2022届高考化学（人教版）一轮总复习练习：第19讲　化学平衡状态和化学平衡移动 Word版含解析

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第19讲 化学平衡状态和化学平衡移动
A组 基础必做题(40分)
一、选择题(本题包括4小题，每题4分，共16分)
1．(2021·山东青岛模拟)焦炭催化还原二氧化硫的化学方程式为2C(s)＋2SO2(g)S2(g)＋2CO2(g)。一定压强下，向1 L密闭容器中充入足量的焦炭和1 ml SO2发生反应，测得SO2的生成速率与S2(g)的生成速率随温度变化的关系如图所示，下列说法正确的是( B )
A．该反应的ΔH>0
B．C点时达到平衡状态
C．增加C的量能够增大SO2的转化率
D．T3时增大压强，能增大活化分子百分数
[解析] 升高温度平衡向吸热方向移动，C点对应温度升高到D点对应温度，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率之比大于2︰1，说明SO2的生成速率大于其本身消耗速率，平衡逆向移动，即逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，ΔH<0，A错误；达到平衡状态时，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率之比为2︰1，根据图知，只有C点符合，B正确；碳为固体，增加C的物质的量对平衡移动无影响，C错误；增大压强，增大了单位体积内的活化分子数，但活化分子百分数不变，D错误。
2．(2021·山东滨州高三检测)探究浓度对化学平衡的影响，实验如下：
Ⅰ.向5 mL 0.05 ml·L－1FeCl3溶液中加入5 mL 0.05 ml·L－1 KI溶液(反应a)，反应达到平衡后将溶液分为两等份。
Ⅱ.向其中一份中加入饱和KSCN溶液，变红(反应b)；加入CCl4，振荡、静置，下层显极浅的紫色。
Ⅲ.向另一份中加入CCl4，振荡、静置，下层显紫红色。
结合实验，下列说法不正确的是( B )
A．反应a为2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2
B．Ⅱ中，反应a进行的程度大于反应b进行的程度
C．实验Ⅱ中变红的原理是Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3
D．比较水溶液中c(Fe2＋)：Ⅱ<Ⅲ
[解析] 由反应试剂用量看，Fe3＋与I－的物质的量恰好符合反应比例关系，再依据Ⅱ、Ⅲ实验现象可知，反应后混合物中存在Fe3＋和I2，因而Fe3＋与I－的反应为可逆反应，A项正确；结合Ⅱ、Ⅲ实验现象可知，a反应后I2浓度较大，b反应后I2浓度较小，说明SCN－结合Fe3＋的能力比I－还原Fe3＋的能力强，使2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2的平衡逆向移动，B项错误；Fe3＋与KSCN反应生成红色Fe(SCN)3，C、D项正确。
3．(2021·福建三明高三检测)已知：N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋Q kJ·ml－1(Q>0)，80 ℃时在2 L密闭容器中充入0.40 ml N2O4，发生反应获得如下数据：
下列判断正确的是( B )
A．升高温度会使混合气体的颜色变浅
B．反应达平衡时，吸收的热量为0.30Q kJ
C．20～40 s内，v(N2O4)＝0.004 ml·L－1·s－1
D．100 s时再充入0.40 ml N2O4，达到新平衡时N2O4的转化率增大
[解析] ΔH＝＋Q kJ·ml－1(Q>0)，表明该反应的正反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，则c(NO2)增大，平衡混合气体的颜色加深，A项错误；由表格中数据可知，当反应进行到80 s时达到平衡状态，生成NO2的物质的量n(NO2)＝0.3 ml·L－1×2 L＝0.6 ml，由于反应的物质的量与热量变化成正比，则反应吸收热量为0.6 ml×eq \f(Q,2) kJ·ml－1＝0.30Q kJ，B项正确；20～40 s内，v(NO2)＝eq \f(0.20 ml·L－1－0.12 ml·L－1,20 s)＝0.004 ml·L－1·s－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可得，20～40 s内v(N2O4)＝0.002 ml·L－1·s－1，C项错误；100 s时再充入0.40 ml N2O4，由于容器的容积不变，气体的物质的量增多，气体压强增大，化学平衡向气体体积减小的方向移动，因此达到新平衡时N2O4的转化率减小，D项错误。
