化学选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第二节 化学平衡第2课时习题

第2课时　影响化学平衡的因素

基础巩固

1.下列说法不正确的是(　　)。

A.反应混合物中各组分百分含量发生改变,化学平衡一定发生了移动

B.外界条件的改变引起v正≠v逆,则平衡一定发生移动

C.平衡移动时,反应物的浓度一定减小

D.外界条件发生变化,化学平衡不一定移动

答案:C

解析:外界条件的改变使正、逆反应速率不相等时才能使化学平衡发生移动,升高温度使化学平衡逆向移动时反应物的浓度增大。

2.已知反应A2(g)+2B2(g)2AB2(g)　ΔH<0,下列说法正确的是(　　)。

A.升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动

B.升高温度有利于反应速率的增大,从而缩短达到平衡所需的时间

C.达到平衡后,升高温度或增大压强(减小容器的容积)都有利于该反应平衡正向移动

D.达到平衡后,降低温度或减小压强(增大容器的容积)都有利于该反应平衡正向移动

答案:B

解析:A2(g)+2B2(g)2AB2(g)的正反应是放热的、气体体积缩小的反应,升高温度,正、逆反应速率均增大,达到平衡需要的时间减少,但吸热方向的速率增大得更多,所以平衡向逆反应方向移动,A项、C项错误,B项正确;减小压强(增大容器的容积),平衡向逆反应方向移动,D项错误。

3.已知化学反应2A(?)+B(g)2C(?)达到平衡,当增大压强(减小容积)时,平衡向逆反应方向移动,则下列情况可能的是(　　)。

A.A是气体,C是固体

B.A、C均为气体

C.A、C均为固体

D.A是固体,C是气体

答案:D

解析:增大压强,平衡逆向移动说明逆反应是气体物质的量减小的反应,故C为气体,A为非气态(如固体)。

4.恒温下,反应:aX(g)bY(g)+cZ(g)达到平衡后,把容器容积压缩到原来的一半且达到新平衡时,X的物质的量浓度由0.1 mol·L-1增大到0.19 mol·L-1,下列判断正确的是(　　)。

A.a>b+c B.a<b+c

C.a=b+c D.a=b=c

答案:A

解析:由于容积减小一半,而X的浓度增大不到原来的2倍,说明增大压强,平衡向正反应方向移动,正反应气体体积缩小,所以a>b+c。

5.在一定条件下,反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到了平衡,改变某一条件,发生下述变化,其中可确定该平衡一定发生移动的是(　　)。

A.v(SO2)增大

B.v(SO3)减小

C.O2的百分含量发生变化

D.SO3的质量不变

答案:C

解析:若正、逆反应速率同等程度地增大或减小,仍然相等,平衡不移动;O2的百分含量发生变化,化学平衡一定发生移动;SO3的质量不变,平衡不移动。

6.已知反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH<0,如图所示的曲线是其他条件一定时,NO的平衡转化率与温度的关系曲线。图中标有A、B、C、D四点,其中表示未达到平衡状态,且v正>v逆的点是(　　)。

A.A点 B.B点

C.C点 D.D点

答案:C

解析:坐标系的纵轴表示NO的平衡转化率,横轴表示温度,曲线上的任意一点表示在该温度下达到平衡状态时对应的NO的转化率。C点时NO的平衡转化率比对应温度下的NO的平衡转化率小,因此需要转化更多的NO,即C点未达到平衡状态,且v正>v逆。A点表示未达到平衡状态,但A点时NO的平衡转化率比对应温度下的NO的平衡转化率大,v正<v逆。B、D点表示达到平衡状态。

7.一定条件下,水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是(　　)。

温度的影响

压强的影响

A.CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH<0

B.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0

C.CH3CH2OH(g)CH2CH2(g)+H2O(g)　ΔH>0

D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)2C6H5CHCH2(g)+2H2O(g)　ΔH<0

答案:A

解析:由温度的影响图像知,T2>T1,且升高温度,水蒸气含量减少,即平衡逆向移动,正反应为放热反应,B、C两项错误;由压强的影响图像知,p1>p2,且增大压强,水蒸气含量增加,平衡正向移动,正反应是气体分子数减小的反应,A项正确,D项错误。

