- 化学平衡
- 共20016题
在2L密闭容器内,800℃时反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K= 已知:>
,则该反应是 热反应。
(2)图中表示NO2的变化的曲线是 。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内密度保持不变
(4)为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是 。
a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效催化剂
正确答案
(1)K= 放热 (2)b 1.5×10-3mol·L-1·s-1 (3)bc (4)c
试题分析:(1)化学常数是在一定条件下的可逆反应中,当可逆反应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,所以根据反应的方程式可知,该反应的平衡常数是K=;
>
,这说明升高温度平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应。
(2)根据表中数据可知,平衡时NO2的浓度是(0.020mol-0.007mol)÷2L=0.0065mol/L,所以表示NO2的变化的曲线的是b;从0~2 s内消耗NO是(0.020mol-0.008mol)=0.012mol,所以消耗氧气是0.0132mol÷2=0.006mol,因此用氧气表示的反应速率是。
(3)在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。a中反应速率的方向是相同的,速率之比是相应的化学计量数之比,因此a中的关系始终是成立,不正确;正反应是体积减小的可逆反应,所以压强也是减小的,b正确;c中反应速率的方向相反,且满足速率之比是相应的化学计量数之比,正确;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,d不正确,所以答案选bc。
(4)及时分离出NO2气体,浓度降低,反应速率降低,a不正确;正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,b不正确;增大O2的浓度反应速率增大,且平衡向正反应方向移动,c正确;催化剂不能改变平衡状态,d不正确,答案选c。
点评:本题属于基本理论中化学平衡问题,主要考查学生对平衡移动等有关内容理解和掌握程度;题目推陈出新,难度适中,对概念的内涵和外延理解不深刻的考生容易出现失误,非常符合素质教育的要求。
在2L密闭容器中充入1mol H2和1mol I2蒸气,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g)==2HI(g) △H<0达到平衡时候n(H2)为0.8mol
(1) 保持容器容积不变,向其中加入1molH2,反应速率 (填加快、减慢、不变、不确定),理由是 。
(2) 保持容器气体压强不变,向其中加入1molHe,反应速率 (填加快、减慢、不变、不确定),理由是 。平衡 (正向或逆向或不)移动
(3)计算该温度下的平衡常数
正确答案
(1)加快 增加反应物氢气的浓度,反应速率加快,
(2)减慢 体积增大,浓度降低,所以反应速率减慢 不
(3)K=0.25
试题分析:(1)增大反应物氢气的浓度,反应速率增大。
(2)保持容器气体压强不变,向其中加入1molHe,则容器容积必然是增大的,所以物质的浓度是降低的,因此反应速率降低;由于正反应是体积不变的可逆反应,所以改变压强平衡不移动。
(3)达到平衡时候n(H2)为0.8mol,则消耗氢气是0.2mol,因此消耗单质碘也是0.2mol,生成HI是0.4mol,所以平衡时氢气、单质碘和HI的浓度分别是(mol/L)0.4、0.4、0.2,因此平衡常数K=。
点评:压强对反应速率或平衡状态的影响只能适用于有气体参加或生成的,且实质是通过改变浓度引起的。而化学常数是在一定条件下的可逆反应中,当可逆反应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。
在一定温度下,容积为0.5L的密闭容器中,将一定量的二氧化氮和二氧化硫气体混合会发生如下反应:
NO2(g)+SO2(g)⇌NO(g)+SO3(g)
(1)该反应的平衡常数(K)表达式为______.
(2)该可逆反应达到平衡的标志是______(填下列序号字母 ).
a.NO2、SO2、NO和SO3四种气体的物质的量浓度之比为1:1:1:1
b.密闭容器的压强不再发生变化
c.K值不再发生变化
d.生成n mol SO2的同时,有n mol SO3生成
(3)在上述平衡体系中通入少量O2,平衡______移动(填“向右”、“向左”或“不”之一);NO的浓度将______(填“增大”、“减小”或“不变”之一),c(NO)与c(NO2)之和______(填“增大”、“减小”或“不变”之一).
(4)若10min后容器内SO3气体质量为4g.则在10min内用NO2浓度的变化表示反应的平均反应速率为______ mol•(L•min)-1.
