- 化学平衡
- 共20016题
在一恒容密闭容器中发生某化学反应2A(g)
试回答下列问题：
(1)在实验Ⅰ中，反应在20min至40min内A的平均反应速率为___________mol·L-1min-1。
(2)实验Ⅱ和实验I相比，可能隐含的反应条件是_____________________________。
(3)根据实验Ⅲ和实验Ⅰ的比较，可推测该反应降低温度，平衡向_____（填“正”或“逆”）反应方向移动，该正反应是_________（填“放热”或“吸热”）反应。
(4)与实验Ⅰ相比，若实验Ⅰ中的A的起始浓度改为0.8 mol·L-1,其它条件不变,则达到平衡时所需用的时间___________实验Ⅰ(填写“大于”、“等于”或“小于”)。
正确答案
(1)0.01 (2)使用了催化剂 (3)逆, 吸热 (4)大于
试题分析：（1）根据图像可知，实验I中，反应在20min至40min内A的浓度变化力＝了0.65mol/L－0.5mol/L＝0.15mol/L，所以物质A的反应速率v(A)＝0.15mol/L ÷20min＝0.0075 mol·L-1 ·min-1。
（2）根据图象可知，实验Ⅰ、Ⅱ达到平衡时A的浓度相同，但到达平衡的时间减少，所以实验Ⅱ中采取的措施应为在实验Ⅰ的基础上加入了催化剂。
（3）根据图象可知，温度升高，A的浓度降低，这说明正反应为吸热反应。因此降低温度，平衡向逆反应方向移动。
（4）若实验Ⅰ中的A的起始浓度改为0.8 mol·L-1＜1 mol·L-1。浓度减小，反应速率降低，则达到平衡时所需用的时间变长。
点评：本题是高考中的常见图像，对学生的要求较高。该题的关键是通过分析图像中的有关变量，找出反应速率和平衡状态与这些变量之间的关系，然后灵活运用即可。该题有利于培养学生的图像识别能力、数据分析和数据处理能力，有利于拓展学生的解题思路，开阔学生的思维。
（14分）工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
CO(g)＋H2O(g) 
某研究小组分别在体积均为2 L的恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其发生反应，相关数据如下：
（1）计算容器②中反应的平衡常数K= （计算结果保留两位小数）。
（2）容器③中反应达平衡时，CO的转化率为 。
（3）容器①中反应达平衡这段时间，化学反应速率v (H2) = 。
（4）该反应的正反应为 （填“吸热”或“放热”）反应，理由是 。
（5）下列叙述正确的是 （填字母序号）。
a．平衡时，容器①和容器②中CO2的体积分数相等
b．反应达平衡状态时，Q2 > Q1> 32.8 kJ
c．达到平衡的时间：t2> t1>2.5 min
d．该反应的热化学方程式可表示为：CO(g)＋H2O(g)
（6）容器②中反应进行到t min时，测得混合气体中CO2的物质的量为0.6 mol。若用200 mL 5 mol/L的NaOH溶液将其完全吸收，得到的溶液中所有离子的物质的量浓度由大到小的顺序为 。
正确答案
（1）0.17（2分）
（2）80℅（2分）
（3）0.04mol·L-1・min-1（2分）
（4）吸热（2分）；升高温度，反应物的转化率增大（2分）
（5）a（2分）
（6）c(Na+)> c (CO32-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)（2分）
试题分析：（1）②和①为等效平衡，转化率相等，为40%，所以K=（0.8×0.8）/(1.2×3.2)=0.17。
（2）CO2的量为1.6mol，所以CO也转化了1.6mol，转化率为1.6/2=80%。（3）v (H2) =0.4/(2×5)=0.04mol·L-1・min-1。（4）比较反应②、③，升高温度，反应物的转化率增大，所以为吸热。（5）a．①和②为等效平衡所以体积分数相等，a正确。b．达到平衡后Q2 > Q1="32.8" kJ，b错。c．由于③的温度比②高，所以③的反应速率更快，时间更短，c错。d．△H>0，d错。（6）按照方程式计算，碳酸钠有0.4mol，碳酸氢钠有0.05mol，而碳酸根发生水解，浓度比钠离子低，其次是碳酸氢根，而由于碳酸根水解，碳酸氢根水解，氢氧根离子比氢离子浓度高，即：c(Na+)> c (CO32-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)。
点评：本题将化学反应平衡与盐类水解相结合，考点综合，学生需牢固掌握这两部分知识。
（10分）在一密闭体系中发生下列反应：N2(g)+3H2(g)
回答下列问题：
(1)在一定温度下，向一容积为2L的密闭容器中通入0.3molN2和0.9molH2,2min达到平衡时，C(N2)为0.1mol/L，则H2的转化率为____________________，用H2浓度变化表示的平均
反应速率为__ ____ ，该温度下的平衡常数K= ____________。
(2)若要使反应开始时向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态(1)相同，则起始时n(NH3)的取值范围为 ___________________ 。
(3)右图是某一时间段速率-时间曲线图。
若图中t1时刻将容器体积变为原来的1/2倍，当t2时刻再次达到平衡时N2的浓度为原平衡的1.9倍，则平衡 _____
（“正移”“逆移”“不移动”）。
①请在图中画出t1→t2时间段反应速率变化情况。
②t3、t5时刻体系中所改变的某一条件分 别是：__________________________、_______________；其中表示平衡混合物中NH3的含量最高的时间段是___________.
