2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第2课时 反应条件对化学平衡的影响
基础过关练
题组一 温度、浓度对化学平衡的影响
1.(2021江苏泰州中学月考)5 mL 0.1 mol/L KI溶液与1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液发生反应:2Fe3+(aq)+2I-(aq) 2Fe2+(aq)+I2(aq),达到平衡。下列说法不正确的是( )
A.加入苯,振荡,平衡正向移动
B.加入FeSO4固体,平衡逆向移动
C.该反应的平衡常数K=
D.经苯2次萃取分离后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈血红色,表明该化学反应存在限度
2.(双选)取5等份NO2,分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0,反应相同时间后,分别测定体系中NO2的百分含量[φ(NO2)],并画出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中,可能与实验结果相符的是( )
3.室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的溶液,溶液中发生反应:C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量
B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
C.若两种反应物都增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间
题组二 压强、催化剂对化学平衡的影响
4.(2021北京八中期中)一定温度下的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡。缩小容器容积,下列关于对反应产生影响的叙述不正确的是( )
A.使平衡常数K增大
B.使平衡向正反应方向移动
C.使SO3的浓度增大
D.使正反应速率大于逆反应速率
5.(2021北京首都师大附中开学考试)已知恒温恒容条件下进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。下列说法正确的是( )
A.加入高效催化剂,既可增大反应速率,也可增大反应物的平衡转化率
B.若将容器改为恒压,通入惰性气体,平衡不移动
C.达到平衡后,保持O2的浓度不变,扩大容器体积,平衡正向移动
D.若将容器改为绝热恒容,则到达平衡的时间缩短
6.在密闭容器中的一定量混合气体发生反应:xA(g)+yB(g)zC(g),平衡时测得A的浓度为0.5 mol·L-1,保持温度不变,将容器的容积缩小为原来的一半,再次达到平衡时,测得A的浓度为0.8 mol·L-1。下列叙述正确的是( )
A.x+y>z
B.C的浓度减小
C.B的转化率减小
D.平衡常数增大
题组三 平衡移动原理的应用
7.(2021河南洛阳第一中学月考)下列叙述中,不能用勒·夏特列原理解释的是( )
A.红棕色的NO2,加压(缩小容器容积)后颜色先变深后变浅
B.高压比常压有利于合成SO3
C.工业制取金属钾:Na(l)+KCl(l) NaCl(l)+K(g),选取适宜的温度,使K变成蒸气从反应混合物中分离出来
D.加入催化剂有利于氨的合成
8.已知反应A2(g)+2B2(g) 2AB2(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.达平衡后降低温度,混合气体平均相对分子质量减小
B.使用催化剂能加快反应速率,缩短反应达平衡所需的时间且提高A2的转化率
C.达平衡后升高温度并增大压强,有可能每一组分的百分含量都不改变,但平衡常数一定发生改变
D.达平衡后,降低温度和减小压强都有利于该平衡向正反应方向移动
9.(2022山东实验中学期中)一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:MgSO4(s)+CO(g) MgO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH>0,该反应在某密闭容器中达到平衡。下列分析正确的是( )
A.恒温恒容时,充入CO气体,达到新平衡时增大
B.容积不变时,升高温度,混合气体的平均相对分子质量减小
C.恒温恒容时,分离出部分SO2气体可提高MgSO4的平衡转化率
D.恒温时,增大压强平衡逆向移动,平衡常数减小
10.下列实验事实不能用勒·夏特列原理解释的是( )
A.实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气
B.打开汽水瓶时,瓶中立即泛起大量泡沫
C.
将充满NO2的圆底烧瓶分别浸泡在冷水和热水中
D.
