专题2分层作业13 化学平衡的移动
A级 必备知识基础练
1.反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH<0达到平衡时,改变其中一个条件,能加快反应速率且反应放出的热量不变的是( )
A.升高温度 B.减小压强
C.加入CO D.加入催化剂
2.在一定条件下的密闭容器中发生反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0。当达到平衡时,下列各项措施中,不能提高乙烷转化率的是( )
A.增大容器的容积
B.升高反应的温度
C.分离出部分氢气
D.等容条件下通入稀有气体
3.下列有关化学平衡说法正确的是( )
A.恒温恒容下,已达平衡的反应2NO2N2O4,当增大NO2的浓度时,NO2的转化率增大
B.恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入He,压强增大,反应速率加快,平衡移动
C.已达平衡的反应2NO2N2O4,减小容器容积增大压强,平衡向正反应方向移动,气体颜色变浅
D.已达平衡的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),当增大反应物物质的量时,平衡一定向正反应方向移动
4.已知苯酚(C6H5OH)与Fe3+反应生成[Fe(C6H5O)6]3-(紫色)。将6 mL 0.1 mol·L-1KI溶液和1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合,发生反应:2Fe3+(aq) +2I-(aq)2Fe2+ (aq) +I2(aq) ,下列有关该反应的说法错误的是( )
A.加入2 mL四氯化碳,振荡,平衡向右移动
B.经四氯化碳多次萃取,在分离后的水溶液中滴加苯酚溶液,若溶液呈紫色,说明该反应是可逆反应
C.加入少量I2固体,平衡向左移动
D.平衡常数的表达式为K=
5.(2023河北任丘一中高二期中)下列叙述过程不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.工业制取金属钾的反应为Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g),选取适宜的温度,使K变成蒸气从反应混合物中分离出来,有利于反应向右进行
B.CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)达平衡后,缩小容器容积,可使平衡体系颜色变深
C.工业上SO2催化氧化生成SO3,常通入过量的空气来提高SO2的平衡转化率
D.新制的氯水在光照条件下颜色变浅
6.一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH>0。该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是 ( )
选项 x y
A 温度 容器内混合气体的密度
B CO的物质的量 CO2与CO的物质的量之比
C SO2的浓度 平衡常数K
D MgSO4的质量(忽略体积) CO的转化率
7.一定条件下,在一密闭容器中放入足量的含有杂质(不与CO反应)的Ni和一定量的CO,发生下列反应并达到化学平衡:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。已知该反应在25 ℃、80 ℃时的平衡常数分别为5×104和2,下列说法正确的是( )
A.上述生成Ni(CO)4的反应为吸热反应
B.80 ℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)
C.恒温恒压下,若向容器中再充入少量的Ar,上述平衡将正向移动
D.将粗Ni与CO密封在一玻璃管内,通过调节两端温度,可以提纯Ni
8.(1)高温下,在密闭容器中进行反应CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH>0。达到平衡后,若改变下列条件,写出指定物质的浓度(填“增大”“减小”或“不变”)及平衡变化情况(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
①增加碳的量,平衡 ,c(CO2) 。
②缩小反应容器的容积,保持温度不变,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) 。
(2)现有三个容积相等的恒容密闭容器,都进行反应CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)。反应所处的温度相同,但各物质起始浓度不完全相同,起始时各物质的物质的量如表所示:
容器 n(CO2) n(H2) n[H2O(g)] n(CO)
甲 a mol a mol 0 0
乙 a mol 2a mol 0 0
丙 a mol a mol a mol 0
达到平衡时,CO的物质的量由大到小的顺序是 。
B级 关键能力提升练
9.一个真空密闭恒容容器中盛有1 mol PCl5,加热到200 ℃发生如下反应:PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)。反应达到平衡时,混合气体中PCl5所占体积分数为M%。若同一温度的同一容器中,最初投入2 mol PCl5,反应达平衡时,混合气体中PCl5所占体积分数为N%。则M和N的关系是( )
A.M>N B.M=N
C.M
温度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常数K 10 9 1 0.6
