1、课时规范练21化学平衡的移动(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.可逆反应X(g)+Y(g)2Z(g)H0达到平衡时,下列说法正确的是()。A.减小容器容积,平衡向右移动B.加入催化剂,Z的产率增大C.增大c(X),X的转化率增大D.降低温度,Y的转化率增大答案:D解析:该反应前后气体体积不变,减小容器容积压强增大,平衡不移动,A项错误。催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,Z的产率不变,B项错误。两种反应物,增加一种物质的量可以增大另一种物质的转化率,本身转化率减小,增大c(X),X的转化率减小,C项错误。正反应是
2、放热反应,降温平衡正向移动,Y的转化率增大,D项正确。2.密闭容器中的一定量混合气体发生如下反应:xA(g)+yB(g)zC(g),达到平衡时,测得A的浓度为0.5 molL-1,在温度不变的条件下,将容器的容积扩大到两倍,使反应再达到平衡,测得A的浓度降低为0.3 molL-1,下列有关判断正确的是()。A.x+yz,A、B两项错误。平衡向逆反应方向移动,C的体积分数下降,C项正确。体积增大将导致B的浓度减小,D项错误。3.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)3Z(g)。平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、
3、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=2B.两次平衡的平衡常数相同C.X与Y的平衡转化率之比为11D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 molL-1答案:D解析:运用三段式求算m。设转化的X的物质的量为nmol。X(g)+mY(g)3Z(g)起始(mol)120转化(mol)nmn3n平衡(mol)(1-n)(2-mn)3n据(1-n)(2-mn)3n=30%60%10%求得:n=0.1,m=2。由m=2知,A项正确。由第二次平衡时,X、Y、Z的体积分数不变可知两次平衡的平衡常数相同,则B项正确。由m和n的数值及
4、起始量可计算出X、Y二者的平衡转化率都为10%,C项正确。第二次平衡时,c(Z)=4mol10%2L=0.2molL-1,D项错误。4.在不同温度下,向V L密闭容器中加入0.5 mol NO和0.5 mol活性炭,发生反应:2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)HT2B.T2时,若反应达平衡后再缩小容器的容积,c(N2)c(NO)增大C.T1时,若开始时反应物的用量均减少一半,平衡后NO的转化率增大D.T1时,该反应的平衡常数K=916答案:D解析:由表中数据可知,T1时达到平衡n(C)=0.35mol,T2时达到平衡n(C)=0.375mol,由于反应2NO(g)+C(s)N2(g
5、)+CO2(g)的H0,则有T1T2,A项错误。T2时,达到平衡时再缩小容器的容积,平衡不移动,c(N2)c(NO)不变,B项错误。T1时,若开始时反应物的用量均减少一半,相当于平衡时不改变反应物的量而将容器的容积增大一倍,该过程中平衡不移动,NO的转化率不变,C项错误。T1时,该反应的平衡常数为K=c(N2)c(CO2)c2(NO)=(0.15V)2(0.2V)2=916,D项正确。5.下列叙述中,不能用平衡移动原理解释的是()。A.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅B.高压比常压有利于合成SO3C.氯气在水中的溶解度大于在饱和食盐水中的溶解度D.等质量粉末状碳酸钙与块状碳酸钙分别与同浓度
6、的盐酸反应,粉末状碳酸钙比块状碳酸钙的反应迅速答案:D解析:增大压强的瞬间,NO2的浓度增大,颜色加深,然后反应2NO2N2O4的平衡向正反应方向移动,NO2的浓度减小,颜色变浅,A项能用平衡移动原理解释;合成SO3的反应为2SO2+O22SO3,反应前后气体分子总数减少,增大压强,平衡向右移动,有利于SO3的合成,B项能用平衡移动原理解释;氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,该反应是一个可逆反应,饱和食盐水中Cl-的浓度较大,使平衡左移,会降低氯气在饱和食盐水中的溶解度,C项能用平衡移动原理解释;碳酸钙和稀盐酸的反应不是可逆反应,D项反应速率增大不能用平衡移动原理解释。6.氢气用于烟气脱氮、脱硫的
7、反应为4H2(g)+2NO(g)+SO2(g)N2(g)+S(l)+4H2O(g)H0,不改变其他条件的情况下正确的是()。A.加入催化剂,反应途径将发生改变,H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,充入一些H2后达新平衡,H2浓度将减小答案:B解析:加入催化剂,反应途径将发生改变,反应的H不会改变,A项错误。升高温度,正逆反应速率都增大,根据勒夏特列原理化学平衡向吸热反应方向移动,所以该平衡正向移动,H2S分解率增大,B项正确。该反应随反应进行气体分子数增大,增大压强,化学平衡逆向移动。由于正反
8、应吸热,所以平衡逆向移动体系温度升高,C项错误。恒容体系中,充入H2平衡逆向移动,但平衡移动的趋势是很微弱的,只能减弱这种改变,但不能抵消这种改变,因此H2的浓度比原来是增大的,D项错误。8.汽车发动机中生成NO的反应为N2(g)+O2(g)2NO(g),T时,K=0.09。在T下往甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,分别投入N2(g)和O2(g)模拟反应,起始浓度如表所示。下列判断不正确的是()。起始浓度甲乙丙c(N2)/(molL-1)0.460.460.92c(O2)/(molL-1)0.460.230.92A.起始时,反应速率:丙甲乙B.平衡时,c(NO):甲=丙乙C.平衡时,N2的转化率:
9、甲乙D.平衡时,甲中c(N2)=0.4 molL-1答案:B解析:起始时,反应物总浓度:丙甲乙,故起始时,反应速率:丙甲乙,A项正确。丙中反应相当于将甲容器体积压缩一半发生的反应,体系压强增大,但由于该反应为反应前后气体分子数不变的反应,故平衡不移动,则平衡时丙中NO的浓度为甲中NO的浓度的2倍,乙中反应相当于减小甲中O2的初始浓度发生的反应,平衡逆向移动,所以平衡时乙中NO的浓度小于甲中NO的浓度,B项错误。甲、乙中N2的初始浓度相等,甲中反应相当于增大乙中氧气的初始浓度发生的反应,则甲中N2的转化率较大,故平衡时,N2的转化率:甲乙,C项正确。T时,K=0.09,设甲中反应平衡时消耗的N2
10、的浓度为xmolL-1,则有:N2(g)+O2(g)2NO(g)初始(molL-1)0.460.460转化(molL-1)xx2x平衡(molL-1)0.46-x0.46-x2x平衡常数K=(2x)2(0.46-x)2=0.09,解得x=0.06,所以平衡时甲中c(N2)=0.4molL-1,D项正确。二、非选择题(本题共3个小题,共52分)9.(2020山东)(18分)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5 kJmol-1.CO(g)
11、+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.4 kJmol-1.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3回答下列问题:(1)H3= kJmol-1。(2)一定条件下,向容积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为amol,CO为bmol,此时H2O(g)的浓度为 molL-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应的平衡常数为。(3)不同压强下,按照n(CO2)n(H2)=13投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。已知:CO2的平衡转化率=n(CO2)初始-n(C
12、O2)平衡n(CO2)初始100%CH3OH的平衡产率=n(CH3OH)平衡n(CO2)初始100%其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是。(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为(填字母)。A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压答案:(1)+40.9(2)a+bVb(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)(3)乙p1、p2、p3T1时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响(4)A解析:本题利用科研文献中图像、曲线及数
13、据设题,要求考生在陌生情景中进行热力学分析,有一定难度。(1)根据盖斯定律可得-=,则H3=+40.9kJmol-1。(2)反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)转化/molx3xxx反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)转化/mola-x2a-2xa-x反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)转化/molyyyyn(CO)=ymol-amol+xmol=bmol,则x+y=a+b。则c(H2O)=x+yVmolL-1=a+bVmolL-1K=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)=b(a+b)V21-x-yV3-3x-y-2a+2xV=b(
14、a+b)(1-a-b)(3-3a-b)。(3)从图乙中看到在T1时,p不同时三条曲线交于一点,说明压强的改变对平衡无影响。而反应前后分子数不变,反应以为主,所以升高温度平衡向正方向移动,CO2的转化率升高。图乙纵坐标表示CO2的平衡转化率,图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率,反应、都是体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,故p1p2p3。(4)由反应的方程式可知,低温、高压可提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率。10.(18分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+
15、CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。已知:C(s)+2H2(g)CH4(g)H=-75 kJmol-1C(s)+O2(g)CO2(g)H=-394 kJmol-1C(s)+12O2(g)CO(g)H=-111 kJmol-1该催化重整反应的H= kJmol-1,有利于提高CH4平衡转化率的条件是(填字母)。A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2L-2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少,相
