1、课时分层提升练 二十二化学平衡状态化学平衡的移动一、选择题1.(2019咸阳模拟)对于X(?)+Y(s)Z(?)的平衡体系,若增大压强,达到新的平衡时Y的转化率增大,则X和Z可能的状态是()A.X为气态,Z为固态 B.X为固态,Z为气态C.X为气态,Z为气态D.X为固态,Z为固态【解析】选A。增大压强,Y的平衡转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,则X为气态,Z为固态或液态。【易错提醒】压强的改变只针对有气体参与的反应,增大压强,平衡向气体系数减小的方向移动。2.(2019沧州模拟)一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s)。下列事实不能说明该反应
2、达到平衡状态的是()A.容器内气体压强不再改变B.容器内气体密度不再改变C.容器内气体颜色不再改变D.断裂1 mol ClCl键同时断裂1 mol HCl键【解析】选D。在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s),根据化学方程式,反应过程中压强为变量,压强不再改变一定平衡,故可以说明;在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s),反应过程中气体质量为变量,所以密度是变量,容器内气体密度不再改变一定平衡,故可以说明;容器内气体颜色不再改变,说明氯气的浓度不变,一定达到平衡状态,故可以说明;平衡时断裂1 mol ClCl键同时断裂2
3、 mol HCl键,故D不能说明。3.(2019重庆模拟)某温度下,在一个容积可变的容器中,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4 mol、2 mol、4 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,可使平衡右移的是()A.均减半B.均加倍C.均增加1 molD.均减小1 mol【解析】选C。在容积可变的情况下,如果均加倍的话,对平衡时的各物质来讲,浓度均没有发生变化,故正逆反应速率均没有发生改变,平衡不发生移动,均减半与此类似。由于反应物的化学计量数之和比生成物的大,所以均增加1 mol,可认为先增加1 mol X、0.5 mol
4、 Y、1 mol Z,这时平衡不移动,再增加0.5 mol Y,平衡向正反应方向移动,对反应物和生成物来讲,他们的反应速率的变化就不会一样,导致正逆反应速率不相同,平衡不发生移动。均减少1 mol与此类似,只不过平衡移动方向正好相反。4.(2019金华模拟)在其它条件一定时,图中曲线表示反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)H0达平衡时NO的转化率与温度的关系,图上标有A、B、C、D、E点,其中表示未达平衡状态且v正v逆的点是()A.A或EB.B点C.C点D.D点【解析】选C。点B、D在曲线上,处于平衡状态,故B、D项错误;在曲线上方的A点,当温度一定时,若达到平衡状态,则应减小NO的转
5、化率,即反应逆向进行,所以A点的正反应速率小于逆反应速率,E点与A点相似,A项错误;同理推知,C点时的正反应速率大于逆反应速率,C项正确。【易错提醒】曲线上的点都是平衡点。不在平衡线上的点,可以根据其转化率与平衡点上的转化率比较得出移动方向。5.据报道,在300 、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是()A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率B.反应需在300 进行可推测该反应是吸热反应C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2
6、和H2的利用率【解析】选B。 使用催化剂可加快反应速率,A正确;反应温度与化学反应吸热放热没有关系,B错;增大一种反应物浓度可提高另一反应物转化率,C正确;减少生成物浓度可使平衡向右进行提高反应物转化率,D正确。6.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C.烧瓶(1)中平衡混合气体的相对分子质量增大D.烧瓶(
7、3)中气体的压强增大【解析】选A。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。7.如图曲线表示其他条件一定时,反应2W(g)+Q(g)2G(g)(正反应为放热反应)中W的转化率与温度的关系,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)的是()A.a点B.b点C.c点D.d点【解析】选C。纵轴表示W的转化率,横轴表示温度,曲线上的任一点都表示在此温度下达到
8、平衡状态时对应的W的转化率,从c点作横轴的平行线与曲线交于一点,这表示若想达到c点对应温度的平衡状态,需要转化更多的W,则c点未达到平衡状态,且反应向正反应方向进行,即v(正)v(逆)。二、非选择题8.已知可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g)H0,请回答下列问题:(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为:c(M)=1 molL-1,c(N)=2.4 molL-1;5 min后反应达到平衡,M的转化率为60%,此时N的转化率为_;用M表示的反应速率为_;该温度下反应的平衡常数K=_。(2)若反应温度升高,M的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变,反应物的起始浓