8.对于可逆反应A2(g)+3B2(g)2AB3(g)　ΔH<0,下列图像正确的是(　　)。

答案:C

解析:升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向逆反应方向移动,交叉点后,逆反应速率应该大于正反应速率,A项错误;该反应是气体体积减小的可逆反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,所以生成物的含量增大而不是减小,B项错误;该反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则生成物的含量减小,一定温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,则生成物的含量增大,C项正确;温度越高,反应速率越大,则达到平衡所需时间越短,升高温度,平衡向逆反应方向移动,反应物的含量增大,D项错误。

9.下列事实能用勒夏特列原理来解释的是(　　)。

A.工业上制取SO3,通常需要使用催化剂:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

B.铁在潮湿的空气中容易生锈

C.减小容器的容积,H2、I2、HI平衡体系混合气体颜色变深:H2(g)+I2(g)2HI(g)

D.实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气:Cl2+H2OH++Cl-+HClO

答案:D

解析:催化剂不会使平衡发生移动,不能用勒夏特列原理解释,A项错误;铁生锈是不可逆过程,不能用勒夏特列原理解释,B项错误;H2(g)+I2(g)2HI(g)反应后气体体积不变,减小容器的容积,I2(g)浓度增大,气体颜色变深,但平衡不移动,不能用勒夏特列原理解释,C项错误;氯气与水的反应是可逆反应,饱和氯化钠溶液中氯离子浓度大,有利于化学平衡逆向移动,从而抑制氯气溶解,实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释,D项正确。

10.在密闭容器中进行如下反应:CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。每小问中,第一个空填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”;第二个空填“增大”“减小”或“不变”。

(1)增加C(s),则平衡　　　　　　,c(CO2)　　　　。 

(2)保持温度不变,缩小反应容器的容积,则平衡　　　　　,c(CO2)　　　　。 

(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入N2,则平衡　　　　　,c(CO2)　　　　。 

(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡　　　　　,c(CO)　　　　。 

答案:(1)不移动　不变

(2)逆向移动　增大

(3)不移动　不变

(4)正向移动　增大

解析:(1)C为固体,增加C的量,其浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。

(2)缩小反应容器的容积,即增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,c(CO2)增大。

(3)通入N2,但容积和温度不变,平衡不会发生移动,c(CO2)不变。

(4)容积不变,升高温度,平衡向吸热方向移动,c(CO)增大。

11.(1)工业上利用H2与CO2合成二甲醚的反应为6H2(g)+2CO2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH<0;温度升高,反应达到新的平衡后,CH3OCH3的产率将　　　　(填“变大”“变小”或“不变”,下同),混合气体的平均相对分子质量将　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)某科研小组欲研究在其他条件不变的情况下,改变起始氧气的物质的量对反应4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)　ΔH<0的影响。

①图像中T1和T2的关系是T1　　　　(填“>”“<”或“=”)T2。 

②比较A、B、C三点所处的平衡状态中,反应物NO2的转化率最大的是　　　　。

答案:(1)变小　变小

(2)①>　②C

解析:(1)正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,二甲醚的产率变小。气体的质量不变,物质的量增大,因此混合气体的平均相对分子质量将变小。

(2)①正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,生成物含量降低,所以温度是T1>T2。

②增加氧气的浓度,能增大NO2的转化率,所以反应物NO2的转化率最大的是C点。

能力提升

1.在一密闭容器中进行以下可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+2L(?)。在不同的条件下P的质量分数的变化情况如图,则该反应(　　)。

A.正反应放热,L是固体

B.正反应放热,L是气体

C.正反应吸热,L是气体

D.正反应放热,L是固体或气体

答案:B

解析:依据图像分析,相同条件下,先拐先平温度高,压强大,依据Ⅰ、Ⅱ可知温度越高w(P)越小,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应。结合Ⅱ、Ⅲ,压强越大,w(P)越小,说明增大压强平衡逆向移动,增大压强平衡向体积减小的方向移动,则L为气体。

