2011版高考总复习系列 → 化学 (创新设计)7-2-1

第二节 化学平衡和化学反应的方向 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数 1. (2010·原创)在一密闭容器中进行反应： 2SO2(气)＋O2(气) 2SO3(气) 已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　) A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1 B．SO2为0.25 mol·L－1 C．SO3为0.4 mol·L－1 D．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 解析：若SO2、O2完全反应，c(SO3)最高可达0.4 mol·L－1；SO3完全分解，c(SO2)、c(O2)最高可达0.4 mol·L－1、0.2 mol·L－1。但反应为可逆反应，不可能进行到底。所以0.4 mol·L－1＞c(SO2)＞0，0.2 mol·L－1＞c(O2)＞0，0.4 mol·L－1＞c(SO3)＞0。D项表示平衡时反应物SO2和生成物SO3均减少，这是不可能的，违反了质量守恒定律。 ：B 2．可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 解析：当正向反应速率等于逆向反应速率时，可逆反应达到平衡状态。根据化学方程式中NH3和H2的计量关系，可以看出正反应在单位时间内有3 mol H2发生化合反应，必定同时生成2 mol NH3，故有2v正(H2)＝3v正(NH3)。这时逆反应如果同时有2 mol NH3发生分解反应，NH3的物质的量就相当于没有变化，“表面上好像静止”达到平衡状态。所以当2v正(H2)＝3v逆(NH3)时，NH3的正、逆反应速率相等，说明反应已达到平衡状态。 答案：C 3．(2010·试题调研，山东泰安5月)将CoCl2溶解于盐酸中可以形成CoCl，在溶液中存在下面的化学平衡： Co2＋＋4Cl－ CoCl；ΔH>0 粉红色　　　　　蓝色 下列说法正确的是(　　) A．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 B．该反应的平衡常数K＝ C．将盛有CoCl2和盐酸混合液的试管置于热水中，试管内溶液为红色 D．增大Cl－浓度，平衡向正反应方向移动，Co2＋、Cl－浓度都减小 解析：升高温度，正、逆反应速率都增大，A错；该反应的正反应为吸热反应，所以在热水中平衡向正反应方向移动，溶液为蓝色，C错；增大Cl－浓度，平衡向正反应方向移动，Co2＋浓度减小，而Cl－浓度增大，D错。 答案：B 4．在恒温、恒容下，发生如下反应：2A(g)＋2B(g) C(g)＋3D(g)，现从两条途径分别建立平衡。途径Ⅰ：A、B的起始浓度均为2 mol·L－1；途径Ⅱ：C、D的起始浓度分别为2 mol·L－1和6 mol·L－1。以下叙述正确的是(　　) A．达到平衡时，途径Ⅰ的反应速率等于途径Ⅱ的反应速率 B．达到平衡时，途径Ⅰ所得混合气体的压强等于途径Ⅱ所得混合气体的压强 C．两途径最终达到平衡时，体系内各组分的百分含量相同 D．两途径最终达到平衡时，体系内各组分的百分含量不相同 解析：该反应为两端气体分子数相等的反应，故途径Ⅰ和途径Ⅱ建立了等效平衡。达到平衡时，各成分的物质的量虽然不同，但体系内各组分的百分含量相同，故选C。 答案：C 5． 已知反应2SO2(g) ＋O2(g) 2SO3(g)：某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。 根据图示回答下列问题： (1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数等于________。 (2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________K(B)(填“>”“<”或“＝”)。 解析：由图象可知，当压强为0.10 MPa时，SO2的平衡转化率是0.80，则SO2转化量为：0.20 mol·L－1×0.80＝0.16 mol·L－1 2SO2　　＋　 O2　 2SO3 始态：0.2 mol·L－1　 0.1 mol·L－1　0 变化：0.16 mol·L－1 0.08 mol·L－1 0.16 mol·L－1 平衡：0.04 mol·L－1 0.02 mol·L－1 0.16 mol·L－1 K(A)＝＝＝800 L·mol－1。 由于温度恒定不变，由A点到B点引起平衡移动的原因是压强改变，故平衡常数不变。 答案：(1)800　(2)＝ 6. (2010·改编)在一固定容积的密闭容器中，保持一定条件下进行以下反应：X(g)＋2Y(g) 3Z(g)，已知加入1 mol X和3 mol Y，达到平衡后，生成a mol Z。 (1)达到平衡时，Z在反应混合气体中体积分数是________________________________________________________________________。 (2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol X和6 mol Y，达到平衡后，Z的物质的量为________mol。 (3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol X和8 mol Y，若要求Z在反应混合气体中体积分数不变，则还需加入Z________mol。 (4)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入0.5 mol X，则需加入________ mol Y，________mol Z，才能使平衡时Z为0.9 a mol。 解析：(1)该反应为气体总物质的量保持不变的反应，平衡时气体中Z的体积分数为×100%＝25a%。 (2)相同实验条件下，将X、Y的物质的量变为原来的2倍，即达到平衡时，Z的物质的量也变为原来的2倍，则n(Z)平＝2a mol。 (3)Z的体积分数保持不变，说明建立等效平衡，根据“等比等效”＝，解得n(Z)＝6 mol。 (4)平衡时Z的物质的量为0.9a mol，相当于X、Y的起始加入量分别为0.9 mol、2.7 mol，若开始时加入0.5 mol X，则开始时加入的Y、Z的物质的量分别满足关系：n(Y)＋＝2.7 mol，0.5 mol＋＝0.9 mol，解得n(Z)＝1.2 mol，n(Y)＝1.9 mol。 答案：(1)25a%　(2)2a　(3)6　(4)1.9　1.2 一、选择题 1． (2010·试题调研，浙江金华质检)在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O(g)发生反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)为0.5 mol，下列说法不正确的是(　　) A．在该温度下平衡常数K＝1 B．平衡常数与反应温度无关 C．CO的转化率为50% D．其他条件不变改变压强平衡不移动 解析：　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 起始(mol)　1　　　 1　　　　　0　　　　0 反应(mol)　0.5　　 0.5　　 0.5　　 0.5 平衡(mol)　0.5　　 0.5　　 0.5　　 0.5 由反应方程式及以上数据判断可得，A、C、D项均正确。平衡常数与反应温度有关，B错。 答案：B 2．(2010·试题调研，江苏扬州期末)下列说法错误的是(　　) A．对于反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH>0，升高温度会加快化学反应速率 B．合成氨反应中，当3v(NH3)正＝2v(H2)逆时，反应达到平衡 C．将n mol H2(g)、n mol I2(g)和2n mol H2(g)、2n mol I2(g)分别充入两个体积相等的 恒温恒容的容器中，平衡时H2的转化率前者小于后者 D．对于反应PCl5(g) PCl3(g)＋Cl2(g)，达到平衡后，若保持温度容积不变，又加 入一定量的PCl5，则该平衡向正方向移动，但平衡时PCl5的转化率减小 解析：对于反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，反应前后气体的物质的量不变，只要起始充入H2和I2的物质的量之比相同，就满足等效平衡，平衡时H2的转化率相同，故C项错。 答案：C 3. 下列关于化学反应限度的说法中正确的是(　　) A．改变外界条件不能改变化学反应的限度 B．当某反应在一定条件下达到反应限度时即达到了化学平衡状态 C．当某反应体系中气体的压强不再改变时，该反应一定达到了反应限度 D．当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等 解析：A项，外界条件改变时，可能会改变反应的限度。C项，如反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，在恒容条件下，压强一直不变，因此压强不变不能作为达到反应限度的标志。D项，反应达到限度时，反应物和生成物的浓度不再变化，并不一定相等。 答案：B 4． 已知：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1，该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　) 解析：从题给的可逆反应方程式看：温度升高平衡向逆反应方向移动，使NO含量降低而不是升高。压强增大平衡逆向移动，NO含量降低，达平衡所需时间短。使用催化剂可加快反应速率，所以达到平衡所需时间短。 答案：C 5．