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跟踪检测二十化学平衡状态化学平衡移动
跟踪检测(二十)化学平衡状态化学平衡移动
[本节过关达标练]
1.密闭容器中一定量的混合气体发生反应:
xA(g)+yB(g)zC(g),平衡时,测得A的浓度为0.50mol·L-1,在温度不变时,把容器容积扩大到原来的2倍,使其重新达到平衡,A的浓度为0.30mol·L-1,有关叙述不正确的是( )
A.平衡一定向右移动 B.B的转化率减小
C.x+y>zD.C的体积分数减小
解析:
选A 假设把容器扩大到原来的2倍时,平衡不移动,则这时A的浓度由0.50mol·L-1变为0.25mol·L-1,而A的浓度为0.30mol·L-1,平衡向生成A的方向移动,即向逆反应方向移动,A不正确。
2.(2017·合肥质检)已知:
A(g)+2B(g)2C(g) ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),在恒容的密闭容器中充入1molA和2molB,一定条件下发生反应。
下列有关说法正确的是( )
A.平衡前,随着反应的进行,容器内气体密度逐渐减小
B.平衡时,该反应放出的热量为QkJ
C.平衡后,再向容器中通入1mol氦气,A的转化率增大
D.平衡后,缩小容器容积,A的浓度增大
解析:
选D 反应体系中全为气态物质,气体的总质量不变,而容器恒容,因此气体的密度始终不变,A项错误;该反应为可逆反应,反应不能进行完全,放出的热量小于QkJ,B项错误;平衡后再通入1mol氦气,虽然压强增大,但各物质的浓度均不变,因此平衡不移动,A的转化率不变,C项错误;平衡后,缩小容器容积,压强增大,平衡向正反应方向移动,但A的浓度增大,D项正确。
3.在一定温度下,将气体X和气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中,发生反应:
X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0。
一段时间后达到平衡,反应过程中测定的数据如下表:
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是( )
A.反应前2min的平均速率v(Z)=2.0×10-3mol·L-1·min-1
B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
C.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.32mol气体X和0.32mol气体Y,到达平衡时,n(Z)<0.24mol
D.其他条件不变,向平衡体系中再充入0.16mol气体X,与原平衡相比,达到新平衡时,气体Y的转化率增大,X的体积分数增大
解析:
选D 2min内Δn(Y)=(0.16-0.12)mol=0.04mol,因此Δn(Z)=0.08mol,Δc(Z)=
=0.008mol·L-1,v(Z)=
=0.004mol·L-1·min-1,故A错误;该反应正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应方向移动,反应达到新平衡前v(逆) 4.某温度下,向2L恒容密闭容器中充入1.0molA和1.0molB,发生反应A(g)+B(g)C(g),经过一段时间后反应达到平衡。 反应过程中测定的部分数据见下表,下列说法正确的是( ) t/s 0 5 15 25 35 n(A)/mol 1.0 0.85 0.81 0.80 0.80 A.反应在前5s的平均反应速率v(A)=0.15mol·L-1·s-1 B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(A)=0.41mol·L-1,则反应的ΔH>0 C.相同温度下,起始时向容器中充入2.0molC,达到平衡时,C的分解率大于80% D.相同温度下,起始时向容器中充入0.2molA、0.2molB和1.0molC,反应达到平衡前,反应速率v正 解析: 选D v(A)= =0.015mol·L-1·s-1,A项错误;升高温度,平衡时剩余A的物质的量为0.41mol·L-1×2L=0.82mol,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,B项错误;向容器内加入2molC等效为起始加入2molA和2molB,与原平衡相比,压强增大,平衡正向移动,平衡时C的物质的量大于0.4mol,故充入2molC,平衡时C的分解率小于80%,C项错误;该温度下,反应的平衡常数为K= ,Q=50>K,反应逆向进行,v正 5. (2017·沧州高三质检)在一定条件下,反应X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,X的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。 下列说法正确的是( ) A.