适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡课时规范练24化学平衡及其移动

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1.(2022北京高三合格考)一定条件下,在恒容密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时,下列说法正确的是( )
A.SO2和O2全部转化为SO3
B.该反应已达到化学平衡
C.正、逆反应速率相等且等于零
D.SO2、O2、SO3的物质的量之比一定为2∶1∶2
2.(2022辽宁辽阳二模)乙酸作为化工原料可以制备氢气,其热裂解反应为CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1>0,在恒容密闭容器中充入1 ml乙酸蒸气,在一定条件下仅发生上述反应。下列推断正确的是( )
A.该反应在任何温度下都能自发进行
B.其他条件不变,平衡后再通入2 ml CO(g)和2 ml H2(g),平衡逆向移动
C.其他条件不变,平衡后再通入一定量的“惰性气体”,平衡逆向移动
D.其他条件不变,起始充入的CH3COOH(g)越多,CH3COOH(g)的平衡转化率越大
3.(2022浙江丽水高三联考)在容积为2 L的恒容绝热密闭容器中投入1 ml A和1 ml B,发生反应A(s)+B(g)C(g) ΔH<0,2 min后达到平衡,此时容器内有0.3 ml C。下列说法不正确的是( )
A.若容器内混合气体压强不变,则反应达到平衡状态
B.单位时间内n(B)消耗=n(C)生成时,则反应达到平衡状态
C.若开始时在该容器中投入1 ml A和2 ml B,则平衡时B的转化率小于30%
D.若将容器的容积压缩到原来的一半,正逆反应速率都增大
4.(2021北京人大附中三模)一定温度下,在容积恒为1 L的容器中通入一定量N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0,各组分浓度随时间(t)的变化如表。
下列说法不正确的是( )
A.0~30 s,N2O4的平均反应速率为v=0.12 ml·L-1·min-1
B.降低温度,反应的化学平衡常数值减小
C.40 s时,再充入0.04 ml N2O4、0.12 ml NO2,平衡不移动
D.增大容积使平衡正移,达新平衡后混合气颜色比原平衡时浅
5.(2022海南卷)某温度下,反应CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),CH2CH2(g)的平衡转化率增大
6.(2021辽宁丹东二模)利用CH4消除NO2污染,反应原理为CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)。在10 L密闭容器中,分别加入0.50 ml CH4和1.20 ml NO2,测得不同温度下,n(CH4)(单位:ml)随时间变化的有关实验数据如表所示,下列说法正确的是( )
A.该反应在高温下才能自发进行
B.T2温度下,若容器内的密度不变则该反应处于平衡状态
C.可以利用40 min时的数据,计算T2温度下的平衡常数K
D.高温下CH4消除NO2速率较快,所以温度越高越有利于消除NO2
二、选择题:本题共2小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
7.(2021湖南永州三模)工业生产排放的烟气中同时存在SO2、NOx和CO,利用它们的相互作用可将SO2、NOx还原成无害物质,一定条件下得到以下实验结果。图1为298 K各气体分压与CO的物质的量分数的关系,图2为CO的物质的量分数为2.0%时,各气体分压与温度的关系。
下列说法错误的是( )
A.不同温度下脱硝的产物为N2,脱硫的产物可能有多种
B.温度越高脱硫脱硝的效果越好
C.NOx比SO2更易被CO还原
D.体系中可能发生反应:2COSS2+2CO、4CO2+S24CO+2SO2
8.在容积相同的密闭容器中分别加入一定量的催化剂、1 ml C2H5OH(g)和不同量的H2O(g),发生反应C2H5OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) ΔH,测得相同时间内不同水醇比下乙醇转化率随温度变化的关系如图所示。
已知:①水醇比为2∶1时,各点均已达到平衡状态,②不同的水醇比会影响催化剂的催化效果。
下列说法正确的是( )
A.ΔH>0
B.该时间段内用乙醇浓度变化表示的平均化学反应速率:v(A)C.C、E两点对应的化学平衡常数相同
D.A、B、C三点中C点的催化剂催化效果最低
三、非选择题:本题共2小题。
9.控制CO2的排放是防止温室效应等不良气候现象产生的有效途径。
(1)高炉炼铁会排放大量的CO2和烟尘,必须进行严格的控制。
已知:①3CO(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=a kJ·ml-1
②3C(石墨,s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO(g) ΔH=+489.0 kJ·ml-1
③C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172.5 kJ·ml-1
