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课时提升作业 二十三 化学平衡状态 化学平衡的移动(B) (45分钟 100分) 一、选择题(本题包括6小题，每题7分，共42分) 1.在固定体积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。已知反应过程某一时刻SO2、O2、SO3浓度(mol•L-1)分别为0.2、0.1、0.2，达到平衡时，浓度可能正确的是( ) A.SO2、O2分别为0.4 mol•L-1、0.2 mol•L-1 B.SO2为0.25 mol•L-1 C.SO2、SO3均为0.15 mol•L-1 D.SO3为0.4 mol•L-1 【解析】选B。根据题意，将反应物全部转化为生成物，或将生成物全部转化为反应物，则有 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 某时刻量(mol•L-1)： 0.2 0.1 0.2 初始量(mol•L-1)： 0.4 0.2 0 或 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 某时刻量(mol•L-1)： 0.2 0.1 0.2 初始量(mol•L-1)： 0 0 0.4 故SO2、O2、SO3浓度(mol•L-1)的变化范围分别是0～0.4、0～0.2、0～0.4，但不可能是极限值，A、D错，B正确；当SO2浓度减小时，则SO3浓度增大，故二者不可能均为0.15 mol•L-1，C错。 2.将NO2装入带活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，其中叙述正确的是( ) A.升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应 B.慢慢压缩气体体积，平衡向右移动，混合气体颜色变浅 C.慢慢压缩气体体积，使体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍 D.恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向右移动，混合气体的颜色变浅 【解析】选C。A项，颜色加深平衡向左移动，所以正反应为放热反应，错误；B项，首先假设压缩气体平衡不移动，加压颜色加深，但平衡向右移动，使混合气体颜色在加深后的基础上变浅，但一定比原平衡的颜色深，错误；C项，首先假设平衡不移动，若体积减小一半，压强为原来的两倍，但平衡向右移动，使压强在原平衡两倍的基础上减小，正确；D项，体积不变，反应物及生成物浓度不变，所以正、逆反应速率均不变，平衡不移动，颜色无变化，错误。 【加固训练】 化学反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)(正反应为吸热反应)达到平衡，下列叙述中正确的是( ) A.扩大容器的容积，平衡向正反应方向移动 B.升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动 C.加入水蒸气使容器压强增大，平衡向逆反应方向移动 D.加入固体碳，平衡向正反应方向移动 【解析】选A。该反应是气体体积增大的反应，扩大容器体积，压强减小，平衡正向移动，A正确；升高温度，正、逆反应速率均增大，B错误；加入水蒸气，增加了反应物浓度，平衡正向移动，C错误；加入固体，平衡不移动，D错误。 3.(2017•南阳模拟)将1 mol N2和3 mol H2充入体积可变的恒温密闭容器中，在380℃下发生反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，平衡时，体系中氨的体积分数φ(NH3)随压强变化的情况如下表： 压强/MPa 10 20 30 40 φ(NH3) 0.30 0.45 0.54 0.60 下列说法正确的是( ) 世纪金榜导学号30682340 A.10 MPa时，H2的转化率为75% B.20 MPa时，NH3的物质的量浓度是10 MPa时的1.5倍 C.40 MPa时，若容器的体积为VL，则平衡常数K= D.30 MPa时，若向容器中充入惰性气体，则平衡向正反应方向移动 【解析】选C。 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 开始(mol) 1 3 0 反应(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1-x 3-3x 2x A项，10 MPa时，2x=0.3×(4-2x)mol，解得x= mol，H2的转化率为 ×100%，错误；B项，20 MPa时，2x=0.45×(4-2x)mol，解得x= mol，NH3的物质的量浓度是10 MPa时的 ÷ = 倍，错误；C项，40 MPa时，2x=0.6×(4-2x)mol，解得x=0.75 mol，若容器的体积为VL，则平衡常数K= = ，正确；D项，30 MPa时，若向容器中充入惰性气体，容器的体积增大，相当于对平衡体系减小压强，平衡向逆反应方向移动，错误。 4.(2017•太原模拟)在某恒温密闭容器中，投入一定量的A发生可逆反应：A(s) B(g)+C(g) ΔH=-QkJ•mol-1(Q>0)。一段时间后反应达到平衡，然后缩小容器体积，重新达到平衡。下列分析不正确的是( ) 世纪金榜导学号30682341 A.两次平衡时，C(g)的浓度相等 B.平衡时，单位时间内n(B)生成∶n(C)消耗=1∶1 C.