1、第22讲化学平衡状态课时集训测控导航表知识点基础能力挑战化学平衡状态的特点、判定1,2,3,56化学平衡移动及影响因素8综合应用47,9,1011,121.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4 mol/L、0.2 mol/L、0.4 mol/L。当反应达到平衡时,可能存在的数据是(B)A.SO2为0.8 mol/L,O2为0.4 mol/LB.SO2为0.5 mol/LC.SO3为0.8 mol/LD.SO2、SO3均为0.3 mol/L解析:所给反应为可逆反应。假设SO2(g)和O2(g)全部转化为SO
2、3(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)初始(mol/L)0.4 0.2 0.4变化(mol/L)0.4 0.2 0.4平衡(mol/L)0 0 0.8假设SO3(g)全部转化为SO2(g)和O2(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)初始(mol/L) 0.4 0.2 0.4变化(mol/L) 0.4 0.2 0.4平衡(mol/L) 0.8 0.4 0由以上分析可知达到平衡时:0c(SO2)0.8 mol/L;0c(O2)0.4 mol/L;0c(SO3)0.8 mol/L。SO2为0.8 mol/L,O2为0.4 mol/L不在范围内,A不可能;SO2范围0c(SO2)0.
3、8 mol/L,B可能;SO3浓度不在范围0c(SO3)bc解析:曲线比曲线变化快,说明曲线的温度高,故A错误;曲线比曲线的温度高,但是转化率低,说明升温平衡逆向移动,转化率降低,故B错误;曲线和曲线对应的温度不同,化学平衡常数只与温度有关,所以曲线和表示反应的化学平衡常数不相等,故C错误;反应开始反应物的浓度最大,随着反应物的浓度减小速率也逐渐减小,所以d处速率大于b处,因为曲线的温度高所以b处速率大于c处,故D正确。5.在一定温度下,向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196 kJmol-
4、1。当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的0.7倍。请回答下列问题:(1)判断该反应达到平衡状态的标志是(填字母)。a.SO2、O2、SO3三者的浓度之比为212b.容器内气体的压强不变c.容器内混合气体的密度保持不变d.SO3的物质的量不再变化e.SO2的生成速率和SO3的生成速率相等(2)SO2的转化率为,达到平衡时反应放出的热量为。(3)如图表示平衡时SO2的体积分数随压强和温度变化的曲线。则温度关系:T1(填“”“”或“=”)T2。解析:(1)a项,SO2、O2、SO3三者的浓度之比为212和计量数比相等,与反应是否平衡没有必然联系,不能作为判断平衡的标志;b项,因该平衡是一个恒容条
5、件下的化学平衡,反应前后气体的物质的量发生变化,现在压强不变,说明气体总量不变,反应达到了平衡状态;c项,因该平衡是恒容条件下的化学平衡,反应物和生成物均为气体,则气体质量恒定,气体密度恒定,不能作为判断达到平衡的标志;d项,SO3的物质的量不再变化,可逆反应达到平衡状态;e项,SO2的生成速率和SO3的生成速率相等,可逆反应达到平衡状态。(2)在容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2,设达平衡时O2消耗了x mol,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始(mol) 0.4 0.2 0转化(mol) 2x x 2x平衡(mol) 0.4-2x0.2-
6、x 2x当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的0.7倍,得到=0.7,解得x=0.18,则2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始(mol) 0.4 0.2 0转化(mol) 0.360.18 0.36平衡(mol) 0.040.02 0.36SO2的转化率为100%=90%;达到平衡时反应放出的热量=0.36 molkJmol-1=35.28 kJ。(3)该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,SO2的体积分数增大,得到温度关系:T1T2。答案:(1)bde(2)90%35.28 kJ(3)6.用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl,利用下列反应可实现氯的循环利用:4HCl(
7、g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H=-115.6 kJmol-1。恒温恒容的密闭容器中,充入一定量的反应物发生上述反应,能充分说明该反应达到化学平衡状态的是(B) A.气体的质量不再改变B.氯化氢的转化率不再改变C.断开4 mol HCl键的同时生成4 mol HO键D.n(HCl)n(O2)n(Cl2)n(H2O)=4122解析:反应物和生成物均为气体,气体的总质量始终不变,A错误;反应正向进行时,HCl的转化率升高,反应逆向进行时,HCl的转化率降低,当HCl的转化率不再改变时,可以说明可逆反应达到平衡状态,B正确;断开4 mol HCl键和生成4 mol HO键均表示正反应
8、方向的反应速率,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C错误;达到平衡状态时,各反应物和生成物的物质的量保持不变,但各物质的物质的量之比不一定等于对应的化学计量数之比,D错误。7.(2018湖北鄂东南市级示范高中联盟学校联考)向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如甲图所示t0t1阶段c(B)未画出。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知,t3t4阶段为使用催化剂。下列说法不正确的是(C)A.若t1=15 s,则用C的浓度变化表示在t0t1时间段的平均反应速率
