课时跟踪检测(二十九)　化学平衡状态　化学平衡移动(基础课)

这是一份课时跟踪检测(二十九)　化学平衡状态　化学平衡移动(基础课)，共11页。试卷主要包含了处于平衡状态的反应，已知反应等内容，欢迎下载使用。

课时跟踪检测(二十九)　化学平衡状态　化学平衡移动(基础课)

1．(2021·顺义区模拟)将1 mol N2和3 mol H2充入某固定容积的密闭容器中，在一定条件下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0并达到平衡，改变条件。下列关于平衡移动的说法中正确的是(　　)
选项
改变条件
平衡移动方向
A
使用适当催化剂
平衡向正反应方向移动
B
升高温度
平衡向逆反应方向移动
C
再向容器中充入1 mol N2和3 mol H2
平衡不移动
D
向容器中充入氦气
平衡向正反应方向移动

解析：选B　使用适当催化剂，平衡不移动，A错误；正反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的方向移动，即平衡向逆反应方向移动，B正确；再向容器中充入1 mol N2和3 mol H2相当于增大压强，平衡正向移动，C错误；向容器中充入氦气，由于容器的容积不变，N2、H2和NH3的浓度均不变，平衡不移动，D错误。
2．为探究浓度对化学平衡的影响，某同学进行如下实验。下列说法不正确的是(　　)

A．该实验通过观察颜色变化来判断生成物浓度的变化
B．观察到现象a比现象b中红色更深，即可证明增加反应物浓度，平衡正向移动
C．进行Ⅱ、Ⅲ对比实验的主要目的是防止由于溶液体积变化引起各离子浓度变化而干扰实验结论得出
D．若Ⅰ中加入KSCN溶液的体积改为2 mL也可以达到实验目的
解析：选D　若Ⅰ中加入KSCN溶液的体积改为2 mL，氯化铁溶液过量，不仅有浓度问题，还有反应物的用量问题，故D错误。
3．下列关于可逆反应A(？)＋2B(s)C(g)　ΔH<0，叙述正确的是(　　)
A．当反应达到平衡之后，气体摩尔质量不变，则反应达到平衡状态
B．平衡后，恒温下扩大容器体积，再次平衡后气体密度一定减小
C．平衡后，恒容下降低温度，再次平衡后气体中C的体积分数可能减小
D．平衡后，恒温恒容下，通入气体C，气体C的浓度可能不变
解析：选D　若A不是气体，气体摩尔质量一直不变，不能判断是否是平衡状态，若A是气体，可以判断，故A错误；若A不是气体，温度不变，平衡常数不变，气体C的浓度不变，密度也不变，若A是气体，气体化学计量数相等，平衡不移动，密度减小，故B错误；若A不是气体，C的体积分数可能一直是100%，若A是气体，降低温度，平衡正向移动C的体积分数增加，故C错误；若A不是气体，恒温恒容下，平衡常数不变，气体C的浓度不变，故D正确。
4．如图是关于反应A2(g)＋3B2(g)2C(g)(正反应为放热反应)的平衡移动图像，影响平衡移动的原因可能是(　　)

A．升高温度，同时加压
B．降低温度，同时减压
C．增大反应物浓度，同时减小生成物浓度
D．增大反应物浓度，同时使用催化剂
解析：选C　图中t时刻改变条件，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡正向移动。升高温度，同时加压，v(正)、v(逆)均增大，A错误；降低温度，同时减压，v(正)、v(逆)均减小，B错误；增大反应物浓度，同时减小生成物浓度，v(正)瞬间增大而v(逆)瞬间减小，平衡正向移动，C正确；增大反应物浓度，同时使用催化剂，v(正)、v(逆)均增大，D错误。
5．丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。
已知：①C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－119 kJ·mol－1
②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH2＝－242 kJ·mol－1
丁烷(C4H10)脱氢制丁烯(C4H8)的热化学方程式为C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)　ΔH3。
下列措施一定能提高该反应中丁烯产率的是(　　)
A．增大压强，升高温度　　 B．升高温度，减小压强
C．降低温度，增大压强 D．减小压强，降低温度
解析：选B　根据盖斯定律，由①－②可得：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)，得ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝(－119 kJ·mol－1)－(－242 kJ·mol－1)＝＋123 kJ·mol－1。提高该反应中丁烯的产率，应使平衡正向移动，该反应的正反应为气体分子数增加的吸热反应，可采取的措施是减小压强、升高温度。
6．处于平衡状态的反应：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)　ΔH>0，不改变其他条件的情况下，下列叙述正确的是(　　)
A．加入催化剂，反应途径将发生改变，ΔH也随之改变
B．升高温度，正、逆反应速率都增大，H2S的分解率也增大
C．增大压强，平衡向逆反应方向移动，将引起体系温度降低
D．若体系保持恒容，充入一定量H2后达到新平衡，H2的浓度将减小
解析：选B　加入催化剂，反应途径将发生改变，活化能改变，但ΔH不变，A错误；升高温度，活化分子百分数增大，正、逆反应速率增大；升高温度，平衡正向移动，H2S的分解率增大，B正确；增大压强，平衡向逆反应方向移动，该反应的逆反应为放热反应，反应体系的温度升高，C错误；保持恒容，充入一定量H2，平衡逆向移动，根据勒夏特列原理，达到新平衡时，c(H2)仍比原平衡大，D错误。
7．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·mol－1。在某温度下，达到平衡状态，测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是(　　)
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，缩小容器的容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa
C．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：选A　LaNi5是固体，在反应过程中，其浓度始终不变，不能根据固体的浓度不变判断反应是否达到平衡状态，A错误；温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，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；扩大容器的容积，相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，则n(H2)增多，C正确；该反应的正反应是气体分子总数减小的放热反应，因此增大压强、降低温度，平衡正向移动，有利于储氢，D正确。
8．纳米钴(Co)常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH<0。下列有关说法正确的是(　　)
A．纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率
B．缩小容器容积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大
C．温度越低，越有利于CO催化加氢
D．从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率
解析：选B　催化剂不能改变反应的转化率，A项错误；压强增大，平衡正向移动，但移动的结果不能抵消条件的改变，CO的浓度还是增大的，B项正确；工业生产的温度应考虑催化剂的活性温度，C项错误；从平衡体系中分离出水蒸气，反应速率减慢，D项错误。
9．已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为)。下列有关说法正确的是(　　)