A.正反应是吸热反应
B.830 ℃时,反应达到平衡,c(CO)=c(CO2)
C.恒温时缩小容器容积使压强增大,正反应速率增大,K值增大
D.400 ℃时,向恒容反应器中投入CO、H2O、H2、CO2物质的量分别为5 mol、1 mol、2 mol、3 mol,反应向正方向进行
11.在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应进行相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是 ( )
A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间不能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
12.已知反应①CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)和反应②H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K3。则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K3=
C.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
13.科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变为CO2和N2,其反应为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH<0。NO的平衡转化率(α)随温度、压强变化的示意图如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.X、Y分别代表压强和温度
B.Y1>Y2
C.平衡常数:Ka
14.在两个容积均为2 L的恒温密闭容器中,起始时均充入a mol H2S,控制不同温度和分别在有、无Al2O3催化时进行H2S的分解实验[反应为2H2S(g)2H2(g)+S2(g)]。测得的结果如下图所示(曲线Ⅱ、Ⅲ表示经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率)。
下列说法正确的是( )
A.H2S分解反应为放热反应
B.加入Al2O3可提高H2S的平衡转化率
C.900 ℃反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的平衡常数K=0.125
D.约1 100 ℃时,曲线Ⅱ、Ⅲ几乎重合,说明Al2O3可能几乎失去催化活性
C级 学科素养拔高练
15.汽车尾气中的N2O是空气污染源之一,CO可将其还原:N2O(g)+CO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=-362.8 kJ·mol-1。在容积均为1 L的密闭容器A(500 ℃,恒温)、B(起始500 ℃,绝热)中分别加入1 mol N2O、4 mol CO。实验测得A、B容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线a表示容器A中N2O的转化率随时间的变化
B.要缩短曲线b对应容器达到平衡的时间,但不改变N2O平衡转化率,只能加催化剂
C.M和N均达到平衡状态,所以两处的速率:v(M)=v(N)
D.该反应的反应速率v(正)=k(正)·c(N2O)·c(CO),v(逆)=k(逆)·c(N2)·c(CO2),k(正)、k(逆)分别是正、逆反应速率常数,则X处的≈1.69
16.(1)25 ℃时,制备亚硝酰氯所涉及的热化学方程式和平衡常数如表:
热化学方程式 平衡常数
①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g) ΔH1=a kJ·mol-1 K1
②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+ 2NO(g)+Cl2(g) ΔH2=b kJ·mol-1 K2
③2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) ΔH3 K3
则该温度下,ΔH3= kJ·mol-1,K3= (用K1和K2表示)。
(2)25 ℃时,在容积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2发生上述反应③,若反应开始与结束时温度相同,数字压强仪显示反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图Ⅰ实线所示,则ΔH3 (填“>”“<”或“=”)0;若其他条件相同,仅改变某一条件,测得其压强随时间的变化如图Ⅰ虚线所示,则改变的条件是 ;在5 min后,再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,则混合气体的平均相对分子质量将 (填“增大”“减小”或“不变”)。图Ⅱ是甲、乙两同学描绘上述反应③的平衡常数的对数值(lg K)与温度的变化关系图,其中正确的曲线是 (填“甲”或“乙”),a值为 。
25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,则此时v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。