9、度分别为:c(M)=4 molL-1,c(N)=a molL-1;达到平衡后,c(P)=c(N)=2 molL-1,a=_。(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=b molL-1,达到平衡后,M的转化率为_。【解析】(1)N的转化率为100%=25%。v(M)=0.12 moLL-1min-1。该温度下:K=0.5(2)因为反应热H0,是吸热反应,所以升高温度,平衡向正反应方向移动,M的转化率增大。(3)根据反应 M(g)+N(g)P(g)+Q(g)起始浓度(molL-1): 4 a 0 0转化浓度(molL-1):2 2 2 2平衡浓度(molL-1):2 a-2 2
10、2根据温度不变,平衡常数不变的特点K=0.5得a=6。(4)同理: M(g)+N(g)P(g)+Q(g)起始浓度(molL-1):b b 0 0转化浓度(molL-1):x x x x平衡浓度(molL-1):(b-x) (b-x)x x根据温度不变,平衡常数不变的特点,K=0.5得x=0.41b(M)=100%=41%。答案:(1)25%0.12 moLL-1min-10.5(2)增大(3)6(4)41%9.一定温度下,在容积固定的V L密闭容器中加入n mol A、2n mol B,发生反应:A(g)+2B(g)2C(g)Hv(逆)D.CO的体积分数在混合气体中保持不变说明已达平衡状态若容
11、器容积不变,下列措施既能提高反应速率,又能增加氢气产率的是_。A.升高温度B.及时将CO从体系中分离出来C.增加C的用量D.压缩容器使体系总压强增大【解析】(1)根据盖斯定律,可得C(s)+H2O(l)CO(g)+H2(g)H=-221.4 kJmol-1+571.6 kJmol-1-44 kJmol-1=131.1 kJmol-1。(2)反应到2 min时,(H2O)=100%=10%;04 min时,v(H2)= 4 min=0.037 5 moLL-1min-1。反应到2 min时,未到平衡状态,反应继续向右进行,v(正)v(逆),A项错误;在反应过程中容器的体积V不变,但混合气体的质量
12、变化,若密度不再变化,说明反应已达到平衡,B项正确;混合气体的压强减小,说明平衡向左移动,则v(逆)v(正),C项错误;CO的体积分数不再变化,说明已达平衡,D项正确。正反应吸热,升温平衡右移并且速率增大,A项正确;将CO从体系中及时分离,反应速率降低,B项错误;增加C的用量对速率和平衡无影响,C项错误;增大压强,平衡向左移动,不能提高氢气的产率,D项错误。答案:(1)131.1(2)10%0.0375B、DA 11.在密闭容器中发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Hv逆,平衡正向移动,正反应为放热反应,A项错误;由于降低温度平衡正向移动,降温化学平衡常数增大,C项错误;加
13、压, v正v逆,平衡正向移动,正反应应为气体分子数减小的反应,若A、B是气体,则D是液体或固体,B项正确;化学平衡常数只与温度有关,与压强无关,加压时化学平衡常数不变,D项错误。4.一定温度下,将2 mol SO2和1 mol O2充入10 L恒容密闭容器中,发生反应:2SO2(g) +O2(g)2SO3(g)H=-196 kJmol-1。5 min时达到平衡,测得反应放热166.6 kJ。下列说法错误的是()A.05 min内,用O2表示的平均反应速率v(O2)=0.017 molL-1min-1B.的值不变时,该反应达到平衡状态C.若增大O2的浓度,SO2的转化率增大D.条件不变,若起始时
14、充入4 mol SO2和2 mol O2,平衡时放出的热量小于333.2 kJ【解析】选D。本题考查化学平衡移动原理的应用。A.5 min达到平衡反应放热166.6 kJ,由化学方程式可知,反应的氧气的物质的量为=0.85 mol,则05 min内,用O2表示的平均反应速率v(O2)=0.017 molL-1min-1,正确;B.随着反应的进行,氧气物质的量逐渐减小,三氧化硫的物质的量逐渐增大,的值不变时,该反应达到平衡状态,正确;C.若增大O2的浓度,SO2的转化率增大,正确;D.条件不变,若起始时充入4 mol SO2和2 mol O2,若平衡与原平衡等效,平衡时放出的热量为原平衡放热的2
15、倍,容器内压强增大,平衡正向移动,平衡时放出的热量大于333.2 kJ,错误。故选D。5.(新题预测)已知:2NO2(g)N2O4(g)H0, 现有相同容积的绝热容器甲和乙,向甲、乙中各加入0.1 mol NO2,在反应过程中甲容器恒容、乙容器恒压,在相同的温度下分别达到平衡。下列说法正确的是()A.平衡时甲、乙两容器体积相等B.平衡时甲、乙两容器中c(NO2)相等C.平衡时转化率(NO2):甲甲,乙容器放热多于甲容器。【易错提醒】绝热是指与外界没有热交换,如果反应为放热反应,则体系温度升高,反应是吸热反应,则反应体系的温度降低。6.在425 时,在1 L密闭容器中充入下列气体进行反应并达到平
16、衡,分析如下示意图,不能从示意图中读出相关信息的选项是()A.同温同压下,只要投入物质比例适当,从正、逆方向都可以建立同一平衡状态B.图(1)表示的反应为:H2(g)+I2(g)2HI(g)C.图(1)中H2的转化率+图(2)中HI的转化率=100%D.相同条件下,分别从正、逆方向建立等同的平衡状态,所需时间相同【解析】选D。比较图(1)和图(2)可知,两平衡状态的c(HI)、c(H2)、c(I2)相同,图(1)表示的化学反应方程式为:H2(g)+I2(g)2HI(g),图(1)中H2的转化率为: 100%=79%,图(2)中HI的转化率为:100%=21%,故A、B、C正确。7.(2019成
