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高中化学 2.3化学平衡图像和等效平衡练习 新人教版选修4


第二章《化学反应速率和化学平衡》第三节《化学平衡》 周考卷十二 ——化学平衡图像和等效平衡
CO2+H2。

一、选择题(每小题 5 分,每小题有 1-2 个正确选项) 1.向某密闭容器中充入 1mol CO 和 2mol H2O(g),发生反应:CO+H2O(g)

当反应达到平衡时,CO 的体积分数为 x。若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四 种配比充入该容器中,达到平衡时 CO 的体积分数大于 x 的是( A.0.5mol CO+2mol H2O(g)+1mol CO2+1mol H2 B.1mol CO+1mol H2O(g)+1mol CO2+1mol H2 C.0.5mol CO+1.5mol H2O(g)+0.4mol CO2+0.4mol H2 D.0.5mol CO+1.5mol H2O(g)+0.5mol CO2+0.5mol H2 解析:本题考查了等效平衡的问题。对于反应 CO+H2O(g) CO2+H2,是一个反应前后 )

气体的体积不变的反应,因此在恒温和恒容条件下是等效平衡的条件是 CO 和 H2O(g)的物质的 量之比与起始时加入的 CO 和 H2O(g)的物质的量之比相等即可。因此只要将各选项中的投料转 化为 CO 和 H2O(g)的物质的量,并与原平衡进行对比即可。对于 A 选项中的配料相当于 CO 有 1.5mol、H2O(g)有 3mol,即二者之比为 1∶2,所以此情况下的平衡与原平衡等效,即 CO 的体 积分数仍为 x;对于 B 选项中的配料相当于 CO 有 2mol、H2O(g)有 2mol,相对于原平衡可以认 为是在原平衡的基础上又加入了 1mol CO,根据平衡移动原理,平衡相当于向右移动,但是 CO 的体积分数增大,即大于 x;对于 C 选项中的配料相当于 CO 有 0.9mol、H2O(g)有 1.9mol, 此投料相当于在 0.9molCO 和 1.8mol H2O(g)的平衡体系中再加入 0.1mol H2O(g),而 0.9mol CO 和 1.8mol H2O(g)的平衡与原平衡是 等效平衡,再加入 0.1mol H2O(g)时平衡向右移动,CO 的体积分数减小,即小于 x;对于 D 选 项中的配料相当于 CO 有 1mol、H2O(g)有 2mol,此平衡与原平衡相同,所以 CO 的体积分数也 为 x。因此达到平衡时 CO 的体积分数大于 x 的只有 B 选项。 答案:B 2.(2011·重庆卷)一定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图 的是( )

A.CO2(g)+2NH3(

2 2

) (s)+H2O(g)

Δ H<0

B.CO2(g)+H2 C.CH3CH2 D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)
2

+H2O(g)

Δ H>0 Δ H>0 Δ H<0

===CH2(g)+H2O(g)

2C6H5CH===CH2(g)+2H2O(g)

解析:本题考查化学平衡的知识,通过分析图像确定可能对应的反应。观察图像可知, 达到平衡用的时间短反应速率快,T2>T1、p1>p2。升高温度水蒸气的百分含量降低,说明平衡 逆向移动,反应放热,Δ H<0;增大压强水蒸气的百分含量增大,说明平衡正向移动,正反应 气体分子数减少,综合分析,A 选项中反应符合要求。 答案:A 3.用来表示可逆反应 2A(g)+B(g) 中正确的为( ) 正反应为放热反应),下图表示的图像

解析:此反应是气体总体积减小、放热的可逆反应。A 中,温度越高,达到平衡的时间越 短,但温度升高平衡左移,C 的质量分数要降低,所以 A 正确。B 中,表示温度与 v 的关系, 随着温度的升高,v 正与 v 逆的总体趋势应上升,所以 B 不正确。C 中,随着压强增大,v 正、v


都增大,但对正反应速率影响更大,C 正确。D 中随着温度的升高,A 的转化率应当降低,D

不正确。 答案:A、C 4.如下图所示,φ (X)为气态反应物在平衡时混合物中的体积分数,T 为温度。符合该曲 线的反应是( )

A.2NH3(g) B.H2(g)+I2 C.4NH3(g)+5O2 D.C(s)+H2 答案:A、D

2

(g)+3H2(g)(正反应为吸热反应) 正反应为放热反应) +6H2O(g)(正反应为放热反应)
2

(g)+CO(g)(正反应为吸热反应)

5.在恒温、恒容下,有反应:2A(g)+2B(g)
-1

C(g)+3D(g),现从两条途径分别建立
-1

平衡。途径Ⅰ:A、B 的起始浓度均为 2mol·L ;途径Ⅱ:C、D 的起始浓度分别为 2mol·L 和 6mol·L 。以下叙述正确的是(
-1

)