11.现有反应:mA(g)+nB(g) pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的平衡转化率变大;当减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,则:
(1)该反应的逆反应为 热反应,且m+n p(填“>”“=”或“<”)。
(2)减小压强时,混合气体的平均摩尔质量 (填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(3)若容积不变,平衡时加入少量B,则B的平衡转化率 。
(4)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量 。
(5)若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(体积不变)时混合物颜色 (填“加深”“不变”或“变浅”)。
能力提升练
题组一 化学平衡的影响因素
1.(2022安徽江淮名校阶段检测)在一密闭容器中发生可逆反应2X(g)+Y( ) 2Z(g),已知X为有色气体。下列说法正确的是( )
A.若Y为固体,增大容器体积,平衡不移动,体系颜色不变
B.若保持体系压强不变,充入惰性气体,平衡逆向移动,则Y为气体
C.若保持容器体积不变,再充入Z,达到平衡后Z的体积分数一定增大
D.若Y为气体,压缩容器体积,平衡正向移动,体系颜色变浅
2.已知重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性,其还原产物Cr3+在水溶液中呈绿色或蓝绿色。在K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2(橙色)+H2O 2Cr(黄色)+2H+。结合以下实验,下列说法不正确的是( )
A.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄
B.②中Cr2被C2H5OH还原
C.对比②和④可知酸性K2Cr2O7溶液氧化性强
D.若向④中加入70% H2SO4溶液至过量,溶液变为橙色
3.(2021安徽六安一中开学考试)对于恒容容器中的平衡体系:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) ΔH<0,下列说法错误的是( )
A.若温度不变,将容器的体积增大1倍,此时A的浓度变为原来的0.58倍,则m+n>p+q
B.若反应从正反应开始,达平衡时,A、B的转化率相等,说明反应开始时,A、B的物质的量之比为m∶n
C.若m+n=p+q,则当容器内温度升高时,平衡逆向移动,容器中气体的压强不变
D.若平衡体系中共有气体a mol,再向其中加入b mol B,当重新达到平衡时,气体的总物质的量等于(a+b) mol,则m+n=p+q
题组二 等效平衡
4.甲、乙、丙三个容器中最初存在的物质及其物质的量如图所示,三个容器最初的容积相等、温度相同,反应中甲、丙的容积不变,乙中的压强不变,在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是( )
A.平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
B.平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙
C.平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同
D.平衡时混合物的平均相对分子质量:甲>乙>丙
5.(2021河南南阳期中)T ℃时,体积均为2 L的三个恒容密闭容器中发生合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.6 kJ/mol。实验测得起始、平衡时的有关数据如表所示。
起始时各物质的 物质的量/mol 达到平衡时 体系能量的 变化
N2 H2 NH3
① 1 3 0 放出热量:55.56 kJ
② 0.9 2.7 0.2 放出热量:Q
③ 1 1.5 1
回答下列问题:
(1)容器①中,反应达到平衡时H2(g)的转化率为 ;若要增大H2(g)的平衡转化率,可采取的措施有 (填两种)。
(2)T ℃时,合成氨反应的平衡常数K= (mol/L)-2(保留三位有效数字);容器②中反应达到平衡时放出的热量Q= kJ。
(3)容器③中反应达到平衡时,体系将 (填“放出”或“吸收”)热量。
(4)平衡时,容器①中H2的体积分数 (填“大于”“小于”或“等于”)容器③中H2的体积分数。
题组三 化学平衡的综合考查
6.我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ΔH5
设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反应a、c、e的ln随(温度的倒数)的变化如图所示。
(1)反应a、c、e中,属于吸热反应的有 (填字母)。
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为= 。
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率,写出计算过程。
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.BD 3.D 4.A 5.D 6.A 7.D 8.C
9.C 10.D
1.C 加入苯,振荡,可以萃取溶液中的碘单质,使溶液中碘单质的浓度减小,平衡正向移动,故A正确;加入FeSO4固体,c(Fe2+)增大,平衡逆向移动,故B正确;依据化学平衡常数的定义可知,平衡常数K=,故C错误;在经苯2次萃取后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈血红色,说明溶液中含有Fe3+,则说明该反应是可逆反应,存在反应限度,故D正确。