工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl4(g)＋2H2(g) Si(s)＋4HCl(g)；ΔH＝＋Q kJ·mol－1(Q>0) 某温度、压强下，将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应(此条件下为可逆反应)，下列叙述正确的是(　　) A．反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率 B．若反应开始时SiCl4为1 mol，则达平衡时，吸收热量为Q kJ C．反应至4 min时，若HCl浓度为0.12 mol·L－1，则H2的反应速率为 0.03 mol·L－1·min－1 D．当反应吸收热量为0.025Q kJ时，生成的HCl通入100 mL 1 mol·L－1的NaOH溶 液恰好反应 解析：A项，增大压强，平衡向逆反应方向移动，SiCl4的转化率减小；B项，由于此反应为可逆反应，开始时加入1 mol SiCl4，并不能全部转化为Si，所以吸收的热量小于Q kJ；C项，v(H2)＝v(HCl)＝×＝0.015 mol·L－1·min－1。D项，当反应吸收热量为0.025 Q kJ时，产生n(HCl)＝4 mol×＝0.1 mol＝n(NaOH)，故恰好反应。 答案：D 6．(2010·模拟精选，山东泰安一模)一定条件下，在体积为10 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X(g)＋Y(g) Z(g)，经60 s达到平衡，生成0.3 mol Z，下列说法正确的是(　　) A．以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol·L－1·s－1 B．将容器体积变为20 L，Z的平衡浓度变为原来的 C．若增大压强，则物质Y的转化率减小 D．若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的ΔH>0 解析：A项，v(X)＝2v(Z)＝2×＝0.001 mol·L－1·s－1；B项，扩容即减小反应体系的压强，平衡左移，故重新平衡时Z的浓度小于原来的；C项，Y的转化率增大；D项，升温，X的体积分数增大，平衡左移，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0。 答案：A 7．在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表 CO2 H2 CO H2O 甲 a mol a mol 0 mol 0 mol 乙 2a mol a mol 0 mol 0 mol 丙 0 mol 0 mol a mol a mol 丁 a mol 0 mol a mol a mol 上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(　　) A．乙＝丁>甲＝丙 B．甲>乙>丙>丁 C．乙＝甲>丁＝丙 D．丁>丙>乙>甲 解析：根据平衡移动理论，四种情况的反应物起始量可折合成下表情况： 物质物质的量实验 CO2 H2 CO H2O 甲 a mol a mol 0 mol 0 mol 乙 2a mol a mol 0 mol 0 mol 丙 a mol a mol 0 mol 0 mol 丁 2a mol a mol 0 mol 0 mol 所以乙和丁相当于提高了反应物(CO2)的初始量，平衡向正反应方向移动，n(CO)相对于甲和丙提高，故有乙＝丁>甲＝丙。 答案：A 8． 在一恒定容积的容器中充入4 mol A和2 mol B发生如下反应：2A(g)＋B(g) xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为W%，若维持容积和温度不变，按1.2 mol A、0.6 mol B和2.8 mol C为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则x的值为(　　) A．只能为2 B．只能为3 C．可能为2，也可能为3 D．无法确定 解析：根据等效平衡原理，可认为A物质由4 mol改变为1.2 mol的同时，Δn(A)＝4 mol－1.2 mol＝2.8 mol，而Δn(C)＝2.8 mol，此时x＝2符合题意。又因为该容器定容，若为等体积反应，只要加入的A、B符合2∶1时，起始时加入各物质，物质的量为多少，并不影响该平衡，所以当x＝3时，n(A)∶n(B)＝2∶1，与C物质加入的多少并无关系，据此分析x＝2，x＝3均符合题意。 答案：C 9．(2010·试题调研，山东济宁期末)在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体，发生如下反应：X(g)＋2Y(g) 2Z(g)，不能作为反应达到平衡的标志是(　　) A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度不随时间变化 C．