- 化学平衡
- 共20016题
氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO2(s)+6C(s)+ 2N2(g) 
（1）该反应的氧化剂是 ，2molN2参加反应转移电子数为 ；
（2）该反应的平衡常数表达式为K＝ ；
（3）若CO的生成速率为v(CO)＝18mol·L-1·min-1，则N2的消耗速率为v(N2)＝
（4）达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N2、CO的量），反应速率v与时间t的关系如图。图中t4时引起平衡移动的条件可能是 ；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是 。
（5）若该反应的平衡常数为 K＝729，则在同温度下1L密闭容器中，足量的SiO2和C与2mol N2充分反应，则N2的转化率是 (提示：272 = 729)
正确答案
（1）氮气 (1分) 12NA (1分)（2）K=[c(CO)]6/[c(N2)]2 (2分)（3）6 mol•L-1•min-1 (1分) （4）升高温度或增大压强(2分) t3~t4(2分) （5）50%(2分)
试题分析：（1）反应中N元素的化合价降低，有0价降为-3价，则氧化剂为氮气，氧化剂对应的生成物为还原产物，应为氮化硅，故答案为：氮气；氮化硅；（2）平衡常数等于气体生成物的浓度幂之积除以气体反应物的浓度幂之积，则K=[c(CO)]6/[c(N2)]2（3）反应放热，△H＜0，升高温度平衡移动逆反应方向移动，平衡常数减小，速率之比等于化学计量数之比，则v（N2）=1/3×v（CO）=1/3×18mol•L-1•min‑1="6" mol•L-1•min‑1（4） t4时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可升高温度或增大压强，在t4时反应向逆反应方向移动，则t3～t4时平衡混合物中CO的含量最高，故答案为：升高温度或增大压强，t3～t4；
（5）设反应的N2的物质的量为x，
3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g）
起始： 2mol 0
转化： x 3x
平衡： 2-x 3x
则平衡时N2的浓度为（2-x）mol/L，CO的浓度为3x mol/L，则有：(3x)6/(2-x)2=729，解之得x=1，则N2的转化率是50%。
700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应：CO(g)＋H2O(g) 
依据题意回答下列问题：
（1）反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝ mol·L－1·min－1
（2）保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20 molH2O，到达平衡时，n(CO2)＝ mol。
（3）保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率 （填“增大”或“减小”或“不变” 下同），H2O的体积分数
（4）温度升至800℃，该反应平衡常数为0.64，则正反应为 反应（填“放热”或“吸热”）。
正确答案
（1）0.20/t1 （2）0.40 （3）增大 增大 （4）放热
试题分析：（1）在化学反应中速率比等于反应方程式各物质的化学计量数之比。反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝V(CO)="(" 1.2-0.8)mol÷2L÷t1min=0.20/t1mol/( L·min).（2）CO(g)+H2O(g)
（6分）在20L恒容的密闭容器中，加入3mo1SO3(g)和lmo1氧气，在一定温度下使其反应，反应至4min时，氧气的浓度为0.09 mol·L-1，当反应到8min时，反应到达平衡，此时三氧化硫浓度c(SO3)=" a" mol·L-1。
(1）0min～4min内生成O2平均速率v(O2)= mol·L-1·min-1
(2)达到平衡时c(O2)=c(SO2)，则a= mol·L-1，在下列坐标系中作出0min～8min及之后SO2、O2、SO3浓度随时间变化曲线.
