练案[19]　第七章　第19讲　化学平衡状态　化学平衡移动

[练案19]

第19讲　化学平衡状态化学平衡移动

A组　基础必做题

1．(2022·山东济南模拟)下列反应限度最大的是(　D　)

A．工业合成氨的反应

B．工业制硫酸接触室中的反应

C．实验室制备乙酸乙酯

D．实验室用NaOH溶液吸收多余的Cl2

[解析]　工业合成氨的反应为可逆反应，不能进行彻底，工业制硫酸接触室中的反应是二氧化硫的催化氧化反应为可逆反应，实验室制备乙酸乙酯是乙酸和乙醇在浓硫酸作用下加热生成乙酸乙酯的反应为可逆反应，实验室用NaOH溶液吸收多余的Cl2不是可逆反应，进行彻底，反应限度最大，上述分析可知D选项反应进行限度最大。

2．(2022·北京模拟)已知298 K时，合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol－1，将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应。测得反应放出的热量为(假定测量过程中没有能量损失)(　A　)

A．一定小于92.0 kJ B．一定大于92.0 kJ

C．一定等于92.0 kJ D．无法确定

[解析]　将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，1 mol N2不能完全转化，则放出热量减小，由热化学方程式可知，一定小于92.0 kJ。

3．(2022·陕西西安模拟)一定温度下，在某一恒容的密闭容器中发生反应：X(s)＋3Y(g)3Z(g)，不能说明该反应达到平衡状态的是(　B　)

A．X的质量不再变化

B．容器中的压强不再发生变化

C．混合气的平均相对分子质量不变

D．容器内混合气的密度不变

[解析]　X的质量不变，说明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故A不选；该反应前后气体体积不变，则压强为定值，不能根据容器中的压强判断平衡状态，故B选；X为固体，混合气体的质量为变量，混合气体的物质的量为定值，则混合气体的平均相对分子质量为变量，当混合气的平均相对分子质量不变时，表明达到平衡状态，故C不选；X为固体，混合气体总质量为变量，容器容积不变，则混合气体的密度为变量，当容器内混合气的密度不变时，表明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故D不选。

4．(2022·山东济宁模拟)将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合充分反应后，取混合溶液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2的是(　A　)

A．向混合溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红色

B．向混合溶液中滴入AgNO3溶液，有黄色沉淀生成

C．向混合溶液中滴入K2[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀生成

D．向混合溶液中滴入淀粉溶液，溶液变蓝色

[解析]　将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合，充分反应后Fe3＋完全反应，I－有剩余，若不是可逆反应，Fe3＋应全部转化为Fe2＋，则溶液中应无Fe3＋。但是向反应后混合溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红色，证明混合溶液中含有Fe3＋，该反应为可逆反应，故溶液中存在化学平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。

5．工业生产硝酸的第一步反应为4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH。

(1)该反应在任何温度下都能自发进行，推知ΔH__＜__0(填“＞”“＜”或“＝”)；在常温下，NH3和O2能大量共存，其主要原因是__反应速率极小__。

(2)恒温条件下，在1 L恒容密闭容器中充入NH3、O2，容器内各物质的物质的量与时间的关系如下表所示：

①0～2min内的反应速率v(NO)＝__0.1 mol·L－1·min－1__。

②在该温度下平衡常数K＝__11.39__。

③下列措施能提高氨气转化率的是__B__。

A．向容器中按原比例再充入原料气

B．通入一定量空气

C．改变反应的催化剂

D．向容器中充入一定量氩气

[解析]　(1)题给反应是熵增反应，由任何温度下都有ΔH－TΔS＜0知，ΔH＜0；在常温下，氨气和氧气反应的速率极小，所以氨气和氧气在常温下能大量共存。(2)根据同一化学反应中，各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，计算可知，a＝1.8，b＝1.00，c＝1.00。①v(NO)＝v(NH3)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。②平衡时，c(NH3)＝1.00 mol·L－1，c(O2)＝1.00 mol·L－1，c(H2O)＝1.50 mol·L－1，c(NO)＝1.00 mol·L－1。K＝＝1.506≈11.39。③按比例增大投料，相当于将原平衡体系体积缩小，平衡向左移动，NH3的转化率降低，A项错误；增大空气浓度，提供更多的O2，平衡向右移动，NH3的转化率增大，B项正确；催化剂不能使平衡移动，氢气的转化率不变，C项错误；在恒温恒容条件下，通入氩气，参与反应的各物质和产物的浓度都不变，平衡不移动，氨气的转化率不变，D项错误。

6．(2022·山东济南质量评估)在1 000 K时，将4 mol CO2和8 mol H2充入2 L密闭容器中，发生反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，容器中H2的物质的量随时间的变化如图中实线所示，图中虚线表示仅改变某一反应条件时，H2的物质的量随时间的变化。