若再向平衡体系中加入少量A，平衡不移动 D.若开始时向容器中加入1 mol B和1 mol C，则达到平衡时吸收QkJ热量 【解析】选D。平衡常数K=c(B)•c(C)，只与温度有关，则缩小容器体积，K保持不变，因c(B)、c(C)同等倍数变化，为使K保持不变，只有c(B)、c(C)浓度均不变化，即与原平衡浓度相等，A正确；根据平衡的v(正)=v(逆)可知，平衡时，单位时间内n(B)生成∶n(C)消耗=1∶1，B正确；因A是固体，再向平衡体系中加入少量A，平衡不移动，C正确；由于反应是可逆反应，因此达到平衡时吸收热量小于QkJ，D错误。 5.在某2 L恒容密闭容器中充入2 mol X(g)和1 mol Y(g)发生反应：2X(g)+Y(g) 3Z(g) ΔH，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是 世纪金榜导学号30682342( ) A.升高温度，平衡常数增大 B.W点Y的正反应速率等于M点Y的正反应速率 C.Q点时，Y的转化率最大 D.平衡时充入Z，达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大 【解析】选C。在a℃之前，反应向正反应方向进行，在a℃时反应达到平衡状态，升高温度X的含量增大，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应。A项，该反应为放热反应，升高温度平衡逆移，平衡常数减小，错误；B项，W点对应的温度低于M点对应的温度，温度越高，反应速率越高，所以W点Y的正反应速率小于M点Y的正反应速率，错误；C项，曲线上最低点Q为平衡点，升高温度平衡向逆反应方向移动，Y的转化率减小，所以Q点时，Y的转化率最大，正确；D项，反应前后气体的物质的量不变，平衡时充入Z，达到平衡时与原平衡是等效平衡，所以达到新平衡时Z的体积分数不变，错误。 6.(能力挑战题)(2017•郴州模拟)在一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入 1 mol A，发生A(g) B(g)+C(g)反应。反应过程中c(C)随时间变化的曲线如图所示，下列说法不正确的是 世纪金榜导学号30682343( ) A.反应在0 ～50 s的平均速率v(C)=1.6×10-3mol•L-1•s-1 B.该温度下，反应的平衡常数K=0.025 C.保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(B)=0.11 mol•L-1，则该反应的 ΔH<0 D.反应达平衡后，再向容器中充入1 mol A，该温度下再达到平衡时， 0.1 mol•L-1<c(C)<0.2 mol•L-1 【解析】选C。在0 ～50 s C的浓度变化量为0.08 mol•L-1，v(C)= 0.08 mol•L-1/50 s=1.6×10-3mol•L-1•s-1，A正确；反应在250 s时达到平衡，此时c(C)= 0.1 mol•L-1，则 A(g) B(g) + C(g) 起始浓度(mol•L-1) 0.5 0 0 转化浓度(mol•L-1) 0.1 0.1 0.1 平衡浓度(mol•L-1) 0.4 0.1 0.1 则K=c(B)×c(C)/c(A)=0.1×0.1/0.4=0.025，B正确；其他条件不变时，升高温度，B的平衡浓度变大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应，C错误；再加入1 mol A，假设平衡不移动，C的浓度应是原平衡时的二倍，但是压强增大，平衡向逆方向移动，0.1 mol•L-1<c(C)<0.2 mol•L-1，D正确。 【加固训练】 (2015•安徽高考)汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)+O2(g) 2NO(g)，一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( ) A.温度T下，该反应的平衡常数K= B.温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂 D.若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0 【解析】选A。根据图象知温度T下，N2的浓度变化为c0-c1， N2 + O2 2NO 起始： c0 c0 0 变化： c0-c1 c0-c1 2(c0-c1) 平衡： c1 c1 2(c0-c1) 平衡常数K= = ，A正确；该反应是气体体积不变的反应，容积固定，气体质量守恒，则气体密度始终不变，B错误；催化剂对平衡移动没有影响，若曲线b对应的条件改变是使用了催化剂，则曲线a、b的平衡状态应相同，但图象显示曲线b对应的氮气的平衡浓度小些，C错误；根据“先拐先平”知，若曲线b对应的条件是温度的改变，则曲线b对应的温度高，若该反应的ΔH<0，则升温，平衡逆向移动，氮气的平衡浓度增大，即比曲线a对应的氮气的平衡浓度大些，与图象不符，D错误。 二、非选择题(本题包括3小题，共58分) 7.(19分)一定条件下，体积为1 L的密闭容器中发生如下反应： SiF4(g)+2H2O(g) SiO2(s)+4HF(g) ΔH=+148.9 kJ•mol-1。 (1)下列各项中能说明该反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)。 