- 化学平衡
- 共20016题
甲烷是一种重要的基础化工原料，不仅可制备多种重要有机产品，还可用于环境保护．请回答下列问题：（1）用甲烷催化还原氮的氧化物可消除氮氧化物的污染．已知：
反应过程（2）是______反应（填“放热”或“吸热”），甲烷还原NO2生成H2O（g）、N2和CO2时的热化学方程式是______．
（2）工厂利用甲烷与氯气的反应原理制取氯甲烷，为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl4，以减少其对臭氧层的破坏．化学家研究在催化条件下，通过下列反应：
CCl4（g）+H2（g）⇌CHCl3（g）+HCl（g），使CCl4转化为重要的化工原料氯仿（CHCl3）（不考虑副反应）．
在固定容积为2L的密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据：
①此反应在110℃时平衡常数为______． ②实验l中，CCl4的转化率为______．
③判断该反应的正反应是______（填“放热”或“吸热”），理由是______．
④为提高实验3中CCl4的转化率，可采取的措施是______．
a．使用高效催化剂 b．向容器中再投入1mol CCl4和1mol H2
c．温度升高到200℃d．向容器中再投入1mol HCl e．向容器中再投入1mol H2．
正确答案
（1）反应物总能量小于生成物总能量，所以反应吸热，故答案为：吸热；
反应过程（1）的热化学方程式：CH4（g）+4NO2（g）=CO2（g）+4NO（g）+2H2O（g）△H=-574kJ/mol ①，
反应过程（2）的热化学方程式：CH4（g）+4NO（g）=CO2（g）+2N2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ/mol ②，
①+②得：2CH4（g）+4NO2（g）=2CO2（g）+2N2（g）+4H2O（g）△H=-1734 kJ/mol，
故答案为：2CH4（g）+4NO2（g）=2CO2（g）+2N2（g）+4H2O（g）△H=-1734 kJ/mol；
（2）①CCl4（g）+H2（g）⇌CHCl3（g）+HCl（g），
起始（mol/L ） 1 1 0 0
反应（mol/L ） 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡（mol/L） 0.5 0.5 0.5 0.5
则平衡常数为
②CCl4（g）+H2（g）⇌CHCl3（g）+HCl（g），
起始（mol/L ） 0.4 0.6 0 0
反应（mol/L ） a a a a
平衡（mol/L） 0.4-a 0.6-a a a
则平衡常数为
③CCl4（g）+H2（g）⇌CHCl3（g）+HCl（g），
起始（mol/L ） 0.5 0.5 0 0
反应（mol/L ） 0.3 0.3 0.3 0.3
平衡（mol/L） 0.2 0.2 0.3 0.3
则平衡常数为
因温度升高，平衡常数减小，说明化学平衡逆向移动；所以正反应放热，
故答案为：放热；温度为100℃时，K=2.25，大于110℃时的平衡常数，所以该反应为放热反应；
④a．使用高效催化剂，平衡不移动，CCl4的转化率不变，故a错误；
b．向容器中再投入1mol CCl4和1molH2，根据等效平衡，化学平衡不移动，CCl4的转化率不变，故b错误；
c．温度升高到200℃，平衡逆向移动，CCl4的转化率减小，故c错误；
d．向容器中再投入1molHCl，平衡逆向移动，CCl4的转化率减小，故d错误；
e．向容器中再投入1molH2，平衡正向移动，CCl4的转化率增大，故e错误；
故选：e．
工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g) 
（1）能判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号，下同)________。
（2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。
①由表中数据判断该反应Q________(填“>”、“＝”或“<”)0；
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol/L，则CO的转化率为________，此时的温度为________。
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是________。
a．升温；b．加入催化剂；c．增加CO的浓度；d．加入H2加压；e．加入惰性气体加压；f．分离出甲醇
（4）寻找合适的催化剂来改善上述合成甲醇的条件一直是研究课题。现分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件均相同）：
①X在T1℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
