新教材适用2024版高考化学一轮总复习练案21第七章化学反应速率与化学平衡第21讲化学平衡状态化学平衡的移动

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练案[21]　第21讲　化学平衡状态　化学平衡的移动一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2023·河北衡水检测)合成氨是工业上的重要反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列说法错误的是( A )A．反应达平衡状态后，各物质浓度不变，反应停止B．反应达平衡状态后，单位时间内生成1 mol N2的同时消耗3 mol H2C．在上述条件下，N2不可能100%转化为NH3D．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率[解析]　反应达到平衡状态，是一个动态平衡，正、逆反应速率相等，各物质浓度不变。反应仍在进行，故A错误。2．(2023·山东日照模拟)在一个恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为1.0 mol·L－1、1.0 mol·L－1、0.5 mol·L－1，当反应达到最大限度时，可能出现的数据是( D )A．c(SO3)＝1.5 mol·L－1B．c(O2)＝c(SO3)＝0.75 mol·L－1C．c(O2)＝1.25 mol·L－1D．c(SO2)＋c(SO3)＝1.5 mol·L－1[解析]　该反应为可逆反应，不能完全转化，则c(SO3)<1.5 mol·L－1，故A错误；某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为1.0 mol·L－1、1.0 mol·L－1、0.5 mol·L－1，SO3的浓度增大0.25 mol·L－1变为0.75 mol·L－1，此时转化的氧气为0.125 mol·L－1，此时c(O2)＝1.0 mol·L－1－0.125 mol·L－1＝0.875 mol·L－1，故B错误；该反应为可逆反应，不能完全转化，结合上述分析可知，c(O2)<1.25 mol·L－1，故C错误；由S原子守恒可知，c(SO2)＋c(SO3)＝1.5 mol·L－1，故D正确。3．(2023·广东惠州一调)下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( B )A．高压比常压有利于合成NH3B．由H2、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深C．将装有NO2气体并密封的圆底烧瓶放入热水中，气体颜色变深D．常温时，AgCl在饱和氯化钠溶液中的溶解度小于在水中的溶解度[解析]　合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，有利于合成氨，A项能用平衡移动原理解释；该体系中存在平衡H2(g)＋I2(g)2HI(g)，该反应反应前后气体的体积不变，增大压强，平衡不移动，气体颜色变深是因为压缩气体的体积，碘的浓度增大，B项不能用平衡移动原理解释；装有NO2气体并密封的圆底烧瓶中存在平衡2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，放入热水中相当于升温，会促进平衡向吸热反应方向移动，即向逆反应方向移动，导致NO2增多，气体颜色变深，C项能用平衡移动原理解释；常温时，AgCl在溶液中存在平衡AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，饱和氯化钠溶液中的氯离子使该平衡逆向移动，抑制AgCl(s)的溶解，D项能用平衡移动原理解释。4．(2023·山东济南检测)在恒温恒容的密闭容器中发生反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH<0，下列能说明该反应达到平衡状态的是( A )①反应速率5v(NH3)＝4v(O2)　②体系的压强不再发生变化　③混合气体的密度不再发生变化　④气体的平均摩尔质量不再发生变化　⑤单位时间内生成5 mol O2，同时断裂12 mol O—H键　⑥NO的浓度不变A．②④⑥   B①②④⑥C．②⑤⑥  D．①②③④⑤[解析]　无论反应是否达到平衡，用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比，v(NH3)v(O2)＝45，则有5v(NH3)＝4v(O2)，①错误；该反应的正向是气体总分子数增加的反应，恒温恒容时，体系的压强不变，则气体总物质的量不变，达到平衡状态，②正确；恒容时，反应中各物质均为气体，则混合气体的密度始终不变，③错误；气体的总质量一定，平均摩尔质量不变，则气体总物质的量不变，该反应达到平衡状态，④正确；单位时间内生成5 mol O2必然消耗6 mol H2O，断裂12 mol H—O键，不能判断是否平衡，⑤错误；NO的浓度不变，则其消耗速率等于生成速率。该反应达到平衡，⑥正确。5．(2023·天津检测)一定条件下，0.3 mol X(g)与0.3 mol Y(g)在容积固定的密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是( C )A．反应一段时间后，X与Y的物质的量之比仍为11B．达到平衡时，反应放出0.1a kJ的热量C．达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，Z的正反应速率将不发生变化D．