图中A、B两点,达到相同的平衡体系 B.上述反应在达到平衡后增大压强,X的转化率提高 C.升高温度,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应速率增大,正反应速率减小 D.将1.0molX、3.0molY置于1L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4kJ 解析: 选B 图中A、B两点,X的平衡转化率(α)不同,两者为不相同的平衡体系,故A错误;增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,即向正反应方向移动,X的转化率提高,故B正确;升高温度正、逆反应速率都增大,故C错误;已知热化学方程式表示1molX(g)和3molY(g)完全反应生成2molZ(g),放出的热量为92.4kJ,由于可逆反应反应物不能完全转化,1.0molX、3.0molY置于1L密闭容器中发生反应,放出的热量小于92.4kJ,故D错误。 6.(2017·湖南六校联考)在一密闭容器中发生反应: 2X(g)+Y(g)aZ(g) ΔH=QkJ·mol-1,开始按体积比2∶1将X、Y充入反应器中,一定条件下发生反应,下列有关说法正确的是( ) A.图甲,p1>p2,a<3 B.图甲,T1 C.图乙,t1时表示恒温、恒压条件下,向平衡体系中充入一定量的Z气体 D.图乙,如果a=3,t2时表示向体系中加入了催化剂 解析: 选C 根据“先拐先平,数值大”分析图甲。 从p1T1与p2T1两条曲线看,p1>p2,且p1时Z的体积分数小,说明增大压强平衡逆向移动,a>3,A项错误;同样方法可得T1 7.在三种不同条件下,分别向容积为2L的恒容密闭容器中充入2molA和1molB,发生反应如下: 2A(g)+B(g)2D(g) ΔH=-QkJ·mol-1,相关条件和数据见下表。 实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ 反应温度/℃ 800 800 850 达平衡时间/min 40 10 30 c(D)平衡/mol·L-1 0.5 0.5 0.15 反应的能量变化/kJ Q1 Q2 Q3 下列说法中正确的是( ) A.可用压强或密度是否发生变化判断上述反应是否达平衡状态 B.实验Ⅱ可能隐含的条件是使用催化剂,实验Ⅲ达平衡时v(D)为0.05mol·L-1·min-1 C.由表中信息可知Q>0,并且有Q3 D.实验Ⅰ达平衡后,恒温下再向容器中通入1molA和1molD,新平衡时c(D)为1.0mol·L-1 解析: 选D 反应在恒容条件下进行,因此不能用密度的变化判断是否达平衡状态,A错误;对比实验Ⅰ和Ⅱ可知实验Ⅱ使用了催化剂,实验Ⅲ中v(D)为0.005mol·L-1·min-1,B错误;对比实验Ⅰ和Ⅲ可知Q>0,但根据热化学方程式中反应热的含义可得Q3 8.当温度高于500K时,科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇,这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。 回答下列问题: (1)该反应的化学方程式为____________________;其平衡常数表达式为K=______________________。 (2)在恒容密闭容器中,判断上述反应达到平衡状态的依据是________。 a.体系压强不再改变 b.H2的浓度不再改变 c.气体的密度不随时间改变 d.单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3∶1 (3)在一定压强下,测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中,起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。 根据图中数据分析: ①降低温度,平衡向________方向移动。 ②在700K、起始投料比 =1.5时,H2的转化率为________。 ③在500K、起始投料比 =2时,达到平衡后H2的浓度为amol·L-1,则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为________。 解析: (1)由题给信息可得到该反应的化学方程式为2CO2+6H2 C2H5OH+3H2O;该反应的平衡常数表达式为K= 。 (2)该反应为气体体积减小的化学反应,当体系的压强不再改变时,反应达到平衡状态,另外氢气的浓度不再变化,也能说明反应达到平衡状态;由于在500K时,所有物质均为气体,故在恒容状态下气体的密度恒为定值,密度不变不能说明反应达到平衡状态;根据化学方程式可知,任何单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比均为3∶1。 (3)①由图中信息可知,其他条件不变时,升高温度,CO2的转化率降低,说明平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,即降低温度,平衡将向正反应方向移动。 ②700K时,当氢气与二氧化碳的起始投料比 =1.5时,由图像可知二氧化碳的转化率为20%,由化学方程式2CO2+6H2 C2H5OH+3H2O,可计算出氢气的转化率为40%。 ③设起始时c(CO2)=xmol·L-1,则起始时c(H2)=2xmol·L-1,有 2CO2+6H2 C2H5OH+3H2O 起始浓度(mol·L-1)x2x00 转化浓度(mol·L-1)0.6x1.8x0.3x0.9x 平衡浓度(mol·L-1)0.4x0.2x0.3x0.9x 0.2x=a,得x=5a,平衡时c(CH3CH2OH)=0.3xmol·L-1=1.5amol·L-1。 答案: (1)2CO2+6H2 C2H5OH+3H2O (2)ab (3)①正反应(或右) ②40% ③1.5amol·L-1 9.已知A(g)+B(g)C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下: 温度/℃ 700 800 830 1000 1200 平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4 回答下列问题: (1)该反应的平衡常数表达式K=________________,ΔH________(填“<”“>”或“=”)0。 (2)830℃时,向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B,如反应初始6s内A的平均反应速率v(A)=0.003mol·L-1·s-1,则6s时c(A)=________mol·L-1,C的物质的量为________mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为________,如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气,平衡时A的转化率为_______。 (3)判断该反应是否达到平衡的依据为________(填字母)。 a.压强不随时间改变 b.气体的密度不随时间改变 c.c(A)不随时间改变 d.单位时间里生成C和D的物质的量相等 (4)1200℃时反应C(g)+D(g)A(g)+B(g)的平衡常数的值为________。 解析: K= ;由表中数据知,温度升高,K值减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,即ΔH<0。 (2)v(A)=0.003mol·L-1·s-1,则6s后A减少的浓度Δc(A)=v(A)·t=0.018mol·L-1,故剩余的A的浓度c(A)= -0.018mol·L-1=0.022mol·L-1;A减少的物质的量为0.018mol·L-1×5L=0.09mol,根据方程式的化学计量数关系可知,生成的C的物质的量也为0.09mol。 设830℃达平衡时,转化的A的浓度为xmol·L-1,则: A(g) + B(g)C(g)+D(g) 起始浓度(mol·L-1)0.040.1600 转化浓度(mol·L-1)xxxx 平衡浓度(mol·L-1)0.04-x0.16-xxx 有: =1,解得x=0.032,故A的转化率α(A)= ×100%=80%;由于容器的容积是固定的,通入氩气后各组分的浓度不变,反应速率不改变,平衡不移动。 (3)由于该反应是反应前后气体体积不变的反应,且反应物和生成物都是气体,故容器中压强、气体的密度始终不变,a、b错误;不论是否达平衡,单位时间内生成C和D的物质的量一定相等,d错误。 (4)反应“C(g)+D(g)A(g)+B(g)”与“A(g)+B(g)C(g)+D(g)”互为逆反应,平衡常数互为倒数关系,故1200℃时,C(g)+D(g)A(g)+B(g)的K= =2.5。 答案: (1) < (2)0.022 0.09 80% 80% (3)c (4)2.5 10.开发新能源是解决环境污染的重要举措,工业上常用CH4与CO2反应制备H2和CO,再用H2和CO合成甲醇。 (1)已知: ①2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1=-1274.0kJ·mol-1 ②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)ΔH2=-566.0kJ·mol-1 ③H2O(g)===H2O(l) ΔH3=-44kJ·mol-1 则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为___________________。 (2)在恒容密闭容器中通入CH4与CO2,使其物质的量浓度均为1.0mol·L-1,在一定条件下发生反应: CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示: 则: ①该反应的ΔH________0。 (填“<”“=”或“>”) ②压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为______________________。 