回答下列问题：

(1)反应开始至a点时的平均速率v(H2)＝__1__mol·L－1·min－1。

(2)曲线Ⅰ对应的条件改变是升温，则该反应ΔH__＜__(填“＞”或“＜”)0。

(3)曲线Ⅱ对应改变的条件可能是__增大压强(或增大二氧化碳浓度)__(写出一条即可)。

(4)下列叙述中能说明该反应已达到化学平衡状态的是__BC__(填标号)。

A．容器内CH4和H2O的浓度之比为1∶2

B．4v正(CO2)＝v逆(H2)

C．容器内压强保持不变

D．混合气体的密度保持不变

[解析]　(1)反应开始至a点的反应时间为2 min，氢气转化的物质的量为8 mol－4 mol＝4 mol，平均速率v(H2)＝＝＝1 mol·L－1·min－1。(2)曲线Ⅰ对应的条件改变是升温，达到平衡时，氢气物质的量增大，说明平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH＜0。(3)曲线Ⅱ反应速率增大，转化的氢气的物质的量多，故曲线Ⅱ对应改变的条件应是增大压强或增大二氧化碳浓度。(4)容器内CH4和H2O的浓度之比为1∶2不能说明反应达到平衡状态，故A错误；当4v正(CO2)＝v逆(H2)，说明反应达到平衡状态，故B正确；该反应前后气体的分子数不等，容器内压强保持不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终保持不变，故D错误。

B组　能力提升题

7．(2022·湖南常德期末)高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)　ΔH＜0，欲提高上述反应CO的平衡转化率，可采取的措施是(　A　)

A．移出部分CO2 B．提高反应温度

C．加入合适的催化剂 D．减小容器的容积

[解析]　移出部分CO2，平衡正向移动，故A正确；题给反应的正反应为放热反应，提高反应温度，平衡逆向移动，故B错误；加入合适的催化剂，对平衡没有影响，故C错误；题给反应为反应前后气体体积不变的反应，减小容器的容积，平衡不移动，故D错误。

8．(2022·浙江高三检测)一定温度下，在2 L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示：

下列说法正确的是(　C　)

A．0～5 min用A表示的平均反应速率为0.09 mol·L－1·min－1

B．该反应在10 min后才达到平衡

C．平衡状态时，c(C)＝0.6 mol·L－1

D．物质B的平衡转化率为20%

[解析]　A项，0～5 min时，n(C)＝0.9 mol，此时反应掉A为0.3 mol，所以v(A)＝ mol·L－1·min－1＝0.03 mol·L－1·min－1，错误；B项，10 min时，n(B)＝2.4 mol－2×(2－1.6)mol＝1.6 mol，说明10 min时，反应已达平衡，错误；C项，平衡时，n(C)＝3×(2.0－1.6)mol＝1.2 mol，c(C)＝ mol·L－1＝0.6 mol·L－1，正确；D项，平衡时，Δn(B)＝(2.4－1.6) mol＝0.8 mol，α(B)＝×100%≈33.3%，错误。

9．(2022·河北正定中学月考)对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH，同时符合下列两图中各曲线的是(　B　)

A．a＋b＞c＋d　T1＞T2　ΔH＞0

B．a＋b＞c＋d　T1＜T2　ΔH＜0

C．a＋b＜c＋d　T1＞T2　ΔH＞0

D．a＋b＜c＋d　T1＜T2　ΔH＜0

[解析]　由左图依“先拐先平数值大”可知T1＜T2，升高温度平衡时生成物浓度降低，说明平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，则正反应放热，ΔH＜0；由右图可知增大压强，两线交叉点后正反应速率大于逆反应速率，说明平衡向正反应方向移动，则a＋b＞c＋d，故选B项。

10．(2022·山东烟台期末)I2在KI溶液中存在如下平衡I2(aq)＋I－(aq)I(aq)ΔH。在I2和KI的混合溶液中，I－的物质的量浓度c(I－)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是(　B　)

A．该反应ΔH＜0

B．若在T1、T2温度下，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2

C．若反应进行到状态D时，一定有v(逆)＞v(正)

D．状态A与状态B相比，状态A的c(I)大

[解析]　温度升高，c(I－)逐渐增大，说明升高温度，化学平衡逆向移动，故逆向吸热，正向放热，I2(aq)＋I－(aq)I(aq)的ΔH＜0，A项正确；K＝，温度升高，平衡向逆反应方向移动，K减小，由于T2＞T1，则K1＞K2，B项错误；从图中可以看出D点并没有达到平衡状态，c(I－)小于该温度下的平衡浓度，所以反应逆向进行，故v(逆)＞v(正)，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，c(I)变小，T2＞T1，所以状态A的c(I)大，D项正确。

