高届高级高三化学一轮复习之专题课后练习22.docx
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高届高级高三化学一轮复习之专题课后练习22
专题课后练习(二十二) 化学平衡
1.(2020陕西榆林质检)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH<0,若在恒温恒容的密闭容器中发生,下列选项表明反应一定达到平衡状态的是( )
A.容器内的温度不再变化
B.容器内的压强不再变化
C.相同时间内,断开H—H键的数目和断开N—H键的数目相等
D.容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
【参考答案】:
B [试题解析]:
本题考查化学平衡状态的判断。
合成氨反应在恒温恒容的密闭容器中进行,体系的温度始终不变,故不能根据温度判断是否达到平衡状态,A错误;反应中,气体的总物质的量和压强不断变化,当容器内的压强不再变化时,该反应达到平衡状态,B正确;达到平衡时,断裂3molH—H键的同时断裂6molN—H键,故相同时间内,断开H—H键的数目和断开N—H键的数目相等时,该反应未达到平衡状态,C错误;达到平衡时,c(N2)、c(H2)、c(NH3)均保持不变,当容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2时,该反应不一定达到平衡状态,D错误。
2.(2020河南郑州外国语学校联考)在1L恒温恒容的密闭容器中投入一定量N2O5,发生反应:
反应1:
N2O5(g)===N2O4(g)+
O2(g)
ΔH=+28.4kJ·mol-1;
反应2:
N2O4(g)2NO2(g)
ΔH=-56.9kJ·mol-1。
现有下列情况:
①混合气体的密度保持不变;②气体压强保持不变;③气体的平均摩尔质量保持不变;④
保持不变;⑤O2的物质的量保持不变;⑥v正(N2O4)∶v逆(NO2)=1∶2。
能表明反应2一定达到平衡状态的是( )
A.①②③⑤B.②③④⑥
C.①③⑤⑥D.②③④⑤
【参考答案】:
B [试题解析]:
本题考查化学平衡状态的判断。
①反应中各物质均为气体,混合气体的总质量不变,且反应在恒容条件下进行,则混合气体的密度始终不变,故不能判断反应2是否达到平衡,错误;②反应2的平衡建立过程中,气体总物质的量不断变化,则气体压强不断变化,当气体压强保持不变时,反应2达到平衡状态,正确;③平衡建立过程中,混合气体的总质量不变,但其总物质的量不断反应2变化,故当气体的平均摩尔质量保持不变时,反应2达到平衡状态,正确;④
保持不变,则c(NO2)、c(N2O4)均保持不变,反应2达到平衡状态,正确;⑤反应1是不可逆反应,O2的物质的量始终保持不变,不能据此判断反应2是否达到平衡,错误;⑥v正(N2O4)∶v逆(NO2)=1∶2,正、逆反应速率相等,反应2达到平衡状态,正确。
3.(2020安徽A10联盟阶段考)一定温度下,向容积为2L的恒容密闭容器中加入2molA(g)和3molB(g)发生反应:
A(g)+B(g)C(g) ΔH>0,达到平衡后容器内压强是开始时的84%。
若加入某种催化剂后反应的能量变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.由图可知,加入催化剂之后,原反应分成了两步,第一步反应较慢
B.若40s后达到平衡,则用A表示该反应的速率为0.01mol·L-1·min-1
C.当容器中
不再改变时,不能说明该反应达到了平衡状态
D.达到平衡时,C的体积分数约为25%
【参考答案】:
A [试题解析]:
本题考查催化剂对化学反应的影响,涉及反应速率、平衡状态的判断及体积分数的计算。
图中存在两座“山峰”,反应中存在中间态物质,说明加入催化剂后,原反应被分成两步,第一步的“峰值”较高,说明该步反应的活化能较大,则第一步反应较慢,A正确。
设A的转化浓度为xmol·L-1,根据“三段式法”计算,则有:
A(g)+B(g) C(g)
起始浓度/(mol·L-1)11.50
转化浓度/(mol·L-1)xxx
平衡浓度/(mol·L-1)1-x1.5-xx
根据阿伏加德罗定律,恒温恒容时,气体的压强之比等于其物质的量之比,则有
=84%,解得x=0.4,则有v(A)=
=0.01mol·L-1·s-1=0.6mol·L-1·min-1,B错误。
开始时
=1.5,平衡时
≈1.8,说明达到平衡前
不断变化,故当容器中
不再改变时,该反应达到平衡状态,C错误。
根据阿伏加德罗定律,达到平衡时,C的体积分数等于其物质的量分数,则有φ(C)=
×100%≈19%,D错误。
4.(2020湖北武汉重点中学联考)温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)(正反应放热)。