X的体积分数保持不变，说明反应已达到平衡[解析]　反应过程中X与Y的变化量之比是13，则反应一段时间后，X与Y的物质的量之比不可能仍为11，故A错误；达到平衡时，因不知道变化的X的物质的量，无法确定反应放出0.1a kJ的热量，故B错误；恒容条件下，达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，不影响反应物和生成物的浓度，反应速率也不变，故C正确；　　　　　　　　X(g) ＋ 3Y(g)2Z(g)起始物质的量/mol  0.3     0.3       0变化物质的量/mol  x       3x        2x变化后物质的量/mol  0.3－x  0.3－3x  2xX的体积分数＝×100%＝50%，始终保持不变，不能说明反应已达到平衡，故D错误。6．(2023·山东滨州检测)一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( D )A．①②　　 B．②④　　C．③④　　 D．①④[解析]　因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意。7．反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是(O～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)( C )[解析]　分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。增加O2的浓度，v正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆瞬间都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆瞬间都增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。8．(2023·辽宁丹东模拟)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 mol CH4和1.20 mol NO2，测得不同温度下，n(CH4)(单位：mol)随时间变化的有关实验数据如表所示，下列说法正确的是( C )组别温度/K时间/min010204050①T10.500.350.250.100.10②T20.500.300.18M0.15A.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KD．高温下CH4消除NO2速率较快，所以温度越高越有利于消除NO2[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反应才能自发进行。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40 min后T1组CH4含量不变，说明反应达到平衡状态，根据分析可知T2会更快的到达平衡，即40 min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。9．(2023·湖南永州模拟)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( B )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：2COSS2＋2CO、4CO2＋S24CO＋2SO2[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，1 200～1 400 K，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，500～1 000 K时COS含量降低，S2、CO含量升高，体系中可能发生反应：2COSS2＋2CO；温度大于1 000 K时CO2、S2含量降低，CO、SO2含量升高，体系中可能发生反应：4CO2＋S24CO＋2SO2，D正确。10．(2023·广东广州检测)甲醇是重要的化工原料，具有广泛的开发和应用前景。在体积可变的密闭容器中投入0.5 mol CO和1 mol H2，不同条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强的变化如图1所示；500 K时，该反应的平衡常数的对数lg K如图2中Q点所示。下列说法正确的是( D )A．p总1<p总2B．混合气体的密度不再发生变化，不能说明该反应已达到平衡状态C．图2中M点能正确表示该反应平衡常数的对数(lg K)与温度的关系D．若p总1＝0.25 MPa，则Y点的平衡常数Kp＝64(MPa)－2[解析]　对于反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，增大压强，平衡正向移动，甲醇的物质的量增大，由图像可知p总1>p总2，故A错误；容器体积可变，由于气体的质量不变，则密度不变，可说明反应达到平衡状态，故B错误；升高温度甲醇的物质的量减少，说明升高温度，平衡逆向移动，则升高温度，lg K减小，N点能正确表示该反应平衡常数的对数(lg K)与温度的关系，故C错误；X、Y点在相同温度下，则平衡常数相同，X点甲醇的物质的量为0.25 mol，则　　　　CO(g)　＋　2H2(g)CH3OH(g)起始/mol  0.5       1          0转化/mol  0.25     0.5        0.25平衡/mol  0.25     0.5        0.25则K(Y)＝K(X)＝＝64(MPa)－2，故D正确。二、非选择题：本题共4小题。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　。化学键C—HO—HC===OH—H键能(kJ/mol)abcd(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 acd　。