4.(2021·天津南开区模拟)工业上以CO和H2为原料合成甲醇的反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，在容积为1 L的恒容容器中，分别在T1、T2、T3三种温度下合成甲醇。如图是上述三种温度下不同H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 ml)与CO平衡转化率的关系。下列说法不正确的是( B )
A．H2转化率：a>b>c
B．上述三种温度之间关系为T1>T2>T3
C．a点状态下再通入0.5 ml CO和0.5 ml CH3OH，平衡不移动
D．c点状态下再通入1 ml CO和4 ml H2，新平衡中H2的体积分数减小
[解析] 由图可知，当n(H2)/n(CO)＝1.5时，CO的转化率a>b且大于T3下对应CO的转化率，当在温度为T3时，随着n(H2)/n(CO)增大，CO的转化率增大，H2的转化率减小，所以有a>b>c，故A正确；根据CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，因为是放热反应，温度升高CO的转化率减小，由图可以看出，当n(H2)/n(CO)相等时，T3>T2>T1，故B错误；a点时，CO的转化率为50%，起始时CO的物质的量为1 ml，H2的物质的量为1.5 ml，由此计算平衡常数为4，通过计算再通入0.5 ml CO和0.5 ml CH3OH的浓度商Qc＝4，所以平衡不移动，故C正确；c点状态下再通入1 ml CO和4 ml H2，在等温等容的条件下，投料比不变，相当于加压，平衡向正反应方向移动，新平衡H2的体积分数减小，故D正确。
二、非选择题(本题包括2小题，共24分)
5．(2021·陕西西安模拟)向体积为2 L的固定密闭容器中通入3 ml X气体，在一定温度下发生如下反应：2X(g)Y(g)＋3Z(g)。
(1)经5 min后反应达到平衡，此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍，则用Y表示的速率为 0.03 ml·L－1·min－1。
(2)若上述反应在甲、乙、丙、丁四个同样的密闭容器中进行，在同一段时间内测得容器内的反应速率分别为甲：v(X)＝3.5 ml·L－1·min－1；乙：v(Y)＝2 ml·L－1·min－1；丙：v(Z)＝4.5 ml·L－1·min－1；丁：v(X)＝0.075 ml·L－1·s－1。若其他条件相同，温度不同，则温度由高到低的顺序是 丁>乙>甲>丙 (填序号)。
(3)若向达到(1)的平衡体系中充入氦气，则平衡 不 (填“向左”“向右”或“不”)移动；若从达到(1)的平衡体系中移走部分Y气体，则平衡 向右 (填“向左”“向右”或“不”)移动。
(4)若在相同条件下向达到(1)所述的平衡体系中再充入0.5 ml X气体，则平衡后X的转化率与(1)的平衡中X的转化率相比较( D )
A．无法确定 B．前者一定大于后者
C．前者一定等于后者 D．前者一定小于后者
(5)若保持温度和压强不变，起始时加入X、Y、Z物质的量分别为a ml、b ml、c ml，达到平衡时仍与(1)的平衡等效，则a、b、c应该满足的关系为 c＝3b，a≥0 。
(6)若保持温度和体积不变，起始时加入X、Y、Z物质的量分别为a ml、b ml、c ml，达到平衡时仍与(1)的平衡等效，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围应该为 0.9[解析] (1)压强之比等于气体的物质的量之比，则依据三段式计算。设反应生成Y的物质的量为a。
2X(g)  Y(g)＋3Z(g)
起始/ml 3 ml 0 0
转化/ml 2a a 3a
平衡/ml 3 ml－2a a 3a
所以有3 ml－2a＋a＋3a＝1.2×3 ml，a＝0.3 ml，则v(Y)＝0.3 ml/(2 L×5 min)＝0.03 ml·L－1·min－1。
(2)将各个数据转化为用同一种物质来表示的反应速率，且单位一致，如用X来表示，则当v(Y)＝2 ml·L－1·min－1时，v(X)＝4 ml·L－1·min－1；当v(Z)＝4.5 ml·L－1·min－1时，v(X)＝3 ml·L－1·min－1；丁对应的v(X)＝0.075 ml·L－1·s－1×60 s·min－1＝4.5 ml·L－1·min－1，则可以看出温度的高低顺序为丁>乙>甲>丙。
(3)等温等容条件下通入一种惰性气体，反应体系中的各组分的浓度没有改变，平衡不移动；若移走部分Y气体，则压强减小，平衡向气体的物质的量增大的方向移动。
(4)若在等温等压条件下，通入X气体，则与原平衡状态互为等效平衡，转化率不变，此时相当于压缩原平衡体系的体积，平衡会逆向移动，X的转化率减小。
(5)温度和压强不变的等效平衡，满足物质的量成比例，即c＝3b，对于a的要求只需要a≥0即可。
(6)通过极限转化思想，将3 ml X全部转化到方程式右边，得到4.5 ml Z，即若要满足等温等体积的等效平衡，那么c的最大值为4.5 ml，而(1)平衡时，Z的物质的量为0.9 ml，如果要求反应逆向进行，则c必须大于0.9。