正确答案
(1)该可逆反应中化学平衡常数K=,故答案为:K=
;
(2)a.当NO2、SO2、NO和SO3四种气体的物质的量浓度之比为1:1:1:1,该反应不一定达到平衡状态,这与反应物的初始浓度及转化率有关,所以不能证明该反应达到平衡状态,故错误;
b.该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应,无论反应是否达到平衡状态密闭容器的压强始终不变,所以不能证明该反应是否达到平衡状态,故错误;
c.K值只与温度有关,温度不变K值不变,所以不能证明该反应是否达到平衡状态,故错误;
d.生成n mol SO2的同时,有n mol SO3生成,正逆反应速率相等,所以该反应达到平衡状态,故正确;
故选d;
(3)通入少量氧气,一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮,一氧化氮浓度减小,二氧化氮浓度增大,平衡向正反应方向移动,根据原子守恒知c(NO)与c(NO2)之和不变,
故答案为:向右 减小 不变;
(4)若10min后容器内SO3气体质量为4g,三氧化硫的平均反应速率==0.01mol/(L.min),根据反应方程式知,二氧化氮的反应速率和三氧化硫的反应速率相等,为0.01mol/(L.min),故答案 为:0.01.
在一容积为2 L的密闭容器中,加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2,在一定条件下发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0 。反应中NH3的物质的量浓度的变化情况如下图所示,请回答下列问题:
(1)根据上图,计算从反应开始到平衡时,氢气的平均反应速率v(H2)为______________。
(2)该反应达到平衡时N2的转化率_________________。
(3)反应达到平衡后,第5分钟末,保持其它条件不变,若改变反应温度,则NH3的物质的量浓度不可能为____________。(填序号)
a.0.20 mol·L-1 b.0.12 mol·L-1 c.0.10 mol·L-1 d.0.08 mol·L-1
(4)请写出该反应的平衡常数表达式_________,若该反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2,则K1 K2(填“>”、“="”" 或 “<” )。
(5)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后,若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol·L-1),请在上图中画出第5分钟末到此平衡时NH3浓度的变化曲线。
正确答案
(1)0.0375 mol·L-1·min-1
(2)50%
(3)a、c
(4) >
(5)
试题分析:(1)v(H2)="3/2" v(NH3)=3/2×0.10mol/L÷4min=0.0375 mol·L-1·min-1。
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
初始浓度(mol•L‾1)0.1 0.3 0
初始浓度(mol•L‾1)0.05 0.15 0.1
初始浓度(mol•L‾1)0.05 0.15 0.1
则该反应达到平衡时N2的转化率=0.05mol•L‾1÷0.1mol•L‾1×100%=50%
(3)根据化学方程式可知NH3的浓度范围0
(4)根据平衡常数的定义可得该反应的平衡常数表达式为:;因为正反应为放热反应,温度升高,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,所以K1>K2。
(5)第5分钟末将容器的体积缩小一半后,NH3的浓度变为0.20mol•L‾1,压强增大,平衡向右移动,NH3的浓度逐渐增加,到8min末为0.25mol•L‾1,即可画出曲线。
现有反应:mA(g)+ B(g)2C(g),达到平衡后,当升高温度时,A的转化率变小;当减小压强时,混合体系中C的质量分数不变,则:
(1)该反应的△H 0(填“>”或“<”),且m 1(填“>”“=”“<”)。
(2)若加入B(假设容器的体积不变),则A的转化率 ,B的转化率 。 (填“增大”“减小”或“不变”)
(3)若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(假设容器的体积不变)时混合物颜色 ,而维持容器内压强不变,充入氖气时,混合物颜色 (填“变深”“变浅”或“不变”)。
(4)一定温度下,向1L密闭容器中加入1mol C(g)使其分解,气体A的物质的量随时间的变化如下图所示。则0~2 min内的平均反应速率υ(C)= 。
正确答案
(1) <;= (2)增大 减小 (3)变深 变浅 (4)0.1mol·L-1·min-1
试题分析:减小压强是C的质量分数不变,确定左右化学计量数之和相等,m=1;加入C时平衡左移颜色加深,维持压强不变,充入氦气容器体积膨胀,气体浓度减小颜色变浅。由图像不难确定C的反应速率。
(13分)Ⅰ.(1)反应I2+2S2O32—=2I—+S4O62—常用于精盐中碘含量测定。某同学利用该反应探究浓度对反应速率的影响。实验时均加入1mL淀粉溶液做指示剂,若不经计算,直接通过褪色时间的长短判断浓度与反应速率的关系,下列试剂中应选择______(填序号)。
①1mL 0.01 mol•L—1的碘水 ②1mL 0.001 mol•L—1的碘水
③4mL 0.01 mol•L—1的Na2S2O3溶液 ④4mL 0.001 mol•L—1的Na2S2O3溶液