9、为0.004 molL-1s-1B.t4t5阶段改变的条件一定是减小压强C.B的起始物质的量为0.02 molD.t5t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.03 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)H=+100a kJmol-1解析:若t1=15 s,生成物C在t0t1时间段的平均反应速率为v=0.004 molL-1s-1,A项正确;t4t5阶段改变条件,正、逆反应速率都减小且相等,所以改变的条件应为减小压强,B项正确;反应中A的浓度变化为0.15 molL-1-0.06 molL-1=0.09 molL-1,C的浓度变化为
10、 0.11 molL-1-0.05 molL-1=0.06 molL-1,反应中A与C的化学计量数之比为0.090.06=32,根据t4t5阶段改变压强平衡不移动可知,该反应的方程式为3A(g)B(g)+2C(g),由A的起始物质的量为 0.3 mol和起始浓度为0.15 molL-1可知,容器的容积为V=2 L,由方程式可知B的起始浓度为0.05 molL-1-(0.11 molL-1-0.05 molL-1)=0.02 molL-1,所以B的起始物质的量 n(B)=0.02 molL-12 L=0.04 mol,C项错误;反应的方程式为3A(g)B(g)+2C(g),A的物质的量减少0.0
11、3 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,则A的物质的量减少3 mol,与外界的热交换总量为100a kJ,根据图像可知t5t6阶段应为升高温度,A的物质的量减少,说明反应向正反应方向移动,则正反应吸热,故该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)H=+100a kJmol-1,D项正确。8.在某定容密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0,其正反应速率随时间的变化情况如图所示,则根据此曲线判断下列说法可能正确的是(A)A.t1时减小了SO2的浓度,增加了SO3的浓度,平衡向逆反应方向移动B.t1时降低了温度,平衡向正反应方向移动C.t1时充入了
12、少量N2,平衡向逆反应方向移动D.t1时增加了SO2和O2的浓度,平衡向正反应方向移动解析:在t1时,减小SO2的浓度,正反应速率突然减小,同时又增加了SO3的浓度,再次达平衡时,正反应速率可能比第一次平衡时大,A正确;若t1时降低了温度,则再次平衡时正反应速率应比第一次平衡时小,B错误;若加入N2,反应物、生成物浓度不变,则平衡不移动,C错误;若t1时增加了SO2和O2的浓度,则正反应速率应瞬时增大,D错误。9.(2018江西重点中学协作体第二次联考)已知反应A(g)+B(g)2C(g),下图是投料比n(A)n(B)分别为 31 和11 且反应物的总物质的量相同时,B(g)的平衡转化率与温度
13、的关系曲线,下列说法正确的是(C)A.曲线b所对应的投料比为31B.M点对应的平衡常数小于Q点C.N点对应的平衡混合气中C(g)的物质的量分数为0.58D.M点和Q点对应的平衡混合气体的总物质的量之比为21解析:根据化学计量数可知,该反应是气体体积不变的反应。投料比31与11相比,增大A的浓度,将提高B的转化率,故曲线a对应的投料比是31,A项错误;以曲线a或b来看,随着温度升高,B的转化率增大,说明该反应是吸热反应,则M点的平衡常数大于Q点的平衡常数,B项错误;曲线b对应的物质的量比为11,设起始A、B的物质的量都是1 mol,N点B的转化率为58%,则生成的C物质的量是1 mol58%2,
14、C的物质的量分数为100%=58%,C项正确;由于该反应是总物质的量不变的反应,起始反应物的总物质的量相同,故M点、Q点的物质的量之比为11,D项错误。10.中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(1)从3 min到9 min,v(H2)=molL-1min-1。(2)能说明上述反应达到平衡状态的是(填字母)。A.反应中CO2
15、与CH3OH的物质的量浓度之比为11(即图中交叉点)B.混合气体的密度不随时间的变化而变化C.单位时间内消耗3 mol H2,同时生成1 mol H2OD.CO2的体积分数在混合气体中保持不变(3)平衡时CO2的转化率为。(4)平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是。(5)一定温度下,第9 min时v逆(CH3OH)(填“大于”“小于”或“等于”)第3 min时v正(CH3OH)。解析:(1)从3 min到9 min消耗CO2是0.25 molL-1,根据方程式可知消耗氢气是0.75 molL-1,则v(H2)=0.75 molL-16 min=0.125 molL-1min-1。(2)
16、反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为11(即图中交叉点)时反应速率仍然发生变化,没有达到平衡状态,A错误;密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,B错误;单位时间内消耗3 mol H2,同时一定生成1 mol H2O,不能说明反应达到平衡状态,C错误;CO2的体积分数在混合气体中保持不变说明反应达到平衡状态,D正确。(3)平衡时消耗CO2是0.75 molL-1,则CO2的转化率为100%=75%。(4)平衡时剩余氢气 0.75 mol,生成水蒸气是0.75 mol,则混合气体中CH3OH(g)的体积分数是100%=30%。(5)第9 min时反应达到