A．上述反应的ΔH<0
B．N点时的反应速率一定比M点的快
C．降低温度，H2的转化率可达到100%
D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
解析：选A　根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点的，M点温度高于N点的，因此无法确定两点反应速率的快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；控制合适的温度和压强，既能保证反应速率较快，也能保证H2有较高的转化率，采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。
10．运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。
(1)硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。

①若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
②若反应进行到状态D时，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
(2)课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，应用此法反应达到平衡时反应物的转化率不高。
①能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是________(填字母)。
A．使用更高效的催化剂
B．升高温度
C．及时分离出氨
D．充入氮气，增大氮气的浓度(保持容器容积不变)

②若在某温度下，2 L的密闭容器中发生合成氨的反应，图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线。用H2表示0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝____________。从第11 min起，压缩容器的容积为1 L，则n(N2)的变化曲线为________(填字母)。
解析：(1)①恒温恒压条件下，向题述平衡体系中通入氦气，则反应容器的容积会增大，各物质的浓度会减小，平衡会向气体分子数增大的方向(向左)移动。②反应进行到状态D时没有达到平衡，反应向右进行，所以v正>v逆。(2)①该反应是一个气体分子数减少的放热反应，升高温度，平衡逆向移动；使用更高效的催化剂，反应速率增大，但平衡不移动；分离出氨，平衡虽然正向移动，但反应速率减小；充入氮气，平衡正向移动且反应速率增大。②0～10 min时，N2从0.6 mol减少到0.2 mol，变化量为0.4 mol，则H2的变化量为1.2 mol，v(H2)＝1.2 mol÷2 L÷10 min＝0.06 mol·L－1·min－1。平衡时压缩容器的容积，气体的压强增大，平衡正向移动，N2的物质的量在原有基础上减小，曲线d符合题意。
答案：(1)①向左　②>　(2)①D
②0.06 mol·L－1·min－1　d
11.氢是人们公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出，氢的获得及以氢为原料的工业生产工艺成为科技工作者研究的重要课题。
(1)工业生产中可利用H2还原CO2制备清洁能源甲醇。
①已知CO(g)和H2(g)的燃烧热ΔH分别为－283.0 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1。CO与H2合成甲醇的能量变化如图所示。则用CO2和H2(g)制备甲醇(l)的热化学方程式为______________________________________________________________。
②将一定量的CO2和H2充入某恒容密闭容器中发生上述反应，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率与温度的关系如图所示。催化效果最好的催化剂是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，该反应在a点达到平衡状态，a点的转化率比b点的高，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)利用CO和水蒸气可制备H2，反应的化学方程式为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中进行上述反应，得到的三组数据如下表所示：

