1、化学平衡状态化学平衡的移动(A)(45分钟100分)一、选择题(本题包括6小题,每题7分,共42分)1.在容积不变的密闭容器中,一定条件下发生反应:2AB(g)+2C(g),且达到平衡。当升高温度时气体的密度增大,则下列叙述中正确的是()A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小B.若正反应是放热反应,则A为气态C.物质A一定为非气态,且正反应是吸热反应D.若向容器中充入惰性气体,则平衡向右移动【解析】选C。升高温度,正逆反应速率均增大,A项错误;若A为气态,则平衡移动后气体的密度不发生变化,B项错误;由于密度变化,物质A一定为非气态,升温正向移动,故C项正确;在容积不变的反应体系中,充入惰
2、性气体对平衡无影响,D项错误。【易错提醒】化学平衡移动的3个易错问题(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对平衡没有影响。(2)“惰性气体”对化学平衡的影响,要看清条件是“恒温、恒容”还是“恒温、恒压”,关键是看是否影响体系中各组分的浓度。(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。2.在一定温度下的恒容密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)已达平衡状态的是()混合气体的压强混合气体的密度B的物质的量浓度气体的总物质的量混合气体
3、的平均相对分子质量A.B.C.D.【解析】选B。A为固体,反应前后气体分子数不变,无论是否平衡,混合气体的压强,气体的总物质的量均不变,即不能判断反应是否平衡,中各量不变时,可判断反应达到平衡状态。3.下面是工业生产硫酸的一个重要反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-198 kJmol-1 如图是在t1达到平衡一段时间后,t2时重新改变条件,在t3时重新达到平衡的图象:t2时改变的条件(假设只改变一个条件,其他条件不变)是 ()A.压缩混合气体,增大压强B.升高反应体系温度C.使用新型催化剂D.加入SO2【解析】选D。压缩混合气体,则SO3和O2浓度瞬间增大,A项错误;升高温度,
4、平衡逆向移动,SO3浓度减小,B项错误;催化剂对化学平衡移动无影响,C项错误;加入二氧化硫,平衡正向移动,O2浓度降低,SO3浓度升高,D项正确。4.尿素CO(NH2)2是首个由无机物人工合成的有机物。工业上尿素由2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O合成。当 =4时,CO2的转化率随时间的变化关系如图所示。有关叙述正确的是 ()A. A点的逆反应速率v逆(CO2) 大于B点CO2的正反应速率B.图中乙使用了催化剂,甲未使用C.如图所示,若改变条件为温度,则该反应为放热反应D.若改变压强,CO2的转化率随压强变化图象如图所示【解析】选C。A点时,反应:2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O
5、,正处于建立平衡过程,B点反应处于平衡状态,所以A点CO2的逆反应速率小于B点CO2的正反应速率,A错误;催化剂对化学平衡无影响,故转化率不变,B错误;如图所示,若改变条件为温度,T乙T甲,即升高温度反应物的转化率减小,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,C正确;如图所示,若改变条件为压强,p乙p甲,增大压强平衡右移,CO2的转化率应该增大,D错误。5.某恒温密闭容器中,可逆反应A(s)B+C(g)H0达到平衡。缩小容器体积,重新达到平衡时,C(g)的浓度与缩小体积前的平衡浓度相等。以下分析正确的是()A.产物B的状态只能为固态或液态B.平衡时,单位时间内c(A)消耗c(C)消耗=11C.保持体
6、积不变,向平衡体系中加入B,平衡可能向逆反应方向移动D.若开始时向容器中加入1 mol B和1 mol C,达到平衡时放出热量Q【解析】选C。缩小容器体积,C的浓度保持不变,说明平衡逆向移动,故B为气态、液态、固态都可,A错误;物质A为固体,浓度为常数,B错误;若B为固态或液态,加入B后平衡不移动,若B为气态,加入B后,平衡向逆反应方向移动,C正确;可逆反应方程式中的热量值是完全反应时对应的热量值,D错误。【加固训练】温度为T时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,反应PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:t/s0
7、50150250350n(PCl3)/mol00.160.190.200.20下列说法正确的是()A.反应在前50 s的平均速率v(PCl3)=0.003 2 molL-1s-1B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11 molL-1,则反应的Hv(逆)D.相同温度下,起始时向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%【解析】选C。反应前50 s的平均反应速率v(PCl3)=0.001 6 molL-1s-1,A错误;温度为T时,平衡时c(PCl3)=0.10 molL-1,升高温度,再达平衡时c(PCl3)=0.11
8、 molL-1,说明升高温度,平衡右移,H0,B错误;在该温度下,达平衡时,各组分物质的量分别为n(PCl3)=n(Cl2)=0.20 mol,n(PCl5)=1.0 mol-0.20 mol=0.80 mol,在相同温度下投入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3、0.20 mol Cl2,相当于在原题平衡基础上加入0.20 mol PCl5,平衡正向移动,v(正)v(逆),C正确;充入1.0 mol PCl5建立的平衡与充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2建立的平衡为相同平衡,充入1.0 mol PCl5建立的平衡PCl5的转化率为100%=20%,则充入1.