(2)若某同学选取①③进行实验,测得褪色时间为4s,计算v(S2O32—)=_______________。
Ⅱ.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH <0,200℃时,该反应的平衡常数为1/2.25,该温度下,将一定量的CO和H2投入某10L密闭容器,5min时达平衡,各物质浓度(mol•L—1)变化如下:
(1) 请分别计算CO、H2O、CO2、H2的平衡浓度__________,_________,________,_______。
(2)CO的平衡转化率为____________,欲提高CO的转化率,下列措施中可行的是_____(填序号)。
a.增加压强 b.降低温度
c.体积不变,再充入CO d.更换催化剂
e.体积不变,再充入0.1molH2O
(3) 若5min~10min只改变了某一条件,该条件是__________,如何改变的___________。
正确答案
(13分)Ⅰ.(1)②③④(3分) (2)8.3×10—4mol•L—1•s—1(2分)
Ⅱ.(1)0.006 mol•L—1 0.006 mol•L—1 0.004 mol•L—1 0.004 mol•L—1(2分)
(2)40% (2分) be(2分)
(3) H2O的浓度,增大了0.01 mol•L—1(或 H2O的物质的量,增大了0.1mol)(2分)
Ⅰ.(1)要探究对反应速率的影响,则反应物的浓度应该是不同的。根据反应的方程式可知,如果选择试剂①,则NaS2O3的物质的量是不足的,因此正确的答案选②③④。
(2)溶液的总体积是6ml,所以根据碘水的浓度和方程式可知,4s内消耗NaS2O3的物质的量浓度是0.01mol/L×2÷6,因此反应速率是=8.3×10—4mol•L—1•s—1。
Ⅱ.(1)设平衡时CO2和氢气的浓度都是x,则CO和水蒸气的浓度都是(0.01-x),根据平衡常数的表达式可知,解得x=0.004mol/L。因此CO、H2O、CO2、H2的平衡浓度分别是0.006 mol•L—1、0.006 mol•L—1、0.004 mol•L—1、0.004 mol•L—1。
(2)CO的转化率是0.004÷0.01×100%=40%。
(3)反应前后体积不变,改变压强,平衡不移动;正反应是放热反应,则降低我的,平衡向正反应方向进行,CO的转化率增大;增大CO的浓度,平衡向正反应方向进行,但CO的转化率降低;催化剂不能改变平衡状态;增大水蒸气的浓度,平衡向正反应方向进行,CO的转化率增大,所以答案选be。
(3)根据表中数据可知,10min是水蒸气的浓度增加,而CO的浓度降低,CO2和氢气的浓度也是增加的,所以改变的条件应该是增加了水蒸气的浓度,且增大了0.01 mol•L—1(或 H2O的物质的量,增大了0.1mol)。
研究NOx(氮的氧化物)SO2、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
(1)下图是反应过程中能量示意图。
该反应的焓变
(2)一定条件下,通过可以实现燃煤烟气中硫的回收。某研究小组向2L某密闭的真空容器(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计)中通入CO和SO2,10分钟后测得容器CO2的物质的量为0.9mol。
①求以v(CO2)表示的反应速率为 。
②该反应的平衡常数的表达式为:K= 。
③若想加快正反应速率的同时提高SO2的转化率,可以采用的方法是 。
(3)工业上常用Na2CO3溶液吸收法处理氮的氧化物(以NO和NO2的混合物为例)。
已知:NO不能与Na2CO3溶液反应。
若用足量的Na2CO3溶液完全吸收NO和NO2的混合物,每产生22.4L(标准状况)CO2(全部逸出)时,吸收液质量就增加44g,则混合气体中NO和NO2的体积比为 。
正确答案
(1)-234.0(2分)
(2)①0.045 mol·L-1·min-1 (2分,没写单位不得分)
② (2分) ③加压(或者增加CO浓度) (2分)
(3)1:7(2分)
试题分析:(1)由图示知该反应为放热反应,故该反应焓变△H=-(368.0-134.0)kJ/mol=-234.0kJ、mol。(2)①v(CO2)=0.9mol÷(2L×l0min)=0.045mol/(L·min);②固体浓度视为常数,不计入平衡常数表达式,因此可利用反应方程式直接写出该反应的平衡常数表达式;③因正反应是气体体积减少的放热反应,因此可采取加压或增加CO的浓度来提高正反应速率且同时提高SO2的转化率。(3)利用题给反应条件知,每产生22.4 L标准状况下CO2,必有2mol氮的氧化物气体被吸收且混合气体的质量为88 g(放出CO2的质量与溶液增加质量的和),设88 g混合气体中含有NO、NO2的物质的量分别为。xmol、ymol,利用分析,结合题中数据可得:x+y=2、30x+46y=88,两式联立解得x="0.25" mol、y=1.75mol,故混合气体中V(NO):V(NO2)=n(NO):n(NO2)=0.25:1.75=1:7。
原创工业上一般在恒容密闭容器中用H2和CO生产燃料甲醇,反应方程式为
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H
(1)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△H______0(填“>”、“=”或“<“)
②某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为______,此时的温度为______.
