23《化学平衡》参考答案.docx
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23《化学平衡》参考答案
第二章第三节《化学平衡》
化学平衡定义和判定
1、选择题
1.在一定量的密闭容器中进行反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1mol/L,0.3mol/L,0.2mol/L。
当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.N2为0.2mol/L,H2为0.6mol/LB.N2为0.15mol/L
C.N2、H2均为0.18mol/LD.NH3为0.4mol/L
解析:
本题考查对可逆反应的特征的理解,解答时,应注意两点:
(1)可逆反应既可向正反应方向进行,同时又可向逆反应方向进行:
(2)可逆反应不能进行到底,只能反应到一定程度达到平衡状态,平衡时各物质的物质的量都大于零。
对于本题,若反应从题给某一时刻开始向正反应方向进行并达到平衡,此时NH3的浓度应小于0.4mol/L;若反应从题给某一时刻开始向逆反应方向进行并达到平衡,此时N2的浓度应小于0.2mol/L,H2的浓度应小于0.6mol/L;从题给量的关系易知无论反应进行到什么程度,c(N2)∶c(H2)=1∶3,因此两者不可能同时均为0.18mol/L。
答案:
B
2.对于可逆反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),正反应速率分别用v(SO2)、v(O2)、v(SO3)表示,逆反应速率分别用V,(SO2)、V,(O2)、V,(SO3)表示,该反应达平衡时,则下列关系式中正确的是( )(双选)
A.v(SO2)=V,(SO2) B.v(O2)=v(SO3)C.v(SO3)=2V,(O2)D.v(SO2)=
v(SO3)
解析:
对于正反应有v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)=2∶1∶2,对于逆反应有v′(SO2)∶v′(O2)∶v′(SO3)=2∶1∶2,而达到平衡时有v(SO2)=v′(SO2)、v(O2)=v′(O2)、v(SO3)=v′(SO3)。
答案:
A、C
3、一定条件下,将A、B、C三种物质各1mol通入一个密闭容器中发生反应:
2A+B=2C,达到平衡时,B的物质的量可能是( )
A.1.5molB.1molC.0.5molD.0
解析:
用极端假设法考虑平衡完全向左进行、完全向右进行的两种情形。
2A + B 2C
(起始) 1 1 1
(向左) 1+1 1+0.5 0
2A + B 2C
(起始) 1 1 1
(向右) 0 1-0.5 1+1
得到B的极值为1.5mol和0.5mol,实际上该反应为可逆反应,不可能完全向左、向右进行,即0.5mol 答案: B 4.在一个定容的密闭容器中进行如下反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。 已知反应过程中的某一时间SO2、O2和SO3的浓度分别为0.1mol·L-1、0.05mol·L-1和0.3mol·L-1。 当反应达平衡时可能存在的数据正确的是( ) A.c(SO2)=0.25mol·L-1B.c(O2)=0.2mol·L-1 C.c(SO2)+c(SO3)=0.15mol·L-1D.c(SO2)+c(O2)=0.3mol·L-1 解析: 题中所给的反应状态可能是平衡状态,也可能是非平衡状态。 若反应逆向进行建立平衡,使0.3mol·L-1的SO3全部反应完,共有SO20.4mol·L-1,O20.2mol·L-1,但在可逆反应中,任何一种物质的浓度不可能为0,所以A可能而B不可能。 对于C选项,最简单的解法是抓住S原子守恒,由题意可知,无论何时都会有c(SO2)+c(SO3)=0.4mol·L-1,所以C选项不对。 对于D选项,要通过化学方程式计算。 首先由于SO3的浓度是0.3mol·L-1时O2的浓度是0.05mol·L-1(两者的和大于0.3),所以反应必须逆向移动才可能使两者之和为0.3mol·L-1。 设有xmol·L-1sO3分解,则其生成的O2必为 mol·L-1,则列出方程: (0.3-x)+(0.05+ )=0.3,得x=0.1mol·L-1,所以当该反应向逆反应方向移动时有0.1mol·L-1SO3分解(剩余0.2mol·L-1的SO3,生成0.05mol·L-1的O2),此时,O2的浓度为0.1mol·L-1,两者浓度之和为0.3mol·L-1,故D也正确。 答案: A、D 5.