2.在密闭容器中的一定量混合气体发生反应:xA(g)+yB(g)zC(g),达到平衡时,测得A的浓度为0.5 mol·L-1,在温度不变的条件下,将容器的容积扩大到原来的两倍,反应再次达到平衡,测得A的浓度降低为0.3 mol·L-1。下列有关判断正确的是(　　)。

A.x+y<z  B.平衡向正反应方向移动

C.C的体积分数降低 D.B的浓度增大

答案:C

解析:在温度不变的条件下,将容器的容积扩大到原来的两倍,若平衡不移动,则A的浓度为0.25mol·L-1;容积扩大到原来的两倍再次达到平衡时A的浓度为0.3mol·L-1>0.25mol·L-1,说明减小压强,平衡向逆反应方向移动,x+y>z,C的体积分数降低,B的浓度减小。

3.可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+gD(g)的v-t图像如图甲所示,若其他条件都不变,只是在反应前加入合适的正催化剂,则其v-t图像如图乙所示。

①a1=a2　②a1<a2　③b1=b2　④b1<b2　⑤t1>t2　⑥t1=t2　⑦两图中阴影部分面积相等　⑧图乙中阴影部分面积更大。

以上所述正确的组合为(　　)。

图甲

图乙

A.②④⑤⑦ B.②④⑥⑧

C.②③⑤⑦ D.①③⑥⑧

答案:A

解析:加入正催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能,同等程度增大正、逆反应速率,但不改变反应物和生成物的总能量,不改变反应的焓变,不改变化学平衡状态。由此可得:a1<a2、b1<b2、t1>t2,②④⑤正确;v正(A)·Δt表示A的消耗浓度,v逆(A)·Δt表示A的生成浓度,两者之差为反应物A浓度的变化量,即图中的阴影面积。催化剂不能使平衡发生移动,则两图中阴影部分面积相等,⑦正确。综上,A项正确。

4.温度为T0时,在容积固定的密闭容器中X(g)与Y(g)发生可逆反应生成Z(g),4 min时达到平衡,各物质浓度随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,Z的浓度随时间变化的关系如图b所示。下列叙述错误的是(　　)。

图a

图b

A.发生反应时,各物质的反应速率大小关系为v(X)=v(Y)=2v(Z)

B.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为62.5%

C.T0时,该反应的平衡常数为33.3

D.该反应正反应的反应热ΔH>0

答案:A

解析:根据题图a可知,0~4min时,X、Y的浓度分别减少0.25mol·L-1、0.25mol·L-1,Z的浓度增加0.5mol·L-1,则化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比,则2v(X)=2v(Y)=v(Z),A项错误;题图a中,Y的起始浓度为0.4mol·L-1,平衡浓度为0.15mol·L-1,则Y的转化率为×100%=62.5%,B项正确;达到平衡时,c(X)=0.05mol·L-1,c(Y)=0.15mol·L-1,c(Z)=0.5mol·L-1,则平衡常数K=≈33.3,C项正确;根据题图b可知,T1条件下反应先达到平衡,则T1>T2,T2→T1,温度升高,c(Z)增大,则平衡向正反应方向移动,故正反应为吸热反应,ΔH>0,D项正确。

5.(1)CH4氧化器中发生的主反应:

i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)

ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)

850 ℃时,压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如图。

①随着压强的增大,反应i的化学平衡常数的值　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

②结合图像,分析H2O的体积分数变化的原因　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

(2)将一定量的FeO和CO2置于CO2还原器(容积不变的密闭容器)中,发生的主反应:

CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+CO(g)　ΔH2,保持其他条件不变,测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。

