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第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态
一.选择题
1.在一定条件下,使SO2与O2在一密闭容器中进行反应,下列说法中不正确的是 ( )
A.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零
B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变
C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变
D.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零
解析:根据化学平衡的建立过程可知,反应从正反应方向开始,v正最大,v逆=0,随着反应的进行,v正逐渐减小,v逆逐渐增大,最后达到平衡时,v正=v逆≠0。
答案:A
2.一定条件下的某可逆反应,其正反应速率v正和逆反应速率v逆随反应时间t的变化如图所示。下列判断中不正确的是 ( )
A.t1时刻,v正>v逆
B.t2时刻,v正=v逆
C.t2时刻,反应达到最大限度
D.t3时刻,反应停止
解析:达到平衡时反应并未停止。
答案:D
3.在一定温度下,某反应A+BC体系中,n(A)随反应时间(t)的变化如下表:
tmin
0
1
2
3
4
5
n(A)mol
0.040
0.020
0.014
0.010
0.010
0.010
该反应处于平衡状态的时间区域为 ( )
A.1~2 min B.1~3 min C.2~3 min D.3~5 min
解析:达到平衡后A的物质的量不再发生变化。
答案:D
4.一定条件下,可逆反应2A(g)B(g)+3C(g),在下列四种状态中处于平衡状态的是 ( )
选项
正反应速率
逆反应速率
A
v(A)=2 mol/(L·min)
v(B)=2 mol/(L·min)
B
v(A)=2 mol/(L·min)
v(C)=2 mol/(L·min)
C
v(A)=1 mol/(L·min)
v(B)=2 mol/(L·min)
D
v(A)=1 mol/(L·min)
v(C)=1.5 mol/(L·min)
解析:根据平衡状态的判断依据v正=v逆知,v(A)∶v(B)∶v(C)=2∶1∶3,即D项中的反应达到平衡状态。
答案:D
5.在已达到平衡的可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中,充入由18O组成的氧气一段时间后,18O存在于下列哪种物质中 ( )
A.氧气
B.氧气和三氧化硫
C.氧气和二氧化硫
D.二氧化硫、氧气和三氧化硫
解析:化学平衡是动态平衡,加入的18O2会与SO2结合生成含18O的SO3,同时含有18O的SO3又会分解得到SO2和O2,使得SO2和O2中也含有18O,因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。
答案:D
6.在一定条件下,容器内某一反应中参加反应的M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示,下列叙述中正确的是 ( )
A.反应的化学方程式为2MN
B.t2 min时,正、逆反应速率相等,达到平衡
C.t3 min时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1 min时,N的浓度是M的浓度的2倍
解析:由图像知,0~t2 min内N的物质的量的变化量是M的物质的量的变化量的2倍,可得反应的化学方程式为2NM;t2 min时体系并未达到平衡,故正反应速率与逆反应速率不相等;t3 min时反应已达到平衡,此时v正=v逆,因此A、B、C项均错误。
答案:D
7.对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述中正确的是 ( )
A.达到化学平衡时,5v正(O2)=4v逆(NO)
B.若单位时间内生成n mol NO的同时,生成n mol NH3,则反应达到平衡状态
C.若N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2时,反应达到化学平衡状态
D.化学反应速率关系是2v正(NH3)=3v正(H2O)
解析:A项,根据化学方程式,当4v正(O2)=5v逆(NO)时,表示v正=v逆,反应达到平衡状态,错误;B项,生成n mol NO表示正反应速率,生成n mol NH3表示逆反应速率,且v正=v逆,反应达到平衡状态,正确;C项,N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2时,反应不一定达到平衡状态,错误;D项,化学反应速率之比等于化学计量数之比,3v正(NH3)=2v正(H2O),错误。
答案:B
8.已知N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0,现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图不能说明该反应达到平衡状态的是 ( )
A B
C D
解析:B项,对于一个特定反应,ΔH固定不变,因此ΔH不变不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据;C项,在t1时刻,2v正(N2O4)=v逆(NO2),v正=v逆,反应达到平衡状态。
答案:B
9.在一定条件下,向2 L密闭容器中充入3 mol X(g)与1 mol Y(g)进行反应:2X(g)+Y(g)3Z(g)+2W(g),某时刻测定产物的浓度,不可能的是 ( )
A.c(Z)=0.75 mol/L B.c(Z)=1 mol/L
C.c(W)=1 mol/L D.c(Z)=0.8 mol/L
解析:X的起始浓度为3mol2 L=1.5 mol/L,Y的起始浓度为1mol2 L=0.5 mol/L,假设Y完全反应,则各物质的浓度X为0.5 mol/L,Y为0,Z为1.5 mol/L,W为1 mol/L,由于可逆反应的反应物不能完全反应,则:0<c(Y)<0.5 mol/L,0<c(Z)<1.5 mol/L,0<c(W)<1 mol/L,故c(W)=1 mol/L不可能。
答案:C
10.一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是( )
A．d点 B．b点
C．c点 D．a点
解析： 由图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d点正、逆反应速率相等，由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知，图中处于化学平衡状态的点是d点，选项A正确。
答案:A
11．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：A(g)＋3B(g)2C(g)，能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是( )
A．体系的压强不再发生变化
B．3v正(B)＝2v逆(C)
