作业18 化学反应的限度 化学反应条件的控制
题组一 可逆反应
1.下列关于物质“反应程度”的说法正确的是( )
A.一定条件下，2 mol SO2与足量O2反应可得到2 mol SO3
B.1 mol Cl2与足量的H2O反应可生成1 mol HClO
C.1 mol H2与1 mol I2反应可制备2 mol HI
D.一定条件下，1 mol N2与3 mol H2反应可制备1.0 mol NH3
2.(2024·天津高一段考)下列各组两个反应互为可逆反应的是( )
①2Na+Cl22NaCl与2NaCl2Na+Cl2↑
②H2SO4(浓)+2HBr===2H2O+Br2+SO2↑与Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4
③2NO2===N2O4与N2O4===2NO2
④CO2+H2O===H2CO3与H2CO3===H2O+CO2↑
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
题组二 化学反应的限度
3.500 ℃时，将2 mol N2和2.25 mol H2充入体积为10 L的恒容密闭容器中，反应达到平衡时，NH3的浓度不可能是( )
A.0.1 mol·L-1 B.0.12 mol·L-1
C.0.05 mol·L-1 D.0.16 mol·L-1
4.(2024·广西防城港高一段考)一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2+3H22NH3，达到化学平衡状态时，有关描述正确的是( )
A.N2和H2全部转化为NH3
B.NH3的浓度不再变化
C.正反应和逆反应的速率相等且等于0
D.N2、H2、NH3的物质的量之比为1∶3∶2
题组三 化学平衡状态的判断
5.在实验室中模拟H2(g)+I2(g)2HI(g)时，控制反应条件不变，将一定量的氢气和碘蒸气充入恒容密闭容器中，反应一段时间后，不能确定该反应已经达到化学平衡状态的是( )
A.容器中的压强不再变化
B.H2的浓度不再变化
C.容器中混合物的颜色不再变化
D.HI的物质的量不再变化
6.(2024·福州高一期中)将1 mol固体A置于体积不变的真空密闭容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其分解：A(s)2B(g)+C(g)，下列可以判断该反应已达到化学平衡状态的是( )
A.物质的物质的量浓度：c(B)=2c(C)
B.混合气体的密度保持不变
C.B的体积分数不变
D.混合气体的平均摩尔质量保持不变
题组四 化学反应条件的控制
7.工业上合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在实际生产中为提高合成氨的反应速率，下列说法正确的是( )
A.温度越高，反应速率越快，因此采取的温度越高越好
B.压强越大，反应速率越快，因此采取的压强越大越好
C.催化剂能加快反应速率，因此可选用适当的催化剂
D.可向容器中加入一定量的水蒸气，使氨气溶解以提高反应速率
8.(2023·辽宁抚顺高一期中)在工业生产或实验中，下列做法与调控化学反应速率无关的是( )
A.煅烧矿石时，向炉膛中鼓入空气增强火势
B.将Fe与稀H2SO4反应中的稀H2SO4换成稀HNO3
C.食品抽真空包装
D.实验室制氢气时，用锌粉代替锌块
9.(2024·成都高一期中)一定条件下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，若SO2、O2、SO3的起始浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1、 c mol·L-1(均不为零)，达到平衡状态时，SO2、O2、SO3浓度分别为0.18 mol·L-1、0.09 mol·L-1和0.2 mol·L-1，则下列判断错误的是( )
A.a+c=0.38
B.b的取值范围为0
D.起始时，消耗SO2的速率一定大于生成SO2的速率
10.(2023·杭州高一期中)在一定温度下，在某恒容的密闭容器中，发生反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。下列有关叙述正确的是( )
A.加入少量碳后，CO生成速率加快
B.气体的密度不随时间而改变，说明反应已达到平衡
C.升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D.若2 mol H—O断裂，同时有1 mol H—H生成，说明反应已达到平衡
11.(2023·湖北仙桃中学高一质检)下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是( )
A.H2(g)+Br2(g)2HBr(g)，绝热、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变
B.2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变
C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变
D.NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的平均摩尔质量保持不变