11．(2022·浙江杭州模拟)氢气可由天然气和水反应制备，其主要反应为CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)，反应过程中能量变化如图1所示：

(1)若已知某些化学键的键能用字母表示如表：

(计算用含a、b、c、d字母表示)。根据该反应制取1 mol H2要吸收或放出热量为__kJ__。

(2)在恒温恒容条件下反应，能说明该反应已达到平衡状态的是__a、c、d__。

a．2v正(CO2)＝v逆(H2O)

b．容器内密度不再发生变化

c．平均相对分子质量不再发生变化

d．当4 mol C—H键断裂时，同时有2 mol C===O键断裂

(3)某温度时，在一个2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图2所示。根据图中数据，试填写下列空白：

①该反应的化学方程式为__3X＋Z2Y__。

②反应开始至2 min，气体Y的平均反应速率为__0.05 mol·L－1·min－1__。

[解析]　(1)一个化学反应的反应热可以由反应物的键能总和减去生成物的键能总和计算，根据表格数据，该反应的反应热为＋(4a＋4b－2c－4d)kJ·mol－1，即每生成4 mol氢气需要从外界吸收(4a＋4b－2c－4d)kJ的能量，当生成1 mol氢气时，需要吸收×(4a＋4b－2c－4d)＝kJ的能量。(2)当2v正(CO2)＝v逆(H2O)时，即二氧化碳的生成速率与水的生成速率比为1∶2时，可以判断化学反应达到平衡状态，a正确；根据质量守恒定律，反应体系内的总质量不发生变化，反应容器的体积不变，体系中混合气体的密度恒不变，不能判断反应达到平衡，b错误；随着反应的不断进行，反应体系中总物质的量逐渐增大，当反应达到平衡时，体系中总物质的量不再发生变化，体系中的平均相对分子质量不再发生变化，可以判断反应达到平衡，c正确；断裂4 mol C—H键指的是CH4的消耗速率，断裂2 mol C===O键指的是CO2的消耗速率，当反应物的消耗速率与生成物的消耗速率比等于化学计量数比时，可以判断反应达到平衡，d正确；(3)①根据图示，起始时X物质为1 mol，平衡时为0.7 mol，消耗了0.3 mol；起始时Z物质为1 mol，平衡时为0.9 mol，消耗了0.1 mol；起始时Y物质为0 mol，平衡时为0.2 mol，生成了0.2 mol，故X、Z为反应物，Y为生成物，故该反应的化学方程式为3X＋Z2Y；②2 min内Y物质的反应速率v＝＝＝0.05 mol·L－1·min－1。

12．(2022·山西太原模拟)(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，在200 mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如表(累计值)：

①上述实验过程中，反应速率最大的时间段是__C__(选填字母作答)，该时间段反应速率最大的主要原因是__因反应为放热反应，温度升高，反应速率增大__。

A．0～1 min　 B．1～2 min

C．2～3 min D．3～4 min

E．4～5 min

②求2～3 min时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率__0.05 mol·L－1·min－1__(假设反应过程中溶液体积不变)。

(2)某温度下在容积为1 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。

①该反应的化学方程式是__X＋3Y2Z__。

②该反应达到平衡状态的标志是__A、B、C__。

A．X的浓度不再改变

B．Y的体积分数在混合气体中保持不变

C．容器内气体的总压强保持不变

D．容器内气体的总质量保持不变

③反应进行到2 min时，Y的转化率为__30%__。

[解析]　(1)①在0～1 min、1～2 min,2～3 min、3～4 min、4～5 min时间段中，产生气体的体积分别为50 mL、70 mL、112 mL、58 mL、20 mL，由此可知反应速率最大的时间段为2～3 min；②在2～3 min时间段内，n(H2)＝＝0.005 mol，根据2HCl～H2，计算消耗盐酸的物质的量为0.01 mol，则v(HCl)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。(2)①由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，当反应进行到5 min时，Δn(Y)＝0.6 mol，Δn(Z)＝0.4 mol，Δn(X)＝0.2 mol，则Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(X)＝3∶2∶1，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则反应的方程式为X＋3Y2Z，②X的浓度不再改变，即X的消耗速率和生成速率相同，故是平衡标志，故A正确；Y的体积分数在混合气体中保持不变，则说明Y的生成速率和消耗速率相同，是平衡标志，故B正确；此反应是气体的物质的量有改变的反应，故平衡之前，容器中的压强在改变，当压强不变时则说明反应达到平衡，故C正确；X、Y、Z都是气体，密闭容器内气体的总质量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；③2 min内Y的物质的量变化为1.0 mol－0.7 mol＝0.3 mol,2 min内Y的转化率＝×100%＝30%。