A.达到平衡时,途径Ⅰ的反应速率等于途径Ⅱ的反应速率 B.达到平衡时,途径Ⅰ所得混合气体的压强等于途径Ⅱ所得混合气体的压强 C.两途径最终达到平衡时,体系内各组分的百分含量相同 D.两途径最终达到平衡时,体系内各组分的百分含量不相同 答案:C 6.有一化学平衡 mA(g)+n

pC(g)+qD(g),如右图所示是 A 的转化率同压
)

强、温度的关系,分析图像可以得出的正确结论是(

A.正反应吸热,m+n>p+q B.正反应吸热,m+n<p+q C.正反应放热,m+n>p+q D.正反应放热,m+n<p+q 解析:解决这类图像题目,采用“定一论二”,即把自变量(温度、压强)之一定为恒量, 讨论另外两个变量的关系。 答案:A 7.500℃下,向某一密闭容器中分别充入不同量气体,发生反应:2SO2(g)+ O2
3

(g),共进行了 6 次实验,每次物质的量分别为:

①2amolsO2+amol O2 ②2amolsO3 ③amolsO2+0.5amol O2+amolsO3 ④4amolsO2+2amol O2 ⑤4amolsO3 ⑥amolsO2+0.5amol O2+3amolsO3。试分析,6 次反 应分别达平衡时 SO3 的平衡浓度相同的组合是( A.①②③ C.②④⑥ 答案:A、D 8.在相同容积的 4 个密闭容器中进行同一种可逆反应,2A(g)+ 2D(g),起始时 4 个容器所盛 A、B 的量如下表所示: 各容器所盛物质的量 容器 A B 甲 2mol 1mol 乙 1mol 1mol 丙 2mol 2mol 丁 1mol 2mol ) + ) B.①③⑤ D.④⑤⑥

在相同温度下,建立平衡时,4 个容器中 A 或 B 的转化率的大小关系是( A.A 的转化率为:甲<丙<乙<丁 B.A 的转化率为:甲<乙<丙<丁 C.B 的转化率为:甲>丙>乙>丁 D.B 的转化率为:丁>丙>乙>甲

解析:用虚拟思维法比较丙与乙:丙设想为乙的两个平衡体系,再加压,则平衡左移, 所以 A、B 的转化率均是乙>丙。甲、丙利用对比的方法,丙相当于在甲的基础上再加 1mol B, 则平衡右移,A 的转化率丙>甲;丙、丁也利用此法判断。 答案:A 二、非选择题(共 60 分) 9.在一个温度、压强恒定的密闭容器中,SO2 和 O2 发生反应。已知 1molsO2 和足量 O2 完全 反应,放出的热量为 Q。请按要求回答下列问题。

(1)若开始时放入 1molsO2 和 0.5molO2,达平衡后,生成 0.9molsO3,这时 SO2 的转化率为 __________。 (2)若开始时放入 4molsO2 和 2mol O2,达平衡后,生成 SO3 的物质的量为__________,反 应放出的热量为__________。 解析: 起始(mol) 变化(mol) 平衡(mol) 2SO2+O2 1 0.9 0.1 0.5 0.45 0.05 2SO3 0 0.9 0.9

SO2 转化率为 90%。 恒温恒压下,只要转化过来的起始投入量成比例,两者就成等效平衡,SO2 转化率相同, 生成 SO3 为 4mol×90%=3.6mol。放出热量为 3.6Q。 答案:(1)90% (2)3.6mol 3.6Q 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)+ (1)若开始时放入 1mol A 和 1mol B,到达平衡后,生成 amol C。这时 A 的物质的量为 _____mol。 (2)若开始时放入 3mol A 和 3mol B,到达平衡后,生成 C 的物质的量为_______mol。 (3)若开始时放入 xmol A、2mol B 和 1mol C,到达平衡后,A 和 C 的物质的量分别是 ymol 和 3amol,则 x=_______mol,y=_______ mol。 平衡时,B 的物质的量________(选填一个编号)。 (甲)大于 2mol (乙)等于 2mol (丙)小于 2mol (丁)可能大于、等于或小于 2mol 作出此判断的理由是__________________________________。 (4)若在(3)的平衡混合物中再加入 3mol 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上述 反应。 (5)开始时放入 1mol A 和 1mol B 到达平衡后生成 bmol C,将 b 与(1)小题的 a 进行比较, 则________(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__________________________________。

