡向吸热方向移动，即逆向移动，NH3%减小，与题给图象乙相符，故B项正确；图丙中v正和v逆相交表示v正＝v逆，此时反应达到平衡，升高温度，平衡向吸热方向移动，v正0，D错误。‎ ‎12．在温度相同、容积均为‎2 L的3个恒容密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温，测得反应达到平衡时的有关数据如下。下列说法正确的是(　　)‎ 已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1‎ 容器 甲 乙 丙 反应物投入量 ‎1 mol N2、3 mol H2‎ ‎2 mol N2、6 mol H2‎ ‎2 mol NH3‎ NH3的浓度/mol·L－1‎ c1‎ c2‎ c3‎ 反应的能量变化 放出Q1 kJ 放出Q2 kJ 吸收Q3 kJ 体系压强/Pa p1‎ p2‎ p3‎ 反应物转化率 α1‎ α2‎ α3‎ A．2p1＝2p3p2，A错误；丙容器中加入2 mol NH3，最后达到和甲相同的平衡状态，若平衡不移动，则转化率α1＋α3＝1；乙容器投入2 mol N2、6 mol H2，相当于增大压强，平衡正向移动，转化率增大，所以转化率α2＋α3>1，C错误；甲投入1 mol N2、3 mol H2，丙中投入2 mol NH3，则甲与丙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与丙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，故Q1＋Q3＝92.4，D正确。‎ ‎13．将一定体积的SO3(g)充入恒容的密闭容器中，发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)并达到平衡；保持温度不变，再充入相同体积的SO3(g)，达到新平衡后，与原平衡相比，下列值减小的是(　　)‎ A．平均相对分子质量 B．SO3(g)的转化率 C．c(SO3)/c(SO2)‎ D．c2(SO3)/[c2(SO2)·c(O2)]‎ 解析：选B　本题可采取等效假设法分析，假设在原容器上增加一个相同的容器(两容器有隔板)，保持温度不变，向增加的容器中充入相同体积的SO3(g)，则可建立与原平衡一样的平衡，此时A、B、C、D各项的值均不变，然后抽掉隔板，将容器压缩至原容器大小，则压强增大，平衡逆向移动，气体的总物质的量减小，但总质量不变，因此平均相对分子质量增大；SO3(g)的转化率减小；c(SO2)、c(SO3)均增大，但c(SO3)增大的程度比c(SO2)增大的程度大，则c(SO3)/c(SO2)增大；c2(SO3)/[c2(SO2)·c(O2)]可看作该反应的平衡常数的倒数，而平衡常数只与温度有关，则不发生变化。‎ ‎14．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2 ；(丙)2 mol SO3 。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是(　　)‎ A．容器内压强p：p甲＝p丙>2p乙 B．SO3的质量m：m甲＝m丙>‎2m乙 C．c(SO2)与c(O2)之比为k：k甲＝k丙>k乙 D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙 解析：选B　因为反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在恒温、恒容的条件下进行。根据等效平衡的原理可知，甲与丙最后达到平衡时SO2、O2、SO3的物质的量、容器内的压强、SO2‎ 12‎ 与O2的比值都相同；乙相当于在甲容器达到平衡后，将容器的体积瞬间扩大为原来的2倍。设甲达到平衡时容器内的压强为p甲，此时容器内瞬间压强减小为p甲/2，此时平衡向逆反应方向移动，气体的物质的量增加，SO3的质量减小，所以容器内气体的压强增大，则p乙>p甲/2，则2p乙>p甲＝p丙，SO3的质量m甲＝m丙>‎2m乙，A错、B对；当甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大2倍，平衡向逆反应方向移动，但是生成的SO2与O2的物质的量之比为2∶1，这与开始两者加入的物质的量之比相同，所以在此过程中SO2与O2的物质的量之比一直是2∶1不变，C错；甲与丙为等效平衡，但达到平衡时，甲容器中SO2的转化率与丙容器中SO3的转化率不一定相等，即Q甲不一定等于Q丙，D错。‎ ‎1．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。‎ ‎(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________ mol(从下列各项中选择，只填字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________ mol。‎ A．小于m　　　　　　　 B．等于m C．在m～‎2m之间 D．等于‎2m　E．大于‎2m ‎(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入________ mol N2和________ mol H2。‎ 解析：(1)由于甲容器定容，达到平衡时，甲、乙两容器压强相等，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于‎2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于‎2m mol。‎ ‎(2)当乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5) mol＝0.5 mol，H2为(1.5－1.5) mol＝0 mol。‎ 答案：(1)D　E(2)0.5　0‎ ‎2．(1)对于反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下温度变化的曲线(如图)。‎ ‎①比较p1、p2的大小关系：________。‎ 12‎ ‎②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________(填“增大”或“减小”)。‎ ‎(2)在容积为‎1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g) 2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。