2021版高考化学一轮复习核心素养测评二十五化学平衡状态和平衡移动含解析新人教版

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化学平衡状态和平衡移动 一、选择题(本题包括3小题，每题8分，共24分)‎ ‎1.(2020·德州模拟)在一定温度下，恒容的密闭容器中，能表示合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的标志有 (　　)‎ ‎①容器中的压强不再发生变化；‎ ‎②H2的生成速率与NH3的消耗速率之比为3∶2；‎ ‎③混合气体的平均相对分子质量不变；‎ ‎④容器内混合气体的密度不变；‎ ‎⑤NH3的物质的量浓度不再变化；‎ ‎⑥密闭容器中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=1∶3∶2。‎ A.①④⑥　　　 B.②③⑤‎ C.①③⑤ D.②④⑥‎ ‎【解析】选C。该反应是气体物质的量变小的反应，压强不变说明反应达到平衡，①正确；H2的生成速率和NH3的消耗速率都表示的v(逆)，②错误；反应中混合气体的总质量不变，若平均相对分子质量不变，说明气体物质的量不变，反应已达平衡，③正确；恒容容器中混合气体的总质量和体积均无变化，故气体密度始终不变，④错误；物质的浓度不变，说明已达平衡，⑤正确；容器内气体物质的量之比等于化学计量数之比，与是否达到平衡无关，⑥错误。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　(双选)(2020·石家庄模拟)一定条件下，在密闭容器中充入CO2与H2进行反应：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH。采用催化剂甲和催化剂乙分别发生上述反应，测得反应进行相同时间时CO2的转化率α(CO2)随反应温度T的变化曲线如图所示(忽略温度对催化剂活性的影响)：‎ 下列叙述正确的是 (　　)‎ - 11 -‎ A.该可逆反应的ΔH<0‎ B.催化剂甲作用下反应的活化能比催化剂乙作用下反应的活化能大 C.500 K下达到平衡时，反应在催化剂甲作用下的转化率比在催化剂乙作用下的转化率高 D.d、e两点反应已经达到平衡 ‎【解析】选A、D。根据图象分析，图象的最高点是平衡点，然后升高温度CO2的转化率减小，ΔH<0，A正确；在建立平衡之前，相同温度条件下，催化剂甲反应速率大于催化剂乙，说明催化剂甲作用下反应的活化能比催化剂乙作用下反应的活化能小，B错误；催化剂不能使平衡发生移动，因此 500 K下达到平衡时，反应在催化剂甲作用下的转化率与在催化剂乙作用下的转化率相等，C错误；根据上述分析，d、e两点反应都已经达到平衡，D正确。‎ ‎2.在盛有足量A的体积可变的密闭容器中加入B，发生反应：A(s)+2B(g)4C(g)+D(g)　ΔH<0。在一定温度、压强下达到平衡。平衡时C的物质的量与加入的B的物质的量的变化关系如图。下列说法正确的是(　　)‎ A.当温度升高后，图中θ>45°‎ B.若再加入B，再次达到平衡状态时，正、逆反应速率均增大 C.平衡时B的转化率为50%‎ D.若再加入B，则平衡后反应体系气体密度减小 ‎【解析】选C。压强一定，当升高温度时，平衡逆向移动，则C的物质的量减少，由图可以看出，图中θ<45°，故A错误；因体积可变，则B的浓度不变，则正、逆反应速率都不变，故B错误；由图象可知，加入的B物质的物质的量与生成C物质的物质的量相等，结合方程式可知该反应中有一半的B物质参加反应，所以其转化率为50%，故C正确；因体积可变，则再加入B后，新平衡与原平衡是等效平衡，故平衡后反应体系气体密度保持不变，故D错误。‎ ‎3.(2020·青岛模拟)焦炭催化还原二氧化硫的化学方程式为2C(s)+2SO2(g) S2(g)+2CO2(g)。一定压强下，向1 L密闭容器中充入足量的焦炭和1 mol SO2发生反应，测得SO2的生成速率与S2(g)的生成速率随温度变化的关系如图所示，下列说法正确的是 (　　)‎ - 11 -‎ A.该反应的ΔH>0‎ B.C点时达到平衡状态 C.增加C的量能够增大SO2的转化率 D.T3时增大压强，能增大活化分子百分数 ‎【解析】选B。