12.在一定条件下，将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2 min末该反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的浓度为0.2 mol·L-1。下列判断正确的是( )
A.x=2
B.B的转化率为50%
C.2 min内A的平均反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
D.若混合气体的密度保持不变，则表明该反应达到平衡状态
13.(6分)为了净化汽车尾气，工业上采用CO与NO在催化剂的作用下反应转化为无害气体的工艺：2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)。某实验小组在实验室进行模拟实验，在250 ℃条件下，向5 L恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO，测得n(CO)随时间的变化情况如表：
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(CO)/mol 0.40 0.35 0.31 0.30 0.30 0.30
回答下列问题：
(1)0~2 s内用N2表示的反应速率是 。
(2)平衡时CO2的物质的量浓度为 。
(3)能说明反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
A.n(CO2)=n(NO) B.n(CO2)=n(CO)
C.v逆(CO)=v正(CO)
14.(10分)在2 L密闭容器中，800 ℃时，反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表所示。
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上图中，A点处v正 (填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
(2)图中表示NO2变化的曲线是 。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是
(填字母，下同)。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内的密度保持不变
(4)下列能使该反应的反应速率增大的是 。
a.向容器中充入氩气 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效的催化剂
15.(12分)甲、乙两个研究小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度，在一定条件下会达到平衡状态。
Ⅰ.甲组：取5 mL 0.1 mol·L-1的KI溶液于试管中，滴加0.1 mol·L-1的FeCl3溶液2 mL，发生反应：2I-+2Fe3+2Fe2++I2。为了证明该反应具有一定的限度，他们设计了如下实验：①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量的黄色沉淀AgI生成，证明反应物没有反应完全；②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，因为I2更易溶于CCl4，即证明有I2生成。结合①②的结论，他们得出结论：该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。
(1)指导老师指出上述实验中①不合理，你认为原因是 ， 改进的方法是 。
(2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简单的方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是 。
Ⅱ.乙组：取4 mL 1 mol·L-1的CaCl2溶液于试管中，发现滴入1 mol·L-1的Na2SO4溶液6 mL后就不再产生白色沉淀了，发生的反应是Na2SO4+CaCl2CaSO4↓+2NaCl。请设计一个简单的实验，确认上述反应具有可逆性和反应限度，简要写出实验步骤和结论： 。
答案精析
1.D 2.C
3.D [由题干信息可知，N2和H2发生反应生成NH3，反应的化学方程式为N2+3H22NH3，该反应中N2过量，假设2.25 mol H2完全反应，则生成NH3的物质的量为1.5 mol，浓度为0.15 mol·L-1，但该反应是可逆反应，H2不可能完全转化为NH3，因此达到平衡时，NH3的浓度小于0.15 mol·L-1，D选项符合题意。]
4.B [可逆反应不能进行到底，A错误；正反应和逆反应速率相等但是不等于0，C错误；平衡时，N2、H2和NH3的物质的量之比取决于起始量与转化程度，这是个变量，该比值不能作为达到平衡的标志，D错误。]
5.A [由于反应前后气体的系数和相等，故在恒温恒容的密闭容器中，气体的压强始终保持不变，A符合题意；H2的浓度不再变化能够判断反应达到平衡状态，B不符合题意；反应体系中H2和HI均为无色，而碘蒸气为紫色，故反应过程中容器中混合物的颜色一直在改变，故容器中混合物的颜色不再变化能够判断反应达到平衡状态，C不符合题意；HI的物质的量不再变化能够判断反应达到平衡状态，D不符合题意。]