②Y在T2℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
③Z在T3℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；
已知：T1＞T2＞T3，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂并简述理由：___________________________________________________。
正确答案
（1）CD
（2）①> ②80%；250℃
（3）df （2分）
（4）选Z，温度要求低，反应速率快。（2分）
试题分析：（1）A．无论反应是否达到平衡状态，生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等，所以不能作为判断平衡状态的依据，错误；B．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，错误；C．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，正确；D．反应达到平衡状态时，CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，正确；故选CD；
（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，而放出的热量Q>0；
②平衡时一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，转化率= n(CO)(反应)/ n(CO)(反应开始)×100%=(1−0.4)mol÷2mol×100%=80%
CO（g）+2H2（g）≒CH3OH（g）单位为mol/L
反应开始(mol/L) 1 3 0
反应(mol/L) 0.8 1.6 0.8
平衡(mol/L) 0.2 1.4 0.8
平衡常数K="0.8" / 0.2(1.4)2 =2.04，所以温度是250℃。
（3）a．该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，故错误；b．催化剂对平衡移动无影响，故错误；c．增加CO的浓度，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率降低，故错误；d．加入H2加压，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；e．加入惰性气体加压，参加反应的气体压强不变，平衡不移动，故错误；f．分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；故选df．
（4）因为T1＞T2＞T3，所以温度越低平衡常数越大，反应物转化率越大，又催化剂同等程度加快反应速率，所以既能在低温下作用又能加快反应速率的催化剂最好选用Z。
I．（1）在一密闭的2L的容器里充入8mol SO2和4mol 18O2，在一定条件下开始反应：2SO2（g）+O2（g）
① 反应后18O原子存在于哪些物质中 ；
② 2min末SO3的浓度________________________；
③ 用O2的浓度变化表示该时间段内的化学反应速率_______________________。
II．某化学反应2A (g)
根据上述数据，完成下列填空：
(1) 实验1达到平衡的时间是__________min，c2_____1.0 min·L-1(填“＜”“＞”或“＝”)。
(2)实验3比实验1的反应速率_________(填“快”或“慢”)，原因是___________________________________________________________________________。
(3) 如果2A (g)
正确答案
（12分）I．（1）①SO2、O2、SO3（2分） ②0.4mol/L（1分） ③0.1mol/(L•min)（2分）
II．（1）40（1分） >（1分）
（2）快（1分） 实验3比实验1的温度高，反应速率快（2分）
（3）实验3中A的转化率大些（分解的A多些），正反应吸收热量多。（2分）
试题分析：I．（1）①首先，反应正向进行，生成的三氧化硫分子中含有18O；其次，可逆反应不仅能正向进行，也能逆向进行，三氧化硫分解产生的二氧化硫和氧气中也一定含有18O；因此，反应后中SO2、O2、SO3都含有18O；②依题意，可用三行数据法计算，即：
2SO2（g）+O2（g）
各组分的起始浓度/ mol•L－1 4 2 0
各组分的变化浓度/ mol•L－1 0.4 0.2 0.4
各组分2min末浓度/ mol•L－1 3.6 1.8 0.4
则2min末SO3的浓度为0.4mol/L；
③v(O2)=