正确答案
（1）33.3℅（1分）；
0.075mol·L-1·min -1（1分）
K=3.7（2分）
（2）0.2 mol ＜n(NH3)≤ 0.6 mol（2分）
（3）①(画图1分)
②正移 升温 加催化剂 (3分)
t2→t3 (1分)
略
（10分）已知几种共价键的键能数据如下：
⑴通过计算，写出合成氨反应的热化学方程式。
⑵某温度下，以1 mol N2和3mol H2作为初始反应物，在体积为2 L的恒容密闭容器中进行合成氨反应，达到平衡时测得反应放热68.1 kJ，试计算N2的转化率和该温度下的化学平衡常数。
正确答案
⑴N2(g)＋3H2(g) 
⑵N2的转化率为75％ K="256/3" （或85.3）
略
（12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)
⑴该反应500℃时的平衡常数________450℃时的平衡常数（填“＞”、“＜”或“＝”）。
⑵判断该反应达到平衡状态的标志是_______________。（填字母）
a．SO2和SO3浓度相等 b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变 d．v(O2)正＝2v(SO3)逆
e．容器中混合气体的密度保持不变
⑶欲提高SO2的转化率，下列措施可行
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
⑷在一个固定容积为5 L的密闭容器中充入0.20 mol SO2和0.10 mol O2，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO3 0.18 mol；若继续通入0.20 mol SO2和0.10 mol O2，则平衡_________________移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”），再次达到平衡后，______ mol＜n(SO3)＜______mol。
正确答案
略
（14分）甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。
（1）利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后可将H2与CO2转化为甲醇。已知：
光催化制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.5 kJ/mol ①
H2与CO2耦合反应：3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－137.8 kJ/mol ②
则反应：2H2O(l)＋CO2(g) = CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝ kJ/mol。
你认为该方法需要解决的技术问题有 （填字母）。
a. 开发高效光催化剂
b. 将光催化制取的H2从反应体系中有效分离，并与CO2耦合催化转化
c. 二氧化碳及水资源的来源供应
（2）工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下（有关数据均为在298 K时测定）：
反应I：CH3OH(g)＝HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋92.09kJ/mol，K1＝3.92×10－11。
反应II：CH3OH(g)＋1/2O2(g)＝HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2＝－149.73 kJ/mol，K2＝4.35×1029。
①从原子利用率看，反应 （填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高。从反应的焓变和平衡常数K值看，反应 制甲醛更有利。
②下图是甲醇制甲醛有关反应的lgK（平衡常数的对数值）随温度T的变化。图中曲线（1）表示的是反应 。
（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下将NH4＋氧化为NO3－（2NH4++3O2＝2HNO2+2H2O +2H+；2HNO2 +O2＝2HNO3）。然后加入甲醇，甲醇和NO3－反应转化为两种无毒气体。
①上述方法中，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为 g。