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 (2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)所示。 反应时间/min n(SiF4)/mol n(H2O)/mol 0 1.20 2.40 t1 0.80 a t2 b 1.60 通过a或b的值及化学平衡原理说明t1时反应是否达到化学平衡状态_________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填字母)。 a.一定向正反应方向移动 b.一定向逆反应方向移动 c.一定是减小压强造成的 d.一定是升高温度造成的 e.SiF4的平衡转化率一定增大 【解析】(1)a项，v消耗(SiF4)和v生成(HF)都描述了正反应速率，不能说明是否达到平衡状态；b项，该反应是正向气体体积增大的反应，恒容时压强不变说明气体的物质的量不变，达到化学平衡状态；c项，因反应生成物中有SiO2(s)，气体质量不变时说明达到了平衡状态；d项，HF的体积分数不再变化，说明HF的物质的量不再变化，表明达到了平衡状态。 (2)0～t1min，反应消耗的SiF4为0.40 mol，根据已知反应可确定消耗的H2O为0.80 mol，故a=1.60，t2min时，H2O仍为1.60 mol，故b=0.80。由此可判断t1时该反应已经达到化学平衡状态。 (3)使化学平衡常数变大说明平衡一定向正反应方向移动，a正确、b错误；减小压强，平衡正向移动，平衡常数不变，c错误；该反应正反应方向是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡常数一定变大，d正确；平衡正向移动，反应物的转化率一定增大，e正确。 答案：(1)b、c、d (2)a=1.60(或b=0.80)，说明在一定条件下，t1～t2时各组分的浓度(或物质的量)均不再发生改变，则t1时反应已经达到化学平衡状态 (3)a、d、e 【加固训练】 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，若升高温度，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_________ ________(填写字母)。 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)。 (4)请用固态物质的有关物理量来说明该反应已经达到化学平衡状态：________ ___________________________________________________________________。 【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，说明正反应是吸热反应。 (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，充入CO后，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 (4)Fe(或FeO)的质量(或物质的量)保持不变；或固体总质量保持不变 8.(19分)(2017•太原模拟)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO2加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径。由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下： 反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.19 kJ•mol-1 反应Ⅱ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2 反应Ⅲ：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-49.58 kJ•mol-1 回答下列问题： (1)反应Ⅲ的ΔS________(填“<”“=”或“>”)0；反应Ⅱ的ΔH2=________。 (2)在恒压密闭容器中，充入一定量的H2和CO2(假定仅发生反应Ⅲ)，实验测得反应物在不同温度下，反应体系中CO2的平衡转化率与压强的关系曲线如图1所示。 ①反应过程中，不能判断反应Ⅲ已达到平衡状态的标志是________。 A.断裂3 mol H―H键，同时断裂2 mol H―O键 B.CH3OH的浓度不再改变 C.容器中气体的平均摩尔质量不变 D.容器中气体的压强不变 ②比较T1与T2的大小关系：T1________T2(填“<”“=”或“>”)，理由是_____________ ___________________________________________________________________。 ③在T1和p6的条件下，往密闭容器中充入3 mol H2和1 mol CO2，该反应在第5 min时达到平衡，此时容器的体积为1.8 L；则该反应在此温度下的平衡常数为________。 a.若此条件下反应至3 min时刻，改变条件并于A点处达到平衡，CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示(3～4 min的浓度变化未表示出来)；则改变的条件为___________________________________________________________。 