9、0 mol PCl3和1.0 mol Cl2建立的平衡PCl3转化率为80%。当向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2时,相当于将两个上述平衡(充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2建立的平衡)合并压缩到2.0 L,平衡左移,PCl3转化率大于80%。6.(能力挑战题)在10 L密闭容器中,A、B、C三种气态物质构成了可逆反应的体系;当在某一温度时,A、B、C 物质的量与时间的关系如图甲,C的百分含量与温度的关系如图乙。下列分析不正确的是()A.04 min时,A的平均反应速率为0.02 molL-1min-1B.该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)C(
10、g)C.由T1向T2变化时,正反应速率大于逆反应速率D.该反应正反应是放热反应【解析】选A。根据图甲知,随着反应的进行,A和B的物质的量减少,C的物质的量增大,则A和B是反应物,C是生成物,反应过程中,物质的量的变化量之比等于其化学方程式中化学计量数之比,所以A、B和C的化学计量数之比=(2.4-1.6)(1.6-1.2)(0.4-0)=211,B正确; 04 min时,A的平均反应速率v=0.01 molL-1min-1,A错误;由变化的物质的量之比等于化学计量数之比可知,该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)C(g),由T1向T2变化时,C的含量增大,平衡向正反应方向移动,则正反应速率大
11、于逆反应速率,C正确;当反应达到T3时,再升高温度C的含量降低,则正反应是放热反应,D正确。【互动探究】(1)图甲中A的转化率为_。提示:33.3%。A的转化率为100%=33.3%。(2)图乙中可能达到平衡的点为_。提示:c、d。温度越高速率越快,达到平衡的时间短,最先达到平衡。二、非选择题(本题包括4小题,共58分)7.(12分)如图表示某温度时,反应N2O4(g)2NO2(g)在前110 s内的反应进行情况,请根据图象回答下列问题。(1)该可逆反应达到平衡的时间段为_。(2)反应进行到70 s时,改变的条件可能是_(填字母,下同),反应进行到90 s时,改变的条件可能是_。A.加入催化剂
12、B.扩大容器体积C.升高温度D.增大N2O4的浓度(3)90 s后若维持容器的体积不变,平衡移动的方向为_(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”),此时N2O4的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)请在图中画出反应物N2O4在070 s时的浓度变化曲线。【解析】(1)由图象可知反应达到平衡的时间段为6070 s、8090 s和100110 s。(2)反应进行到70 s时改变某一条件,可以看出NO2的浓度迅速从0.120 molL-1减小到0.060 molL-1,N2O4的浓度从0.040 molL-1减小到0.020 molL-1,两者的浓度都减小到原来的,说明改变的条件为
13、增大容器的体积为原来的2倍或减小压强为原来的;90 s时突然改变某一条件可以看出NO2的浓度瞬间没有改变,但是N2O4的浓度瞬间增大,说明改变的条件是增大了N2O4的浓度。(3)根据(2)可知,90 s后平衡向正反应方向移动;增大N2O4的浓度,在恒容容器中相当于增大压强,则N2O4的转化率减小。(4)从图象可知,N2O4为反应物,NO2为生成物。60 s达到平衡时NO2的浓度增大了0.120 molL-1,说明N2O4反应过程中浓度减少了0.060 molL-1,因为已知在70 s时N2O4的浓度为0.040 molL-1,所以N2O4的起始浓度为0.040 molL-1+0.060 mol
14、L-1=0.100 molL-1。答案:(1)6070 s、8090 s、100110 s(2)BD(3)正反应方向减小(4)8.(14分)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-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
15、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_T2(填“”“”或“=”)。【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
16、,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,设反应前后,O2消耗了x mol2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g)起始(mol) 0.4 0.2 0转化(mol) 2x x 2x平衡(mol) 0.4-2x 0.2-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SO2的转化率为100%=90%;达到平衡时反应放出的热量=0.36 mol kJmol-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,