可逆反应: 2NO2 2NO+O2在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是( ) ①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2 ②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO ③用NO2,NO,O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A.①④⑥⑦B.②③⑤⑦C.①③④⑤D.全部 解析: 本题对化学平衡标志的考查更全面,不仅考查了化学平衡的直接标志,也要求对化学平衡的间接标志进行分析、判断,需要对化学反应的特征与化学平衡的关系进行全面分析才能顺利作答。 ①中单位时间内生成nmolO2必生成2nmolNO,而生成2nmolNO2时,必消耗nmolO2,①能说明达到平衡,②不能说明。 ③中属于化学反应速率与化学方程式中化学计量数的一般关系,无论达到平衡与否,都符合化学计量数之比。 有色气体的颜色不变,则表示物质的浓度不再变化,能说明反应达到平衡,故④能说明。 由于反应前后体积不同,故压强不变可作为平衡的标志,故⑥能说明。 体积固定,气体质量前后守恒,密度不变,也不能说明达到平衡,故⑤不能说明。 由于气体总质量不变,气体的平均相对分子质量不变时,则说明气体中各物质的物质的量保持不变,故⑦能说明。 答案: A 二、非选择题(共52分) 1.下列①~⑩的说法中可以说明2HI(g) H2(g)+I2(g),已达到平衡状态的是________。 ①单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI ②一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂; ③质量分数: w(HI)=w(I2); ④反应速率v(H2)=v(I2)= v(HI)时; ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1; ⑥温度和体积一定时,容器内压强不再变化; ⑦温度和体积一定时,生成物浓度不再变化; ⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化; ⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化; ⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化。 答案: ①②⑦⑨ 2.一定条件下,可逆反应A2+B2 2C达到了化学平衡状态,经测得平衡时c(A2)=0.5mol·L-1, c(B2)=0.1mol·L-1,c(C)=1.6mol·L-1。 若A2、B2、C的起始浓度分别用amol·L-1、bmol·L-1、cmol·L-1表示,请回答: (1)a、b应满足的关系是________。 (2)a的取值范围是________。 解析: (1)设反应的A2为xmol·L-1,则c(A2)=amol·L-1-xmol·L-1=0.5mol·L-1, c(B2)=bmol·L-1-xmol·L-1=0.1mol·L-1,a-b=0.4。 (2)c(C)=0时,a取最大值,此时a=0.5+0.8=1.3; c(B2)=0时,a取最小值,此时a=0.5-0.1=0.4。 a的取值范围是: 0.4≤a≤1.3。 答案: (1)a-b=0.4 (2)0.4≤a≤1.3 3.反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在恒温恒容条件下进行,下列情况中,反应正向进行的是__________;反应逆向进行的是__________;处于平衡状态的是__________;无法判断是否达到平衡的是__________。 A.单位时间内消耗2molN2,同时生成4molNH3 B.单位时间内消耗3molH2,同时生成2molNH3 C.单位时间内生成2molN2,同时生成6molN—H键 D.混合气的密度不再随时间而改变 E.容器中气体的压强不再随时间而改变 F.单位时间内生成2molNH3,同时又生成2molH—H键 解析: 本题考查了对可逆反应的方向性及平衡状态标志的判断。 A因为消耗2molN2的同时必生成4molNH3,故A无法判断是否达到平衡;B单位时间内不论反应是否平衡,消耗3molH2的同时均生成2molNH3,故无法判断是否达到平衡;C生成6molN—H键即生成2molNH3,也即有1molN2被消耗,所以v(N2消耗) 答案: F C E ABD (2)影响化学平衡的因素 一、选择题 1.对可逆反应2A(s)+3B(g) C(g)+2D(g);ΔH<0,在一定条件下达到平衡,下列有关叙述正确的是( ) ①增加A的量,平衡向正反应方向移动 ②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v(正)减小 ③压强增大一倍,平衡不移动,v(正)、v(逆)不变 ④增大B的浓度,v(正)>v(逆)⑤加入催化剂,B的转化率提高 A.