升高温度平衡向吸热方向移动，C点对应温度升高到D点对应温度，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率之比大于2∶1，说明SO2的生成速率大于其本身消耗速率，平衡逆向移动，即逆反应是吸热反应，则正反应是放热反应，ΔH<0，A错误；达到平衡状态时，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率之比为2∶1，根据图知，只有C点符合，B正确；碳为固体，增加C的物质的量对平衡移动无影响，C错误；增大压强，增大了单位体积内的活化分子数，但活化分子百分数不变，D错误。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共26分)‎ ‎4.(14分)(2020·西安模拟)向体积为2 L的固定密闭容器中通入3 mol X气体，在一定温度下发生如下反应：2X(g)Y(g)+3Z(g)‎ ‎(1)经5 min后反应达到平衡，此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍，则用Y表示的速率为________ mol·L-1·min-1。 ‎ ‎(2)若上述反应在甲、乙、丙、丁四个同样的密闭容器中进行，在同一段时间内测得容器内的反应速率分别为甲：v(X)=3.5 mol·L-1·min-1；乙：v(Y)=‎ ‎2 mol·L-1·min-1；丙：v(Z)=4.5 mol·L-1·min-1；丁：v(X)=0.075 mol·L-1·s-1。若其他条件相同，温度不同，则温度由高到低的顺序是(填序号)__________ _____________。 ‎ ‎(3)若向达到(1)的平衡体系中充入氦气，则平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动；若从达到(1)的平衡体系中移走部分Y气体，则平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。 ‎ ‎(4)若在相同条件下向达到(1)所述的平衡体系中再充入0.5 mol X气体，则平衡后X的转化率与(1)的平衡中X的转化率相比较 (　　)‎ - 11 -‎ A.无法确定　　　　　　 B.前者一定大于后者 C.前者一定等于后者 D.前者一定小于后者 ‎(5)若保持温度和压强不变，起始时加入X、Y、Z物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达到平衡时仍与(1)的平衡等效，则：a、b、c应该满足的关系为__________________。 ‎ ‎(6)若保持温度和体积不变，起始时加入X、Y、Z物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达到平衡时仍与(1)的平衡等效，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围应该为__________________。 ‎ ‎【解析】(1)压强之比等于气体的物质的量之比，则依据三段式计算。设反应生成Y的物质的量为a。‎ ‎　　　　　　　2X(g)　　Y(g)+3Z(g)‎ 起始/mol 3 mol 0 0‎ 转化/mol 2a a 3a 平衡/mol 3 mol-2a a 3a 所以有3 mol-2a+a+3a=1.2×3 mol，a=0.3 mol，则v(Y)=0.3 mol/(2 L×‎ ‎5 min)=0.03 mol·L-1·min-1。‎ ‎(2)将各个数据转化为用同一种物质来表示的反应速率，且单位一致，如用X来表示，则当v(Y)=2 mol·L-1·min-1时，v(X)=4 mol·L-1·min-1；当v(Z)=‎ ‎4.5 mol·L-1·min-1时，v(X)=3 mol·L-1·min-1；丁对应的v(X)=0.075 mol·L-1·s-1×60 s·min-1=4.5 mol·L-1·min-1，则可以看出温度的高低顺序为丁>乙>甲>丙。‎ ‎(3)等温等容条件下通入一种惰性气体，反应体系中的各组分的浓度没有改变，平衡不移动；若移走部分Y气体，则压强减小，平衡向气体的物质的量增大的方向移动。‎ ‎(4)若在等温等压条件下，通入X气体，则与原平衡状态互为等效平衡，转化率不变，此时相当于压缩原平衡体系的体积，平衡会逆向移动，X的转化率减小。