6．(2021·山东潍坊高三检测)对氮及其化合物的研究具有重要意义。
(1)在1 L密闭容器中，4 ml氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时，反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25%。该反应的热化学方程式为 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋92.2 kJ/ml 。
(2)某恒温恒压条件下，向容积为V L的密闭容器中，起始充入1 ml N2、3 ml H2、16 ml NH3，发生N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。达到平衡后，N2、H2、NH3的物质的量分别为a ml、b ml、c ml，此时容器的容积为1.1V L，回答下列问题：
①起始时反应速率v(正) < (填“>”“<”或“＝”)v(逆)。
②平衡时a＝ 2 ，b＝ 6 。
③若平衡后再充入3.6 ml NH3，重新建立平衡时容器的容积为 1.32V 。
[解析] (1)4 ml氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气，2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25%，则分解氨气的物质的量是4 ml×25%＝1 ml，即1 ml氨气分解时吸收热量是46.1 kJ，则反应的热化学方程式为2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋(46.1×2)kJ/ml＝＋92.2 kJ/ml。
(2)①起始充入1 ml N2、3 ml H2、16 ml NH3，容器的容积为V L，达到平衡后，N2、H2、NH3的物质的量分别为a ml、b ml、c ml，此时容器的容积为1.1V L，气体体积增大，说明反应逆向进行达到平衡状态，逆反应速率大于正反应速率。
②根据①中分析可知，此时反应逆向进行，氮气和氢气的物质的量增加，设氮气增加了x ml，则依据平衡三段式列式得
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始量(ml) 1 3 16
转化量(ml) x 3x 2x
平衡量(ml) 1＋x 3＋3x 16－2x
在恒温恒压条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，则有eq \f(1＋x＋3＋3x＋16－2x,1＋3＋16)＝eq \f(1.1V,V)，x＝1，a＝2，b＝6。
③起始时充入1 ml N2、3 ml H2、16 ml NH3，根据反应方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)利用极值转化法，起始时相当于充入18 ml NH3，此时平衡体积为1.1V L，再充入3.6 ml NH3，则NH3为(18＋3.6)ml＝21.6 ml，在恒温恒压的条件下，单一反应物达到相同的化学平衡状态。设重新建立平衡时体积为y，则依据体积之比等于物质的量之比得eq \f(18,21.6)＝eq \f(1.1V,y)，解得y＝1.32V。
B组 能力提升题(60分)
一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)
1．(2021·北京师大附中月考)某化学兴趣小组做了如下实验：
①0.005 ml·L－1 FeCl3溶液和0.015 ml·L－1 KSCN溶液各1 mL混合得到红色溶液a，均分溶液a置于b、c两支试管中；
②向b中滴加3滴饱和FeCl3溶液，溶液颜色加深；
③再向上述b溶液中滴加3滴1 ml·L－1 NaOH溶液，溶液颜色变浅且出现浑浊；
④向c中逐渐滴加1 ml·L－1 KSCN溶液2 mL，溶液颜色先变深后变浅。
下列分析不正确的是( C )
A．实验②中增大Fe3＋浓度使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3正向移动
B．实验③中发生反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
C．实验③和④中溶液颜色变浅的原因相同
D．实验②③④均可说明浓度改变对平衡移动的影响
[解析] 本题通过实验探究浓度对化学平衡的影响。实验②中增大Fe3＋浓度，使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3正向移动，c[Fe(SCN)3]增大，溶液红色加深，A正确，实验③中滴加3滴1 ml·L－1 NaOH溶液，发生反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3逆向移动，溶液颜色变浅，B正确；实验④逐渐滴加1 ml·L－1 KSCN溶液，使平衡正向移动，溶液颜色先变深，继续加入KSCN溶液，相当于稀释，溶液颜色变浅，③和④中溶液颜色变浅原因不同，C错误，根据上述分析，实验②、③、④均可说明浓度改变对平衡移动的影响，D正确。
