2019-2020学年高中化学课时作业10等效平衡及转化率问题含解析 人教版选修4

2019-2020学年高中化学课时作业10等效平衡及转化率问题含解析 人教版选修4

课时作业10　等效平衡及转化率问题 10‎ 基础训练 ‎1．已知反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)‎ ΔH＝－197 kJ·mol－1。在容积相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，平衡时有关数据如下：‎ 容器 甲 乙 丙 起始投料 ‎2 mol SO2、‎ ‎1 mol O2‎ ‎2 mol SO3(g)‎ ‎4 mol ‎ SO3(g)‎ 平衡时n(SO3)‎ ‎(mol)‎ n1‎ n2‎ n3‎ 反应放出或吸 收的热量(kJ)‎ Q1‎ Q2‎ Q3‎ 体系压强(Pa)‎ p1‎ p2‎ p3‎ 平衡转化率 α1‎ α2‎ α3‎ 下列各式正确的是(　　)‎ A．2n1＞n3 B．Q1＋Q2＝197‎ C．2p1＜p3 D．α1＋α3＝1‎ 解析：本题疑难之处是等效平衡的应用。2 mol SO3相当于2 mol SO2、1 mol O2，恒温恒容时，甲和乙完全等效，所以n1＝n2、p1＝p2(恒温恒容下气体的p与n成正比)；Q1＝×197，则Q2＝×197，Q1＋Q2＝197；α1＝、α2＝，α1＋α2＝1；将丙分两步完成，先将4 mol SO3充入2倍于乙体积的容器，与乙完全等效，此时丙的压强p′3＝p2，然后将丙的体积压缩至与乙相同(压缩的瞬间p″3＝2p2)，增大压强，平衡向右移动，最终p3＜2p2、n3＞2n2、α3＜α2、Q3＜2Q2。由于n1＝n2，n3＞2n2，则2n1＜n3，A项不正确；Q1＋Q2＝197，B项正确；p1＝p2，p3＜2p2，故p3＜2p1，C项错误；α1＋α3＜1，D项错误。‎ 答案：B ‎2．(2019年唐山一中调研)在一个真空固定体积的密闭容器内，充入10 mol N2和30 mol 10‎ ‎ H2，发生合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，在一定温度下达到平衡，H2的转化率为25%。若在同一容器中充入NH3，欲达到平衡时的各成份的百分含量与上述平衡时相同，则起始时充入的NH3的物质的量和达到平衡时NH3的转化率是(　　)‎ A．15 mol　25% B．20 mol　50%‎ C．20 mol　75% D．40 mol　80%‎ 解析：恒温恒容下，若开始只充入NH3，欲达到平衡时的各成份的百分含量与原平衡相同，则二者为等效平衡，由于反应前后气体的化学计量数之和不相等，故平衡时对应组分的物质的量相等，需要氨气的物质的量＝10 mol×2＝20 mol，原平衡中参加反应的氢气为30 mol×25%＝7.5mol，由方程式可知平衡时氨气的物质的量＝7.5 mol×2/3＝5 mol，故若开始只充入NH3，氨气的转化率＝(20 mol－5 mol)/20 mol×100%＝75%，故选C。‎ 答案：C ‎3．恒温恒压下，在容积可变的密闭容器中，反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后，再向容器中通入一定量的NO2，又达到平衡时，N2O4的体积分数(　　)‎ A．不变 B．增大 C．减小 D．无法判断 解析：恒温恒压下，平衡后充入NO2，由于反应物仅有一种，所以新平衡与原平衡是等效平衡，N2O4的体积分数不变。‎ 答案：A ‎4．在一恒温、恒容的密闭容器中有如下平衡：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，已知H2和I2的起始浓度均是0.10 mol·L－1，达到平衡时HI的浓度为0.16 mol·L－1。若H2和I2的起始浓度均变为0.20 mol·L－1，则平衡时H2的浓度是(　　)‎ A．0.16 mol·L－1 B.0.08 mol·L－1‎ C．0.04 mol·L－1 D．0.02 mol·L－1‎ 解析：运用等效平衡规律处理。假设第一种情况反应体系的体积为V L，第二种情况反应体系的体积为2V L，则在等温条件下，两者建立等效平衡。其中H2的平衡浓度相同，为0.02 mol·L－1(由第一种情况平衡时，HI的浓度为0.16mol·L－1，可推知H2的转化浓度为0.08 mol·L－1，则H2的平衡浓度为0.02 mol·L－1)。这样，由第二种情况的体积为2V L压缩到V L时，平衡不移动，但H2、I2的HI的浓度均增大2倍，所以H2的平衡浓度为0.04 mol·L－1。‎ 10‎ 答案：C ‎5．