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表示的平均反应速率为 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，不能判断反应是否达到平衡，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物质表示的反应速率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)：时间(min)12345氢气体积(mL)(标准状况)50120232290310①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 minC．2～3 min  D．3～4 minE．4～5 min②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 ABC　。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%。13．用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。(1)实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl～T曲线如下图：则总反应的ΔH <　(填“>”“＝”或“<”)0。(2)在上述实验中若压缩体积使压强增大，请在上图画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由： 温度相同的条件下，增大压强，平衡右移，αHCl增大，因此曲线应在原曲线上方　。(3)下列措施中，有利于提高αHCl的有 BD　(填选项字母)。A．增大n(HCl)  B．增大n(O2)C．使用更好的催化剂  D．移去H2O[答案]　(2)见下图[解析]　(1)结合题中αHCl～T图像可知，随着温度升高，αHCl降低，说明升高温度平衡逆向移动，得出正反应方向为放热反应，即ΔH<0。(2)结合可逆反应2HCl(g)＋O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)的特点，增大压强平衡向右移动，αHCl增大，则相同温度下，HCl的平衡转化率比增压前的大，曲线如答案中图像所示。(3)有利于提高αHCl，则采取措施应使平衡2HCl(g)＋O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)正向移动。A项，增大n(HCl)，则c(HCl)增大，虽平衡正向移动，但αHCl减小，错误；B项，增大n(O2)即增大反应物的浓度，D项，移去H2O即减小生成物的浓度，均能使平衡正向移动，两项都正确；C项，使用更好的催化剂，只能加快反应速率，不能使平衡移动，错误。14．含氮化合物的用途广泛，氮气是制备含氮化合物的重要原料。已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，不同温度下，向三个相同的容器中投入等量的反应物进行反应，测得平衡混合物中NH3的物质的量分数与压强的关系如图所示：(1)M点的v正 >　(填“>”“<”或“＝”)Q点的v正，原因是 其他条件相同，M点的压强大，化学反应速率快　。(2)图中三条曲线对应的温度T1、T2、T3由高到低的顺序为 T3>T2>T1　。(3)恒温恒容条件下，能说明反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的是 AD　(填选项字母)。A.保持不变B．3 mol H—H键断裂的同时，有2 mol N—H键断裂C．2v(N2)＝v(NH3)D．反应器中的压强不再发生变化(4)合成氨工业中原料气所含的少量CO对合成塔中的催化剂有害，可由“铜洗”工序实现对原料气精制。有关反应的化学方程式如下：[Cu(NH3)2]Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)[Cu(NH3)3]Ac·CO(aq)　ΔH＝－35 kJ·mol－1用化学平衡移动原理分析该工序生产的适宜条件为 低温、加压　。(5)氨气是工业制硝酸的主要原料。T ℃时，NH3和O2可能发生如下反应：①4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－907 kJ·mol－1②4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 269 kJ·mol－1其中②是副反应，若要减少副反应，提高NO的产率，最合理的措施是 使用合适的催化剂　；T ℃时N2和O2反应生成NO的热化学方程式为 N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH＝＋181 kJ·mol－1　。[解析]　(1)Q、M两点在同一等温曲线上，其他条件相同，M点压强大，反应速率快。(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)是正向体积减小的放热反应，温度越高，氨气的含量越小，观察图像可知：T1时氨气含量最高，T3时氨气含量最低，所以温度高低顺序为T3>T2>T1。(3)A项为Qc的表达式，不变时即Qc＝K，即反应达到平衡状态，正确；B项3 mol H—H键断裂的同时，有6 mol N—H键断裂时，反应达到平衡状态，故3 mol H—H键断裂的同时，有2 mol N—H键断裂时，反应正向进行，错误；C项2v正(N2)＝v逆(NH3)时，反应达到平衡，2v(N2)＝v(NH3)时不能确定反应是否平衡，错误；D项正反应为压强减小的反应，所以压强不变，反应达到平衡，正确。(4)对于正反应是气体体积减小的放热反应，若使反应向正反应方向移动则要求增大压强、降低温度。(5)由题中所给反应方程式可知，主反应和副反应均为放热反应和气体物质的量增加的反应，为减少副反应发生，提高NO产率，最合理的措施是采用合适的催化剂，使反应物尽可能完全反应，既能增大反应速率，又能提高NO产率；根据盖斯定律由得到N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH＝＋181 kJ·mol－1。