温度/℃
起始量
达到平衡
n(CO)/mol
n(H2O)/ mol
n(H2)/ mol
CO转化率
时间/ min
650
4
2
1.6

6
900
3
2


3

①该反应的正反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。
②900 ℃时，0～3 min内反应的平均速率v(H2O)＝________，达到平衡时c(H2)＝________。(保留2位小数)
解析：(1)①根据CO(g)和H2(g)的燃烧热ΔH，可写出热化学方程式(Ⅰ)CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1；(Ⅱ)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1。根据图像曲线变化可写出热化学方程式(Ⅲ)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－(510－419)kJ·mol－1＝－91 kJ·mol－1。根据盖斯定律，由(Ⅱ)＋(Ⅲ)－(Ⅰ)，可得CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l)　ΔH＝－93.8 kJ·mol－1。②由图像可知催化剂Ⅰ的催化效果最佳；该反应为放热反应，达到平衡后，随温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率降低。(2)①650 ℃时，根据三段式进行计算：
　　　　 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/mol　　　4　　　2　　　　 0　　　0
转化/mol 1.6 1.6 1.6 1.6
平衡/mol 2.4 0.4 1.6 1.6
故650 ℃时，平衡时CO转化率为1.6÷4＝0.4>，即温度越高，CO平衡转化率越低，故该反应的正反应为放热反应。②900 ℃时，结合CO的平衡转化率，根据三段式进行有关计算：
　　　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/mol　 3　　　2　　　　0　　　0
转化/mol 1 1 1 1
平衡/mol 2 1 1 1
0～3 min内v(H2O)＝≈
0．17 mol·L－1·min－1，
平衡时c(H2)＝＝0.50 mol·L－1。
答案：(1)①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l)　ΔH＝－93.8 kJ·mol－1　②Ⅰ　该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动　(2)①放热
②0.17 mol·L－1·min－1　0.50 mol·L－1
12．丙烯是重要的有机化工原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等。“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H84C3H6；副反应：C4H82C2H4。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w%)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示：

(1)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，从图1和图2中表现的趋势来看，下列反应条件最适宜的是________(填字母序号)。
A．300 ℃　0.1 MPa　　　 B．700 ℃　0.1 MPa
C．300 ℃　0.5 MPa D．700 ℃　0.5 MPa
(2)有研究者结合图1数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是________________。
(3)图2中，随压强增大，平衡体系中丙烯的质量分数呈上升趋势，从平衡角度解释其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由题可知乙烯越少越好，再结合图像1和图像2可知，最适宜的温度为300 ℃，压强越大，乙烯的含量越低，故选C。(2)450 ℃比300 ℃的反应速率快，比700 ℃的副反应程度小，丁烯转化为丙烯的转化率高，该温度下催化剂的选择性最高，是催化剂的最佳活性温度。(3)压强增大，副反应C4H82C2H4平衡左移，C4H8的浓度增大，使主反应3C4H84C3H6平衡右移。
答案：(1)C　(2)450 ℃比300 ℃的反应速率快，比700 ℃的副反应程度小，丁烯转化为丙烯的转化率高，该温度下催化剂的选择性最高，是催化剂的最佳活性温度　(3)压强增大，生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应的平衡正向移动，丙烯含量增大
13．(2021·德阳模拟)处理、回收利用CO是环境科学家研究的热点课题。回答下列问题：
Ⅰ.处理大气污染物
CO用于处理大气污染物N2O的反应原理为CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－224.0 kJ·mol－1
有人提出上述反应可以用“Fe”作催化剂，其总反应分两步进行：
(1)第一步：Fe＋＋N2OFeO＋＋N2；第二步：____________________(写反应方程式)。
(2)第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间，由此推知，第二步反应速率________第一步反应速率(填“大于”“小于”或“等于”)。
Ⅱ.合成天然气(SNG)
涉及的主要反应原理如下：
CO甲烷化：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－206.2 kJ·mol－1
水煤气变换：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1
(3)反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
(4)在恒压管道反应器中，按n(H2)∶n(CO)＝3∶1通入原料气发生CO甲烷化反应，400 ℃、p总为100 kPa时反应体系平衡组成如表所示。
组分
H2
CO
CH4
H2O
CO2
体积分数φ/%
8.50
1.50
45.0
44.0
1.00
则该条件下CO的总转化率α＝________(保留一位小数)。
解析：Ⅰ.(1)根据催化剂定义，第二步反应中，中间产物(FeO＋)氧化CO生成CO2，本身被还原成Fe＋，FeO＋＋CO===Fe＋＋CO2。(2)第二步反应对总反应速率没有影响，说明第一步是慢反应，控制总反应速率，第二步反应速率大于第一步反应速率。Ⅱ.(3)对CO甲烷化、水煤气变换热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律：①－②即可得：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝(＋41.2－206.2) kJ·mol－1＝－165 kJ·mol－1。(4)设n(H2)＝3 mol、n(CO)＝1 mol，恒压恒温条件下气体的体积分数之比等于物质的量之比，设平衡时混合气体总物质的量为x mol，根据C原子守恒得(45.0%＋1.00%＋1.5%)×x mol＝1 mol，解得x＝ mol，则CO的转化率为×100%＝×100%≈96.8%。
答案：(1)FeO＋＋CO===Fe＋＋CO2　(2)大于
(3)－165　(4)96.8%