该反应分为两步进行:
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g)(快);
②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g)(慢)。
下列说法正确的是( )
A.达到平衡时,容器Ⅰ和容器Ⅱ中的总压强之比为2∶1
B.当温度改变为T2时,若K=50,则T2 C.容器Ⅲ达到平衡所需的时间,取决于上述反应①建立平衡的速率 D.达到平衡时,容器Ⅱ中 比容器Ⅲ中的大 【参考答案】: B [试题解析]: 将容器Ⅰ中0.1mol·L-1的NOBr完全转化为NO、Br2,其浓度分别为0.1mol·L-1、0.05mol·L-1,则容器Ⅰ和Ⅱ是完全等效的,达到平衡时,容器Ⅰ和容器Ⅱ中的总压强之比为1∶1,A错误。 根据容器Ⅰ中平衡浓度计算可得,K(T1)= = =10,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K变小,而K(T2)=50,则T2 反应①是快反应,反应②是慢反应,则反应2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)的速率由反应②决定,故容器Ⅲ达到平衡所需的时间,取决于上述反应②建立平衡的速率,C错误。 将容器Ⅱ、容器Ⅲ的生成物全部转化成反应物,容器Ⅱ的投料相当于容器Ⅲ的2倍,达到平衡时,容器Ⅱ相当于对两个容器Ⅲ进行加压,平衡正向移动,容器Ⅱ中c(Br2)减小,c(NOBr)增大,容器Ⅱ中 比容器Ⅲ中的小,故D错误。 5.(2020江西奉新一中期末)一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO: MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g)'ΔH>0。 该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是( ) 选项 x y A 温度 容器内混合气体的密度 B CO的物质的量 CO2与CO的物质的量之比 C SO2的浓度 平衡常数K D MgSO4的质量 (忽略体积) CO的转化率 【参考答案】: A [试题解析]: 该反应的ΔH>0,升高温度,平衡正向移动,MgSO4转变为MgO,固体质量减小,因此混合气体总质量增大,由于容器容积不变,则容器内混合气体的密度逐渐增大,A正确。 增加CO的物质的量,平衡正向移动,n(CO2)逐渐增大,根据勒夏特列原理可知,平衡虽然正向移动,但n(CO)增大的程度仍大于n(CO2)增大的程度, 的值反而减小,B错误。 增大SO2的浓度,平衡逆向移动,由于反应体系的温度不变,则平衡常数K不变,C错误。 MgSO4是固体,增加其质量,平衡不发生移动,则CO的转化率不变,D错误。 6.(2020北京海淀区期中)生产硫酸的主要反应: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。 图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。 下列说法正确的是( ) A.X代表压强 B.L1>L2 C.A、B两点对应的平衡常数相同 D.一定温度下,当混合气中n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2时,反应一定达到平衡 【参考答案】: B [试题解析]: 本题考查温度、压强对平衡的影响及图像分析。 若X代表压强,则L代表温度,温度相同时,增大压强,平衡正向移动,SO2的平衡转化率增大,与图像不符合,A错误。 结合A项分析推知,X代表温度,L代表压强;温度相同时,增大压强,平衡正向移动,SO2的平衡转化率增大,则压强: L1>L2,B正确。 温度升高,平衡逆向移动,平衡常数K减小;由于温度: A K(A)>K(B),C错误。 温度一定,达到平衡状态时,n(SO2)、n(O2)和n(SO3)均保持不变,但其比值不一定等于对应的化学计量数之比,D错误。 7.(2020河北唐山一中冲刺)恒容条件下,1molSiHCl3发生如下反应: 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。 已知: v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数(仅与温度有关),x为物质的量分数。 如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。 下列说法正确的是( ) A.该反应为放热反应,v正,a B.化学平衡状态时,2v消耗(SiHCl3)=v消耗(SiCl4) C.