2021届高考化学一轮复习化学平衡及其影响因素作业
考点23 化学平衡及其影响因素
[题组一 基础小题]
1．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气
B．配制FeCl3溶液时加入少量的盐酸
C．实验室利用双氧水制备氧气时使用催化剂
D．工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率
答案 C
解析 A项中，存在Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，饱和食盐水中Cl－浓度较高使平衡逆向移动；B项中，加酸后H＋浓度变大，使铁离子水解平衡逆向移动；C项中，催化剂不能使平衡发生移动；D项中，2SO2＋O22SO3，加入过量O2有利于反应向正方向移动，提高SO2的转化率。
2．在某定容密闭容器中发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，其正反应速率随时间的变化情况如图所示，则根据此曲线判断下列说法可能正确的是( )
A．t1时减小了SO2的浓度，增加了SO3的浓度，平衡向逆反应方向移动
B．t1时降低了温度，平衡向正反应方向移动
C．t1时充入了少量N2，平衡向逆反应方向移动
D．t1时增加了SO2和O2的浓度，平衡向正反应方向移动
答案 A
解析 A选项，在t1时，减小SO2的浓度，正反应速率突然减小，再次达平衡时，正反应速率比第一次平衡时大，所以A选项正确；B选项，若t1时降低了温度，则再次平衡时正反应速率应比第一次平衡时小，B错误；C选项，若加入N2，反应物、生成物浓度不变，则平衡不移动，C错误；D选项，若t1时增加了SO2和O2的浓度，则正反应速率应瞬时增大，D错误。
3．在两个恒容的绝热密闭容器中进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
乙：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
现有下列状态：①混合气体平均相对分子质量不再改变；②恒温时，气体压强不再改变；③各气体组成浓度相等；④反应体系中温度保持不变；⑤断裂氢氧键的速率等于断裂氢氢键速率的2倍；⑥混合气体密度不变；⑦单位时间内，消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量之比为9∶1。其中能表明甲、乙容器中的反应都达到平衡状态的是( )
A．①②⑤ B．③④⑥ C．⑥⑦ D．④⑤
答案 D
解析 甲容器中，碳为固态，该可逆反应属于反应前后气体体积不相等的反应；乙容器中，该可逆反应属于反应前后等气体分子数的反应，气体的平均相对分子质量、密度、压强都始终不变，①②⑥错误；各组分浓度相等，不能判断反应达到平衡状态，③错误；对于任何一个可逆反应，随着反应进行，体系温度会发生变化，当温度不变时，说明反应达到平衡状态，④正确；断裂氢氧键的速率等于断裂氢氢键速率的2倍，经转化得消耗水蒸气的速率等于消耗H2的速率，反应达到平衡状态，⑤正确；消耗水蒸气与生成氢气都是向正反应方向进行，不能判断反应达到平衡状态，⑦错误。
4．右图是温度和压强对反应X＋Y2Z影响的示意图。图中纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是( )
A．X、Y、Z均为气态
B．恒容时，混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据
C．升高温度时v正增大，v逆减小，平衡向右移动
D．使用催化剂Z的产率提高
答案 B
解析 由图可知，在温度不变时增大压强，Z的体积分数减小，
即平衡逆向移动，所以X、Y中只有一种是气体，A错误；因反应物中有非气体物质存在，所以恒容时只要平衡发生移动，混合气体的质量就会发生变化，则密度必然改变，所以混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据，B正确；升高温度，v正、v逆都增大，C错误；催化剂对平衡移动无影响，不能提高Z的产率，D错误。
5．在425 ℃时，在1 L密闭容器中充入下列气体物质进行反应并达到平衡，分析下图，从示意图中读出相关信息的选项不正确的是( )
A．同温同压下，只要物质比例适当，从正、逆方向都可以建立同一平衡状态
B．上述图像表示的反应为H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
C．图甲H2的转化率与图乙HI的转化率之和为100%
D．相同条件下，分别从正、逆方向建立等同的平衡状态，所需时间相同
答案 D
解析 比较图甲和图乙可知，两平衡状态的c(HI)、c(H2)、c(I2)相同，化学反应方程式均为H2(g)＋I2(g)2HI(g)，图甲H2的转化率＝×100%＝79%，图乙中HI的转化率＝×100%＝21%，故A、B、C正确；分别从正、逆方向建立等同的平衡状态，所需时间t1和t2可能相同，也可能不同，图中并未给出，D错误。
[题组二 高考小题]
6．(2018·北京高考)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂
C．①→②放出能量并形成了C—C键
D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
答案 D
解析 根据图示可知，CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4＋CO2CH3COOH，只有CH3COOH一种生成物，原子利用率为100%，A正确；CH4在①过程中，有1个C—H键发生断裂，B正确；根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C—C键，C正确；催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D错误。
7．(2017·天津高考)常压下羰基化法精炼镍的原理为：
Ni(s)＋4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。
第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；
第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大
B．第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度，选50 ℃
C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低
D．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)
答案 B
解析 增加c(CO)，平衡正向移动，温度不变，反应的平衡常数不变，
A错误；第一阶段，生成的Ni(CO)4是气态，应选择高于其沸点的反应温度，故选50 ℃，B正确；230 ℃时，化学平衡常数K＝2×10－5，有利于反应逆向进行，Ni(CO)4分解率较高，C错误；反应达到平衡时，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，D错误。
8．(2016·四川高考)一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。设起始＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．该反应的焓变ΔH>0