2.BD 由题给条件可知,反应一段时间后,分别测定体系中NO2的百分含量,此时反应可能还未达到平衡,也可能已经达到平衡。因为该反应是放热反应,若该反应已达平衡状态,则升高温度,平衡向逆反应方向移动,NO2的百分含量增大,则B项符合题意;若反应还未达到平衡状态,则v(正)>v(逆),即NO2的百分含量先减小,当反应达到平衡后,继续升高温度,平衡逆向移动,NO2的百分含量又增大,则D项符合题意,故选B、D。
3.D 加入NaOH,NaOH和HBr反应,平衡逆向移动,可增大乙醇的物质的量,故A正确;增大HBr浓度,平衡正向移动,有利于生成C2H5Br,故B正确;若两种反应物都增大至2 mol,达到平衡时两种反应物的平衡转化率之比不变,故C正确;若起始温度提高至60 ℃,升高温度反应速率加快,但生成物C2H5Br沸点较低,能够从体系中逸出,导致反应不断向正反应方向进行,所以无法判断达到平衡的时间,故D错误。
4.A 化学平衡常数只与温度有关,反应温度不变,化学平衡常数不变,故A错误;缩小容器容积,压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,所以平衡向正反应方向移动,三氧化硫的浓度增大,正反应速率大于逆反应速率,故B、C、D正确。
5.D 加入高效催化剂,可增大反应速率,但不能改变反应物的平衡转化率,故A错误;若将容器改为恒压,通入惰性气体,容器体积增大,相当于减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,即平衡逆向移动,故B错误;达到平衡后,保持O2的浓度不变,扩大容器体积,二氧化硫和三氧化硫的浓度都减小,浓度商等于化学平衡常数,平衡不移动,故C错误;若将容器改为绝热恒容,反应的正反应为放热反应,体系温度升高,到达平衡的时间缩短,故D正确。
6.A 保持温度不变,将容器的容积缩小为原来的一半,若平衡不移动,则A的浓度应为1.0 mol·L-1,而测得A的浓度为0.8 mol·L-1,说明增大压强平衡向正反应方向移动,则x+y>z,A正确;C的浓度增大,B错误;B的转化率增大,C错误;温度不变,平衡常数不变,D错误。
7.D 二氧化氮与四氧化二氮之间存在化学平衡2NO2 N2O4,红棕色的NO2加压后颜色先变深是因为加压后二氧化氮的浓度变大了,后来变浅是因为加压后,化学平衡向生成四氧化二氮的方向移动,A正确;合成SO3的反应是气体分子数减小的反应,加压后可以使化学平衡向正反应方向移动,所以高压比常压有利于合成SO3,B正确;工业制取金属钾,Na(l)+KCl(l) NaCl(l)+K(g),选取适宜的温度,使K变成蒸气从反应混合物中分离出来,有利于化学平衡向生成钾的方向移动,C正确;加入催化剂可以加快化学反应速率,所以有利于氨的合成,但是不可以用勒·夏特列原理解释,D错误。
8.C 达平衡后降低温度,平衡正向移动,气体总物质的量减小,气体总质量不变,则混合气体平均相对分子质量增大,A项错误;使用催化剂不能提高A2的平衡转化率,B项错误;达平衡后升高温度,平衡逆向移动,增大压强,平衡正向移动,所以达平衡后升高温度并增大压强,有可能每一组分的百分含量都不改变,升高温度,平衡常数一定改变,C项正确;减小压强,平衡向逆反应方向移动,D项错误。
9.C 恒温恒容时,充入CO气体,相当于增大压强,平衡向逆反应方向移动,减小,故A错误;该反应的正反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,混合气体的平均相对分子质量增大,故B错误;分离出部分SO2,平衡向正反应方向移动,MgSO4的平衡转化率增大,故C正确;化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,故D错误。
10.D A项,Cl2+H2O HClO+H++Cl-,由于饱和食盐水中含有大量的氯离子,使平衡向逆反应方向移动,氯气溶解量减小,可以用勒·夏特列原理解释;B项,汽水瓶中存在平衡:H2CO3 H2O+CO2,打开汽水瓶时,压强减小,平衡向生成二氧化碳的方向移动,产生大量气泡,可以用勒·夏特列原理解释;C项,反应2NO2 N2O4为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,颜色加深,降低温度,平衡正向移动,颜色变浅,可以用勒·夏特列原理解释;D项,使用催化剂,只改变化学反应速率,不影响平衡移动,不可以用勒·夏特列原理解释;故选D。
11.答案 (1)放 > (2)减小 (3)减小 (4)不变 (5)加深
解析 (1)达到平衡后,当升高温度时,B的平衡转化率变大,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,所以该反应的正反应是吸热反应,逆反应为放热反应;当减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,说明减小压强,平衡向逆反应方向移动,逆反应为气体体积增大的反应,所以m+n>p。
(2)减小压强时,平衡向气体体积增大的方向移动,由于混合气体的质量不变,物质的量增大,所以混合气体的平均摩尔质量减小。
(3)若容积不变,平衡时加入少量B,平衡正向移动,A的平衡转化率增大,B的平衡转化率减小。
(4)若加入催化剂,化学反应速率加快,但不影响平衡移动,所以平衡时气体混合物的总物质的量不变。
(5)若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(体积不变),平衡向逆反应方向移动,所以混合物的颜色加深。
能力提升练
1.B 2.D 3.C 4.B
1.B 若Y为固体,增大容器体积,由于该反应是一个反应前后气体体积不变的反应,平衡不移动,但X的浓度减小,体系颜色变浅,故A错误;若保持体系压强不变,充入惰性气体,容器体积增大,相当于减小压强,平衡逆向移动,则Y为气体,故B正确;若保持容器体积不变,再充入Z,若Y为固体,平衡不移动,则Z的体积分数不变,故C错误;若Y为气体,压缩容器体积,X的浓度增大,虽然平衡正向移动,但体系颜色加深,故D错误。