当反应进行到a点时, = D.T2K时,平衡体系中再充入1molSiHCl3,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)增大 【参考答案】: C [试题解析]: 本题考查不同温度下反应物的物质的量分数变化图像分析。 因两曲线对应的状态只是温度不同,由图像知达到平衡所需时间T2K比T1K短,温度越高反应速率越快,达到平衡所需时间越短,所以温度: T2>T1。 又因T2K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1K时小,说明升温平衡向正反应方向移动,由此推知该反应为吸热反应,A错误;各物质的化学反应速率之比等于化学方程式中相应化学计量数之比,化学平衡状态时,v消耗(SiHCl3)=2v消耗(SiCl4),B错误;2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)的反应前后分子数不变,即反应开始至达到平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1mol,由图像知,T2K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75,则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125,因为平衡时v正=v逆,v正=k正x2(SiHCl3)=0.752k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)=0.1252k逆,则0.752k正=0.1252k逆, = = 因k正和k逆只与温度有关,反应进行到a点时,v正=k正x2(SiHCl3)=0.82k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)=0.12k逆, × = × = C正确;恒温恒容条件下再充入1molSiHCl3,相当于增大压强,而2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)是反应前后气体分子数不变的反应,所以改变压强,平衡不移动,再次达到平衡时x(SiH2Cl2)不变,D错误。 8.(2020安徽合肥一模)在一恒温恒压的密闭容器中发生反应: M(g)+N(g)2R(g) ΔH<0,t1时刻达到平衡,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如图所示。 下列说法不正确的是( ) A.t1时刻的v正小于t2时刻的v正 B.t2时刻改变的条件是向密闭容器中加R C.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,M的体积分数相等 D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,反应的平衡常数相等 【参考答案】: A [试题解析]: 由图像可知,t2时刻改变条件后v逆增大,平衡后与原平衡相等,而密闭容器又是恒温恒压条件,则t2时刻改变的条件只能是向密闭容器中加入R,B项正确;t2时刻加入R的瞬间容器体积增大,反应物浓度减小,v正减小,所以t1时刻的v正大于t2时刻的v正,A项错误;由题图知,t2时刻改变条件后达到的平衡和原平衡等效,M的体积分数不变,C项正确;平衡常数只受温度影响,Ⅰ、Ⅱ两过程温度相同,故Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数K(Ⅰ)=K(Ⅱ),D项正确。 9.(2020陕西咸阳一模)以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝。 电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲醇化再利用。 请回答下列问题: (1)已知: 2Al2O3(s)===4Al(g)+3O2(g) ΔH1=+3351kJ·mol-1 2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2=-221kJ·mol-1 2Al(g)+N2(g)===2AlN(s) ΔH3=-318kJ·mol-1 则碳热还原Al2O3合成氮化铝的总热化学方程式为 ___________________________________________________。 (2)在压强为0.1MPa条件下,将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)'ΔH<0。 ①下列有关叙述能说明该反应达到平衡状态的是________(填序号)。 a.