(3)若起始时按下表数据投料，相同温度下达到平衡时，三氧化硫浓度大于a mol·L-1的是
正确答案
(1) 0.01mol/L. min（1分）
(2) a="0.05" mol/L （1分） 图象如右（2分）
(3) BD
试题分析： 利用三行式求解
2SO3 ↔ 2SO2 + O2
起始物质的量浓度 3/20 0 1/20
变化物质的量浓度 0.08 0.08 0.04
4Min物质的量浓度 0.07 0.08 0.09
所以(1）0min～4min内生成O2平均速率v(O2)= 0.01mol/L. min
利用三行式求解
2SO3 ↔ 2SO2 + O2
起始物质的量浓度 3/20 0 1/20
变化物质的量浓度 2x 2x x
8Min平衡物质的量浓度 a =0.15-2x 2x 0.05- x
达到平衡时c(O2)=c(SO2)即 2x = 0.05- x 所以 x=0.05 所以a =0.15-2x=0.05
(2)达到平衡时c(O2)=c(SO2)，则a="0.05" mol/L，在下列坐标系中作出0min～8min及之后SO2、O2、SO3浓度随时间变化曲线
点评：对于化学平衡的计算学生必须要掌握的知识有：三行式; 化学反应速率的计算公式：v=Δc/Δt ;等效平衡的三种情况：
I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△V≠0的体系）：等价转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。
II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△V=0的体系）：等价转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。
III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。
碳酸二甲酯(DMC)是一种近年来受到广泛关注的环保型绿色化工产品。在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O，但甲醇转化率通常不会超过1%是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为：TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。
（1）已知25℃时，甲醇和DMC的标准燃烧热分别为△H1和△H2，则上述反应在25℃时的焓变△H3=_____。
（2）根据反应温度对TON的影响图（下左图）判断该反应的焓变△H________0（填“>”、“=”或“<”），理由是________________________________。
（3）根据反应时间对TON的影响图（上右图），已知溶液总体积10mL，反应起始时甲醇0.25mol，催化剂0.6×10—5 mol，计算该温度下，4～7 h内DMC的平均反应速率：________；计算10 h时，甲醇的转化率：________。
（4）根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图（下图），判断下列说法正确的是___ __。
a. 由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用价廉易得的甲醇把影响环境的温室气体CO2转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
b. 在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON
c. 当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高
d. 当催化剂用量高于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加，DMC的产率反而急剧下降
正确答案
（15分）
（1）2△H1 — △H2 （3分）
（2）< （2分） 经过相同的反应时间，温度较低时，反应未达到平衡；温度较高时，反应已达到平衡，随着温度升高，TON减小，即平衡向左移动，说明该反应放热（3分）
（3）1×10-3 mol·L-1·h-1（ 2分） 8.4×10-2 % （2分）
（4）ab（3分）
试题分析：
（1）根据反应①CH3OH(l)+1.5O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1，②CO(OCH3)2(l)+3O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l) ΔH1，根据盖斯定律有目标反应等于①×2-②，故有ΔH3=2ΔH1-ΔH2
（2）根据图可知，温度升高，平衡逆向移动，故正反应放热ΔH<0；
（3）4h，TON=20，7h，TON=30，ΔTON=10，Δ甲醇=10×0.6×10-5mol=0.6×10-4mol，速率为0.6×10-4mol÷0.01L÷3h=2×10-3 mol·L-1·h-1，10h，转化的甲醇为35×0.6×10-5mol=2.1×10-4mol，转化率为2.1×10-4mol÷0.25mol=8.4×10-2 %
（4）a、正确，b、减少水，使平衡正向移动，正确；cd、TON和转化率不是一样，错误；
已知A(g)+B(g)
回答下列问题：
（1） 该反应的平衡常数表达式K=______，△H_____0（填“＜”“＞”“=”)；
（2） 容积固定，判断该反应是否达到平衡的依据为(填正确选项前的字母)：
a．气体的密度不随时间改变 b． c(A)不随时间改变
c．混合气体平均相对分子质量不随时间改变 d． 压强不随时间改变
（3）1200℃时反应2C(g)
（4）830℃时，向一个10．00 L的密闭容器中充入0．40mol的A和1．60mol的B，如果反应初始2s内生成C的物质的量为0．40mol，则2s内A的平均反应速率v(A)= ____mol·L-1·s-1； 2s时c(B)= ____ mol·L-1； 2s时A的转化率为____；2s时C的体积分数为____。
