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- 2021-05-13 发布
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第2节 化学平衡状态 化学平衡的移动
课时跟踪练
一、选择题
1.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是( )
A.增加压强 B.降低温度
C.增大CO的浓度 D.更换催化剂
解析:因为该反应为反应前后气体体积不变的反应,增大压强只能增大反应速率但平衡不移动,A项错误;因为该反应的正反应为放热反应,降温使平衡向正反应方向移动,从而增大CO的转化率,B项正确;增大CO的浓度,平衡虽然向正反应方向移动但CO的转化率会降低,C项不正确;催化剂对化学平衡无影响,D项错误。
答案:B
2.在一定条件下的密闭容器中发生反应:SiF4(g)+2H2O(g)SiO2(s)+4HF(g)。下列各项中不能说明该反应已达化学平衡状态的是( )
A.v消耗(SiF4)=4v生成(HF)
B.容器内气体压强不再变化
C.容器内气体的总质量不再变化
D.HF的体积分数不再变化
解析:反应过程中任何时刻v消耗(SiF4)=4v生成(HF)。
答案:A
3.如图所示,三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中:在(1)中加入CaO,在(2)中不加其他任何物质,在(3)中加入NH4Cl晶体,发现(1)中红棕色变深,(3)中红棕色变浅[已知反应2NO2(红棕色)N2O4(无色)]。
下列叙述正确的是( )
A.2NO2N2O4是放热反应
B.NH4Cl溶于水时放出热量
8
C.烧瓶(1)中平衡混合气体的相对分子质量增大
D.烧瓶(3)中气体的压强增大
解析:加CaO的烧杯(1)中温度升高,(1)中红棕色变深,说明平衡逆向移动,平衡混合气体的相对分子质量减小;(3)中红棕色变浅,说明平衡正向移动,气体的压强减小,加NH4Cl晶体的烧杯(3)中温度降低,由此可说明2NO2N2O4是放热反应,NH4Cl溶于水时吸收热量。
答案:A
4.对可逆反应2A(s)+3B(g)C(g)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡。下列有关叙述正确的是( )
①增加A的量,平衡向正反应方向移动 ②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v(正)减小 ③压强增大一倍,平衡不移动,v(正)、v(逆)不变 ④增大B的浓度,v(正)>v(逆)
⑤加入催化剂,B的转化率提高
A.①② B.④ C.③ D.④⑤
解析:A是固体,其量的变化对平衡无影响;而增大B的浓度,正反应速率增大,平衡向正反应方向移动,v(正)>v(逆);升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的程度大,平衡向逆反应方向移动;增大压强,平衡不移动,但v(正)、v(逆)都增大;催化剂不能使化学平衡发生移动,B的转化率不变。
答案:B
5.向一体积为2 L的恒容密闭容器里充入1 mol N2和4 mol H2,在一定温度下发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。10秒时达到平衡,c(NH3)为0.4 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.该反应达到平衡时H2的转化率为40%
B.降低温度能使混合气体的密度增大
C.向该容器中充入N2,平衡正向移动
D.研发高效催化剂可大大提高NH3的产率
解析:A项,根据题中数据可知,NH3的生成量为0. 8 mol,则H2的减少量为1.2 mol,α(H2)=1.2÷4×100%=30%;B项,降温,平衡正向移动,但气体总质量不变,容器体积不变,则密度不变;C项,体积不变,充入N2,c(N2)增大,平衡正向移动;D项,催化剂不能使平衡发生移动,因此各物质的转化率不变、产率不变。
答案:C
6.处于平衡状态的反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)ΔH>0,不改变其他条件的情况下,下列说法合理的是( )
A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变
B.升高温度,正逆反应速率都增大,H2S分解率也增大
8
C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低
D.若体系恒容,注入一些H2后达新平衡,H2浓度将减小
解析:焓变是一个状态函数,与反应发生的途径无关,A错误;温度升高,正逆反应速率均增大,该反应是吸热反应,故平衡正向移动,分解率增大,B正确;该反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,逆向反应是放热反应,会使体系温度升高,C错误;体系中注入H2,体系将向H2浓度降低方向移动,但最终H2的浓度增大,D错误。
答案:B
7.在体积为V L的恒容密闭容器中盛有一定量H2,通入Br2(g)发生反应:H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH<0。当温度分别为T1、T2,平衡时H2的体积分数与Br2(g)的物质的量的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.由图可知:T2>T1