C．混合气体密度不再变化
D．消耗1 mol A的同时生成2 mol C
解析： 该反应是反应容器容积可变的密闭容器，压强始终不变，因此当体系的压强不再发生变化，不能作为判断的平衡标志，故A不符合题意；当2v正(B)＝3v逆(C)时说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡，所以3v正(B)＝2v逆(C)时正、逆反应速率不相等，反应未达到平衡，故B不符合题意；密度等于质量除以容器体积，气体质量不变，由于该反应是体积减小的反应，因此容器容积变小，密度变大，当混合气体密度不再变化时，可作为判断平衡的标志，故C符合题意；消耗1 mol A，表示正向反应，同时生成2 mol C，表示正向反应，同一个方向表示的反应，不能作为判断平衡的标志，故D不符合题意。
答案:C
二.非选择题
12.在某一容积为5 L的密闭容器内,加入0.2 mol CO与0.2 mol H2O,在催化剂存在的条件下加热至高温,发生以下反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH>0。反应中CO2的浓度随时间变化情况如图:
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡时,v(CO)= ;反应达到平衡时,c(H2)= 。
(2)判断该反应达到平衡的依据是 (填字母)。
A.CO减少的化学反应速率和CO2减少的化学反应速率相等
B.CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
C.CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
D.正、逆反应速率都为零
解析: (1)由题图可知,10 min时反应达到平衡,v(CO)=v(CO2)=0.03mol/L10min=0.003 mol/(L·min)。由化学方程式得c(H2)=c(CO2)=0.03 mol/L。
(2)达到平衡的标志是各物质的百分含量不变,浓度不变,正、逆反应速率相等且不为零。CO减少的化学反应速率是正反应速率,CO2减少的化学反应速率是逆反应速率。所以A、C两项可作为判断反应达到平衡的依据。
答案: (1)0.003 mol/(L·min) 0.03 mol/L (2)AC
13.恒温恒容下,将2 mol A气体与2 mol B气体通入容积为2 L的密闭容器中发生以下反应:2A(g)+B(g)xC(g)+2D(s),2 min时反应达到平衡状态,此时剩余1.2 mol B,并测得C的浓度为1.2 mol/L。
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成C的平均反应速率为 。
(2)x= 。
(3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是 (填字母)。
A.压强不再变化
B.气体密度不再变化
C.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
D.A的百分含量保持不变
解析: (1)v(C)=1.2mol/L2min=0.6 mol/(L·min)。
(2) 2A(g)+B(g) xC(g)+2D(s)
起始浓度(mol/L) 1 1 0
变化浓度(mol/L) 0.8 0.4 1.2
平衡浓度(mol/L) 0.2 0.6 1.2
由此可知,2∶1∶x=0.8∶0.4∶1.2=2∶1∶3,所以x=3。
(3)A项,x=3,该反应前后气体的物质的量不变,无论反应是否达到平衡,压强均不会变化;B项,气体的密度不再变化,而气体的体积不变,说明气体的质量不再发生变化,由于D为固体,故气体的质量不再发生变化,说明反应已达到平衡状态;C项,A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致,不能说明反应已达到平衡状态;D项,A的百分含量保持不变,说明反应已达到平衡状态。
答案: (1)0.6 mol/(L·min) (2)3 (3)BD
14.在2 L密闭容器内,800 ℃时发生反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),n(NO)随时间的变化如下表所示:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)如图表示NO2的浓度变化的曲线是 。用O2表示前2 s内该反应的平均速率v= 。
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
A.v(NO2)=2v(O2)
B.容器内压强保持不变
C.v逆(NO)=2v正(O2)
D.容器内密度保持不变
解析: (1)该反应达平衡时,n(NO)=0.007 mol,此时n(NO2)=0.013 mol,其浓度变化量为0.006 5 mol/L,所以表示NO2浓度变化的曲线是b。(2)A项未表明正、逆反应,无法判断,D项中容器的容积及气体的总质量都不变,气体的密度也始终不变。
答案: (1)b 1.5×10-3 mol/(L·s) (2)BC
15．一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有3 mol SO2发生了反应。
(1)反应生成了________ mol SO3，v(SO2)＝________。
(2)平衡时SO3的浓度是________，SO2的转化率是________。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________ mol。
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是________(填序号)。
①体系内压强不再改变
②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④v正(SO3)＝2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
解析：v(SO2)＝＝＝0.03 mol·L－1·min－1
2SO2 ＋ O2 2SO3
开始/mol 5 3 0
变化/mol 3 1.5 3
平衡/mol 2 1.5 3
则平衡时SO3的浓度为＝0.3 mol·L－1，SO2的转化率为×100%＝60%，平衡时混合气体的总物质的量为2 mol＋1.5 mol＋3 mol＝6.5 mol。
(4)根据反应方程式知：①中体系压强不变，说明反应已达平衡状态；②中容器的容积不变，混合气体的质量不变，则反应过程中密度始终不变，密度不变不能说明反应已达平衡状态；③中混合气体的总质量不变，但反应过程中混合气体的总物质的量改变，若平均相对分子质量不变，则说明反应已达平衡状态；④表示v正＝v逆，说明反应已达平衡状态；⑤中三者的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明反应已达平衡状态。
答案：(1)3 0.03 mol·L－1·min－1
(2)0.3 mol·L－1 60% (3)6.5 (4)①③④
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