容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2 D．单位时间消耗0.1 mol X同时消耗0.2 mol Z 解析：该反应为正反应是气体物质的量减小的反应。容器内压强不随时间变化时，即气体的物质的量不再变化，各物质的浓度也不再变化时，表明该反应达到了平衡状态。因此A、B正确；容器内X、Y、Z浓度之比为1∶2∶2为某一时刻的特殊情况，不具有普遍性，反应的任何时刻都具备单位时间内消耗0.1 mol X必生成0.2 mol Z这一关系，而同时消耗0.2 mol Z，则表明反应已达平衡状态。 答案：C 10．如右图中，P为一可自由滑动的活塞，关闭K，分别向容器A、B中各充入2 mol X、2 mol Y，起始时，VA＝a L，VB＝0.8a L(连通管的体积忽略不计)，在相同温度和有催化剂存在的条件下，两容器中各自发生下述反应：3X(g)＋3Y(g) 2Z(g)＋2W(g)，达到平衡时，VB＝0.6a L。下列说法错误的是(　　) A．B中X的转化率为75% B．A中X的转化率比B中的低 C．平衡时A中混合气体密度比B小 D．打开K，一段时间后反应再次达到平衡，则B的体积为1.2a L 解析：打开K，则相当于起始在容器中加入4 mol X,4 mol Y，与没打开K时B相比，是同温同压条件下建立等效平衡，则打开K后平衡时混合气体的体积为1.2a L，则VB＝0.2a L。 答案：D 二、非选择题 11．在一定温度下将2 mol A和2 mol B两种气体混合于2 L密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g) 2C(g)＋2D(g),2分钟末反应达到平衡状态，生成了0.8 mol D，请填写下面空白。 (1)B的平衡浓度为________。 (2)A的转化率为________。 (3)用D表示的平均反应速率为________。 (4)如果缩小容器容积(温度不变)，达到新平衡时混合气体的密度________、平均相对分子质量________。(两空均选填“增大”、“减小”或“不变”)。 (5)如果上述反应在相同条件下从逆反应开始进行，开始加C和D各4/3 mol，要使平衡时各物质的质量分数与原平衡时相等，则还应加入________mol B物质。 解析：根据题意可得： 　　　　3A(g)　＋　B(g) 2C(g)　＋　2D(g) 起始(mol)： 2　　　 2　　　 0　　　　 0 转化(mol)： 3x x 2x　　 2x 平衡(mol)： 2－3x 2－x 2x　　 　 0.8 所以2x＝0.8 mol，即x＝0.4 mol，所以达到平衡时B的物质量浓度为＝0.8 mol/L；A的转化率为×100%＝60%；v(D)＝＝ 0.2 mol/(L·min)；由于缩小容积时平衡状态不变，所以混合气体的平均相对分子质量不变，混合气体的密度增大。mol C和mol D按系数换算为2 mol A和mol B，相对于最初加入2 mol A和2 mol B，还需再加 mol B。 答案：(1)0.8 mol/L　(2)60% (3)0.2 mol/(L·min) (4)增大　不变　(5)4/3 12．(2010·试题调研，山东菏泽5月)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如下表： T/°C 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： (1)该反应为________反应(填“吸热”“放热”)。 (2)能判断该反应是否已达化学平衡状态的依据是________。 a．容器中压强不变 b．混合气体中c(CO)不变 c．v正(H2)＝v逆(H2O) d．c(CO2)＝c(CO) (3)某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol CO2和1 mol H2充分反应达平衡时，CO的平衡浓度为0.25 mol·L－1，试判断此时的温度为________°C。 (4)若在(3)所处的温度下，在1 L的密闭容器中，加入2 mol CO2和3 mol H2充分反应达平衡时，H2的物质的量为________。 a．等于1.0 mol b．大于1.0 mol c．大于0.5 mol d．无法确定 解析：(1)根据升高温度，平衡常数增大，即向正反应方向移动，故该反应为吸热反应。(2)化学平衡状态可根据等速标志v正＝v逆和浓度不变标志确定。(3)计算平衡常数，从而确定温度。(4)加入2 mol CO2和3 mol H2，氢气相对过量，达平衡时H2的物质的量大于1.0 mol。 答案：(1)吸热　(2)bc　(3)830　(4)b 13．