2．(2021·河南豫南九校联考)有可逆反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0，已知在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡，如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件，则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( D )
A．降低温度、增大压强、减小反应物浓度、使用催化剂
B．使用催化剂、增大压强、增大反应物浓度、升高温度
C．增大反应物浓度、使用催化剂、减小压强、升高温度
D．升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用催化剂
[解析] 本题考查外界条件对平衡移动的影响、化学反应速率图像分析。由题图可知，t2时刻，v(正)瞬间增大，而降低温度，v(正)瞬间减小，A错误；t4时刻，v(逆)瞬间减小，而增大压强，v(逆)瞬间增大，B错误；t8时刻，v(正)、v(逆)瞬间增大且平衡不移动，不可能是升高温度，应是使用了催化剂，C错误；t6～t7v(逆)逐渐增大，则可能是增大了反应物浓度，D正确。
3．(2021·辽宁营口月考)在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应：LaNi5(s)＋3H2(g)LaNi5H6(s) ΔH＝－301 kJ·ml－1，在某温度下，达到平衡状态后，测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是( A )
A．当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到平衡状态
B．若温度不变，缩小容器容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压强仍为2MPa
C．其他条件不变，扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增多
D．增大压强，降低温度，有利于储氢
[解析] 本题考查外界条件对平衡移动的影响。LaNi5是固体，在反应过程中，其浓度视为常数，不能根据固体的浓度判断反应是否达到平衡状态，A错误；温度不变，缩小容器容积至原来的一半，平衡常数Kp不变，则重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa，B正确；温度不变，平衡常数Kc不变，平衡时c(H2)不变，容积增大，则n(H2)增多，C正确；该反应的正反应是气体总分子数减小的放热反应，因此增大压强、降低温度，平衡正向移动，有利于储氢，D正确。
4．(2021·河南平顶山月考)下列反应同时符合图甲(压强一定)和图乙(温度一定)的是( A )
A．2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g) ΔH>0
B．2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH>0
C．2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0
D．NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g) ΔH>0
[解析] 本题考查化学平衡图像的分析。图甲中温度越高，反应物的浓度越低，说明正反应是吸热反应，则有ΔH>0；图乙中v(正)＝v(逆)后，增大压强，v(逆)增大程度大于v(正)增大程度，说明增大压强，平衡逆向移动，正反应是气体分子总数增大的反应，D项反应，增大压强，v(正)不发生变化，符合要求的只有A项。
二、非选择题(本题包括2小题，共36分)
5．(2021·湖北黄冈模拟)二氧化氮可由NO和O2生成，已知在2 L密闭容器内，800 ℃时反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH，n(NO)、n(O2)随时间的变化如表：
(1)已知：K800 ℃>K1 000 ℃，则该反应的ΔH 小于 0(填“大于”或“小于”)，用O2表示0～2 s内该反应的平均速率为 0.015 ml·L－1·s－1 。
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是 ac 。
a．容器内气体颜色保持不变
b．2v逆(NO)＝v正(O2)
c．容器内压强保持不变
d．容器内气体密度保持不变