B.a、b两点的反应速率:b>a
C.为了提高Br2(g)的转化率,可采取增加Br2(g)的方法
D.T1时,随着Br2(g)的加入,平衡时HBr的体积分数不断增加
解析:A项,根据反应:H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH<0,升温,平衡向逆反应方向移动,H2的体积分数增大,根据图示变化,可知T1>T2,错误;B项,b点Br2的浓度比a点Br2的浓度大,反应速率也大,正确;C项,增加Br2(g)的通入量,Br2(g)的转化率减小,错误;D项,体积不变时,在Br2(g)的物质的量较多的情况下,平衡时HBr的体积分数可能减小,错误。
答案:B
8.(2018·哈尔滨模拟)PCl3和PCl5都是重要的化工原料。将PCl3(g)和Cl2(g)充入体积不变的2 L密闭容器中,在一定条件下发生下述反应,并于10 min时达到平衡:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g) ΔH<0。有关数据如下:
项 目
PCl3(g)
Cl2(g)
PCl5(g)
初始浓度/(mol·L-1)
2.0
1.0
0
平衡浓度/(mol·L-1)
c1
c2
0.4
下列判断不正确的是( )
A.10 min内,v(Cl2)=0.04 mol·L-1·min-1
B.当容器中Cl2为1.2 mol时,反应达到平衡
8
C.升高温度,反应的平衡常数减小,则平衡时PCl3的转化率升高
D.平衡后移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,在相同条件下再达平衡时,c(PCl5)<0.2 mol·L-1
解析:由题意可知c1=1.6,c2=0.6。A项,v(Cl2)=(1.0 mol·L-1-0.6 mol·L-1)/10 min=0.04 mol·L-1·min-1;B项,反应达平衡时Cl2的物质的量为0.6 mol·L-1×2 L=1.2 mol;C项,正反应是放热反应,所以升高温度,K减小,平衡向逆反应方向进行,PCl3的转化率降低;D项,平衡后移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2相当于压强减小一半,平衡向逆反应方向移动,c(PCl5)<0.2 mol·L-1。
答案:C
9.已知反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=Q kJ·mol-1,在三个不同容积的容器中分别充入1 mol CO与2 mol H2,恒温恒容,测得平衡时CO的转化率如下表。
序号
温度/℃
容器体积
CO转化率
平衡压强/Pa
①
200
V1
50%
p1
②
200
V2
70%
p2
③
350
V3
50%
p3
下列说法正确的是( )
A.反应速率:③>①>②
B.平衡时体系压强:p1∶p2=5∶4
C.若容器体积V1>V3,则Q<0
D.若实验②中CO和H2用量均加倍,则CO转化率<70%
解析:①、②的温度相同,而转化率②>①,则②可看作在①的基础上加压,即V1>V2,因此反应速率:②>①,A错误;①与②比较,到达平衡时,平衡混合物的物质的量之比为5∶4,但V1与V2不等,因此平衡时体系压强:p1∶p2不等于5∶4,B错误;若容器体积V1>V3,温度相同,则①与③比较,CO的转化率③>①,而现在CO的转化率相同,则可看作在这个基础上③平衡逆向移动,而升温平衡向吸热反应方向移动,即逆向是吸热反应,C正确;若实验②中CO和H2用量均加倍,则可看作在②的基础上压缩,CO转化率增大,D错误。
答案:C
二、非选择题
10.氨是一种重要的化工原料,在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下,在固定体积的密闭容器中进行可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是________。
A.3v正(H2)=2v逆(NH3)
B.单位时间内生成m mol N2,同时生成3m mol H2
8
C.容器内的总压强不再随时间而变化
D.混合气体的密度不再随时间变化
(2)工业上可用天然气原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理,在一定温度下,体积为2 L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题:
时间/min
CH4(mol)
H2O(mol)
CO(mol)
H2(mol)
0
0.40
1.00
0
0
5
a
0.80
c
0.60
7
0.20
b
0.20
d
10
0.21
0.81
0.19
0.64
①分析表中数据,判断5 min时反应是否处于平衡状态?________(填“是”或“否”),前5 min反应的平均反应速率v(CH4)=________。
②反应在7~10 min内,CO的物质的量减少的原因可能是________(填字母)。
A.减少CH4的物质的量 B.降低温度
C.升高温度 D.充入H2
(3)氨的催化氧化:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g),保持其他条件不变,测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0;T0温度下,NH3的转化率为________。