(3)在300 ℃、8 MPa条件下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3 通入一密闭容器中发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数为Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
参考答案
专题2 分层作业13 化学平衡的移动
1.D 解析 升高温度,反应速率增大,平衡逆向移动,反应放出的热量减少,A项不符合题意;减小压强,反应速率减小,B项不符合题意;加入CO,反应速率增大,平衡正向移动,反应放出的热量增多,C项不符合题意;加入催化剂,反应速率增大,平衡不移动,反应放出的热量不变,D项符合题意。
2.D 解析 该反应正向是体积增大的反应,增大容器容积相当于减压,平衡正向移动,乙烷平衡转化率升高,故A不符合题意;该反应正向是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,乙烷平衡转化率升高,故B不符合题意;分离出部分氢气,即减小生成物的浓度,平衡正向移动,乙烷平衡转化率升高,故C不符合题意;等容条件下通入稀有气体,反应体系中各物质的浓度均不变,平衡不移动,乙烷平衡转化率不变,故D符合题意。
3.A 解析 恒温恒容条件下增大NO2的浓度时,容器内的压强增大,使平衡正向移动,所以转化率增大,A项正确;恒温恒容条件下,在合成氨平衡体系中充入He,压强增大,但是反应物与生成物的浓度不变,平衡不移动,B项错误;增大压强,平衡向正反应方向移动,根据勒夏特列原理,NO2的浓度增大,所以气体颜色变深,C项错误;当增加固体C的物质的量时,平衡不移动,D项错误。
4.D 解析 加入2 mL四氯化碳,振荡,碘单质在四氯化碳中的溶解度大,碘单质被萃取到四氯化碳中,使溶液中的碘单质的浓度降低,平衡向右移动,A项正确;在分离后的水溶液中滴加苯酚溶液,若溶液呈紫色,说明溶液中还含有铁离子,虽经过四氯化碳多次萃取,铁离子未被完全反应掉,说明该反应存在限度,是可逆反应,B项正确;加入少量I2固体,使溶液中的碘单质的浓度增大,平衡向左移动,C项正确;根据反应的离子方程式可知,平衡常数的表达式为K=,D项错误。
5.B 解析 使K变成蒸气从反应混合物中分离出来,即减少生成物浓度,平衡会向生成生成物的方向移动,有利于反应向右进行,能用勒夏特列原理解释,A不符合题意;该反应前后气体体积不变,增大压强平衡不移动,颜色加深是因为NO2的浓度增大,不能用勒夏特列原理解释,B符合题意;通入过量的空气,即增大O2的浓度,平衡正向移动,可提高SO2的平衡转化率,能用勒夏特列原理解释,C不符合题意;新制的氯水因溶有氯气而呈现浅黄绿色,新制的氯水中存在平衡Cl2+H2OHCl+HClO,在光照条件下HClO发生分解,使得HClO的浓度减小,平衡正向移动,氯气浓度减小,溶液颜色变浅,可以用勒夏特列原理解释,D不符合题意。
6.A 解析 ΔH>0,升高温度,平衡正向移动,二氧化碳和二氧化硫浓度增大,混合气体的密度增大,A项正确;增大CO的物质的量,平衡向正反应方向移动,但由于容器容积不变,CO的转化率减小,CO2与CO的物质的量之比减小,B项错误;平衡常数只与温度有关,温度不变平衡常数不变,C项错误;MgSO4是固体,增加固体质量,平衡不移动, CO的转化率不变,D项错误。
7.D 解析 在其他条件不变时,升高温度,反应的化学平衡常数减小,说明升高温度,化学平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,则该反应的正反应为放热反应,A项错误;80 ℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L-1,Qc==8>2,所以平衡逆向进行,v(逆)>v(正),B项错误;恒温恒压下,若向容器中再充入少量的Ar,为维持压强不变,则容器的容积就要扩大,气体的浓度减小,最终导致平衡逆向移动,C项错误;反应在25 ℃、 80 ℃时的平衡常数分别为5×104和2,该反应的平衡常数随温度的变化较大,可以通过调节两端温度,达到提纯Ni的目的,D项正确。
8.答案 (1)①不移动 不变 ②逆向移动 增大 ③不移动 不变 (2)乙>甲>丙
解析 (1)①碳单质为固体,增加碳单质的量,反应速率不变,平衡不移动,c(CO2)不变。②温度不变,缩小容积,压强增大,平衡逆向移动,c(CO2)增大。③温度、容积不变,通入N2,各组分的浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。(2)将甲作为参照物。乙和甲对比,增大了H2的浓度,平衡正向移动,平衡时乙中生成的CO的物质的量大于甲中生成的CO的物质的量;丙和甲对比,增大了生成物H2O(g)的浓度,促使平衡向逆反应方向移动,故平衡时丙中CO的物质的量小于甲中CO的物质的量。
9.C 解析 真空密闭恒容容器中,加热到200 ℃发生如下反应:PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g),投入2 mol PCl5与1 mol PCl5相比,相当于增大压强,平衡逆向移动,PCl5(g)的物质的量增大,混合气的总物质的量减小,所以混合气体中PCl5所占的体积分数增大,故选C。
10.D 解析 根据表中数据,随着温度的升高,平衡常数K的值减小,即平衡逆向移动,逆向吸热,则正反应是放热反应,A项错误;830 ℃时,反应达到平衡,平衡常数K=1,即=1,c(CO)与c(CO2)不一定相等,B项错误;K值只与温度有关,恒温时缩小容器容积使压强增大,K值不变,C项错误;400 ℃时,平衡常数K=10,向恒容反应器中投入CO、H2O、H2、CO2物质的量分别为5 mol、1 mol、2 mol、3 mol,此时浓度商Qc==1.2,Qc