(2019年山东烟台二中高二开学考试)体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，并达到平衡。在此过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率(　　)‎ A．等于p% B．大于p% ‎ C．小于p% D．无法判断 解析：平衡后，欲保持乙的压强不变，就需要缩小体积，缩小体积时，乙的压强增大，平衡正向移动，所以，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率将大于甲的，即大于p%。‎ 答案：B ‎6．在一个盛有催化剂的容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，已知加入1 mol N2和4 mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变，对①～③的状态，填写表中空白。‎ 编号 起始状态物质的量 平衡时NH3的物质的量 N2‎ H2‎ NH3‎ ‎1‎ ‎4‎ ‎0‎ a ‎①‎ ‎1.5‎ ‎6‎ ‎0‎ ‎②‎ ‎1‎ ‎0.5a ‎③‎ m n(n≥4m)‎ 解析：此题为恒温恒压条件，运用把一边“归零”换算成同一半边，要两平衡等效只要各物质的物质的量之比相同即可。‎ 以③为例：设NH3的起始状态物质的量为x mol ‎　　　　　　　　　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)‎ 起始1(mol): 1 4 0‎ 起始2(mol): m n x 一边归零为(mol): m＋ n＋ 0‎ 10‎ 由恒温恒压规律可列式：＝ 解得：x＝2(n－4m)‎ 答案：①1.5a　②0　0.5　③2(n－4m)　(n－3m)a 提高训练 ‎7．某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g) 2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol和4 mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整，可使平衡右移的是(　　)‎ A．均减半 B．均加倍 ‎ C．均增加1 mol D．均减小1 mol 解析：原平衡A、B、C的物质的量之比为2∶1∶2，选项A、B“均减半”“均加倍”，与原平衡比例一致，为恒温、恒压条件下的等效平衡，因此平衡不移动；C可设想为两步加入，第一次加入1 mol A、0.5 mol B、1 mol C，此时平衡不移动，第二次再加入0.5 mol B(此法与一次性各加入1 mol等效)，增加反应物B的浓度，平衡正向移动；D中均减小1 mol，也可设想为两步进行，先将A减小1 mol、B减小0.05 mol、C减小1 mol，此时平衡不移动，再将B减小0.5 mol，减小反应物B的浓度，平衡逆向移动。‎ 答案：C ‎8．在体积、温度都相同的条件下，反应2A(g)＋2B(g) C(g)＋3D(g)分别从下列两条途径建立平衡：‎ Ⅰ.A、B的起始物质的量均为2 mol；‎ Ⅱ.C、D的起始物质的量分别为2 mol和6 mol。‎ 以下叙述中不正确的是(　　)‎ A．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同 B．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的平均相对分子质量相同 C．达平衡时，Ⅰ途径的反应速率vA等于Ⅱ途径的反应速率vA D．达平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的 解析：途径Ⅱ中2 mol C和6 mol D按方程式转化为A、B，相当于4 mol A和4 mol B，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，故在恒温、恒容条件下，‎ 10‎ 途径Ⅰ和途径Ⅱ将建立等效平衡，A、B均正确；因为途径Ⅱ达平衡时各组分的浓度为途径Ⅰ的两倍，达平衡时途径Ⅰ的反应速率vA小于途径Ⅱ的反应速率vA，达到平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的，C错误，D正确。‎ 答案：C ‎9．(2019年内蒙古赤峰市模拟)如图所示，左室容积为右室的两倍，温度相同，现分别按照如图所示的量充入气体，同时加入少量固体催化剂使两室内气体充分反应达到平衡，打开活塞，继续反应再次达到平衡，下列说法不正确的是(　　)‎ A．