解析:Ⅰ.(1)由反应 A(g)+

知,反应达到平衡后,若有 amol 的 C 生成,则

必有 amol 的 A 物质消耗,此时剩余 A 的物质的量为(1-a)mol。 (2)在恒温、恒压下,若投放 3mol A 和 3mol B,则所占有的体积为(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 3amol。 (3)由于达平衡时 C 的物质的量为 3amol, 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) + 起始: 将C完全转 化为A、B 平衡后: B(g); 2mol 1mol 0

xmol

(x+1)mol 3mol

y

(3-3a)mol 3amol

根据题意有:(x+1)mol=3mol,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=1mol 时,B 的物质的量为(3-3a)mol=2mol;若平衡向右移动,则 3a>1mol,B 的平衡量小于 2mol; 若平衡向左移动,则 3a<1mol,B 的平衡量大于 2mol。 (4)在(3)的平衡中,再加入 3mol C,所达到的平衡状态与(1)、(2)、(3) 皆为等效状态, 因此 C 物质的量分数为:

a mol a = = . 1mol-a mol+1mol-a mol+a mol 2mol-amol 2-a
Ⅱ.(5)因此时容器的容积不变,而(1)中容器的容积缩小,(5)小题中容器相当于在(1)的 基础上减小压力,使所给平衡向逆反应方向移动,故反应达平衡后 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 2mol;若 3a =1,B 的物质的量等于 2mol;若 3a<1,B 的物质的量大于 2mol (4) (5)(乙) 因为(5)小题中容积不变,而(1)小题中容器的容积缩小,所以(5)小 2-a 题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强,有利于逆向反应,故反应达到平衡后 a>b。 11. 对于 的反应体系, 在压强一定时, 平衡体系中 Y 的质量分数 w(Y)

a mol

a

随温度的变化情况如右图所示(实线上的任何一点为对应温度下的平衡状态)。

(1)该反应的正反应方向是一个__________反应(填“吸热”或“放热”)。 (2)A、B、C、D、E 各状态中,v(正)<v(逆)的是__________。 (3)维持 t1 不变, E→A 所需时间为 x, 维持 t2 不变, D→C 所需时间为 y, 则 x__________y(填 “<”、“>”或“=”)。 (4)欲要求 E 状态从水平方向到 C 状态后,再沿平衡曲线到达 A 状态,从理论上来讲,可 选用的条件是__________________。 解析:由图可知,随着温度的升高,w(Y)逐渐减小,说明平衡逆向移动,则正反应方向 是放热反应。A、B、C、D、E 中 A、B、C 在平衡曲线上,则 A、B、C 都处于各自平衡状态中, D、E 两点不在平衡曲线上,即它们没有达到化学平衡,因为 E 状态的 w(Y)比该温度下平衡时 的小,所以平衡正向移动,v(正)>v(逆),D 状态的 w(Y)比该温度下的平衡状态时的大,平衡 逆向移动,此时 v(逆)>v(正)。D、E 要达到各自温度下的平衡状态所转化的 Y 的物质的量相 同,又因为 D 处的温度比 E 处的温度高,D 处反应速率快,所以 D 处达到平衡所需时间短。E→C,要满足 w(Y)不变,温度升高,只 有采取突然升温,C→A 的变化符合平衡曲线,意味着要经过无数个温度下的平衡状态的点后, C 才能到达 A,所以只有采取无限缓慢地降温。 答案:(1)放热 (2)D (3)>

(4)先突然升温到 t2,然后无限缓慢地降低温度到 t1 12. 一密封体系中发生反应 N2+3H2 应进程的曲线关系图,回答下列问题:
3

+Q, 下图是某一时间段中反应速率与反

(1)处于平衡状态的时间段是__________。 (2)t1、t3、t4 时刻体系中分别是什么条件发生了变化? (3)下列各时间段内,氨的百分含量最高的是( A.t0~t1 C.t3~t4 )

B.t2~t3 D.t5~t6

解析:本题是考查反应速率与化学平衡内在联系的一道好题。处于平衡状态时,正、逆 反应速率必定相等, 从图中可看出 t0~t1、 t2~t4、 t5~t6 时间段时反应处于平衡状态。 t1 时刻, 条件变化使 v 正、v 逆都加快,且 v 逆>v 正,平衡向逆反应方向移动,对照反应式可看出条件变 化应是升高温度。t3 时刻,v 正、v 逆都同幅度加快,应是加了催化剂。t4 时刻,v 正、v 逆都减慢, 且 v 正<v 逆,平衡逆向移动,所以是由降低压强引起的。由于 t1~t2 时间段和 t4~t5 时间段中, 平衡都向逆反应方向移动, 氨的百分含量都减小, 所以应是 t0~t1 时间段中氨的百分含量最高。 答案:(1)t0~t1、t2~t4、t5~t6 (2)t1 时升温;t3 时使用催化剂;t4 时降压 (3)A



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