①②B.④C.③D.④⑤ 解析: A是固体,其量的变化对平衡无影响;而增大B的浓度,正反应速率增大,平衡向正反应方向移动,v(正)>v(逆);升温v(正)、v(逆)均应增大,但v(逆)增大的程度大,平衡向逆反应方向移动;压强增大平衡不移动,但v(正)、v(逆)都增大;催化剂不能使化学平衡发生移动,B的转化率不变。 答案: B 2.某温度下,体积一定的密闭容器中进行如下可逆反应: X(g)+Y(g) Z(g)+W(s);ΔH>0 下列叙述正确的是( ) A.加入少量W,逆反应速率增大B.当容器中气体压强不变时,反应达到平衡 C.升高温度,平衡逆向移动D.平衡后加入X,上述反应的ΔH增大 解析: W为固体,改变其用量不影响化学反应速率,也不影响化学平衡;该可逆反应正方向进行时气体压强减小,若气体压强不变,证明反应达到平衡;正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动;ΔH由反应物、生成物能量决定,与加入反应物多少无关。 答案: B 3.在密闭容器中发生反应: aX(g)+bY(g) cZ(g)+dW(g),反应达到平衡后,将气体体积压缩到原来的一半,当再次达到平衡时,W的浓度为原平衡状态的1.8倍。 下列叙述正确的是( ) A.平衡向正反应方向移动B.(a+b)>(c+d) C.Z的体积分数变大D.X的转化率变小 解析: 将气体体积压缩到原来的一半,若平衡不发生移动,W的浓度为原平衡的2倍;由W的浓度变为原平衡状态的1.8倍,可知化学平衡向逆反应方向移动。 所以(a+b)<(c+d),Z的体积分数减小,X的转化率变小。 答案: D 4.一定条件下,体积为10L的密闭容器中,1molX和1molY进行反应: 2X(g)+Y(g) Z(g),经60s达到平衡,生成0.3molZ。 下列说法正确的是( ) A.以X浓度变化表示的反应速率为0.001mol/(L·s) B.将容器体积变为20L,Z的平衡浓度变为原来的 C.若增大压强,则物质Y的转化率减小 D.若升高温度,X的体积分数增大,则该反应的ΔH>0 解析: 根据题目的含义可以列出: 2X(g)+Y(g)Z(g) 起始(mol·L-1)0.10.10 转化(mol·L-1)0.060.030.03 平衡(mol·L-1)0.040.070.03 所以v= =0.001mol/(L·s),故A选项正确;若将容器的体积变为20L,各物质的浓度均减半,根据平衡移动原理,此平衡应向逆反应方向移动,所以Z的平衡浓度比原来的 要小,故B选项错误;由于此反应的正反应是气体体积减小的反应,因此增大压强此平衡向右移动,反应物X和Y的转化率均增大,故C选项错误;X的体积分数增大,说明平衡向逆反应方向移动,而升高温度平衡应向吸热反应方向移动,因此此反应的正反应应为放热反应,即ΔH<0,所以D选项错误。 答案: A 5.已建立平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列叙述正确的是( ) ①生成物的体积分数一定增加 ②生成物的产量一定增加 ③反应物的转化率一定增加 ④反应物的浓度一定降低 ⑤正反应速率一定大于逆反应速率 A.①②④⑤ B.①②③⑤ C.②③D.②⑤ 解析: 这是一道由不同条件引起化学平衡移动后,对平衡产生影响的分析题。 题中给定了平衡的移动方向,要求判断引起平衡移动的原因及可能产生的结果。 平衡向正反应方向移动,由于改变条件不明,反应物的转化率、浓度均无法确定,则应具体分析使平衡发生移动的原因。 若是通过改变温度或改变压强使平衡发生移动,①,③,④所述情况是成立的;通过增加反应物的浓度使平衡向正反应方向移动,若增加反应物的量很多,生成物体积分数必然降低(混合气体的总物质的量增加),该反应物的浓度较原浓度增大(增加部分较原转化的浓度要少),该物质的转化率降低,故①,③,④均不确定。 由于反应向正方向移动,生成更多的生成物,生成物的量必然增加,故②正确;平衡向正反应方向移动,必是正反应速率大于逆反应速率的结果,故⑤正确。 答案: D 二、非选择题(共52分) 13.在一定条件下,反应A(g)+B(g) C(g)(正反应为放热反应)达到平衡后,根据下列图像判断: (1)升温,达到新平衡的是________,新平衡中C的体积分数________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同)。 (2)降压,达到新平衡的是________,A的转化率________。 (3)减少C的量,达到新平衡的是________。 (4)增加A的量,达到新平衡的是________,此时B的转化率________,A的转化率________。 (5)使用催化剂,达到平衡的是________,A的转化率_______,C的质量分数________。 