(2)在100℃压强为0.1MPa条件下,容积为V L某密闭容器中a mol CO与 2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇,达平衡时CO的转化率为50%,则100℃该反应的平衡常数K=______(用含a、V的代数式表示并化简至最简单的形式).此时保持温度容积不变,再向容器中充入a mol CH3OH(g),平衡______(向正反应方向、向逆反应方向)移动,再次达到新平衡时,CO的体积分数______.(减小、增大、不变)
(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.恒容充入H2 E.恒压充入惰性气体 F.分离出甲醇
(4)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)______.
A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
B.混合气体的密度不变
C.混合气体的相对平均分子质量不变
D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(5)300°C,在容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡的有关数据如下:
请选择正确的序号填空(不定项选择)
①c1、c2、c3的关系表达正确的为______
A c3>2c1 B c1<c3<2c1 C c1=c2
②a、b、c的关系表达正确的为______
A c<2|△H|B a+b=|△H|C c=2b
③p1、p2、p3的关系不正确的为______
A p1=p2 B p2<p3<2p2 C p3>2p2
④a1、a2、a3的关系表达不正确的为______
A a1=a2 B a3<a2 C a1+a2=1.
正确答案
(1)①温度升高,K减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,故答案为:<;
②达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×1L=1.6mol,
所以CO的转化率为×100%=80%,则
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
起始:1mol/L 3mol/L
转化:0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡:0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
所以:k==2.041(mol/L)-2,温度应为250℃,
故答案为:80%;250℃;
(2)
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
起始:mol/L
mol/L O
转化:0.5×mol/L
mol/L 0.5×
mol/L
平衡:0.5×mol/L
mol/L 0.5×
mol/L
k=,
再向容器中充入a mol CH3OH(g),生成物浓度增大,平衡向逆反应方向移动,再次达到新平衡时,虽然CO的物质的量增多,但比总物质的量的增多要小,CO的体积分数反而减小,
故答案为:;向逆反应方向;减小;
(3)A.升温,平衡向逆反应方向移动,CO的转化率的减小,故A错误;
B.加入催化剂,平衡不移动,转化率不变,故B错误;
C.增加CO的浓度,CO的转化率的减小,,故C错误;
D.恒容充入H2,平衡向正反应方向移动,转化率增大,故D正确;
E.恒压充入惰性气体,平衡不移动,转化率不变,故E错误;
F.分离出甲醇,平衡向正反应方向移动,转化率增大,故F正确.
故答案为:DF;
(4)A.无论是否达到平衡状态,生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等,故A错误;
B.无论是否达到平衡状态,气体的质量不变,容器的体积不变,则混合气体的密度不变,故B错误;
C.混合气体的相对平均分子质量不变,说明反应达到平衡状态,故C正确;
D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,说明反应达到平衡状态,故D正确.
故答案为:CD;
(5)甲乙为等效平衡,则有:c1=c2、a1=a2、a+b=|△H|、p1=p2;
甲丙相比较,相当于在甲的基础上压缩容器体积,则平衡向正反应方向移动,
则有:c3>2c1、c<2|△H|、p2<p3<2p2、a3<a2,
故答案为:AC;AB;C;A.