(3)此条件下为使该反应的速率增大，提高NO的转化率，且平衡向正反应方向移动，应采取的措施有 通入氧气、增大压强(缩小容器体积) 。
(4)煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
①CH4(g)＋4NO(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH<0
②CH4(g)＋2NO2(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH<0
对于反应②，欲提高NO2的转化率，可采取的措施有 bc 。
a．增加原催化剂的表面积
b．降低温度
c．减小投料比eq \f(nNO2,nCH4)
d．增大压强
(5)在题述条件下，若开始通入的是0.2 ml NO2气体，达到化学平衡时，NO2的转化率为 25% 。
[解析] (1)由已知条件知升高温度化学平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应是放热反应。用O2表示0～2 s内该反应的平均速率为eq \f(\f(0.1 ml－0.04 ml,2 L),2 s)＝0.015 ml·L－1·s－1。
(2)NO2是红棕色气体，容器内气体颜色保持不变说明该反应已达到平衡状态，a正确；当v逆(NO)＝2v正(O2)时，反应达到平衡状态，b错误；该反应前后的体积发生变化，当容器内压强保持不变时，说明反应达到平衡，c正确；该反应前后气体的质量不变，容积不变，当密度不变时，不能标志反应达到平衡状态，d错误。
(3)为使该反应的速率增大，提高NO的转化率，且平衡向正反应方向移动，应采取的措施有通入氧气、增大体系的压强(缩小容器体积)。
(4)对于反应②，欲提高NO2的转化率，增加原催化剂的表面积，只能加快反应速率，a错误；降低温度平衡向正方向移动，NO2的转化率提高，b正确；甲烷的量增多，NO2的转化率增大，c正确；增大压强平衡向逆方向移动，NO2的转化率降低，d错误。
(5)开始通入0.2 ml NO2与开始通入0.2 ml NO和0.1 ml O2，达到平衡时是相同状态，故平衡时n(NO2)＝0.15 ml，NO2的转化率为eq \f(0.2－0.15,0.2)×100%＝25%。
6．(2021·河北衡水高三检测)在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行以下反应：A(g)＋2B(g)3C(g)，已知加入1 ml A和3 ml B，达到平衡后，生成a ml C。
(1)上述反应达到平衡时，C在反应后的混合气体中的体积分数是 eq \f(a,4) (用字母a表示)。
(2)在相同条件下，若在同一容器中改为加入2 ml A和6 ml B，达到平衡后，C的物质的量为 2a (用字母a表示)ml。此时C在反应后的混合气体中的体积分数 不变 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)在相同条件下，若在同一容器中改为加入2 ml A和8 ml B，若要平衡后C在反应后的混合气体中的体积分数不变，则还应加入C 6 ml。
(4)在同一容器中加入n ml A和3n ml B，则平衡时C的物质的量为m ml。若改变实验条件，可以使C的物质的量在m～2m之间变化，则n与m的关系是 n>eq \f(2m,3) (用字母n、m表示)。
[解析] (1)因为反应前后气体体积不变，即反应后混合气体的物质的量的总和仍为4 ml，所以C在反应后的混合气体中的体积分数(物质的量分数)是eq \f(a,4)。
(2)成倍投料时与(1)中的平衡等效，即C在反应后的混合气体中的体积分数不变，但C的物质的量加倍，为2a ml。
(3)设加入C的物质的量为x ml，则根据化学方程式按“一边倒”原则折算，相当于投入eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2＋\f(x,3)))ml A和eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(8＋\f(2x,3)))ml B，则eq \f(2＋\f(x,3),8＋\f(2x,3))＝eq \f(1,3)，解得x＝6。
(4)改变实验条件后，可以使C的物质的量在m～2m之间变化，即该反应正向进行，当A完全反应时，生成3n ml C，但A不能完全反应，所以2m<3n，即n>eq \f(2,3)m。
时间/s
0
20
40
60
80
100
c(NO2)/(ml·L－1)
0.00
0.12
0.20
0.26
0.30
0.30
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/ml
0.200
0.100
0.080
0.050
0.050
0.050
n(O2)/ml
0.100
0.050
0.040
0.025
0.025
0.025