解析: 改变压强、温度及使用催化剂,其反应速率均发生变化,改变压强,速率有“跳挡”,而改变浓度常常使一个反应的反应速率逐渐变化,根据改变条件后,平衡向哪个方向移动,确定反应速率的相对大小,结合速率的变化特点进行判断。 答案: (1)B 减小 (2)C 减小 (3)E (4)A 增大 减小 (5)D 不变 不变 14.在密闭容器中进行下列反应CO2(g)+C(s) 2CO(g) ΔH>0达到平衡后,改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化: (1)增加C,平衡__________,c(CO)____________________。 (2)减小密闭容器体积,保持温度不变,则平衡__________,c(CO2)__________。 (3)通入N2,保持密闭容器体积和温度不变,则平衡_________,c(CO2)__________。 (4)保持密闭容器体积不变,升高温度,则平衡__________,c(CO)__________。 解析: (1)C为固体,增加C,其浓度并不改变,平衡不发生移动; (2)减小容器体积,相当于增大压强,向气体体积减小的方向移动;(3)通入的N2不参加反应,并且密闭容器体积和温度不变时,各物质的浓度并不变,平衡不发生移动;(4)其他条件相同,升高温度,平衡向吸热方向移动。 答案: (1)不移动 不变 (2)向逆反应方向移动 增大 (3)不移动 不变 (4)向正反应方向移动 增大 (3)化学平衡常数和化学平衡计算 一、选择题 1.在密闭容器中将CO和水蒸气的混合物加热到800℃时,有下列平衡: CO+H2O CO2+H2,且K=1。 若用2molCO和10molH2O相互混合并加热到800℃,则CO的转化率为( ) A.16.7% B.50%C.66.7%D.83.3% 答案: D 2.在一个容积为6L的密闭容器中,放入3LX(g)和2LY(g),在一定条件下反应: 4X(g)+nY(g) 2Q(g)+6R(g)反应达到平衡后,容器内温度不变,混合气体的压强比原来增加了5%,X的浓度减小1/3,则该反应中n值为( ) A.3B.4C.5D.6 解析: 因X的浓度减小,说明反应向正反应方向进行,又因混合气体的压强比原来增加了5%,说明正反应为气体总体积扩大的反应,则有: 4+n<2+6,所以n<4。 答案: A 3.在一固定容积的密闭容器中,加入4LX(g)和6LY(g),发生如下反应: X(g)+nY(g)2R(g)+W(g),反应达到平衡时,测知X和Y的转化率分别为25%和50%,则化学方程式中的n值为( ) A.4B.3C.2D.1 解析: 设反应消耗X的体积为x。 则 X(g)+nY(g)2R(g)+W(g) 开始体积/L: 4 6 0 0 转化体积/L: x nx 据题意 解得: 答案: B 4.在一定条件下,1molN2和3molH2混合后反应,达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下氢气的5倍,则氮气的转化率为( ) A.20%B.30%C.40%D.50% 解析: N2+ 3H22NH3 起始量/mol 1 3 0 转化量/mol x 3x 2x 平衡量/mol 1-x 3-3x 2x n总=1mol-x+3mol-3x+2x=4mol-2x, m总=28g·mol-1×lmol+2g·mol-1×3mol=34g, 故 = = =5M(H2)=10g·mol-1, x=0.3mol,即α(N2)=30%。 答案: B 二、非选择题(共56分) 1.已知CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的正反应为放热反应,850℃时K=1。 (1)若温度升高到900°C,达平衡时K________1(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (2)850℃时,固定容积的密闭容器中,放入混合物,起始浓度为c(CO)=0.01mol·L-1,c(H2O)=0.03mol·L-1,c(CO2)=0.01mol·L-1,c(H2)=0.05mol·L-1。 则反应开始时,H2O消耗速率比生成速率________(填“大”、“小”或“不能确定”)。 (3)恒温恒容时,若向容器内充入适量H2S气体,则重新达平衡时,CO的反应速率比充H2S之前________(填“大”、“小”或“不能确定”),理由是______________________________。 答案: (1)小于 (2)小 (3)大 因H2S气体会建立如下平衡: H2SH2+S,H2增大浓度,使反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)平衡向左移动,CO浓度增大,达新平衡时,反应速率加快 2.