II．（1）随着反应的正向进行，反应物A的浓度逐渐减小，当A的浓度保持不变时，说明反应达到平衡，读表中信息可得，实验1中达到平衡的时间是40min；（2）实验1、2的温度相同，则平衡常数相同，先用三行数据法求实验1的平衡常数，则：
2A (g)
各组分的起始浓度/ mol•L－1 1.0 0 0
各组分的变化浓度/ mol•L－1 0.50 0.25 0.25
各组分的平衡浓度/ mol•L－1 0.50 0.25 0.25
则实验1的平衡常数K=
再求实验2中A的起始浓度，则：
2A (g)
各组分的起始浓度/ mol•L－1 c2 0 0
各组分的变化浓度/ mol•L－1 c2—0.60 0.5 c2—0.30 0.5 c2—0.30
各组分的平衡浓度/ mol•L－1 0.60 0.5 c2—0.30 0.5 c2—0.30
则实验2的平衡常数K=
（2）820>800，则实验3的反应速率比实验1快，因为实验3的反应温度比实验1的高；（3）实验1变为实验3，其他条件保持不变，仅升高反应温度，平衡向吸热方向移动，若2A (g)
（14分）在450℃并有催化剂存在下，于一容积恒定的密闭容器内进行下列反应：
2SO2(g)＋O2(g)
(1)该反应500℃时的平衡常数________450℃时的平衡常数（填“＞”、“＜”或“＝”）。
(2)450℃时，在一2L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，反应处于平衡状态的时间是
(3)据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是___________________（用文字表达），10min到15min的曲线变化的原因可能是 （填字母）。
(4)欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是______。
（填字母）
a．向装置中再充入N2 b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂 d．升高温度
(5)利用图中数据计算450℃时反应进行至15min时，SO2的平衡转化率为： 。
(6)450℃时，另一2L容积不变的密闭容器中，测得某时刻各物质的量如下：
n（SO2）=0.4mol，n（O2）=0.2mol，n（SO3）=0.8mol，则此时该反应向 进行（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“处于平衡状态”）。
正确答案
（14分）⑴＜（2分）
⑵15-20min和25-30min （2分）
⑶增大O2浓度（通入O2)（2分） AB（2分） （4）b（2分）
(5) 20% （2分）；
向逆反应方向（2分）（每空2分）
略
以提银后含锰废液中获得的碳酸锰、废硫酸及废铬铁催化剂等为原料生产二氧化锰、高铁酸钾及重铬酸钾，原料的综合利用率较高。其主要流程如下
（1）电解硫酸锰酸性溶液时，阳极的电极反应为：_________________________。
（2）反应IV中，每生成1molNa2CrO4消耗KClO3_________________mol。
（3）已知反应V是复分解反应。用离子反应方程式表示Na2CrO4溶液酸化时化学平衡的移动：_________________。
（4）反应VI的离子方程式为：__________________________________。
正确答案
（1）Mn2++2H2O－2e-=MnO2+4H+（2）0. 5
（3）2CrO42-+2H+
（4）3ClO-+2Fe(OH)3+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
Q、W、X、Y、Z是5种短周期元素，原子序数逐渐增大，Q与W组成的化合物是天然气的主要成分，W与Y、X与Y组成的化合物是机动车排出的大气污染物，Y和Z能形成原子个数比为1︰1和l︰2的两种离子化合物。
（1）W在元素周期表中的位置是______周期_______族。
（2）工业合成XQ3是放热反应。下列措施中，既能加快反应速率，又能提高原料利用率是_________。（填写序号）
A. 升高温度 B. 加入催化剂 C. 将XQ3及时分离出去 D. 增大反应体系的压强
（3）2.24 L（标准状况）XQ3被200 mL l mol/L QXY3溶液吸收后，所得溶液中离子浓度从大到小的顺序是_________________。（用离子符号表示）
（4）WQ4Y与Y2的反应可将化学能转化为电能，其工作原理如图所示，a极的电极反应是______________________。
（5）已知：
W（s）+Y2（g）=WY2 （g）；△H=－393.5kJ/mol
WY（g）+ 1/2Y2（g）=WY2（g）；△H=－238.0kJ/mol。
则 24g W与一定量的Y2反应，放出热量362. 5 kJ，所得产物成分及物质的量之比为_______
（6）X和Z组成的一种离子化合物，能与水反应生成两种碱，该反应的化学方程式为______________。