解析: (1)3v逆(NH3)=2v正(H2)时反应达到平衡,A项错误;生成m mol N2,必生成3m mol H2,但反应不一定达到平衡,B项错误;此反应为反应前后气体分子数不相等的反应,压强不变可以说明反应达到平衡状态,C项正确;混合气体总质量不变,容器体积不变,所以混合气体的密度始终不变,故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态,D项错误。(2)①根据反应CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g),结合表中数据5 min时H2为0.60 mol,可知CO为0.20 mol,即c=0.20,则a=0.20,7 min时,各物质的量与5 min时相同,所以5 min时反应达到平衡;v(CH4)==0.20 mol·L-1·min-1。②10 min时,只有CO的物质的量减少,其他物质的物质的量都增加,所以原因只能是充入氢气,使平衡逆向移动,选D。(3)由图象可知,NO的浓度达到最大值后,随温度升高,NO
8
的浓度又逐渐减小,所以该反应的ΔH<0,T0时,c(NO)=3.0 mol·L-1,则反应消耗的n(NH3)=3.0 mol,NH3的转化率为×100%=75%。
答案:(1)C (2)①是 0.02 mol·L-1·min-1 ②D
(3)< 75%
11.在一个体积为2 L的密闭容器中,高温下发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)。其中CO2、CO的物质的量(mol)随时间(min)的变化关系如图所示。
(1)反应在1 min时第一次达到平衡状态,固体的质量增加了3.2 g。用CO2的浓度变化表示的反应速率v(CO2)=__________。
(2)反应进行至2 min时,若只改变温度,曲线发生的变化如图所示,3 min时再次达到平衡,则ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
(3)5 min时再充入一定量的CO(g),平衡发生移动。下列说法正确的是________(填写编号)。
a.v正先增大后减小 b.v正先减小后增大
c.v逆先增大后减小 d.v逆先减小后增大
表示n(CO2)变化的曲线是________(填写图中曲线的字母编号)。
解析:(1)Fe→FeO,固体质量增加3.2 g,说明生成FeO 0.2 mol,v(CO2)==0.1 mol·L-1·min-1。
(2)由于建立新平衡时CO物质的量增加,可知升高温度,平衡正向移动,说明正反应吸热。
(3)充入CO,CO浓度增大,逆反应速率增大,之后逐渐减小;5 min时CO2浓度不变,正反应速率不变,平衡逆向移动,CO2浓度增大,正反应速率逐渐增大。
答案:(1)0.1 mol·L-1·min-1 (2)> (3)c b
12.肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。
(1)800 ℃时,某密闭容器中存在如下反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0,若开始向容器中加入1 mol·L-1的NO2,反应过程中NO的产率随时间的变化如下图曲线Ⅰ所示。
8
①反应Ⅱ相对于反应Ⅰ而言,改变的条件可能是____________
______________________________________________________。
②请在图中绘制出在其他条件与反应Ⅰ相同,反应在820 ℃时进行,NO的产率随时间的变化曲线。
(2)已知N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+57.20 kJ·mol-1,开始时,将一定量的NO2、N2O4充入一个容器为2 L的恒容密闭容器中,浓度随时间变化关系如下表所示:
时间/min
0
5
10
15
20
25
30
c(X)/(mol·L-1)
0.2
c
0.6
0.6
1.0
c1
c1
c(Y)/(mol·L-1)
0.6
c
0.4
0.4
0.4
c2
c2
①c(X)代表________(填化学式)的浓度。
②前10 min内用NO2表示的反应速率为___________________
______________________________________________________;
20 min时改变的条件是_________________________________;
重新达到平衡时,NO2的百分含量________(填字母)。
a.增大 b.减小 c.不变 d.无法判断
解析:(1)由于Ⅱ达到平衡时产率与Ⅰ相同但所用时间减少,故改变的条件是使用了催化剂;因温度升高速率加快且有利于平衡向右进行,因此达到平衡所用时间比Ⅰ少,NO的产率高于60%。(2)由表中数据知,X代表的物质浓度增加值是Y代表的物质浓度减小值的二倍,故X代表NO2,Y代表N2O4,0~10 min内,NO2浓度增加了0.4 mol·L-1,故v(NO2)=0.04 mol·L-1·min-1;20 min时,NO2浓度增大而N2O4浓度不变,故改变的条件是向容器中加入0.8 mol NO2。由于温度保持不变,故K是定值,将平衡常数表达式变换为=,由于c(NO2)肯定增大,故减小,故减小,所以混合物中NO2百分含量降低。
答案:(1)①使用催化剂
8
(2)①NO2 ②0.04 mol·L-1·min-1 向容器中加入0.8 mol NO2(其他合理答案也可) b
8
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