12.B 解析 化学平衡常数表达式中固体、纯液体不需要表示,反应①的平衡常数K1=,A项错误;反应①的平衡常数K1=,反应②的平衡常数K2=,反应③:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K3=,B项正确;对于反应③,恒容时,温度升高,H2 的浓度减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,焓变为负值,C项错误;对于反应③,恒温恒容下,若通入稀有气体增大压强,平衡不移动,H2 浓度不变,D项错误。
13.D 解析 反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
ΔH<0为气体物质的量减小的放热反应,升高温度,平衡逆向移动,NO的平衡转化率减小,增大压强,平衡正向移动,NO的平衡转化率增大,则X表示温度,Y为压强,A项错误,D项正确;相同温度下,增大压强,平衡正向移动,NO的平衡转化率增大,则Y2>Y1,B项错误;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,温度不变,平衡常数不变,则平衡常数:Ka=Kb>Kc,C项错误。
14.D 解析 由题图可知,随着温度升高,H2S的平衡转化率增大,说明升高温度,平衡正向移动,即H2S的分解属于吸热反应,A项错误;催化剂不可以改变平衡转化率,B项错误;在900 ℃条件下反应达到平衡时,H2S的转化率为50%,根据“三段式”可知:
2H2S(g) 2H2(g) + S2(g)
起始量/mol a 0 0
转化量/mol 0.5a 0.5a 0.25a
平衡量/mol 0.5a 0.5a 0.25a
K==0.125a,C项错误;约1 100 ℃时,曲线Ⅱ、Ⅲ几乎重合,H2S的转化率相同,说明此时催化剂已失去催化活性,D项正确。
15.D 解析 根据图示可知,曲线a比曲线b先达到平衡,说明反应速率a>b,由于A、B两个容器中,其他条件相同,一个是恒温,一个是绝热,则说明二者的温度a>b。该反应的正反应为放热反应,绝热容器中随着反应进行温度升高,反应速率不断加快,达到平衡的时间缩短,同时温度升高不利于反应正向进行,则到达平衡时,B容器相对于A容器,N2O的平衡转化率降低,所以曲线a表示的是容器B中N2O的转化率随时间的变化关系,A项错误;由于该反应为气体分子数不变的反应,反应前后体系压强不变,增大压强也可以增大化学反应速率,从而缩短到达平衡的时间,同时不影响反应物的平衡转化率,具体措施可以减小容器容积,B项错误;根据分析可知曲线a对应绝热反应,该反应正向为放热反应,绝热反应容器中温度高,N点的速率快,M点和N点均达到平衡状态,所以两处的速率:v(M)
解析 (1)已知:①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g) ΔH1=a kJ·mol-1,②4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) ΔH2=b kJ·mol-1,将①×2-②可得:2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) ΔH3=2ΔH1-ΔH2=(2a-b)kJ·mol-1,则平衡常数K3=。(2)由图Ⅰ分析可知,随反应的进行压强先增大后减小,5 min后达到平衡状态,由此推知开始因反应是放热的,随着反应的进行,温度逐渐升高,压强增大;反应到一定程度,因反应物浓度减小,随反应正向进行,压强反而减小,当压强不再变化时,达到平衡状态,反应焓变ΔH3<0。根据图Ⅰ虚线知,化学反应速率加快,但平衡不移动,因此改变的条件为加入催化剂。25 ℃时,在容积为2 L的恒容密闭容器中通入0.08 mol NO 和0.04 mol Cl2发生题给反应③,由图像中得到5 min后反应达到平衡状态,在5 min后再充入0.08 mol NO和0.04 mol Cl2,相当于增大压强,平衡正向进行,气体物质的量减小,气体质量不变,则混合气体的平均相对分子质量将增大。由于ΔH3<0,因此升高温度,平衡逆向移动,K减小,则lg K减小,正确的曲线为乙。由图Ⅰ知开始和平衡状态时气体的压强之比为6∶5,气体压强之比等于气体物质的量之比,设平衡时消耗氯气物质的量为x mol,
2NO(g) + Cl2(g) 2NOCl(g)
起始量/mol 0.08 0.04 0
转化量/mol 2x x 2x
平衡量/mol 0.08-2x 0.04-x 2x
(0.08-2x+0.04-x+2x)∶(0.08+0.04)=5∶6,解得:x=0.02,则平衡常数K3==100,lg K3=lg 100=2,即a=2。25 ℃时测得反应③在某时刻,NO(g)、Cl2(g)、NOCl(g)的浓度分别为0.8 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1,此时Qc=≈1.4
CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
分压=总压×物质的量分数,则p(CO2)=8×MPa=MPa,p(H2)=8×MPa=4MPa,p(CH3OH)=8×MPa=MPa,p(H2O)=8×MPa=MPa,Kp=(MPa)-2=(MPa)-2。
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