‎ 回答下列问题：‎ ‎①反应的ΔH________(填“大于”或“小于”)0；‎100 ℃‎时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________ mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________。‎ ‎②‎100 ℃‎时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。‎ a．T__________(填“大于”或“小于”)‎100 ℃‎，判断理由是 ‎________________________________________________________________。‎ b．列式计算温度T时反应的平衡常数K2：__________________________。‎ ‎③温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是______________________。‎ 解析：(1)①该反应正反应方向是气体物质的量减小的反应，增大压强，平衡正向移动，即压强越大，NO的转化率越大，根据题图可知，相同的温度下，压强为p1时的NO转化率小于压强为p2时的转化率，故p10；由图示知60 s时该反应达到平衡，消耗N2O4为0.100 mol·L－1－0.040 mol·L－1＝0.060 mol·L－1，根据v＝可知：v(N2O4)＝＝0.001 0 mol·L－1·s－1；求平衡常数可利用三段式：‎ ‎　　　　　　 　N2O4(g)2NO2(g)‎ 起始量/mol·L－1　0.100　　　　　0‎ 转化量/mol·L－1　0.060　　　　0.120‎ 平衡量/mol·L－1　0.040　　　　0.120‎ 12‎ K1＝＝＝0.36。‎ ‎②‎100 ℃‎时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)降低，说明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反应方向移动，根据勒夏特列原理，温度升高，平衡向吸热的方向移动，即向正反应方向移动，故T>‎100 ℃‎；由c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡，可知此时消耗N2O4为0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1，‎ 由三段式：‎ ‎　　　　　　　 N2O4(g)2NO2(g)‎ 起始量/mol·L－1　0.040　　　　0.120‎ 转化量/mol·L－1　0.020　　　　0.040‎ 平衡量/mol·L－1　0.020　　　　0.160‎ K2＝＝＝1.28。‎ ‎③温度T时反应达到平衡后，将反应容器的容积减小一半，压强增大，平衡会向气体体积减小的方向移动，该反应逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。‎ 答案：(1)①p2>p1　②减小(2)①大于　0.001 0　0.36　②a.大于　反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高　b．平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1，c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1，K2＝＝1.28　③逆反应　将反应容器的容积减小一半，即增大压强，当其他条件不变时，增大压强，平衡向气体物质化学计量数减小的方向移动，即向逆反应方向移动 ‎3．高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收，使其在一定条件下与H2反应制备甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。请根据图示回答下列问题：‎ ‎(1)从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)＝________。‎ ‎(2)若在温度和容器相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如表：‎ 容器 反应物投入的量 反应物 的转化率 CH3OH 的浓度 能量变化(Q1、‎ Q2、Q3均大于0)‎ 甲 ‎1 mol CO和2 mol H2‎ α1‎ c1‎ 放出Q1 kJ热量 12‎ 乙 ‎1 mol CH3OH α2‎ c2‎ 吸收Q2 kJ热量 丙 ‎2 mol CO和4 mol H2‎ α3‎ c3‎ 放出Q3 kJ热量 则下列关系正确的是________(填字母)。‎ A．c1＝c2　　　　　 B．2Q1＝Q3‎ C．2α1＝α3 D．α1＋α2＝1‎ E．该反应若生成1 mol CH3OH，则放出(Q1＋Q2) kJ热量 ‎(3)若在一体积可变的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H2和1 mol CH3OH，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向________ (填“正”或“逆”)反应方向移动。‎ 解析：(1)从反应开始到平衡的10 min内，CO的浓度减小0.75 mol·L－1，故用H2浓度变化表示平均反应速率v(H2)＝×2＝0.15 mol·L－1·min－1。‎ ‎(2)甲和乙属于等效平衡，只是起始反应方向不同，所以有c1＝c2和α1＋α2＝1，该反应若生成1 mol CH3OH，则放出(Q1＋Q2) kJ热量；丙相当于将甲的压强增大一倍，增大压强，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)右移，但可逆反应不可能完全转化，故有α1<α3<2α1和Q1p2>p1　相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提高CO的转化率，而反应③为气体分子数不变的反应，而生成CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率提高 12‎