b.若温度不变，压强恒定在p8的条件下重新达到平衡时，容器的体积变为______ ________L。 【解析】(1)根据方程式可判断反应Ⅲ的ΔS<0；根据盖斯定律，反应Ⅱ可由 Ⅲ-Ⅰ得到，所以反应Ⅱ的焓变ΔH2=ΔH3-ΔH1=-90.77 kJ•mol-1；(2)①A.由于甲醇和水中均含有O―H键，因此断裂3 mol H―H键，同时断裂2 mol H―O键不能说明反应达到平衡状态，符合题意；B.CH3OH的浓度不再改变说明反应达到平衡状态，不符合题意；C.正反应是体积减小的，又因为质量不变，所以容器中气体的平均摩尔质量不变说明反应达到平衡状态，不符合题意；D.由于是恒压，所以容器中气体的压强不变不能说明反应达到平衡状态，符合题意。②由于正反应是放热反应，因此在压强相等时温度升高二氧化碳的转化率降低，所以根据图象可知T1<T2。③根据图象可知在T1和p6的条件下二氧化碳的转化率是40%，往密闭容器中充入3 mol H2和1 mol CO2，该反应在第5 min时达到平衡，此时容器的体积为1.8 L，则此时反应的二氧化碳是0.4 mol，所以
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 初始量(mol) 1 3 0 0 变化量(mol) 0.4 1.2 0.4 0.4 平衡量(mol) 0.6 1.8 0.4 0.4 所以平衡时二氧化碳、氢气、甲醇和水蒸气的浓度(mol•L-1)分别是1/3、1、2/9、2/9，因此该温度下，反应的平衡常数K= = 。a.若此条件下反应至3 min时刻，改变条件并于A点处达到平衡，CH3OH的浓度随反应时间的趋势如图2所示，此时需要的时间是6 min>5 min，这说明反应速率降低，因此改变的条件为降低压强。b.若温度不变，压强恒定在p8的条件下重新达到平衡时二氧化碳的转化率为60%，则 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 初始量(mol) 1 3 0 0 变化量(mol) 0.6 1.8 0.6 0.6 平衡量(mol) 0.4 1.2 0.6 0.6 所以 = ，解得V=0.533 L。 答案：(1)< -90.77 kJ•mol-1 (2)①A、D ②< 反应Ⅲ为放热反应，温度降低，反应正向移动，所以T1<T2 ③4/27或0.148 a.降低压强 b.8/15或0.533 9.(20分)(能力挑战题)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.单位时间生成mmol N2的同时生成3mmol H2 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)氨气具有还原性，例如，氨气能与卤素单质发生置换反应。已知几种化学键的键能数据如表所示： 化学键 N―H N≡N Br―Br H―Br 键能 /kJ•mol-1 391 946 194 366 请写出氨气与溴蒸气反应的热化学方程式________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)工业上可用天然气为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该温度下，上述反应的平衡常数K=____________________________________。 ③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 (4)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)2v正(H2)=3v逆(NH3)时说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，A错误；生成m mol N2，必生成3m mol H2，且只说明了逆反应速率，但反应不一定达到平衡，B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错误。(2)由题给条件，可知氨气与溴蒸气反应生成氮气和溴化氢。ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=(391×6+194×3-946-366×6)kJ•mol-1= -214 kJ•mol-1。 (3)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，各物质的物质的量与5 min时相同，所以5 min时反应达到平衡；v(CH4)= = 0.02 mol•L-1•min-1。 ②该温度下平衡时，c(CH4)=0.10 mol•L-1，c(H2O)=0.40 mol•L-1，c(CO)= 0.10 mol•L-1，c(H2)=0.30 mol•L-1，则K= =0.067 5。③10 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。(4)由图象可知，NO的浓度达到最大值后，随温度升高，NO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)2NH3(g)+3Br2(g) N2(g)+6HBr(g) ΔH=-214 kJ•mol-1 (3)①是 0.02 mol•L-1•min-1 ②0.067 5 ③D (4)< 75%
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