压强为p4时,在b点: v(正)________v(逆)。 (填“<”“=”或“>”) ③对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp),则该反应的平衡常数的表达式Kp=__________________;如果p4=0.36MPa,求a点的平衡常数Kp=______________。 (保留3位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数) ④为探究速率与浓度的关系,该实验中,根据相关实验数据,粗略绘制出了2条速率—浓度关系曲线: v正~c(CH4)和v逆~c(CO)。 则: (ⅰ)与曲线v正~c(CH4)相对应的是图中曲线______(填“甲”或“乙”)。 (ⅱ)当降低到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的平衡点分别为________(填字母)。 解析: (1)根据盖斯定律,由(①-②+③×4)× 可得: CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l) ΔH=(ΔH1-ΔH2+ΔH3×4)× =(-1274.0kJ·mol-1+566.0kJ·mol-1-44kJ· mol-1×4)× =-442kJ·mol-1。 (2)①根据图示,压强不变时,升高温度,CH4的平衡转化率增大,说明平衡向正反应方向移动。 根据升温时,平衡向吸热反应方向移动可知,正反应为吸热反应,ΔH>0。 ②该平衡的正反应为气体分子数增大的反应,温度不变时,降低压强,平衡向正反应方向移动,CH4的平衡转化率增大,故p4>p3>p2>p1。 压强为p4时,b点未达到平衡,反应正向进行,故v(正)>v(逆)。 ③由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知,用平衡压强表示的平衡常数K= 。 压强为p4时,a点CH4的平衡转化率为80%,则平衡时c(CH4)=c(CO2)=0.2mol·L-1,c(CO)=c(H2)=1.6mol·L-1,则p(CH4)=p(CO2)=p4× = p4,p(CO)=p(H2)=p4× = p4,故K= = =1.64(MPa)2。 ④(ⅰ)CH4的浓度由1.0mol·L-1逐渐减小,而CO的浓度由0逐渐增加,故v正~c(CH4)相对应的曲线为乙。 (ⅱ)降低温度,正、逆反应速率均减小,平衡向逆反应方向移动,则CH4的浓度增大,而CO的浓度减小,故相应的平衡点分别为B、F。 答案: (1)CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)ΔH=-442kJ·mol-1 (2)①> ②p4>p3>p2>p1 > ③ 1.64(MPa)2 ④(ⅰ)乙 (ⅱ)B、F [已学知识回顾练] 11.(2015·上海高考)对于合成氨反应,达到平衡后,以下分析正确的是( ) A.升高温度,对正反应的反应速率影响更大 B.增大压强,对正反应的反应速率影响更大 C.减小反应物浓度,对逆反应的反应速率影响更大 D.加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大 解析: 选B A.合成氨反应的正反应是放热反应,升高温度,正反应、逆反应的反应速率都增大,但是温度对吸热反应的速率影响更大,所以对该反应来说,对逆反应速率影响更大,错误。 B.合成氨的正反应是气体体积减小的反应。 增大压强,平衡正向移动,正反应速率大于逆反应速率,所以对正反应的反应速率影响更大,正确。 C.减小反应物浓度,使正反应的速率减小,由于生成物的浓度没有变化,所以逆反应速率不变,错误。 D.加入催化剂,使正反应、逆反应速率改变的倍数相同,正反应、逆反应速率相同,错误。 12.(2016·周口质检)某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,在不同的时间段,分别改变影响反应的一个条件,测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示: 下列说法中正确的是( ) A.30~40min内该反应使用了催化剂 B.化学方程式中的x=1,正反应为吸热反应 C.30min时降低温度,40min时升高温度 D.8min前A的平均反应速率为0.08mol·L-1·min-1 解析: 选D 若使用催化剂,则化学反应速率增大,A错误;由左图可知,A、B的浓度变化相同,故A、B的化学计量数相同,都为1;由右图可知,30min时改变的条件为减小压强,40min时改变的条件为升高温度,且升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,B、C错误;前8min内A的平均反应速率为 =0.08mol·L-1·min-1,D正确。
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