一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)： 根据题意完成下列各题： (1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________________________________________________________________________， 升高温度，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)500°C时，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝________用 (nB、tB表示)。 (3)在其他条件不变的情况下，将处于E点的体系的体积压缩到原来的1/2，下列有关该体系的说法正确的是________。 a．氢气的浓度减小 b．正反应速率加快，逆反应速率也加快 c．甲醇的物质的量增加 d．重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大 (4)据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，原因是：________________(用化学方程式表示)。 解析：(1)根据温度升高，甲醇的量减小，说明升高温度平衡左移，K值减小。 (2)v(CH3OH)∶v(H2)＝1∶2⇒v(H2)＝＝mol·L－1·min－1。 (3)增大压强，平衡正向移动，且v正、v逆都增大。 (4)CO2可抑制CO与Cu2O反应。 答案：(1)　减小　(2)mol·L－1·min－1　(3)bc　 (4)Cu2O＋CO 2Cu＋CO2 14. (2009·广东化学，20)甲酸甲酯水解反应方程式为：HCOOCH3(l)＋H2O(l) HCOOH(l)＋CH3OH(l)　ΔH>0某小组通过实验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不计)。反应体系中各组分的起始量如下表： 组分 HCOOCH3 H2O HCOOH CH3OH 物质的量/mol 1.00 1.99 0.01 0.52 甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化见下图： (1)根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表： 反应时间范围/min 0～5 10～15 20～25 30～35 40～45 50～55 75～80 平均反应速率/ (10－3 mol·min－1) 1.9 7.4 7.8 4.4 1.6 0.8 0.0 请计算15～20 min范围内甲酸甲酯的减少量为________ mol，甲酸甲酯的平均反应速率为________ mol·min－1(不要求写出计算过程)。 (2)依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因：________________________________________________________________________。 (3)上述反应的平衡常数表达式为： K＝，则该反应在温度T1下的K值为________。 (4)其他条件不变，仅改变温度为T2(T2大于T1)，画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。 解析：(1)15 min时甲酸甲酯转化率为6.7%,20 min时甲酸甲酯转化率为11.2%，则其减少量为： 1．00×11.2%－1.00×6.7%＝0.045 mol。平均反应速率为： ＝＝9×10－3 mol·min－1 (2)由表中数据及(1)中计算出的15～20 min的平均反应速率可知，反应前期反应速率增加，随着反应的进行反应速率增加更快，反应后期反应速率又减小。结合影响反应速率的因素可推测是反应中生成的甲酸具有催化作用。反应初期生成甲酸量少，催化效果不明显，反应速率较慢，随着生成甲酸量增多，催化效果显著，反应速率明显增大，到反应后期，浓度对反应速率的影响起主导作用，使反应速率减小。 (3)平衡时甲酸甲酯转化率为24.0%，则： 　　　HCOOCH3＋H2O HCOOH＋CH3OH 起始量　　1.00　　　　1.99　　　0.01　　　0.52 反应量　　0.24　　　　0.24　　　0.24　　　0.24 平衡量　　0.76　　　　1.75　　　0.25　　　0.76 则K＝＝＝0.14 (4)升高温度，反应速率加快，达到平衡时间短；该反应是吸热反应，升高温度时平衡向正反应方向移动，故T2比T1温度下甲酸甲酯转化率要高；抓住这两点，则不难画出示意图。 答案：(1)0.045　9.0×10－3 (2)该反应中甲酸具有催化作用。 ①反应初期：虽然甲酸甲酯量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反应速率较慢； ②反应中期：甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大； ③反应后期：甲酸量增加到一定程度后，浓度对反应速率的影响成主导因素，特别是逆反应速率的增大，使总反应速率逐渐减小，直至为零。　(3)0.14 (4)