②写出加入甲醇后反应的离子方程式： 。
（4）甲醇燃料电池的工作原理如图所示，则该电池负极的电极反应式为 。
正确答案
共14分。每空2分。
（1）-719.5（2分） ab（2分）
（2）①I（1分） II（1分） ②II（2分）
（3）①4.57（2分）
②6NO3－＋5CH3OH＋6H＋＝3N2↑＋5CO2↑＋13H2O（2分）
（4）CH3OH+H2O–6e－=CO2↑+6H+（2分）
试题分析：（1）由盖斯定律得2H2O(l)＋CO2(g) = CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝（①×3+②×2）/2，将①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol；利用太阳能或生物质能分解水制H2，需要开发高效光催化剂，使水易在太阳光的作用下分解，同时将光催化制取的H2从反应体系中有效分离，并与CO2耦合催化转化，但二氧化碳及水资源的来源供应不是需要解决的技术问题，答案选ab；
（2）反应物中的原子尽可能的转化为生成物，原子的利用率越高，所以反应I的原子利用率高；反应II的化学平衡常数较大，说明反应进行的彻底程度较大，而且反应II是放热反应，所以从反应的焓变和平衡常数K值看，反应II制甲醛有利；
（3）①根据所给方程式可知2NH4+～4O2～2HNO3，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为2×32/14=4.57g，
②甲醇和NO3－反应转化为两种无毒气体，从元素守恒角度判断无毒气体是氮气和二氧化碳，另一种产物是水，离子方程式为6NO3－＋5CH3OH＋6H＋＝3N2↑＋5CO2↑＋13H2O
（4）燃料电池中燃料在电池的负极发生氧化反应，结合图中信息，甲醇被氧化为二氧化碳和氢离子，所以该电池的负极反应式为CH3OH+H2O–6e－=CO2↑+6H+
（11分）已知NO2和N2O4可以相互转化：2NO2(g) 
（1）图中共有两条曲线X和Y，其中表示NO2浓度随时间变化的曲线是 ；a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的点是 。
（2）①前10 min内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)= mol·L-1·min-1。
②反应2NO2(g) 
③反应2NO2(g)
K(d) K(b)（填“>”、“=”或“<”）。
（3）①据图分析，在25 min时采取的措施是 （填序号）。
②若在35 min时，保持温度不变，快速缩小容器的体积至1 L，气体的颜色变化过程是
正确答案
（1）（每空1分） X 、b、 d，（2）（每空2分） 0.04、 1.11 、 =
（3） C （1分）、先变深后变浅（2分）
略
（11分）反应①Fe（s）+CO2（g）
测得在不同温度下，K值如下：
（1）若500℃时进行反应①，CO2起始浓度为2mol·L—1，CO的平衡浓度为_____________。
（2）反应①中的a__________0（填大于、小于、等于）。
（3）700℃反应①达到平衡，要使得该平衡向右移动，其它条件不变时，可以采取的措施有__________（填序号）
A.缩小反应器体积 B.通入CO2
C.升高温度到900℃ D.使用合适的催化剂
（4）下列图像符合反应①的是___________（填序号）（图中
（5）由反应①和②可求得，反应2Fe（s）+O2（g）=2FeO（s）的△H=__________。
正确答案
（1）1mol·L—1（2分） （2）大于（2分）
（3）BC（2分，答对一个得1分，答错一个得0分）
（4）A（2分）（5）2（a+b）kJ·mol—1（3分）
略
为减少污染，常将煤转化为清洁气体燃料，可将焦炭与水蒸气反应转化为氢气和一氧化碳：C(s)+ H2O(g) 
（1）用H2O(g)表示反应开始到达到平衡的平均速率 ；
（2）计算T℃下该反应的平衡常数K= ；若温度升高，则反应平衡常数将 （填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）上述条件下该反应达到平衡状态，下列说法正确的是
（4）若将上述容器改为恒压容器（两个反应器初始容积相同），相同温度下加入2molC(s)和2mol H2O(g)，达到平衡后，H2O(g)的转化率将 （填“增大”“减小”或“不变”）。
正确答案
（1）0.0125mol/(L•S)（2）0.225或9/40 增大（3）AD （4） 增大