17、都模拟)已知反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=Q kJmol-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/Pa200V150%p1200V270%p2350V350%p3下列说法正确的是()A.反应速率:B.平衡时体系压强:p1p2=54C.若容器体积V1V3,则Q0D.若实验中CO和H2用量均加倍,则CO转化率,则可看作在的基础上加压,即V1V2,因此反应速率:,A错误;与比较,达到平衡时,平衡混合物的物质的量之比为54,但V1与V2不相等,因此平衡时体系压强p1p2不等于5
18、4,B错误;若容器体积V1V3、温度相同,则与比较,CO的转化率,而现在CO的转化率相同,则可看作在这个基础上的平衡逆向移动,而升温平衡向吸热反应方向移动,即正向是放热反应,C正确;若实验中CO和H2用量均加倍,则可看作在的基础上压缩体积,CO转化率增大,D错误。二、非选择题8.(新题预测)某温度时,在2 L密闭容器中气态物质CO和H2反应生成气态物质Z,它们的物质的量随时间的变化如下表所示。t/minCO/molH2/molZ/mol01.001.000.0010.900.800.1030.750.500.2550.650.300.3570.550.100.4590.550.100.4510
19、0.550.100.45(1)根据上表中数据,在图1中画出CO、Z的物质的量浓度(c)随时间(t)变化的曲线:(2)体系中发生反应的化学方程式是_。(3)在35 min时间内产物Z的平均反应速率:_。(4)图2表示该反应进行过程中能量的变化。曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化,曲线b表示使用催化剂后的能量变化。该反应是_(填“吸热”或“放热”)反应,反应的热化学方程式是_。【解析】(1)画曲线时注意7 min时达到平衡。 (2)根据反应关系及原子守恒,可写出体系中发生反应的化学方程式是:CO+2H2CH3OH。 (3)在35 min时间内产物Z的平均反应速率为: 0.1 mol2 L2 m
20、in=0.025 moLL-1min-1。 (4)由图象可知该反应是放热反应,反应的热化学方程式是:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=-91 kJmol-1。答案:(1)(2)CO+2H2CH3OH(3)0.025 moLL-1min-1(4)放热CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H=-91 kJmol-19.(2019成都模拟)对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。在催化剂存在下用H2还原CO2是解决温室效应的重要手段之一,相关反应如下:主反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)H1副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=+
21、41.2 kJmol-1已知H2和CH4的燃烧热分别为-285.5 kJmol-1和-890.0 kJmol-1H2O(l)H2O(g)H=+44 kJmol-1(1)H1=_kJmol-1。(2)有利于提高CH4平衡产率的反应条件是(至少写两条)_ _。工业上提高甲烷反应选择性的关键因素是_。(3)T 时,若在体积恒为2 L的密闭容器中同时发生上述反应,将物质的量之和为5 mol的H2和CO2以不同的投料比进行反应,结果如图所示。若a、b表示反应物的转化率,则表示H2转化率的是_,c、d分别表示CH4(g)和CO(g)的体积分数,由图可知=_时,甲烷产率最高。【解析】(1)根据已知有CO2(
22、g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=+41.2 kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(l)H3=-571.0 kJmol-1CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H4=-890.0 kJmol-1H2O(l)H2O(g)H5=+44 kJmol-1根据盖斯定律,由=2-+2,则CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)H1=2H3-H4+2H5=-164.0 kJmol-1;(2)反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)是正方向为气体体积缩小的放热反应,降低温度和增大压强都有利于反应正向移动,提高CH4平衡产率;工业上提高甲烷反
23、应选择性的关键因素是催化剂;(3)随着比值的增大,氢气的转化率降低,则表示H2转化率的是b;随着比值的增大,氢气的量增多,一氧化碳的量减少,甲烷的量增加,故c为CH4(g)的体积分数,由图可知=4时,甲烷产率最高。答案:(1)-164.0(2)降低温度,增大压强催化剂(3)b410.当温度高于500 K时,科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇,这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。回答下列问题:(1)该反应的化学方程式为_。(2)在恒容密闭容器中,判断上述反应达到平衡状态的依据是_。a.体系压强不再改变b.H2的浓度不再改变c.气体的密度不随时间改变d.单位时间内消耗H2和CO2的物质的