B．图中Z的大小为a>3>b
C．图中X点对应的平衡混合物中＝3
D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
答案 A
解析 A项，根据图像可知，温度升高，φ(CH4)减小，说明平衡右移，则正反应是吸热反应，该反应的焓变ΔH>0，故正确；B项，温度一定时，Z增大，平衡右移，φ(CH4)减小，则a<3
3，故错误；D项，加压后X点对应的平衡左移，φ(CH4)增大，故错误。
[题组三 模拟小题]
9．(2018·湖北武汉联考)
在一个不导热的密闭反应器中，只发生如下两个反应：
a(g)＋b(g) 2c(g) ΔH1<0
x(g)＋3y(g) 2z(g) ΔH2>0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功)，下列叙述错误的是( )
A．等压时，通入惰性气体，c的物质的量不变
B．等压时，通入z气体，反应器中温度升高
C．等容时，通入惰性气体，各反应速率不变
D．等容时，通入z气体，y的物质的量浓度增大
答案 A
解析 对化学平衡体系，恒压条件下通入惰性气体，相当于增大了体系总压强，为保持恒压，气体总体积会增大，则分压减小，导致第二个反应平衡向左移动，放热，使体系温度升高，则第一个反应平衡左移，c的物质的量减小，A错误；等压时，通入z气体，第二个反应平衡向左移动，温度升高，B正确；恒容条件下通入惰性气体，总压增大而分压不变，平衡不移动，速率不变，C正确；等容时，通入z气体，导致第二个反应平衡左移，y的物质的量浓度增大，D正确。
10．(2018·辽宁沈阳模拟)在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时，表明反应A(s)＋3B(g) 2C(g)＋D(g)已达平衡状态的是( )
①混合气体的压强；②混合气体的密度；③B的物质的量浓度；④气体的总物质的量；⑤混合气体的平均相对分子质量。
A．①②③ B．②③⑤ C．①③⑤ D．①④⑤
答案 B
解析 解答本题应特别注意A为固体，则反应前后气体分子数不变，无论是否平衡，混合气体的压强、气体的总物质的量均不变，即①④不能作为判断反应是否平衡的标志；②③⑤中各量不变时，可判断反应达到平衡状态。故选B。
11．(2018·山西太原模拟)现有下列两个图像：
下列反应中符合上述图像的是( )
A．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0
B．2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH>0
C．4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0
D．H2(g)＋CO(g) C(s)＋H2O(g) ΔH>0
答案 B
解析 由左边的图像可知，温度越高，生成物的浓度越大，说明升高温度，平衡向正反应移动，故正反应为吸热反应；由右边图像可知，相交点左边未达平衡，相交点为平衡点，相交点右边压强增大，平衡被破坏，v逆>v正，平衡向逆反应方向移动，说明正反应为气体物质的量增大的反应；综合上述分析可知，可逆反应正反应为吸热反应且正反应为气体体积增大的反应。故选B。
[题组一 基础大题]
12．已知工业上合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0。在一体积为2 L的密闭容器中，加入0.20 mol的N2和0.60 mol的H2，反应中NH3的物质的量浓度的变化情况如图所示，请回答下列问题：
(1)反应进行到4 min到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v(NH3)为__________。
(2)5 min时，保持其他条件不变，把容器的体积缩小一半，平衡____________(填“向逆反应方向”“向正反应方向”或“不”)移动，原因是__________________________________________。
(3)5 min时，保持其他条件不变，若只升高温度，氨气的产率将__________(填“增大”“减小”或“不变”)；若保持温度和压强不变，再向容器中加入0.20 mol N2和0.60 mol的H2，氮气的转化率将__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)在第5 min时将容器的体积瞬间缩小一半后，若在第8 min时达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol·L－1)，请在图中画出第5 min后NH3浓度的变化曲线。
答案 (1)0.025 mol·L－1·min－1
(2)向正反应方向 体积缩小一半，体系的压强增大，平衡向气体分子数减小的方向即正反应方向移动
(3)减小 不变
(4)
解析 (1)Δc(NH3)＝0.1 mol·L－1，v(NH3)＝＝0.025 mol·L－1·min－1。
(2)5 min时，保持其他条件不变，把容器的体积缩小一半，气体压强增大，平衡向气体体积减小的方向即正反应方向移动。
(3)该反应的正反应是放热的，若升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即向逆反应方向移动，氨气的产率减小。在恒温恒压条件下，同比例的增加反应物的量，各反应物的转化率不变，由于氮气和氢气比它们的原起始量同时增大一倍，
反应达到平衡后，氮气和氢气的转化率均不变。
(4)5 min时将容器的体积瞬间缩小一半，c(NH3)瞬间增大到0.2 mol·L－1，由于压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，故c(NH3)会逐渐增大，根据题给信息，平衡时c(NH3)＝0.25 mol·L－1。
[题组二 高考大题]
13．(2018·全国卷Ⅰ改编)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：
(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5，该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为________。
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)：
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g) ΔH＝53.1 kJ·mol－1。
②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3× (kPa·min－1)。t＝62
min时，测得体系中＝2.9 kPa，则此时的＝________kPa，v＝________kPa·min－1。
③若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因___________。
④25 ℃时，N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留一位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，
R．A.Ogg提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。
A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