17、平衡状态,则 v逆(CH3OH)=v正(CH3OH)=v正(CO2)。第3 min时v正(CH3OH)=v正(CO2),又因3 min时 CO2的浓度大于 9 min时CO2的浓度,故3 min时v正(CH3OH)大于 9 min 时v逆(CH3OH)。答案:(1)0.125(2)D(3)75%(4)30%(5)小于11.(2018湖南教育联盟联考)某温度下,在三个容积均为 1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)(正反应放热)。下列说法正确的是(D)容器编号物质的起始浓度(mol/L)物质的平衡浓度(mol/L)c(NO)c(Br2)c(NOBr)c(N
18、OBr)0.30.150.10.20.40.20000.2A.容器达平衡所需的时间为4 min,则v(Br2)=0.05 mol/(Lmin)B.达平衡时,容器与容器中的总压强之比为21C.升高温度,逆反应速率增大,正反应速率减小,平衡向逆反应方向移动D.达平衡时,容器中比容器中的小解析:容器中2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)c始/(molL-1) 0.3 0.15 0.1c变/(molL-1) 0.1 0.05 0.1c平/(molL-1) 0.2 0.1 0.2K=10容器中2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)c始/(molL-1) 0.4 0.2 0c变/(molL-1)
19、 2x x 2xc平/(molL-1) 0.4-2x0.2-x2xK=10,解得x=0.1,v(Br2)=0.025 molL-1min-1,A项错误;将容器、容器的生成物全部转化成反应物,容器的投料相当于容器的2倍,达平衡时,容器相当于对2个容器进行加压,平衡正向移动,容器与容器中的总压强之比小于21,B项错误;升高温度,逆反应速率增大,正反应速率也增大,C项错误;将容器、容器的生成物全部转化成反应物,容器的投料相当于容器的2倍,达平衡时,容器相当于对2个容器进行加压,平衡正向移动,容器中c(Br2)减小,c(NOBr)增大,容器中比容器中的小,D项正确。12.硫及其化合物对人类的生产和生活
20、有着重要的作用。(1)重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下:BaSO4(s)+4C(s)BaS(s)+4CO(g)H=+571.2 kJ mol-1BaS(s)Ba(s)+S(s)H=+460 kJ mol-l已知:O2(g)+2C(s)2CO(g)H=-221 kJ mol-1,写出O2氧化Ba(s)和S(s)至BaSO4的热化学方程式: 。(2)一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收:2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l)H”“”,或“=”)T2,判断的理由是 。实验丙中,达到平衡时,NO2的转化率为。解析:(1)已知:BaSO4(s)+4C
21、(s)BaS(s)+4CO(g)H=+571.2 kJmol-1BaS(s)Ba(s)+S(s)H=+460 kJmol-12C(s)+O2(g)2CO(g)H=-221 kJmol-1,根据盖斯定律2-得方程式Ba(s)+S(s)+2O2(g)BaSO4(s)H=(-221)2-(+571.2)-(+460) kJmol-1=-1 473.2 kJmol-1。(2)a、c开始均通入2 mol CO和1 mol SO2,容器的容积相同,而起始时c的压强大于a,物质的量与体积一定,压强与温度成正比关系,故c组改变的实验条件可能是升高温度,实验c与a相比,反应速率快,平衡向逆反应方向移动。用p0表
22、示开始时总压强,p表示平衡时总压强,表示SO2的平衡转化率,则:2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(l)起始量(mol) 2 1 0变化量(mol)2 2平衡时(mol)2-2 1- 2压强之比等于物质的量之比,则p0p=3(2-2+1-+2),整理可得=。(3)实验甲中,若2 min时测得放出的热量是4.2 kJ,则消耗二氧化硫的物质的量为=0.1 mol,则 v(SO2)=0.05 molL-1min-1;平衡时NO为0.18 mol,则:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)起始量(mol) 0.800.20 0 0变化量(mol) 0.180.18 0.180.1
23、8平衡量(mol)0.620.020.180.18T1温度下平衡常数K1=2.613。乙实验平衡时,NO为0.16 mol,则:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)起始量(mol) 0.200.80 0 0变化量(mol) 0.160.16 0.160.16平衡量(mol) 0.040.64 0.160.16T2温度下平衡常数K2=1,正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,故T1T2。SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)起始量(mol) 0.200.30 0 0变化量(mol) a a a a平衡量(mol) 0.20-a0.30-aa aK2=1,a=0.12,NO2的转化率为100%=100%=40%。答案:(1)Ba(s)+S(s)+2O2(g)BaSO4(s)H=-1 473.2 kJ mol-1(2)升高温度实验c与a相比,反应速率快,平衡向逆反应方向移动(其他合理答案也可)(3)0.05 molL-1min-12.613T1时,该反应的平衡常数K1=2.613,T2时,该反应的平衡常数K2=1,该反应正反应为放热反应,所以T1T2(其他合理答案也可)40%