第一次平衡时，SO2的物质的量左室更多 B．通入气体未反应前，左室压强和右室一样大 C．第一次平衡时，左室内压强一定小于右室 D．第二次平衡时，SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2的物质的量的2倍还要多 解析：由于为恒容容器，1 mol Ar对化学平衡无影响，容器中发生的反应为2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。A项，若右室的容积与左室相等，左室和右室在相同条件达到的平衡状态相同，含有的SO2物质的量相等，右室在此平衡时将体积缩小为，增大压强，平衡向正反应方向移动，SO2物质的量减少，第一次平衡时，SO2物质的量左室更多，A项正确；B项，通入气体未反应前，左室气体总物质的量为2 mol＋1 mol＋1 mol＝4 mol，右室气体总物质的量为2 mol，左室容积为右室的两倍，温度相同，则左室压强和右室一样大，B项正确；C项，左室从正反应开始建立平衡，左室平衡时压强小于左室起始压强，右室从逆反应开始建立平衡，右室平衡时压强大于右室起始时压强，左室与右室起始压强相等，则第一次平衡时左室内压强一定小于右室，C项正确；D，若在容积为2倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2，相同条件下达到平衡时SO2物质的量为左室SO2物质的量的2倍，打开活塞相当于容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入2 mol SO2、1 mol O2、2 mol SO3(g)、1 mol Ar，等效于容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2、1 mol Ar，相对于2倍左室容积的容器缩小体积，增大压强，平衡向正反应方向移动，SO2物质的量减小，即第二次平衡时，SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2物质的量的2倍要少，D项错误。‎ 10‎ 答案：D ‎10．Ⅰ.恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下反应：‎ A(g)＋B(g) C(g)‎ ‎(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B，到达平衡后，生成a mol C，这时A的物质的量为________mol。‎ ‎(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B，到达平衡后，生成C的物质的量为________mol。‎ ‎(3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C，到达平衡后，A和C的物质的量分别是y mol和3a mol，则x＝________mol，y＝________mol。平衡时，B的物质的量________(选填一个编号)。‎ 甲．大于2 mol 乙．等于2 mol 丙．小于2 mol 丁．可能大于、等于或小于2 mol 作出此判断的理由是_______________________________________________________________________________________________________________。‎ ‎(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是________。‎ Ⅱ.若维持温度不变，在一个与(1)反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生下述反应。‎ ‎(5)开始时放入1 mol A和1 mol B到达平衡后生成b mol C。将b与(1)小题中的a进行比较________(选填一个编号)。‎ 甲．a＜b 乙．a＞b 丙．a＝b 丁．不能比较a和b的大小 作出此判断的理由是_________________________________________________________________________________________________________________。‎ 10‎ 解析：Ⅰ.(1)　　　　A(g)　＋　B(g)　 　C(g)‎ 起始量(mol) 1 1 0‎ 变化量 a a a 平衡后 1－a 1－a a A的物质的量为(1－a)mol。