2.D 在平衡体系中加入70%硫酸溶液,平衡逆向移动,Cr2浓度增大,橙色加深,加入30% NaOH溶液,平衡正向移动,溶液变黄,A项正确;②中溶液变成绿色,说明Cr2被乙醇还原,B项正确;对比②和④现象可知,酸性条件下Cr2被C2H5OH还原,而碱性条件下不能,说明酸性条件下K2Cr2O7氧化性强,C项正确;若向④中加入70%硫酸溶液至过量,溶液显酸性,Cr2可以氧化乙醇,溶液变为绿色,D项错误。
3.C 将容器的体积增大1倍,若平衡不移动,A的浓度应变为原来的0.5倍,而气体A的浓度变为原来的0.58倍,说明压强减小平衡逆向移动,则m+n>p+q,故A正确;起始物质的量之比等于化学计量数之比时,平衡转化率相同,则反应开始时,A、B的物质的量之比为m∶n,故B正确;该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,若m+n=p+q,反应前后气体体积不变,则气体的压强增大,故C错误;若平衡体系中共有a mol气体,再向其中加入b mol B,当重新达到平衡时,气体的总物质的量等于(a+b) mol,说明该反应为反应前后气体体积不变的反应,m+n=p+q,故D正确。
4.B 甲、乙存在平衡2NO2(g) N2O4(g),该反应为反应前后气体物质的量减小的反应,故甲中压强减小,乙中压强不变,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上加压;丙中存在平衡N2O4(g) 2NO2(g),与甲中平衡互为完全等效平衡。A项,甲与丙为完全等效平衡,则平衡时NO2的浓度相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上加压,转化的NO2比甲中多,但因乙的容积减小导致NO2浓度增大的程度大于因平衡移动使NO2减小的程度,则平衡时c(NO2):甲=丙<乙;B项,甲与丙为完全等效平衡,平衡时N2O4的百分含量相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上加压,增大压强平衡向气体物质的量减小的方向移动,平衡时N2O4的百分含量增大,故平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙;C项,甲与丙为完全等效平衡,平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率可能相同;D项,甲与丙为完全等效平衡,平衡时混合气体的平均相对分子质量相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上加压,平衡向气体物质的量减小的方向移动,混合气体的总物质的量减小,则平衡时混合物的平均相对分子质量:甲=丙<乙。
方法技巧 等效平衡的思路分析
(1)先看反应条件:是恒温恒容还是恒温恒压。
(2)再看反应类型:是否为气体体积相等的反应,即反应前后气体分子数是否相等。
(3)“一边倒”转换比较
按照化学方程式中各物质的化学计量数关系,把起始物转化为化学方程式同一边的物质,通过对比两种情况下对应组分的起始量是相等还是等比,来判断化学平衡是否等效。
①恒温恒容条件下,对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,要求极值等比。
②恒温恒容条件下,对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应,要求极值等量。
③恒温恒压条件下,不管反应前后气体分子数是否相等,都只要求极值等比。
5.答案 (1)60% 增大压强、降低温度、及时分离出NH3(任写两种即可)
(2)8.33 46.3
(3)放出
(4)大于
解析 (1)容器①中放出热量为55.56 kJ,则反应消耗N2的物质的量为×1 mol=0.6 mol,列出三段式:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始物质的量(mol) 1 3 0
转化物质的量(mol) 0.6 1.8 1.2
平衡物质的量(mol) 0.4 1.2 1.2
所以H2的平衡转化率=×100%=60%;若要增大H2(g)的平衡转化率,根据平衡移动原理可知,平衡需正向移动,可采取的措施有增大压强、降低温度、及时分离出NH3等。
由(1)可得平衡常数K==(mol/L)-2≈8.33(mol/L)-2;容器①与容器②为完全等效平衡,即平衡时各物质的量对应相等,所以容器②中消耗N2的物质的量为0.9 mol-0.4 mol=0.5 mol,Q=0.5 mol×92.6 kJ/mol
=46.3 kJ。
(3)容器③中反应的浓度商=(mol/L)-2≈1.19 (mol/L)-2
6.答案 (1)ac
(2)=
(3)A点对应温度下反应c的ln=0,则平衡体系中==1,即=1,p(CH4)=16 kPa,初始p(CH4)=50 kPa,则CH4的平衡转化率为×100%=68%
解析 (1)由题图可知温度越低,×103越大,反应a、c的ln越小,说明反应a、c随温度降低平衡逆向移动,故反应a、c为吸热反应;(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为==;(3)A点对应温度下反应c的ln=0,则=1,即=1,p2(H2)=p0·p(CH4),平衡体系中p(H2)=40 kPa,p0=100 kPa,则p(CH4)=16 kPa,起始时n(CO2)∶n(CH4)=1∶1,总压为100 kPa,则起始时p(CH4)=50 kPa,CH4的平衡转化率为×100%=68%。
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