正确答案
（1）第二周期、第ⅣA族
（2）D
（3）NO3-> H+>NH4+> OH-（4）CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O
（5）CO、 CO2；1：8.24
（6）Na3N + 4H2O = 3NaOH + NH3·H2O
一定温度下，向1.0L密闭容器中加入0.60molX(g)，发生反应X(g) 
（1）3min时用Z表示的平均反应速率v(Z)＝ 。
（2）分析该反应中反应物的浓度与时间的规律，得出的结论是 。由此规律推出反应在6min时反应物的浓度a为 mol·L-1。
（3）反应的逆反应速率随时间变化的关系如图，t2时改变了某一种条件，改变的条件可能是 、 （填写两顶）
（4）下列哪些情况表明容器中已达平衡状态 （填字母序号）
A．容器体积一定时气体密度不再变化
B．反应的平衡常数不再变化
C．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
D．Y的物质的量不再发生变化
E．Z的生成速率等于X的消耗速率的2倍
正确答案
(10分)
（1）0.26mol·L-1·min-1（2分）
（2）每间隔2min，X的浓度为原来的一半（2分）；0.075（2分）
（3）加入Z 增大体系的压强（2分）
（4）ACD（2分）
试题分析：
3min是△c(X)=0.39mol·L-1，v(X)=0.39mol·L-1/3min=0.13mol·L-1·min-1，而2v(X)="v(Z)=" 0.26mol·L-1·min-1。
根据题中数据，可见每间隔2min，X的浓度为原来的一半；由此规律推出反应在6min时反应物的浓度a为0.075 mol·L-1
t2时刻，v逆增大，可能的因素为加入生成物Z或增大体系的压强。
A、生成物Y是固体，未建立平衡时气体总质量在变化，密度也在变化，达平衡是不再变化，故可以说明，正确；B、平衡常数只与温度有关，错误；C、左右两边气体分子质量不同，只有平衡时气体的平均相对分子质量不随时间而变化，正确；D、Y的量不在变化，达到平衡，正确；E、2倍的Z的生成速率等于X的消耗速率才是平衡态，错误。
（10分）铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。
(1)在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：
Fe2O3（s）＋3CO（g）
①该反应的平衡常数表达式为：K=
②该温度下，在2L盛有
(2)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是 。
(3)Fe3+盐和Al3+盐在性质上有很多相似的地方，如遇碱都生成难溶的胶状沉淀，可用于净水；也有不同之处，如Fe3+既有氧化性又有还原性，Al3+只有氧化性。但Fe3+只有在碱性介质中才能被氧化为FeO42-，请完成下列方程式：
Fe(OH)3 + ClO- + == FeO42- + Cl- + ;
(4)若将ag Fe和Al的混合物溶于2mol/L的足量的硫酸中，再往溶液中加入足量的6mol/L的NaOH溶液，充分反应，过滤，洗涤，干燥灼烧，称量所得固体的质量仍为ag，则原混合物中Al的质量分数为
正确答案
（1）①c3(CO2)/c3(CO) ; ②0.015mol·L-1·min-1
（2）b
（3） 2Fe(OH)3 + 3ClO- + 4OH- ="=" 2 FeO42- + 3 Cl- + 5 H2O ;
（4）30%
试题分析：（1）①平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；而氧化铁和铁单质为固体，所以不参与计算。②先根据化学方程式计算出消耗的CO的物质的量，然后根据V=△C/△t =△n/ (V ×△t )，带入数据计算，便可以求出CO的化学反应速率；（2）根据通过加热引发铝热反应以及铝热反应为放热反应以及温度升高化学反应速率加快；（3）由题目可知，需要碱性环境，则需加反应物的氢氧根离子，根据元素守恒，生成物加水。接下来根据电子得失守恒，电荷守恒来配平。（4）后一步加入足量的氢氧化钠，则氢氧化铝会溶解，最后的沉淀应该是氢氧化铁，经过干燥灼烧后剩余的是氧化铁，则铝的质量分数即为氧化铁中氧的质量分数=（3×16）/（3×16+56×2）×100%=30%
点评：本题以考察铁、铝性质为背景，涉及了很多的化学计算，但是基本上可以根据公式来计算。属于简单题。
金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝。高温下，在密闭容器中用H2还原WO3可得到金属钨，其总反应为：
WO3 (s) + 3H2 (g) 
（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为0．5 L，2min后达到平衡，测得固体的质量减少了4．80 g，则H2的平均反应速率_________；该反应的平衡常数表达式K=___________