①ΔH2　　　　　　(填“>”或“<”)0。 

②若在150 ℃时进行上述转化,理论转化率α(FeO)=　　　　　　。 

③在上述反应体系中,一定可以说明该反应达到平衡状态的是　　　(填字母)。

A.体系的压强不变

B.CO2的物质的量不变

C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零

D.气体的平均摩尔质量不变

④根据化学反应原理,分析CO2还原器温度设置在170 ℃的原因                     　。 

答案:(1)①不变　②Fe3O4+H23FeO+H2O

(2)①<　②100%　③C　④温度过高,CO2的转化率较低;温度过低,反应的速率较小

解析:(1)化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,故改变压强,化学平衡常数的值不变。由题给图像可知,H2O的体积分数变大的同时H2的体积分数在减小,Fe3O4与H2在高温下反应生成FeO和H2O,反应的化学方程式是Fe3O4+H23FeO+H2O。(2)根据表中数据,温度升高,CO2的体积分数变大,CO的体积分数变小,说明平衡逆向移动,逆向是吸热的,ΔH2<0。从100℃上升到170℃,CO2和CO的体积分数都没变,说明这个区域内虽然温度变化,但是平衡没有移动,理论上已经全部转化了,所以理论值是100%。CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+CO(g)是反应前后气体体积不变的反应,所以压强不变不能判断是否达到平衡,A项错误;由第②问可以看出温度从100℃上升到170℃,已经完全转化了,此时CO2和CO的体积分数都没变,但是此时不算平衡状态,所以B项和D项错误;只有C是根据化学平衡的定义描述的,即平衡时正逆反应速率相等且不为0,故C项正确。温度选择170℃的原因是温度过高,CO2的转化率会变低,而从速率的角度分析,温度过低又会使反应速率变小,则应选择一个合适的温度。

6.氨是一种重要的化工原料,请回答下列各题:

已知合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。图1表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图2表示在其他条件不变的情况下,改变初始氢气的物质的量对此反应平衡的影响。

图1

图2

(1)图1中反应开始至10 min内该反应的平均反应速率v(H2)=　　　　　　　　　　;11 min时,在其他条件不变的情况下,压缩容器的容积为1 L,则n(N2)的变化曲线为　　　　　　(填“a”“b”“c”或“d”)。 

(2)图2中,E、F、R三点对应的平衡状态中,N2的转化率最高的是　　点。 

(3)图2中,T1和T2表示温度,对应温度下的平衡常数为K1、K2,则T1　　　　(填“>”“=”或“<”,下同)T2,K1　　　　K2。 

(4)若开始时向容器中加入1 mol N2和3 mol H2,充分反应后,放出的热量　　　(填“<”“>”或“=”)92.4 kJ,理由是　 　　　　　　　。 

(5)为有效提高氢气的转化率,实际生产中宜采取的措施有　　　　。 

A.降低温度

B.不断补充氮气

C.恒容时,充入氦气

D.升高温度

E.原料气不断循环

F.及时移出氨

(6)氨催化氧化制NO在热的铂铑合金催化下进行,4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),反应过程中合金始终保持红热,当升高温度时,化学平衡常数K会　　　 (填“增大”“减小”或“不变”)。NH3的转化率在温度为T1时随反应时间(t)的变化曲线如图3所示。其他条件不变,仅改变温度为T2(T2>T1),在图中画出温度为T2时,NH3的转化率随反应时间变化的预期结果示意图。 

图3

答案:(1)0.045 mol·L-1·min-1　d

(2)R

(3)<　>

(4)<　该反应为可逆反应,反应物不能全部变为生成物,故放出的热量小于92.4 kJ

(5)BEF　(6)减小

解析:(1)v(N2)=-=0.015mol·L-1·min-1,所以v(H2)=0.045mol·L-1·min-1。压缩容器的容积即为增大体系压强,平衡正向移动,n(N2)减小,压缩的瞬间,n(N2)不变,与压缩前曲线有连接点,曲线d符合。(2)由于其他条件未发生变化,所以氢气的浓度越大,氮气的转化率越高,即E<F<R。(3)该反应的正反应为放热反应,温度越高,平衡时NH3的体积分数越小,故T1<T2,K1>K2。(4)该反应为可逆反应,反应物不能全部转化为生成物,故放出的热量小于92.4kJ。(5)温度过低,反应不能正常进行,温度过高,平衡逆向移动,充入氦气,平衡不发生移动,因此改变这几个条件,均不能增大氢气转化率;补充氮气或移除氨气,平衡均正向移动,氢气转化率增大;循环利用原料气,氢气可充分反应,转化率增大。(6)整个反应中合金始终保持红热,故为放热反应,温度升高时,平衡向逆反应方向移动,K减小。作图要点:因为T2>T1,温度升高,平衡向逆反应方向移动,NH3的转化率下降,T2温度下达到平衡时NH3的转化率要低于T1的;另外温度越高,越快达到平衡,所以T2温度下达到平衡所用的时间要小于T1。