‎ ‎(2)在恒温、恒压下，若投入3 mol A和3 mol B，则所占体积为(1)中体积的3倍，由于A、B的投放比例与(1)相同，所达到的平衡状态与(1)相同，C的物质的量为(1)的3倍，即3a mol。‎ ‎(3)由于达到平衡时C的物质的量为3a mol，说明所达到的平衡状态与(2)中平衡为同一平衡，则若把C的起始量完全转化为A和B，A、B的物质的量应与(2)完全相等。‎ ‎　　　　　　　A(g)　＋　B(g) C(g)‎ 起始量(mol) x 2 1‎ 将C完全转化 x＋1 3 0‎ 平衡后(mol) y (3－3a) 3a 根据题意有：x＋1＝3，x＝2mol，y＝(3－3a)mol，显然平衡时，B的物质的量也为(3－3a)mol。若投入A、B、C三种物质后，平衡不移动，C的物质的量不变，即3a＝1 mol时，B的物质的量为2 mol；若平衡向右移动，则3a＞1 mol，B的平衡量小于2 mol；若平衡向左移动，则3a＜1 mol，B的平衡量大于2 mol。‎ ‎(4)在(3)的平衡中，再加入3 mol C，所达到的平衡状态与(1)、(2)、(3)皆为等效平衡状态，因此C的物质的量分数为。‎ Ⅱ.(5)中容器容积不变，而(1)中容器的容积缩小，所以(5)容器中的压强小于(1)容器中的压强，有利于逆向反应，故反应达到平衡后a＞b。‎ 答案：(1)1－a　(2)3a ‎(3)2　3－3a　丁　若3a＞1，B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，B的物质的量等于2 mol；若3a＜1，B的物质的量大于2 mol ‎(4) ‎(5)乙　因为(5)中容器容积不变，而(1)中容器的容积缩小，所以(5)容器中的压强小于(1)容器中的压强，有利于逆向反应，故反应达到平衡后a＞b 10‎ ‎11. (2019年宝鸡模拟)在T ℃条件下，向1 L固定体积的密闭容器M中加入2 mol X和1 mol Y，发生如下反应：2X(g)＋Y(g) aZ(g)＋W(g)　 ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0，a为正整数)。‎ 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；若平衡后再升高温度，混合气体的平均相对分子质量减小，则 ‎(1)化学计量数a的值为________。‎ ‎(2)下列说法中能说明该反应达到了化学平衡状态的是________。‎ A．容器内压强一定 ‎ B.容器内气体的密度一定 C．容器内Z分子数一定 ‎ D.容器内气体的质量一定 ‎(3)温度维持T℃不变，若起始时向容器M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)。‎ A．2 mol X、1 mol Y、1 mol Ar B．a mol Z、1 mol W C．1 mol X、0.5 mol Y、0.5a mol Z、0.5 mol W D．2 mol X、1 mol Y、1 mol Z ‎(4)温度维持T ℃不变，若起始时向容器M中加入4 mol X和6 mol Y，若达到平衡时容器内的压强减小了10%，则反应中放出的热量为________kJ。‎ ‎(5)温度维持T ℃不变，若在一个和原容器体积相等的恒压容器N 中，加入2 mol X和1 mol Y发生如上反应并达平衡，则________(选填M或N)容器中的反应先达到平衡状态，容器中X的质量分数M________N(选填“＞”“＜”“＝”符号)。‎ ‎(6)已知：该反应的平衡常数随温度的变化如下表：‎ 温度/℃‎ ‎200‎ ‎ 250‎ ‎ 300‎ ‎ 350‎ 平衡常数K ‎ 9.94 ‎ ‎5.2‎ ‎ 1 ‎ ‎0.5‎ 若在某温度下，2 mol X和1 mol Y在容器M中反应达平衡， X的平衡转化率为50%，则该温度为________℃。‎ 解析：(1)由于反应物和生成物均为气体，气体的总质量不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，说明平衡向气体体积增大的方向移动，因此a 10‎ 等于1。(2)恒容，且是反应前后气体体积不等的反应，故压强不变，可以作为平衡的标志，A正确；由于反应物和生成物均为气体，气体的总质量固定，容器体积固定，所以密度一定，B、D错误；C项中Z分子数一定，说明平衡不移动，正确。(3)A项，充入“惰性气体”，不影响平衡的移动，正确；B项，从逆反应方向建立平衡，需要吸收能量，错误；C项，不能确定平衡建立的方向，若逆向建立平衡，则吸热，若正向建立平衡，则Q2

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