合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义,合成氨气所需的氢气可以由水煤气分离得到.涉及反应信息如下:
反应①:C(s)+H2O(g)
H2(g)+CO(g) 平衡常数K1
反应②:平衡常数 K2=
(1)K1的表达式:K1=______;反应②的化学方程式为______.
(2)在恒容时,对反应①,不能判断该反应达到化学平衡状态的是______(填序号).
A.容器中压强不变 B.混合气体中CO浓度不变
C.υ(H2)正=υ(H2O)逆 D.c(H2O)=c(CO)
(3)将一定量的H2O(g)和CO(g)分别通入到体积为1L的密闭容器中,在不同条件下进行反应,得到以下三组数据:
(Ⅰ)实验1中,用CO2表示反应开始到平衡的平均反应速率为______;
(Ⅱ)在实验3,当a=0.5、b=1时,要使c、d数据与实验2相同,且t<3,可以采取的措施为______(填序号)
A.其它条件不变温度T<900℃B.其它条件不变温度T>900℃
C.充入一定量氖气 D.使用高效催化剂
(Ⅲ)对于反应②,当升高温度时K2______(填“增大”、“减小”或“不变”).
正确答案
(1)因平衡常数为生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,所以K1的表达式,反应②的化学方程式为 CO+H2O
H2+CO2,故答案为:;CO+H2O
H2+CO2;
(2)A.由于气体反应前后的化学计量数不等,所以容器中压强不变能作为判断的依据,故A正确;
B.当达到化学平衡时,混合气体中c(CO)不变,故B正确;
C.V正(H2)=V逆(H2O),说明达到平衡状态,故C正确;
D.c(CO2)与c(CO)的大小关系取决于反应起始时的物质的量的多少,不能作为判断是否达到平衡的依据,故D错误,
故答案为:D;
(3)(Ⅰ)v(CO2)==0.16mol/(L•min),故答案为:0.16;
(Ⅱ)实验3要达到与实验2等效的平衡状态,但到达平衡的时间短,故采取的措施要使得反应速率快,但平衡不移动,故答案为:D.
(Ⅲ)由实验1、2,利用等效平衡判断该反应为放热,升高温度,平衡向吸热的方向移动即逆向移动,所以平衡常数减小,故选:减小.
以CO2为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点,下面为CO2加氢制取乙醇的反应: 2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) -Q(Q>0)
在密闭容器中,按H2与CO2的物质的量之比为3:1进行投料,在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数(y%)如下图所示。
完成下列填空:
(1)表示CH3CH2OH体积分数曲线的是_______(选填序号)
(2)在一定温度下反应达到平衡的标志是_______(选填编号)
a.平衡常数K不再增大
b.CO2的转化率不再增大
c.混合气体的平均相对分子质量不再改变
d.反应物不再转化为生成物
(3)其他条件恒定,如果想提高CO2的反应速率,可以采取的反应条件是_______(选填编号);达到平衡后,能提高H2转化率的操作是_______(选填编号)
a.降低温度 b.充入更多的H2
c.移去乙醇 d.增大容器体积
(4)图中曲线II和III的交点a对应的体积分数ya=_______%
正确答案
(1)II(2分)
(2)bc(2分)
(3)b(1分);c(1分)
(4)18.75(2分)
试题分析:(1)反应过程中反应物逐渐减少,生成物逐渐增多,变化量的关系符合化学计量数比值,故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为H2O、CH3CH2OH、H2、CO2(g) ;
(2)遵循“变量不变达平衡”,a、温度不变平衡常数不变,错误;b、转化率从0到最大,是变量,不变时达到平衡,正确;c、气体的质量不变,容器的体积不变,混合气体的密度是定值,错误;d、平衡是动态平衡,每种物质的生成速率和消耗速率相等,错误;
(3)提高反应物的转化率可以改变温度使平衡正向移动,或增加另一种反应物的浓度,或移去产物;降低温度平衡正向移动,增大容器体积即是减少压强平衡正向移动,均提高反应物的转化率。
(4)曲线II和III对应的物质为乙醇和氢气,
2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
始量 1 3 0 0
转化量 2x 6x x 3x
平衡量 1-2x 3-6x x 3x
根据题意有 3-6x=x x=3/7 故a对应的体积分数ya=3/7÷(4-4×3/7)=0.1875
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