混合气体的密度不再变化 b.CO和H2的物质的量之比不再变化 c.v正(H2)=v逆(CH3OH) d.CO在混合气体中的质量分数保持不变 ②T1℃时,在一个容积为5L的恒压容器中充入1molCO、2molH2,经过5min达到平衡,CO的转化率为0.75,则T1℃时,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K=________。 ③T1℃时,在容积为5L的恒容容器中充入一定量的H2和CO,反应达到平衡时CH3OH的体积分数与 的关系如图所示。 温度不变,当 =2.5时,达到平衡状态,CH3OH的体积分数可能是图像中的________点。 (3)CO2和H2在一定条件下发生反应: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),平衡常数K= 。 在容积为2L的密闭容器中,充入2molCO2和6molH2,恒温恒容时达到平衡。 相同条件下,在另一个恒定容积为2L的密闭容器中充入amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH、dmolH2O(g),要使两容器达到相同的平衡状态,且起始时反应逆向进行,则d的取值范围为________。 (4)研究表明,CO2可以在硫酸溶液中用惰性电极电解生成甲醇,则生成甲醇的电极反应式为________。 【参考答案】: (1)N2(g)+3C(s)+Al2O3(s)===2AlN(s)+3CO(g) ΔH=+1026kJ·mol-1 (2)①ad②75'③F (3)1 (4)CO2+6H++6e-===CH3OH+H2O [试题解析]: 本题综合考查盖斯定律的应用、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的计算、“等效平衡”原理及应用等。 (1)将题给热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由①× +②× +③可得N2(g)+3C(s)+Al2O3(s)===2AlN(s)+3CO(g),则有ΔH=(+3351kJ·mol-1)× +(-221kJ·mol-1)× +(-318kJ·mol-1)=+1026kJ·mol-1。 (2)①恒压条件下进行反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),容器的容积不断变化,混合气体的总质量不变,则气体的密度不断变化,若混合气体的密度不再变化,则达到平衡状态,a正确;若按物质的量之比为1∶2投入CO和H2,二者的物质的量之比一直不变,b错误;达到平衡时,v正(H2)=2v逆(CH3OH),c错误;CO在混合气体中的质量分数保持不变,则n(CO)保持不变,该反应达到平衡状态,d正确。 ②T1℃时,在恒压容器中进行反应,经过5min达到平衡,CO的转化率为0.75,则平衡时混合气体的总物质的量为1.5mol;根据恒温恒压时,气体的体积之比等于其物质的量之比,此时容器的容积为 =2.5L,则平衡时CO(g)、H2(g)、CH3OH(g)的浓度分别为0.1mol·L-1、0.2mol·L-1、0.3mol·L-1,故T1℃时,该反应的平衡常数K= = =75。 ③T1℃时,图中C点 =2, 由2变为2.5,相当于增加H2的量,平衡正向移动,根据勒夏特列原理分析可知,n(CH3OH)增加量小于n总(气体)的增加量,则CH3OH的体积分数减小,故图中F点符合要求。 (3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是反应前后气体总分子数不相等的反应,恒温恒容时,欲使两容器达到相同的平衡状态,则两容器中起始加入对应物质的物质的量分别相等。 将cmolCH3OH、dmolH2O(g)向左完全转化为CO2和H2,则有c=d,生成dmolCO2和3dmolH2,从而可得n(CO2)=amol+dmol=(a+d)mol=2mol,n(H2)=bmol+3dmol=(b+3d)mol=6mol,由于a>0,a+d=2,则有d<2。 恒定容积为2L的密闭容器中充入amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH、dmolH2O(g),此时Qc= 又知b=3a、c=d,则有Qc= 。 欲使起始时反应逆向进行,应满足Qc>K,则有 > 即d>a2,又知a=2-d,那么d>(2-d)2,解得1 (4)CO2可以在硫酸溶液中用惰性电极电解生成CH3OH,C元素由+4价降低到-2价,则1molCO2得到6mol电子,考虑溶液呈酸性及质量守恒写出电极反应式: CO2+6H++6e-===CH3OH+H2O。
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