恒温下,将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中,发生如下反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) (1)若反应进行到某时刻t时,nt(N2)=13mol,nt(NH3)=6mol,计算a的值。 (2)反应达平衡时,混合气体的体积为716.8L(标准状况下),其中NH3的体积分数为25%。 计算平衡时NH3的物质的量。 (3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比(写出最简整数比,下同),n(始): n(平)=_____________________。 (4)原混合气体中,a∶b=________。 (5)达到平衡时,N2和H2的转化率之比,α(N2)∶α(H2)=________。 (6)平衡混合气体中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=________。 解析: (1)由反应的化学方程式得知,反应掉的N2和生成的NH3的物质的量之比为1∶2,设反应掉的N2的物质的量为x。 则x∶6mol=1∶2 解得: x=3mol a=13+3=16。 (2)n平(NH3)= ×25%=8mol。 (3)平衡时: n平= =32mol n平(NH3)=8mol 所以n始=40mol(差量法) n始∶n平=40mol∶32mol=5∶4。 (4)a+b=40 a=16 所以b为24 所以a∶b=16∶24=2∶3 (5)α(N2)∶α(H2)= ∶ =l∶2。 (6)平衡时: n(NH3)=8mol,n(N2)=12mol,n(H2)=12mol, 所以n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=3∶3∶2。 答案: (1)16 (2)8mol (3)5∶4 (4)2∶3 (5)1∶2 (6)3∶3∶2 3.(10分)一定温度下的密闭容器中存在如下反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),知c始(SO2)=0.4mol·L-1,c始(O2)=1mol·L-1,经测定该反应在该温度下的平衡常数K≈19,试判断: (1)当SO2转化率为50%时,该反应是否达到平衡状态? 若未达到,向哪个方向进行? (2)达到平衡状态时,SO2的转化率应为多少? 解析: (1) 2SO2+O22SO3 开始/mol·L-10.4 1 0 转化/mol·L-10.2 0.1 0.2 转化后/mol·L-10.2 0.9 0.2 此时: = = =1.11<19。 可知当SO2转化率为50%时,反应未达到平衡状态,反应向正反应方向进行。 (2)设达到平衡时,SO2转化的物质的量为x,则O2转化 ,生成SO3为x。 所以K= ≈19,x=0.32mol·L-1。 所以SO2的转化率为 ×100%=80%。 答案: (1)反应Qc (2)80% (4)化学平衡图像和等效平衡 一、选择题 1.向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O(g),发生反应: CO+H2O(g) CO2+H2。 当反应达到平衡时,CO的体积分数为x。 若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四种配比充入该容器中,达到平衡时CO的体积分数大于x的是( ) A.0.5molCO+2molH2O(g)+1molCO2+1molH2B.1molCO+1molH2O(g)+1molCO2+1molH2 C.0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.4molCO2+0.4molH2D.0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.5molCO2+0.5molH2 解析: 本题考查了等效平衡的问题。 对于反应CO+H2O(g) CO2+H2,是一个反应前后气体的体积不变的反应,因此在恒温和恒容条件下是等效平衡的条件是CO和H2O(g)的物质的量之比与起始时加入的CO和H2O(g)的物质的量之比相等即可。 因此只要将各选项中的投料转化为CO和H2O(g)的物质的量,并与原平衡进行对比即可。 对于A选项中的配料相当于CO有1.5mol、H2O(g)有3mol,即二者之比为1∶2,所以此情况下的平衡与原平衡等效,即CO的体积分数仍为x;对于B选项中的配料相当于CO有2mol、H2O(g)有2mol,相对于原平衡可以认为是在原平衡的基础上又加入了1molCO,根据平衡移动原理,平衡相当于向右移动,但是CO的体积分数增大
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