7.利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生如下反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在容积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图1所示。现有两个容积相同的恒容密闭容器甲和乙,向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 mol H2,测得不同温度下CO的平衡转化率如图2所示。

图1

图2

(1)该反应的ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)0,p1　　　　p2。 

(2)达到平衡时,反应速率:A点　　　　B点,平衡常数:C点　　　　D点。 

(3)在C点时,CO的转化率为　　　　。 

(4)L、M两点容器内压强:p(M)　　　2p(L)。 

答案:(1)<　>　(2)<　=　(3)75%　(4)>

解析:(1)从图示可以看出,随温度升高,平衡混合物中CH3OH的体积分数不断减小,说明该反应为放热反应,ΔH<0;因为该反应是气体体积缩小的反应,图示中从C点到B点,平衡混合物中CH3OH的体积分数增大,平衡向正反应方向移动,所以p1>p2。(2)A点与B点相比较,B点压强大、温度高,反应速率大;C点与D点相比较,虽然压强不同,但温度相同,所以平衡常数相同。(3)假设CO的转化率为x,CO、H2的起始物质的量分别为1mol、2mol,

　　　CO(g)+    2H2(g)CH3OH(g)

起始物质的量: 1mol 2mol 0

变化物质的量: xmol 2xmol xmol

平衡物质的量: (1-x)mol (2-2x)mol xmol

根据题意:×100%=50%,解得x=0.75。(4)如果不考虑平衡移动,容器乙中气体总物质的量是容器甲中气体总物质的量的两倍,p(M)=2p(L),但现在容器乙温度高,反应又是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,气体的物质的量增加,所以p(M)>2p(L)。

8.(1)在一定温度和压强下,有如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),将1.6 mol SO2和0.8 mol O2放入一容积可变的密闭容器中,测得容器的起始容积为100 L。经一段时间后,反应达到平衡,测得混合气体的密度为1.6 g·L-1。请回答下列问题。

①达平衡时混合气体的体积为　　　　,SO2的转化率为　　　　。 

②若起始时加入a mol SO2、b mol O2,且a∶b=2∶1,在同样温度和压强下,反应达到平衡时,测得混合气体的容积为120 L。则a、b的值分别为a=　　　　,b=　　　　。 

(2)600 ℃时,在一密闭容器中,将二氧化硫和氧气混合,反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图所示,反应处于平衡状态的时间是　　　　　　　　　　。 

(3)据上图判断,反应进行至20 min时,曲线发生变化的原因是　　　　　　　　(用文字表达);10 min到15 min的曲线变化的原因可能是　　　　(填字母)。 

A.加了催化剂

B.缩小容器容积

C.降低温度

D.增加SO3的物质的量

答案:(1)①80 L　60%　②2.4　1.2

(2)15~20 min和25~30 min

(3)增加了O2的量　AB

解析:(1)①设达到平衡时SO2转化的物质的量为xmol,则有

　　　　  2SO2+　O2　2SO3

起始量/mol 1.6 0.8 0

转化量/mol x  x

平衡量/mol 1.6-x 0.8- x

ρ=,即1.6g·L-1=

解得:V=80L。再根据题意知:,解得x=0.96,SO2的转化率为×100%=60%。

②温度不变,SO2的转化率不变。

　　　2SO2       +   O2     2SO3

起始量/mol 2b b 0

转化量/mol 1.2b 0.6b 1.2b

平衡量/mol 0.8b 0.4b 1.2b

由①知平衡时体积为80L时,气体总物质的量为1.92mol,则:,解得:b=1.2,则a=2×1.2=2.4。

(2)反应处于平衡状态时,各组分的物质的量保持不变,由图知:15~20min和25~30min这两个时间段内,反应处于平衡状态。

(3)由图知,20min时,O2的物质的量突然增大,SO2和SO3的物质的量此时没有改变,随后O2和SO2物质的量减少,SO3的物质的量增加,反应正向进行,说明20min时曲线发生变化的原因为增加了O2的量。由图知10~15min,反应仍继续向正方向进行,但反应速率明显增大,故A、B均符合图像变化。