则a= ;若在恒温恒容密闭容器中发生反应①,当达到平衡后,充入CO2,则达到新平衡后CO的体积分数 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),其转化率 。
(2)炼铁时需要用石灰石除去铁矿石中的脉石,该过程中涉及反应:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH>0。若在恒温恒容的密闭容器中进行上述反应达到平衡状态,在t1时刻向平衡体系中充入1 ml CO2,t2时刻反应重新达到平衡,画出t1时刻后的正逆反应速率随时间变化的图像。
10.(2021山东淄博三模)CH4-CO2催化重整对温室气体的减排具有重要意义,其反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。回答下列问题:
(1)已知相关物质的燃烧热(25 ℃、101 kPa):
则CH4-CO2催化重整反应的ΔH= kJ·ml-1。
(2)将原料按初始组成n(CH4)∶n(CO2)=1∶1充入密闭容器中,保持体系压强为100 kPa发生反应,达到平衡时CO2体积分数与温度的关系如图所示。
①T1℃、100 kPa下,n(平衡时气体)∶n(初始气体)= ;该温度下,此反应的平衡常数Kp= (以分压表示,列出计算式)。
②若A、B、C三点表示不同温度和压强下已达平衡时CO2的体积分数, 点对应的平衡常数最小,理由是 ; 点对应的总压强最大,理由是 。
(3)900 ℃下,将CH4和CO2的混合气体(投料比1∶1)按一定流速通过盛有炭催化剂的反应器,测得CH4的转化率受炭催化剂颗粒大小的影响如图所示。(注:目数越大,表示炭催化剂颗粒越小)
由图可知,75 min后CH4转化率与炭催化剂目数的关系为 ,原因是 。
参考答案
课时规范练24 化学平衡及其移动
1.B 解析 该反应为可逆反应,反应物不可能完全转化,所以SO2和O2不可能全部转化为SO3,A项错误;当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时,说明该反应已达化学平衡状态,B项正确;反应达化学平衡状态时,正、逆反应速率相等但不等于零,C项错误;未知起始加入量,SO2、O2、SO3的物质的量之比不一定为2∶1∶2,D项错误。
2.B 解析 该反应的ΔH>0,ΔS>0,按ΔH-T·ΔS<0,所以该反应较高温度下是自发反应,A项不正确;其他条件不变,平衡后再通入2mlCO(g)和2mlH2(g),相当于加压,平衡逆向移动,B项正确;其他条件不变,平衡后再通入一定量的“惰性气体”,反应相关气体浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,C项不正确;其他条件不变,起始充入的CH3COOH(g)越多,相当于加压,平衡逆向移动,CH3COOH(g)的平衡转化率越小,D项不正确。
3.B 解析 恒容绝热,反应前后气体的物质的量不变,温度升高,则压强增大,当压强不变(即温度不变)时,该反应处于平衡状态,故A项正确;n(B)消耗与n(C)生成均为向正反应方向进行,所以不能用于判断该反应是否处于平衡状态,故B项错误;根据勒夏特列原理可知,若开始时在该容器中投入1mlA和2mlB,增大B的浓度平衡虽然正向移动,但不能完全抵消,所以新平衡时B的转化率小于旧平衡时的转化率30%,故C项正确;若将容器的容积压缩到原来的一半,则反应物和生成物浓度均增加,所以正逆反应速率均增大,故D项正确。
4.C 解析 由表中数据可知,0~30s,N2O4的浓度由0.100ml·L-1变为0.040ml·L-1,则N2O4的平均反应速率为v==0.002ml·L-1·s-1=0.12ml·L-1·min-1,A正确;该反应ΔH>0,降低温度,平衡逆向移动,反应的化学平衡常数值减小,B正确;40s时,反应已达平衡,根据表中数据,平衡常数K==0.36,40s时,再充入0.04mlN2O4、0.12mlNO2后,c(NO2)=0.240ml·L-1,c(N2O4)=0.080ml·L-1,此时浓度商Q==0.720>K,则平衡会逆向移动,C错误;增大容积使平衡正移,由勒夏特列原理知,混合气体颜色先变浅后变深,但最终颜色比原平衡时浅,D正确。
5.C 解析 该反应是一个气体分子数减少的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应的,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A项不正确;催化剂不影响化学平衡状态,因此加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B项不正确;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C项正确;恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2CH2(g)的平衡转化率减小,D项不正确。