16、关数据如下表:反应类型积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)H/(kJmol-1)75172活化能(kJmol-1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断,催化剂X(填“优于”或“劣于”)Y,理由是。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填字母)。A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=kp(CH4
17、)p(CO2)-0.5(k为速率常数),在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。答案:(1)247A13(2)劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大ADpc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)解析:(1)将已知热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,2-,得到CH4-CO2催化重整反应的H=+247kJmol-1。由于该反应是正反应气体体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压,A项正确。某温度下,在体积
18、为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2,达到平衡时CO2的转化率是50%,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CH4)=0.75molL-1、c(CO2)=0.25molL-1、c(CO)=0.5molL-1、c(H2)=0.5molL-1,根据K=c2(CO)c2(H2)c(CH4)c(CO2),计算得出K=13或0.33。(2)根据表格中活化能数据分析,催化剂X劣于催化剂Y。因为相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大。由于积碳反应和消碳反应均为吸热反应,所以升高温度平衡正向移动,K积、K消均增加;温度高于600时,
19、积碳量随温度的升高而下降,说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,A、D两项正确。根据v=kp(CH4)p(CO2)-0.5,当p(CH4)一定时,积碳量随p(CO2)的增大而减小,故pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。11.(2019全国)(16分)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关
20、系:可知反应平衡常数K(300 )K(400 )(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)c(O2)=11的数据计算K(400 )=(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)c(O2)过低、过高的不利影响分别是。(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g)H1=83 kJmol-1CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g)H2=-20 kJmol-1CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g)H3=-121 kJmo
21、l-1则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的H=kJmol-1。(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是。(写出2种)答案:(1)大于0.4220.422(1-0.84)4(1-0.21)c0O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低(2)-116(3)增加反应体系压强、及时除去产物解析:(1)分析任意一条平衡曲线可知,在进料浓度比固定的条件下,随着温度的升高,HCl的平衡转化率降低,说明正反应为放热反应,由于K只与温度有关,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,即K(300)大于K(400)。根据进料浓度比及HCl的平衡转化率间的关系可知,c(HCl
22、)c(O2)=11的曲线为最上面的那条曲线,由该曲线可知:温度为400时HCl的平衡转化率为84%。根据条件可列三段式如下:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)初始:c0c000转化:c00.84c00.21c00.42c00.42平衡:c0(1-0.84)c0(1-0.21)c00.42c00.42K(400)=c2(Cl2)c2(H2O)c4(HCl)c(O2)=(c00.42)2(c00.42)2c0(1-0.84)4c0(1-0.21)=0.4220.422(1-0.84)4(1-0.21)c0进料浓度比c(HCl)c(O2)过低,导致产品Cl2混有大量O2,则分离两气体时导致能耗较高。而进料浓度比c(HCl)c(O2)过高,则导致HCl的转化率过低,浪费原料。(2)由盖斯定律可知,将题给催化过程的三个反应直接相加可得:2HCl(g)+12O2(g)Cl2(g)+H2O(g)H=(83-20-121)kJmol-1=-58kJmol-1,则H=2H=-116kJmol-1(3)在温度一定时,要增大HCl的平衡转化率,可采取的措施有:及时移走部分产物、增大体系压强等。