正确答案
（1） 
（2）b(1分)
（3）2． 50(1分)
（4） 0．010 （1分） 0．14 （1分） 0．50 （1分） 20%（1分）
试题分析：（1）温度越高，平衡常数越小，表明升高温度，平衡逆向移动，正向是放热反应。
（2） 容积固定，该反应中反应物和生成物都是气体，质量一定，所以无论平衡与否，该容器内的气体密度都不会随时间改变。反应前后气体的分子数为变，质量一定，因些混合气体的平均相对分子质量不管平衡与否都不随时间改变。分子数在反应前后 不变，因此压强始终不变。
（3）该平衡的平衡常数为题中1200度时的平衡常数的倒数。
（4）依题意可知v(C)= 0．02mol·L-1·s-1；所以v(A)= 0．01mol·L-1·s-1；
A(g) + B(g)
起始： 0．40mol 1．60mol 0
转化： 0．20mol 0．20mol 0．40mol
平衡： 0．20mol 1．40mol 0．40mol
C的体积分数也就是C的物质的量分数，为:
甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应I和II，用CH4和H2O为原料来制备甲醇：
CH4(g)+H2O(g) 
（1）将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容积为100L反应室，在一定条件下发生反应I，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为____________________。
②图中的P1_________P2（填“<”、“>”或“=”），100℃时平衡常数的值为__________ 。
（2）在压强为0.1 MPa条件下， 将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下，自发反应Ⅱ，生成甲醇。
③该反应的△H ____ 0；若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是________。
④为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
a．请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
b．根据反应II的特点，在给出的坐标图中，画出在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图，并标明压强。
正确答案
（1）①0.003mol/（L·min）（2分） ②<（2分）2.25×10-4（3分）
（2）③<（2分） BD（2分） ④a．（见下表，3分） b．（见下图，2分）
试题分析：⑴①0.003mol/（L·min） ②<2.25×10-4 ⑵③反应Ⅱ为熵减的反应，要自发反应必须为放热反应，故△H < 0,若容器容积不变，可增加甲醇产率的措施有BD。④a通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，由此可得：Ⅱ中温度为150℃，n （CO）/n（H2）=1/3，Ⅲ中n （CO）/n（H2）为1/3；
I．煤化工中常需研究不同溫度下平衡常数、投料比等问题。
已知：CO (g) +H2O（g)
回答下列问题
(1)该反应的平衡常数表达式K=______，ΔH=______0(填“<”、“>”、“=”）
(2)已知在一定温度下，CCs) +CO2(g)
C (s) +H2O(g)
则K、K1 、K2,之间的关系是______:
(3)8000C时，向一个10L的恒容反应器中充入0.40molCO和1.60mol水蒸气，经一段时 间后反应达到平衡，此时CO的转化率为：若保持其他条件不变，向平衡体系中 再通入0.10molCO和0.40molCO2，此时v正______v逆 (填“>”、“=”或“<”）。
II.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“条件对化学反应速率的影响”。
(4) 向酸性KmnO4溶液中加入一定量的H2C2O4溶液，当溶液中的KmnO4耗尽后，紫色溶液将褪去。为确保能观察到紫色褪去，H2C2O4与KmnO4初始的物质的量需要满足的关 系为n(H2C2O4): n(KMnO4) ______。
(5) 为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，该小组设计了如下实验方案
表中x= ______ml ，理由是______。
(6) 已知50°C时，浓度c(H2C2O4)随反应时间t的变化曲线如图示，若保持其他条件不变，请在答题卡坐标图 中画出25°C时c(H2C2O4)随t的变化曲线示意图。
正确答案
（1）
（2）K=
（3）80% =
（4）≥2.5
（5）2.0 保证其他条件不变，只改变反应物H2C2O4浓度，从而才打到对照试验目的。
（6）如下图
试题分析：
（1）反应物、生成物都是气体，K=
（2）C(s) +H2O(g)
（3）设转化的CO物质的量为x，由K=
（4）草酸被高锰酸钾氧化生成二氧化碳、高锰酸钾被还原生成Mn2+，由得失电子相等得二者恰好完全反应时草酸与高锰酸钾物质的量比为5：2，为确保观察到紫色褪去，草酸与高锰酸钾物质的量比应不小于2.5。
（5）探究反应物浓度对化学反应速率的影响，保证其它条件不变，只改变草酸的浓度，由高锰酸钾浓度不变可知两组溶液体积均为13mL，所以x=2。
（6）温度越低，反应速率越慢，草酸浓度变化小。
碳单质在工业上有多种用途。例如焦炭可用来制取水煤气、冶炼金属，活性炭可处理大气污染物NO。
一定条件下，在2 L密闭容器中加入NO和活性炭（无杂质）反应生成气体A和B。当温度在T1℃时，测得各物质平衡时物质的量如下表：
（1）在T1℃时，达到平衡共耗时2分钟，则NO的平均反应速率为 mol／(L·min)；当活性炭消耗0.015mol时，反应的时间 （填“大于”、“小于”或“等于”）1分钟。