（2）某温度下反应达平衡时，H2与水蒸气的体积比为2:3，则H2的平衡转化率为__________；随温度的升高，H2与水蒸气的体积比减小，则该反应为 ____（填“吸热”或“放热”） 反应。
（3）一定温度下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是________。
A．混合气体的总压强保持不变 B．v正(H20)= v正(H2)
C．混合气体的密度保持不变 D．混合气体的平均式量保持不变
（4）钨丝灯管中的W在使用过程中缓慢挥发，使灯丝变细，加入I2可延长灯管的使用寿命，其工作原理为：W (s) +2I2 (g) 
A．温度升高时，WI4的分解速率加快，W和I2的化合速率减慢
B．WI4在灯丝上分解，产生的W又沉积在灯丝上
C．WI4在灯管壁上分解，使灯管的寿命延长
D．灯管内的I2可循环使用
正确答案
（1）0．3 mol／(L·min)或0．005 mol／(L·s)或1．8 mol／(L·h)（2分，单位不写扣1分） 
（2）60%。（1分） 正反应吸热（1分）。
（3）C（ 1分）
（4）BD（ 2分，一对一错不给分、漏1个给1分）
试题分析：
（1）解：设氢气的物质的量为x
WO3 (s) + 3H2 (g)
3 48
x 4．8 x=0．3
V H2=0．3/0．5*2= 0．3 (mol／(L·min)) K=C3(H2O)/ C3(H2)
（2）解：设氢气的起始体积为a，变化体积为x
WO3 (s) + 3H2 (g)
初： a 0
变： x x
平： a-x x
（a-x）/ x=2/3 x=3a/5 H2的平衡转化率为x/a*100%="3a/5/" a*100%=60%
随温度的升高，H2与水蒸气的体积比减小，正向进行，正反应为吸热反应。
（3）A、前后气体系数相等，“混合气体的总压强保持不变”不能作为平衡标志，错误；B、同向的，不是标志，错误C、因不都是气体，虽体积不变，“混合气体的密度保持不变”只在平衡时，可做标志，正确；D、M=m/n， m和n始终不变，不是标志，错误。
（4）A、温度升高，速率都加快，错误；B、正确；C、寿命降低，错误。D、可逆反应，I2可升华，正确。
甲酸甲酯水解反应方程式为：HCOOCH3 + H2O 
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左下表。甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间（t）的变化如右下图：
上述反应的平衡常数表达式为K=_______________________。
计算15~20min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；80~90min范围内甲酸甲酯的平均反应速率为___________ mol/min。
依据以上数据，推断该反应在10min后反应速率迅速加快的原因： 。
其他条件不变，提高温度为T2，在答题卡框图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。
正确答案
该反应中甲酸具有催化作用，甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大。（2分）
试题分析：（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应的化学方程式可知，平衡常数
（2）根据图中的转化率可知，15min时甲酸甲酯的转化率是6.7%，则消耗甲酸甲酯的物质的量是0.067mol。20min时甲酸甲酯的转化率是11.2%，则消耗甲酸甲酯的物质的量是0.112mol，所以在15～20min内甲酸甲酯减少了0.112mol－0.067mol＝0.045。则甲酸甲酯的平均反应速率为0.045mol÷5min＝0.009mol/min；根据图像可知，80min后反应物的转化率不再发生变化，说明反应已经达到平衡状态，则80～90min范围内甲酸甲酯的平均反应速率为0。
（3）由于在该反应中甲酸具有催化作用，随着反应的进行，甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大。
（4）正反应是吸热反应，所以升高温度，反应物的转化率增大。且反应速率快，达到平衡的时间少，即图像是（见答案）。
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题贴近高考，综合性强，在注重对学生基础知识巩固与训练的同时，侧重对学生能力的培养与解题方法的指导和训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和应试能力。
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