试题分析：（1）根据化学反应速率的计算公式v=△c/△t,代入数据计算v（H2）=0.0125mol/(L•S)，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比得v（H2O）=0.0125mol/(L•S)；
（2）利用化学平衡计算的思路——三行式来解。
C(s)+ H2O(g)
起始浓度（mol·L-1） 1 0 0
转化浓度（mol·L-1） 0.375 0.375 0.375
平衡浓度（mol·L-1） 0.625 0.375 0.375
根据K=[H2][CO]/[H2O]，将各物质的平衡浓度代入计算得K=0.225，该反应为吸热反应，升温平衡向正向移动，K增大；
（3）A、缩小容器体积，相当于增大压强，平衡向左移动，正确；B、加入催化剂，平衡不移动，CO的产率不变，错误；C、增加固体碳的量，平衡不移动，H2O(g)的转化率不变，错误；D、降低温度，该反应为吸热反应，平衡逆向移动，H2O(g)的转化率降低 ，正确。
（4）若将上述容器改为恒压容器（两个反应器初始容积相同），相同温度下加入2molC(s)和2mol H2O(g)，正反应为气体物质的量增大的反应，要维持压强不变，容器体积必须增大，增大体积相当于减小压强，平衡向正向移动，达到平衡后，H2O(g)的转化率将增大。
（15分）（一）一定温度下，在体积固定的密闭中加入2 mol X和1 mol Y，发生如下反应：2X(g) + Y(g) 
当反应达到平衡后，反应放出的热量为Q1 kJ，物质X的转化率为α；平衡后再升高温度，混合气体的平均相对分子质量减小，则
(1)温度升高，平衡常数K的值将 (填“增大”．“减小”或“不变”)。
(2)化学计量数a的值为 ，该反应的熵变△S 0（填“>”．“<”或“=”）。
(3)平衡后，若压缩容器体积，则再达到平衡后X的浓度将________(填“增大”、“减少”或“不变”) X的转化率α＝ (用含Q．Q1的代数式表示)。
(4)维持温度不变，若起始时向容器中加入的物质的量如下列各项，则反应达到平衡后放出的热量仍为Q1 kJ的是 (稀有气体不参与反应)。
（二）若在相同温度下，将2 mol X和1 mol Y加入到容积固定不变的甲容器中，将2amol Z和2 mol W加入到容积可变的乙容器中，t1＝5 min时两容器内均达到平衡状态，甲中c(Z)＝1.5 mol/L。
请回答下列问题：
(1)5 min内，用X物质表示甲容器中的平均反应速率v(X)＝________。
(2)保持温度不变，移动活塞P，使乙的容积和甲相等，达到新的平衡后，乙容器中Z的物质的量浓度c(Z)________(填“>”“<”或“＝”)3 mol/L。
(3)保持温度不变，t2时分别向甲、乙中加入等质量的氦气后，下图中能表示甲中反应速率变化情况的是________，能表示乙中反应速率变化情况的是________。
正确答案
（一）(1)减小 （2）1 ，＜ （3）增大 Q1／Q （4）A
（二） (1)0.6 mol/(L·min) (2) > (3)A C
（一）（1）正反应放热，所以平衡后再升高温度，平衡向逆反应方向进行，平衡常数减小。
（2）正反应放热，所以平衡后再升高温度，平衡向逆反应方向进行。由于混合气体的平均相对分子质量减小，所以正反应一定是体积减小的，所以熵值是减小的，则a的值为1。
（3）压缩容器体积，则平衡向正反应方向进行，根据勒夏特列原理可知，X的浓度还是增大的。当反应达到平衡后，反应放出的热量为Q1 kJ，则根据热化学方程式可知，消耗X的物质的量是2Q1／Q，所以X的转化率是2Q1／Q÷2＝Q1／Q。
（4）这是恒温恒容条件下的等效平衡，即无论如何进行配比，只要把一端按不可逆反应形式完全转化为另一端的物质后，相当于完全等同的起始量即可。所以选项A正确，B和C的状态等效，但放出的热量不是Q1。D中平衡不是等效的，方程式的热量大于2Q1，答案选A。
（二）（1）达到平衡状态，甲中c(Z)＝1.5 mol/L，则消耗X是3.0mol/L，所以X的反应速率是3.0mol/L÷5min＝0.6 mol/(L·min) 。
（2）反应是体积减小的，则压强也是减小的。所以保持温度不变，移动活塞P，使乙的容积和甲相等时，乙容器中压强是增大的，因此平衡向正反应方向进行，所以Z的浓度大于3.0mol/L。
（3）甲保持容器容积不变，则插入稀有气体，反应速率不变，平衡不移动；乙保持压强不变的，则插入稀有气体，容器容积增大，反应速率降低，平衡向逆反应方向进行，所以正确的答案选A和C。
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