答案 (1)O2
(2)②30.0 6.0×10－2 ③大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2生成N2O4为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 ④13.4
(3)AC
解析 (1)氯气在反应中得到电子作氧化剂，硝酸银中只有氧元素化合价会升高，所以氧化产物是氧气，分子式为O2。
(2)②根据方程式可知生成氧气与消耗N2O5的物质的量之比是1∶2，又因为压强之比等于物质的量之比，所以消耗N2O5的压强是2.9 kPa×2＝5.8 kPa，则此时N2O5的压强是35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，因此此时反应速率v＝2.0×10－3×30 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。
③由于温度升高，容器体积不变，总压强提高，且NO2生成N2O4为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)大于63.1 kPa。
④根据表中数据可知N2O5完全分解时的压强是63.1 kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的NO2的压强是35.8 kPa×2＝71.6 kPa，O2是35.8 kPa÷2＝17.9 kPa，总压强应该是71.6 kPa＋17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后压强减少了89.5 kPa－63.1 kPa＝26.4 kPa，所以根据方程式2NO2(g) N2O4(g)可知平衡时N2O4对应的压强是26.4 kPa，NO2对应的压强是71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，则反应的平衡常数Kp＝ kPa≈13.4 kPa。
(3)第一步反应快速平衡，所以第一步的逆反应速率大于第二步的反应速率，A正确；根据第二步和第三步可知中间产物还有NO，B错误；根据第二步反应生成物中有NO2可知NO2与NO3的碰撞仅部分有效，C正确；第三步为快反应，所以第三步反应的活化能较低，D错误。
14．(2017·全国卷Ⅱ)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)
ΔH2＝－119 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH3＝－242 kJ·mol－1
反应①的ΔH1为________ kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_______________________________________________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是____________________________、______________________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是__________________________________。
答案 (1)＋123 小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
解析 (1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·mol－1－(－242 kJ·mol－1)＝＋123 kJ·mol－1。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，
而使产率降低。
[题组三 模拟大题]
15．(2018·河南十所名校阶段测试四)氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH。
(1)已知每破坏1 mol有关化学键需要的能量如下表：
H—H
N—H
N—N
N≡N
435.9 kJ
390.8 kJ
192.8 kJ
945.8 kJ
则ΔH＝________。
(2)在恒温、恒压容器中，按体积比1∶3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，达到新平衡时，c(H2)将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1 mol、0.3 mol时，平衡后混合物中氨的体积分数(φ)如图所示。
①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是____________，其原因是______________________________________。
②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)________vB(N2)(填“>”“<”或“＝”)。
③若在250 ℃、p1条件下，反应达到平衡时容器的体积为1 L，则该条件下合成氨的平衡常数K＝________(保留一位小数)。
(4)H2NCOONH4
是工业上由氨气合成尿素的中间产物。在一定温度下、体积不变的密闭容器中发生反应：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)，能说明该反应达到平衡状态的是________(填序号)。
①混合气体的压强不变 ②混合气体的密度不变 ③混合气体的总物质的量不变 ④混合气体的平均相对分子质量不变 ⑤NH3的体积分数不变
答案 (1)－91.3 kJ·mol－1
(2)不变
(3)①p1>p2>p3 温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大，平衡混合物中氨的体积分数越大 ②<
③5925.9 L2·mol－2
(4)①②③
解析 (1)反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和，所以ΔH＝(3×435.9＋945.8－6×390.8) kJ·mol－1＝－91.3 kJ·mol－1。
(2)因为是在恒温、恒压容器中，按1∶3体积比加入N2和H2，满足合成氨反应的计量数之比，达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，相当于以体积比为1∶3充入适量N2和H2，新平衡与原平衡等效，故各组分的浓度不变。
(3)①温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大平衡混合物中氨的体积分数越大。②B点的温度高，且压强大，所以vB(N2)>vA(N2)。
③ N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol: 0.1 0.3 0
变化/mol: x 3x 2x
平衡/mol： 0.1－x 0.3－3x 2x
平衡时氨的体积分数为＝0.667，x＝0.08，K＝
＝≈5925.9 L2·mol－2。
(4)若反应未达平衡时，即继续生成NH3和CO2，体积不变，容器中混合气体的压强增大、密度增大、物质的量增大，但NH3和CO2的物质的量之比始终是2∶1，故混合气体的平均相对分子质量始终不变、NH3的体积分数始终不变，
故①②③能说明该反应达到平衡状态。