‎ ‎(5)温度和压强不变的等效平衡，满足物质的量成比例，即c=3b，对于a的要求只需要a≥0即可。‎ ‎(6)通过极限转化思想，将3 mol X全部转化到方程式右边，得到4.5 mol Z，即若要满足等温等体积的等效平衡，那么c的最大值为4.5 mol，而(1)平衡时，Z的物质的量为0.9 mol，如果要求反应逆向进行，则c必须大于0.9。‎ 答案：(1)0.03　(2)丁>乙>甲>丙　(3)不　向右 ‎(4)D　(5)c=3b，a≥0　(6)0.9K1 000 ℃，则该反应的ΔH________ 0 ‎ ‎(填“大于”或“小于”)，用O2表示0～2 s内该反应的平均速率为________________。 ‎ ‎(2)能说明该反应已达到平衡状态的是____________________。 ‎ a.容器内气体颜色保持不变 b.2v逆(NO)=v正(O2)‎ c.容器内压强保持不变 d.容器内气体密度保持不变 ‎(3)此条件下为使该反应的速率增大，提高NO的转化率，且平衡向正反应方向移动，应采取的措施有________。 ‎ ‎(4)煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。‎ ‎①CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH<0‎ ‎②CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH<0‎ 对于反应②，欲提高NO2的转化率，可采取的措施有________。 ‎ a.增加原催化剂的表面积　　　b.降低温度 c.减小投料比 d.增大压强 ‎(5)在题述条件下，若开始通入的是0.2 mol NO2气体，达到化学平衡时，NO2的转化率为______________。 ‎ ‎【解析】(1)由已知条件知升高温度化学平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应是放热反应。用O2表示0～2 s内该反应的平均速率为=0.015 mol·L-1·s-1。(2)NO2是红棕色气体，容器内气体颜色保持不变说明该反应已达到平衡状态 - 11 -‎ ‎，a正确；当v逆(NO)=2v正(O2)时，反应达到平衡状态，b错误；该反应前后的体积发生变化，当容器内压强保持不变时，说明反应达到平衡，c正确；该反应前后气体的质量不变，容积不变，当密度不变时，不能标志反应达到平衡状态，d错误。(3)为使该反应的速率增大，提高NO的转化率，且平衡向正反应方向移动，应采取的措施有通入氧气、增大体系的压强(缩小容器体积)。(4)对于反应②，欲提高NO2的转化率，增加原催化剂的表面积，只能加快反应速率，a错误；降低温度平衡向正方向移动，NO2的转化率提高，b正确；甲烷的量增多，NO2的转化率增大，c正确；增大压强平衡向逆方向移动，NO2的转化率降低，d错误。(5)开始通入0.2 mol NO2与开始通入0.2 mol NO和0.1 mol O2，达到平衡时是相同状态，故平衡时n(NO2)=0.15 mol，NO2的转化率为×100%=25%。‎ 答案：(1)小于　0.015 mol·L-1·s-1　(2)ac　 (3)通入氧气、增大压强(缩小容器体积)　(4)bc　(5)25%‎ 一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)‎ ‎1.(2020·海口模拟)1 100℃时，在恒容密闭容器中，发生可逆反应：Na2SO4(s)+4H2(g)Na2S(s)+4H2O(g)。能判断反应达到平衡状态的是 (　　)‎ A.混合气体的压强不变 B.混合气体的密度不变 C.混合气体的总物质的量不变 D.各气体的浓度相等 ‎【解析】选B。这是一个反应前后气体分子总数不变的反应，恒容条件下，气体的压强、物质的量始终保持不变，A、C错误；反应没有达到平衡时，气体的总质量发生变化，混合气体的密度不变说明反应已经达到平衡状态，B正确；各气体的浓度相等无法说明正、逆反应速率是否相等，D错误。‎ ‎2.(2020·南开区模拟)工业上以CO和H2为原料合成甲醇的反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0，在容积为1 L的恒容容器中，分别在T1、T2、T3三种温度下合成甲醇。