6.C 解析 根据表格可知,相同条件下,T2时CH4的减小速率大于T1,所以T2高于T1,到达平衡的时间更短,但是到达平衡时T2对应的CH4含量更高,说明高温不利于CH4的转化,即CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)为放热反应,ΔH<0。该反应为气体分子总数增大的反应,则ΔS>0,又因为ΔH<0,根据ΔH-TΔS<0反应才能自发可知该反应在任何温度下均能自发进行,A错误;ρ=,该反应过程中气体总质量和气体总体积均不变,所以气体的密度无论是否到达平衡均不变,B错误;根据表格可知40min后T1组CH4含量不变,说明处于平衡状态,根据分析可知T2会更快的到达平衡,即40min时T2组实验一定处于平衡状态,则对应的数据可以算出此时的平衡常数K,C正确;该反应是放热反应,温度越高越不利于该反应正向进行,从而导致NO2转化率越低,D错误。
7.B 解析 根据图2可知,不同温度下脱硝的产物为N2,脱硫的产物可能有S2、COS等多种物质,A正确;根据图2可知,1200~1400K,随温度升高,SO2含量升高,B错误;由图示可知,NOx比SO2更易被CO还原,C正确;由图示可知,500~1000K时COS含量降低,S2、CO含量升高,体系中可能发生反应:2COSS2+2CO;温度大于1000K时CO2、S2含量降低,CO、SO2含量升高,体系中可能发生反应:4CO2+S24CO+2SO2,D正确。
8.AD 解析 水醇比为2∶1时,各点均已达到平衡状态,则温度升高,乙醇转化率上升,所以该反应为吸热反应,ΔH>0,A正确;A点水醇比为4∶1,E点水醇比为2∶1,A点乙醇浓度更大,但是E点温度更高,从而导致v(A)和v(E)大小不可判断,B错误;C、E两点温度不同,对应的化学平衡常数不相同,C错误;A、B、C三点温度相同,C点水醇比最大,若其他条件相同时,C点乙醇转化率应为最大,但是根据图中信息可知C点乙醇转化率最低,所以C点的催化剂催化效果最低,D正确。
9.答案 (1)-28.5 不变 减小
(2)
解析 (1)根据盖斯定律,可知①式为②式-3×③式的结果,整理可得:akJ·ml-1=489.0kJ·ml-1-3×172.5kJ·ml-1=-28.5kJ·ml-1;对于反应①,在恒温恒容密闭容器中,平衡后充入CO2,化学平衡逆向移动,CO的转化率减小;由于化学平衡常数K=,K只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,该反应前后气体体积相等,故平衡后体系中各组分的体积分数保持不变。
(2)对于反应CaCO3CaO(s)+CO2(g),在恒温恒容下反应达到平衡状态,在t1时刻向平衡体系中充入1mlCO2,化学平衡逆向移动,但反应物为固体,正反应速率不变,因此逆反应速率突然增大后又随着CO2浓度的降低而减小直至不变。用图像表示为
。
10.答案 (1)+247.3 (2)①5∶4 ②A 该反应为吸热反应,温度越低,平衡常数越小 C 该反应为气体分子数增大的反应,增大压强,CO2的体积分数增大,A、B、C三点中只有C点CO2的体积分数大于相同温度下、100 kPa平衡时的CO2的体积分数,则C点压强最大
(3)目数越大,CH4转化率越大 目数越大,催化剂的颗粒越小,表面积越大,原料气与催化剂的接触更加充分
解析 (1)根据各物质的燃烧热可得:①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·ml-1;
②CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=
-283.0kJ·ml-1;
③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=
-285.8kJ·ml-1;
根据盖斯定律①-2×(②+③)可得CH4-CO2催化重整反应的ΔH=-890.3kJ·ml-1-2×(-283.0kJ·ml-1-285.8kJ·ml-1)=+247.3kJ·ml-1。
(2)①初始组成n(CH4)∶n(CO2)=1∶1,设n(CH4)=n(CO2)=1ml,设T1℃、100kPa下,平衡时Δn(CH4)=xml,列三段式有
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
起始/ml1100
转化/mlxx2x2x
平衡/ml1-x1-x2x2x
据图可知平衡时CO2的体积分数为30%,所以有=30%,解得x=0.25,所以平衡时气体总物质的量为2.5ml,n(平衡时气体)∶n(初始气体)=2.5ml∶2ml=5∶4;平衡时p(CH4)=p(CO2)=100kPa×=30kPa,p(CO)=p(H2)=100kPa×=20kPa,所以Kp=。
②该反应的焓变大于0,为吸热反应,温度越低,平衡常数越小,所以A点对应的平衡常数最小;该反应为气体体积增大的反应,相同温度下,增大压强平衡逆向移动,CO2的体积分数增大,A、B两点CO2的体积分数均小于相同温度下、压强为100kPa平衡时CO2的体积分数,说明总压强小于100kPa,而C点大于100kPa平衡时CO2的体积分数,说明总压强大于100kPa,所以C点压强最大。
(3)据题图可知,75min后催化剂目数越大,CH4转化率越大,因为催化剂目数越大,颗粒越小,表面积越大,原料气与催化剂的接触更加充分,反应更完全。
t/s
0
10
20
30
40
0.100
0.062
0.048
0.040
0.040
0
0.076
0.104
0.120
0.120
组别
温度/K
时间/min
0
10
20
40
50
①
T1
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
②
T2
0.50
0.30
0.18
M
0.15
物质
CH4(g)
CO(g)
H2(g)
-890.3
-283.0
-285.8