（2）在T1℃下反应达到平衡后，下列措施不能改变NO的转化率的是 。
a．增大活性炭的量 b．增大压强 c．升高温度 d．移去部分B
（3）结合上表数据，该反应的平衡常数表达式为 。（生成物A、B用相应的化学式表示）若T1℃时的平衡常数为K1，T2℃时的平衡常数为K2，且K1>K2，能否判断该反应是吸热反应还是放热反应，说明理 。
正确答案
（1）0.015mol/(L·min)，小于（3分）
（2）a b（2分）
（3）
试题分析：
（1）该反应为： C + 2NO = CO2 + N2
起始量 2.030 0.100 0 0
平衡量 2.000 0.040 0.030 0.030
NO速率为
（2）a、C为固体，改变其量，不使化学平衡移动，b、增大压强平衡朝体积减小的方向移动，即正向，转化率增大；c、改变温度，平衡移动，转化率改变；d、减小生成物浓度，平衡正向移动，可以改变转化率。
（3）根据K变化，分析平衡移动方向，根据温度的变化可以评判的吸热还是放热。
分解水制氢气的工业制法之一是硫——碘循环，主要涉及下列反应：
I SO2+2H2O+I2→H2SO4+2HI
II 2HI
III 2H2SO4 → 2SO2+O2+2H2O
（1）分析上述反应，下列判断正确的是_________
a．反应III易在常温下进行 b．反应I中SO2还原性比HI强
c．循环过程中需补充H2O d．循环过程中产生1molO2的同时产生1molH2
（2）一定温度下，向2L密闭容器中加入1molHI（g），发生反应II，H2物质的量随时间的变化如图所示。
0—2min内的平均反应速率v(HI)= _________ 。该温度下，反应2HI（g）
a．平衡常数 b．HI的平衡浓度
c．达到平衡的时间 d．平衡时H2的体积分数
（3）SO2在一定条件下可氧化生成SO3，其主反应为：2SO2 (g) + O2(g) 
实际工业生产使用的条件是：常压、____________________________________选择该条件的原因是__________________。
（4）实际生产用氨水吸收SO2生成亚硫酸的铵盐。现取a克该铵盐，若将其中的SO2全部反应出来，应加入18.4 mol/L的硫酸溶液的体积范围为______________。
正确答案
（1）bc（2分）
（2）0.05mol·L－1·min－1；
（3）bd；五氧化二钒、500℃；加快反应速度。（共5分）
（4）a/116×18.4～a/198×18.4 （2分）
试题分析：（1）a．反应III2H2SO4 → 2SO2+O2+2H2O是分解反应，要在高温下进行。b．根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性，故反应I中SO2还原性比HI强，正确。c．水在循环过程中始终消耗，故需补充H2O，正确。d．根据电子守恒，循环过程中产生1molO2转移4mol电子，同时产生2molH2，错误。故选bc。
（2）根据平均反应速率v(HI)="2v(H2)=2*0.1/(2*2" )= 0.05mol·L－1·min－。该温度下，反应2HI（g）
（3）根据反应2SO2 (g) + O2(g)
（4）亚硫酸的铵盐正盐和酸式盐两种情况。若a克分别是两种铵盐时，应加入18.4 mol/L的硫酸溶液的体积设为v，则
(NH4)2SO3 -----H2SO4 2NH4HSO3----H2SO4
a/116 a/116 a/99 a/198
v=a/116×18.4 v=a/198×18.4，应加入18.4 mol/L的硫酸溶液的体积范围为a/198×18.4----a/116×18.4。
工业上高纯硅可以通过下列反应制取：SiCl4(g)+ 2H2(g) 
完成下列填空：
（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L，H2的平均反应速率为0.1mol/(L·min)，3min后达到平衡，此时获得固体的质量 g。
（2）该反应的平衡常数表达式K＝ 。可以通过_______使K增大。
（3）一定条件下，在密闭恒容容器中，能表示上述反应一定达到化学平衡状态的是 。
a．2v逆(SiCl4)＝v正(H2)
b．断开4molSi－Cl键的同时，生成4molH－Cl键
c．混合气体密度保持不变
d．c(SiCl4)：c(H2)：c(HCl)＝1:2:4
（4）若反应过程如图所示，纵坐标表示氢气、氯化氢的物质的量（mol），横坐标表示时间（min），若整个反应过程没有加入或提取各物质，则第1.5分钟改变的条件是______，第3分钟改变的条件是__________，各平衡态中氢气转化率最小的时间段是_____________ 。
正确答案
（本题共8分，33题2分，其余1分）
（1）8.4
（2）K＝c(HCl)4/c(SiCl4)·c(H2)2，升温。
（3）ac
（4）减压，升温（且加催化剂），1—1.5分钟
试题分析：（1）m(Si)=1/2n(H2)M(Si)=1/2×0.1mol/(L·min)×2L×3miin×28g/mol=8.4g
（2）Si为固体，所以K＝c(HCl)4/c(SiCl4)·c(H2)2，因为正反应为吸热反应，升温平衡向右移动，K增大。
（3）a、正、逆速率相等，正确；b、断开4molSi－Cl键说明反应了1molSiCl4，生成4molH－Cl键说明生成4molHCl，都是正反应反应方向，不能说明达到平衡状态；c、混合气体密度保持不变，说明气体质量不变，达到平衡状态，正确；d、各物质的浓度之比与是否平衡无关，错误。
（4）1.5分钟H2物质的量逐渐减小，HCl物质的量逐渐增大，曲线斜率减小，说明平衡向正反应方向移动，化学反应速率变小，所以改变的条件是减小压强；第3分钟平衡向正反应方向移动，化学反应速率变大，改变的条件是升温（且加催化剂）；因为两次平衡都是向右移动，所以氢气转化率最小的时间段为第一次平衡时间段：1—1.5分钟。
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