17、得到温度关系:T1T2。答案:(1)b、d、e(2)90%35.28 kJ(3)9.(14分)在容积为2.0 L的密闭容器内,物质D在T 时发生反应,其反应物和生成物的物质的量随时间t的变化关系如图,据图回答下列问题:(1)从反应开始到第一次达到平衡时,A物质的平均反应速率为_。(2)根据图中信息写出该反应的化学方程式: _。(3)第5 min时,升高温度,A、B、D的物质的量变化如图,则该反应是_ (填“放热”或“吸热”)反应,B的反应速率_(填“增大”“减小”或“不变”)。若在第7 min时增加D的物质的量,A的物质的量变化正确的是_(用图中ac的编号回答)。(4)某同学在学习了“化学反应
18、速率和化学平衡”专题后,发表如下观点,你认为错误的是_。A.化学反应速率理论是研究怎样在一定时间内快出产品B.化学反应速率理论是研究怎样提高原料转化率C.化学平衡理论是研究怎样使用有限原料多出产品D.正确利用化学反应速率和化学平衡理论都可以提高化工生产的综合效益【解析】(1)分析图象,A物质的平均速率:v(A)=0.067 molL-1min-1。(2)根据图象得出单位时间内,D、A、B的物质的量改变比为221,所以反应的化学方程式为2D(s)2A(g)+B(g)。(3)分析图象,升高温度,D的物质的量减小,A、B的物质的量增大,该平衡右移,为吸热反应。升高温度反应速率增大。由于D为固体,增加
19、D的量,不会使平衡移动。(4)化学反应速率理论是研究单位时间内反应快慢的,也就决定了单位时间内产量的多少,A对、B错;化学平衡移动理论研究的是化学反应限度问题。答案:(1)0.067 molL-1min-1(2)2D(s)2A(g)+B(g)(3)吸热增大b(4)B10.(18分)(能力挑战题)反应:aA(g)+bB(g)cC(g)(H”“v(A)v(A)。(3)经计算,B的平衡转化率(B)、(B)、(B)分别为50%、38%、19%,最小的是(B),其值为19%。(4)由图知,达到第一次平衡后,C的浓度瞬间减小,而A和B的浓度瞬间不变,说明从反应体系中移出了C,从而减小了C的浓度,使平衡向正
20、反应方向移动。(5)由题意知该反应为放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,则说明第阶段 的温度高于第阶段,即T2T3。答案:(1)132(2)v(A)v(A)v(A)(3)(B)0.19(或19%)(4)向正反应方向 从反应体系中移出产物C(5)此反应为放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动【加固训练】肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。(1)已知2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(l)H=-1 225 kJmol-1化学键NHNNNNOH键能(kJmol-1)390190946460则使1 mol N2O4(l)完全分解成相应的原子时需要吸收的
21、能量是_。(2)800 时,某密闭容器中存在如下反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g)H0,若开始向容器中加入1 molL-1的NO2,反应过程中NO的产率随时间的变化如图曲线所示。反应相对于反应而言,改变的条件可能是_。请在图中绘制出在其他条件与反应相同时,反应在820 时进行,NO的产率随时间的变化曲线。800 时,若开始时向容器中同时加入1 molL-1 NO、0.2 molL-1 O2、0.5 molL-1 NO2,则v(正)_v(逆)。(3)已知N2O4(g)2NO2(g)H=+57.20 kJmol-1,t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,
22、浓度随时间变化关系如下表所示:时间/min051015202530c(X)(molL-1)0.2c0.60.61.0c1c1c(Y)(molL-1)0.6c0.40.40.4c2c2c(X)代表_(填化学式)的浓度。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_(填选项前字母)。a.增大b.减小c.不变d.无法判断【解析】(1)N2O4 完全分解成相应的原子需要克服分子中所有的化学键,故需要的总能量就等于其中化学键的总键能,设1 mol N2O4的总键能为E,则H=反应物的总键能-生成物的总键能=(8390 kJmol-1+2190
23、 kJmol-1+E)-(3946 kJmol-1+8460 kJmol-1)=-1 225 kJmol-1,则E=1 793 kJmol-1。(2)由于达到平衡时产率与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少,NO的产率高于60%。易求出800 时该反应的平衡常数K=0.675,又Qc=0.80.675,故开始时反应向左进行,v(正)v(逆)。(3)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N2O4,010 min 内,NO2浓度增加了0.4 molL-1,故v(NO2)=0.04 molL-1min-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)1 793 kJ(2)使用催化剂(3)NO20.04 molL-1min-1向容器中加入0.8 mol NO2(其他合理答案也可)b