6.B [c(B)=2c(C)不能说明正、逆反应速率相等，不能确定是否达到平衡状态，A错误； 容器体积始终不变，而反应中气体的质量为变量，则混合气体的密度不变，说明反应已达平衡，B正确；只有生成物为气体，生成B、C的物质的量之比为定值，则B的体积分数为定值，混合气体的平均摩尔质量为定值，则B的体积分数不变，混合气体的平均摩尔质量保持不变，都不能说明达到平衡，C、D错误。]
7.C 8.B
9.D [根据质量守恒定律，反应前后S元素守恒，所以a+c=0.18+0.2=0.38，A正确；以极值法进行计算，假设开始反应时SO3的浓度为0，则需要氧气的浓度是0.1 mol·L-1，所以氧气的起始浓度为0.1 mol·L-1+0.09 mol·L-1=0.19 mol·L-1，该反应是可逆反应，不能完全转化，所以氧气的起始浓度范围为0
11.D [该反应为等体积反应，但为绝热体系，随着反应进行，体系内温度升高，压强增大， 当压强不变时反应达到平衡状态，A不符合题意；恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不再变化，反应达到平衡状态，B不符合题意；该反应中只有二氧化碳是气体，随着反应进行，二氧化碳的质量不断变化，恒温、恒容条件下，体系气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，C不符合题意；反应体系中气体只有氨气和氯化氢气体，且两者比例恒定为1∶1，则气体的平均摩尔质量始终保持恒定，不能据此说明反应达到平衡状态，D符合题意。]
12.C [C的浓度为0.2 mol·L-1，生成C的物质的量为0.2 mol·L-1×2 L=0.4 mol，根据化学方程式可知：x∶2=0.4 mol∶0.8 mol，所以x=1，A错误；根据三段式计算：
3A(g)+B(g)C(g)+2D(g)
起始量/(mol·L-1) 1.5 0.5 0 0
转化量/(mol·L-1) 0.6 0.2 0.2 0.4
平衡量/(mol·L-1) 0.9 0.3 0.2 0.4
据以上分析可知，B的转化率=×100%=40%，B错误；2 min内A的平均反应速率v(A)==0.3 mol·L-1·min-1，C正确；因反应前后各物质均为气态，则反应前后气体的总质量不变，而反应容器的体积是固定的，则混合气体的密度在反应过程中是不变的，D错误。]
13.(1)0.004 5 mol·L-1·s-1 (2)0.02 mol·L-1 (3)C
解析 (1)0~2 s内CO减小0.4 mol-0.31 mol=0.09 mol，N2增加0.09 mol×=0.045 mol，则反应速率为v(N2)==0.004 5 mol·L-1·s-1。(2)由表中数据可知，3 s后CO的量不再改变，即达到平衡状态，则平衡时CO减小0.4 mol-0.3 mol=0.1 mol，生成0.1 mol CO2，则c(CO2)==0.02 mol·L-1。(3)由化学平衡状态的概念可知，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，且各物质的浓度不变，则n(CO2)=n(NO)、n(CO2)=n(CO)不一定是平衡状态，故A、B不选；v逆(CO)=v正(CO)，正、逆反应速率相等，反应已经达到平衡状态，故C选。
14.(1)大于 (2)b 1.5×10-3 mol·L-1·s-1
(3)bc (4)bcd
解析 (1)在0~1 s内n(NO)呈减小状态，则反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)向正反应方向进行，v正>v逆。(2)上述反应向正反应方向进行，则c(NO)由逐渐减小到保持不变。表格中数据表明上述反应从开始到平衡，n(NO)的减小量为0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol，则n(NO2)的增加量为0.013 mol。上述反应容器的容积为2 L，则平衡时c(NO2)=0.006 5 mol·L-1，则表示NO2变化的曲线是b。表格中数据表明，在0~2 s内n(NO)减小量为0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol，则n(O2)的减小量为0.006 mol，容器容积为2 L，则Δc(O2)=0.003 mol·L-1，反应时间为2 s，根据v=计算得v(O2)=1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(4)其他条件一定，升高温度或增大反应物的浓度或使用催化剂，都能使化学反应速率增大；a项，充入与反应无关的氩气，v不变。
15.Ⅰ.(1)该反应中KI过量，滴加AgNO3溶液总会生成AgI沉淀 取少量反应液，滴加KSCN溶液，若出现红色，则证明还有Fe3+未完全反应
(2)取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝色，说明生成了I2
Ⅱ.取上层清液少许于试管中，滴加1 mol·L-1的Na2CO3溶液，若产生白色沉淀，则说明反应有一定的可逆性和反应限度
解析 甲组实验①不合理，因为所加的I-是过量的，不能通过检验I-存在证明反应的可逆性，要证明反应具有一定的限度，应检验反应后的溶液中是否含有Fe3+，因此可用KSCN溶液检验。乙组从反应物的量的角度考虑，Na2SO4溶液过量，若反应无可逆性，则Ca2+沉淀完全，若反应有一定的可逆性，则Ca2+没有完全沉淀，故可用Na2CO3来证明Ca2+存在。