如图是上述三种温度下不同H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系。下列说法不正确的是 (　　)‎ - 11 -‎ A.H2转化率：a>b>c B.上述三种温度之间关系为T1>T2>T3‎ C.a点状态下再通入0.5 mol CO和0.5 mol CH3OH，平衡不移动 D.c点状态下再通入1 mol CO和4 mol H2，新平衡中H2的体积分数减小 ‎【解析】选B。由图可知，当n(H2)/n(CO)=1.5时，CO的转化率a>b且大于T3下对应CO的转化率，当在温度为T3时，随着n(H2)/n(CO)增大，CO的转化率增大，H2的转化率减小，所以有a>b>c，故A正确；根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0，因为是放热反应，温度升高CO的转化率减小，由图可以看出，当n(H2)/n(CO)相等时，T3>T2>T1，故B错误；a点时，CO的转化率为50%，起始时CO的物质的量为1 mol，H2的物质的量为1.5 mol，由此计算平衡常数为4，通过计算再通入0.5 mol CO和0.5 mol CH3OH的浓度商Qc=4，所以平衡不移动，故C正确； c点状态下再通入1 mol CO和4 mol H2，在等温等容的条件下，投料比不变，相当于加压，平衡向正反应方向移动，新平衡H2的体积分数减小，故D正确。‎ ‎3.(双选)(2020·中山模拟改编)CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)。0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图。下列叙述不正确的是 ‎ (　　)‎ A.该反应的ΔH<0‎ B.曲线b代表H2O C.N点和M点所处状态的c(H2)不一样 D.其他条件不变，T1℃、0.2 MPa下反应达平衡时c(H2)比M点小 - 11 -‎ ‎【解析】选C、D。温度升高，H2的浓度增大，平衡逆向移动，则逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，ΔH<0，则曲线a代表CO2，根据反应方程式和曲线的变化幅度可知，b代表H2O，曲线c代表C2H4，A、B正确；N点和M点处于相同温度下，所处状态相同，则c(H2)相同，C错误；其他条件不变，T1 ℃、0.2 MPa下相对于0.1 MPa增大了压强，体积减小，c(H2)增大，即达平衡时c(H2)比M点大，D错误。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共32分)‎ ‎4.(14分)处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。‎ ‎(1)CO用于处理大气污染物N2O所发生的反应为N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH几种物质的相对能量如下： ‎ 物质 N2O(g)‎ CO(g)‎ CO2(g)‎ N2(g)‎ 相对能量/‎ kJ·mol-1‎ ‎475.5‎ ‎283‎ ‎0‎ ‎393.5‎ ‎①ΔH=________kJ·mol-1， ‎ 改变下列“量”，一定会引起ΔH发生变化的是________(填代号)。 ‎ A.温度　　　　　　　　 B.反应物浓度 C.催化剂 D.化学计量数 ‎② 有人提出上述反应可以用“Fe+”作催化剂。其总反应分两步进行：‎ 第一步：Fe++N2OFeO++N2；第二步：______________________________(写化学方程式)。 ‎ 第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间，由此推知，第二步反应速率________第一步反应速率(填“大于”或“等于”)。 ‎ ‎(2)在实验室，采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO，发生反应：I2O5 (s)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。‎ ‎①相对曲线a，曲线b仅改变一个条件，改变的条件可能是______________。 ‎ ‎②在此温度下，该可逆反应的平衡常数K=________(用含x的代数式表示)。 ‎ - 11 -‎ ‎(3)工业上，利用CO和H2合成CH3OH。在1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和 n mol H2，在250℃发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d四点中，CO的平衡转化率最大的点是_________________。 ‎ ‎(4)有人提出，利用2CO(g)2C(s)+O2(g)消除CO对环境的污染，你的评价是(并说明原因)____________(填“可行”或“不可行”)。______________________。 ‎ ‎【解析】(1)①ΔH=生成物所具有的总能量-反应物所具有的总能量=(393.5+0-475.5-283) kJ·mol-1= -365 kJ·mol-1，反应热只与具体反应的化学计量数有关，与温度、压强、催化剂、转化率、反应物浓度等无关，故选D；‎ ‎②根据催化剂定义，第二步反应中，中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+，FeO++COFe++CO2，第二步反应对总反应速率没有影响，说明第一步是慢反应，控制总反应速率，第二步反应速率大于第一步反应速率；‎ ‎(2)①曲线b和曲线a的平衡状态相同，曲线b反应速率较大，对于气体分子数相同的反应，加压可以增大浓度，正、逆反应速率同倍数增大，加入催化剂，正、逆反应速率同倍数增大，平衡不移动，曲线b仅改变一个条件，改变的条件可能是加入催化剂(或增大压强)；‎ ‎②设CO的起始浓度为c(对于等气体分子数反应，体积始终不变)，平衡时，c(CO)=(1-x)c mol·L-1，c(CO2)=xc mol·L-1，K==；‎ ‎(3)图2中，b点代表平衡点，增大H2、CO的投料比，CO的平衡转化率增大，在a、b、c、d四点中，CO的平衡转化率最大的点是d；‎ ‎(4)该反应是焓增、熵减反应，任何温度下自由能大于0，任何温度下不能自发进行，故不可行。‎ 答案：(1)①-365　D ‎②FeO++COFe++CO2　大于 ‎(2)①加入催化剂(或增大压强)　②‎ ‎(3)d - 11 -‎ ‎(4)不可行　该反应是焓增、熵减反应，任何温度下自由能大于0，任何温度下不能自发进行，故不可行 ‎5.(18分)(2020·深圳模拟)乙苯催化脱氢生产苯乙烯的反应： ‎ ‎(1)一定温度下，将a mol乙苯加入体积为V L的密闭容器中，发生上述反应，反应时间与容器内气体总压强的数据如表。‎ 时间/min ‎0‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ 总压强/100 kPa ‎1.0‎ ‎1.2‎ ‎1.3‎ ‎1.4‎ ‎1.4‎ ‎①平衡时，容器中气体物质的量总和为____________mol， 乙苯的转化率为______________； ‎ ‎②列式计算此温度下该反应的平衡常数K。‎ ‎(2)实际生产时反应在常压下进行，且向乙苯蒸气中掺入水蒸气，利用热力学数据计算得到温度和投料比M对乙苯平衡转化率的影响可用如图表示。[M=]‎ ‎①比较图中A、B两点对应的平衡常数大小：KA________KB； ‎ ‎②图中投料比(M1、M2、M3)的大小顺序为____________； ‎ ‎③随着反应的进行，催化剂上的少量积炭使其活性减弱，水蒸气有助于恢复催化剂的活性，原因是 __________________(用化学方程式表示)。 ‎ - 11 -‎ ‎【解析】(1)①根据阿伏加德罗定律，温度、体积一定时，压强之比等于气体物质的量之比，可知平衡时容器中气体物质的量总和为1.4a mol，由差量法可知生成H2的物质的量为0.4a mol，反应的乙苯为0.4a mol，故其转化率为40%。‎ ‎(2)①分析题图中三条曲线，随温度升高，乙苯的转化率均增大，则该反应为吸热反应，温度越高，化学平衡常数越大，故KAM2>M3；③高温下，炭和水蒸气发生反应生成CO和H2。‎ 答案：(1)①1.4a　40%‎ ‎②设有x mol乙苯发生转化，利用三段式法进行计算，则 K===‎ ‎(2)①<　②M1>M2>M3　③C+H2OCO+H2‎ - 11 -‎