24、量之比为31(3)在一定压强下,测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中,起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。根据图中数据分析:降低温度,平衡向_方向移动。在700 K、起始投料比=1.5时,H2的转化率为_。在500 K、起始投料比=2时,达到平衡后H2的浓度为a molL-1,则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为_。【解析】(1)由题给信息可得到该反应的化学方程式为2CO2+6H2C2H5OH+3H2O。(2)该反应为气体分子数减小的化学反应,当体系的压强不再改变时,反应达到平衡状态,另外氢气的浓度不再变化,也能说明反应达到平衡状态;由于在500 K时,所有物质均为气体,故在恒
25、容状态下气体的密度恒为定值,密度不变不能说明反应达到平衡状态;根据化学方程式可知,任何单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比均为31。(3)由图中信息可知,其他条件不变时,升高温度,CO2的转化率降低,说明平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,即降低温度,平衡将向正反应方向移动。700 K时,当氢气与二氧化碳的起始投料比=1.5时,由图象可知二氧化碳的转化率为20%,由化学方程式:2CO2+6H2C2H5OH+3H2O,可计算出氢气的转化率为40%。设起始时c(CO2)=x molL-1,则起始时c(H2)=2x molL-1,有 2CO2+ 6H2C2H5OH+3H2O起始(molL-
26、1):x 2x 0 0转化(molL-1):0.6x1.8x 0.3x 0.9x平衡(molL-1):0.4x0.2x 0.3x 0.9x0.2x=a molL-1,则0.3x=1.5a molL-1。答案:(1)2CO2+6H2C2H5OH+3H2O(2)ab(3)正反应(或右)40%1.5a molL-111.(2019湖北武汉模拟)CO2既是温室气体,也是重要的化工原料,二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。(1)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物,某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)H,在T1 时
27、,反应进行到不同时间测得各物质的量浓度如下:若30 min后升高温度至T2 ,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为233,则达到新平衡时NO的转化率_(填“升高”或“降低”), H_0(填“”或“”)。根据表中数据分析T1 时,该反应在010 min内的平均反应速率v(N2)= _molL-1min-1。若30 min后只改变某一条件,据上表中的数据判断改变的条件可能是_(填字母编号)。A.加入合适的催化剂B.适当缩小容器的体积C.通入一定量的NOD.加入一定量的活性炭 (2)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-
28、49.1 kJmol-12CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H2=-24.5 kJmol-1写出CO2(g)和H2(g)转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式:_。(3)二甲醚燃料电池具有能量转化率高、电量大的特点而被广泛应用,一种二甲醚氧气电池(电解质为KOH溶液)的负极反应式为_。(4)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。若某次捕捉后得到pH=10 的溶液,则溶液中c(C) c(HC)=_。常温下K1(H2CO3)=4.410-7、 K2(H2CO3)=510-11【解析】(1)由20 min平衡时N
29、O、N2、CO2的浓度之比为0.400.800.80 =122,30 min后升高温度至T2 ,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为:233,可知升高温度平衡逆向移动,达到新平衡时NO的转化率降低,正反应为放热反应,H0。加入合适的催化剂,平衡不移动,与图象不符,A项错误; 适当缩小容器的体积,平衡不移动,但浓度均增大,与图象符合,B项正确;通入一定量的NO,平衡正向移动,反应物、生成物浓度均增大,与图象符合,C项正确;加入一定量的活性炭,平衡不移动,与图象不符,D项错误。(3)二甲醚氧气电池(电解质为KOH溶液),负极上CH3OCH3失去电子生成碳酸根离子,负极反应式为CH3OCH3-12e-+16OH-2C+11H2O答案:(1)降低0.042B、C(2)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)H=-122.7 kJmol-1(3)CH3OCH3-12e-+16OH-2C+11H2O (4)12或0.5
