一、选择题(本题包括10小题,每小题6分,共60分)
1.在一定温度下,氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应:Fe2O3(s)+3CO(g)==== 2Fe(s)+3CO2(g),不可用上述反应中某种物理量来说明该反应已达到平衡状态的是 ( )
A.CO的生成速率与CO2的生成速率相等
B.气体密度不再变化
C.CO的质量不变
D.体系的压强不再发生变化
2.(2014·威海模拟)据报道,在300℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实,其反应的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。
A.当v(CO2)=2v(CH3CH2OH)时,反应一定达到平衡状态
B.当平衡向正反应方向移动时,平衡常数一定增大
C.增大压强,可提高CO2和H2的转化率
D.相同条件下,2 mol氢原子所具有的能量等于1 mol氢分子所具有的能量
3.(2013·赤峰模拟)工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:
3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH<0
上述反应达到平衡后,下列说法正确的是 ( )
A.其他条件不变时,增大Si3N4物质的量,平衡向左移动
B.其他条件不变,充入Ar,增大压强,平衡左移,平衡常数K减小
C.其他条件不变,增大H2物质的量,H2的转化率增大
D.其他条件不变,移走部分HCl,逆反应速率先减小后增大
4.(2013·东城区模拟)T℃时,将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L密闭容器中,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),容器中H2的物质的量随时间变化如图中实线所示。图中虚线表示仅改变某一反应条件时,H2的物质的量随时间的变化。下列说法正确的是 ( )
A.反应开始至a点时v(H2)=1 mol·L-1·min-1
B.若曲线Ⅰ对应的条件改变是升温,则该反应ΔH>0
C.曲线Ⅱ对应的条件改变是降低压强
D.T℃时,该反应的化学平衡常数为0.125
5.下列反应中符合下图图像的是 ( )
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0)
B.2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH=+Q2kJ·mol-1(Q2>0)
C.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-Q3kJ·mol-1(Q3>0)
D.H2(g)+CO(g)C(s)+H2O(g) ΔH=+Q4kJ·mol-1(Q4>0)
6.低脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为
4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH<0在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是 ( )
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使反应物的转化率增大
B.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,废气中氮氧化物的转化率减小
C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为6∶5时,反应达到平衡
D.其他条件不变,使用高效催化剂,废气中氮氧化物的转化率增大
7.(2014·无锡模拟)某温度下,在一容积可变的容器里,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、4 mol。在保持温度和压强不变的条件下,下列说法正确的是 ( )
A.充入1 mol稀有气体氦(He),平衡不移动
B.充入A、B、C各1 mol,平衡将向正反应方向移动
C.将A、B、C各物质的量都减半,C的百分含量不变
D.加入一定量的A气体达到平衡后,C的百分含量一定增加
8.(2014·潍坊模拟)某化学小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对A2(g)+3B2(g)====2AB3(g)化学平衡状态的影响,得到如下图所示的曲线(图中T表示温度,n表示物质的量)。下列判断正确的是 ( )
A.在T2和n(A2)不变时达到平衡,AB3的物质的量大小为c>b>a
B.若T2>T1,则正反应一定是放热反应
C.达到平衡时A2的转化率大小为b>a>c
D.若T2>T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vd>vb
9.下列叙述与图像对应符合的是 ( )
A.对于达到平衡状态的N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在t0时刻充入了一定量的NH3,平衡逆向移动
B.p2>p1,T1>T2
C.该图像表示的化学方程式为2A====B+3C
D.对于反应2X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0,y可以表示Y的百分含量
10.(能力挑战题)(2012·四川高考)在体积恒定的密闭容器中,一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600℃发生反应:2SO2+O22SO3 ΔH<0。当气体的物质的量减少0.315 mol时反应达到平衡,在相同温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是 ( )
A.当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
B.降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
C.将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为161.980 g
D.达到平衡时,SO2的转化率为90%
二、非选择题(本题包括3小题,共40分)
11.(14分)(2014·临沂模拟)2014年初,雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如下图所示。
据此判断:
①该反应的ΔH
②在T2温度下,0～2 s内的平均反应速率v(N2)=
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是
(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。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。例如:
CH4(g)+2NO2(g)====N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-867 kJ·mol-1
2NO2(g)N2O4(g) ΔH2=-56.9 kJ·mol-1
写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的热化学方程式_____________
12.(12分)Ⅰ.一定条件下铁可以和CO2发生反应:
Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH>0。
(1)下列措施中能使平衡时增大的是
A.升高温度 B.增大压强
C.充入一定量氮气 D.再加入一些铁粉
(2)反应达到平衡后,若保持容器体积不变时,再通入一定量的CO2,使CO2的浓度成为原来的2倍,则CO2的转化率将
Ⅱ.在一定温度下的某容积可变的密闭容器中,建立下列化学平衡:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),试分析和回答下列问题:
(1)可认定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是
A.体系的压强不再发生变化
B.v正逆
C.生成nmol CO的同时生成nmol H2
D.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
(2)若上述化学平衡状态从正反应开始建立,达到平衡后,给平衡体系加压(缩小容积、其他条件不变),则容器内气体的平均相对分子质量将
13.(14分)(能力挑战题)工业制硫酸的过程中存在反应:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。T0℃时,将2 mol SO2和1.5 mol O2充入2 L密闭容器中发生上述反应,容器中SO2的物质的量随温度变化的曲线如图所示。
(1)图中a点的正反应速率
(2)下列条件可以证明上述反应已经达到化学平衡状态的是
a.单位时间内消耗1 mol O2,同时生成2 mol SO3
b.容器内SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2
c.容器内压强保持不变
d.混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)T1℃时,上述反应的化学平衡常数K=
答案解析
1.【解析】选D。A项,CO的生成速率为逆反应速率,CO2的生成速率为正反应速率,且CO、CO2前的化学计量数相等,则v正(CO2)=v逆(CO),达到化学平衡;B项,ρ=,当m(气体)不变时,反应即达到平衡。C项,m(CO)不变,则n(CO)不变,反应达到平衡;D项,该反应是气体体积不变的反应,反应任意时刻,体系的压强均相同,所以压强不能作为平衡的标志。
【方法技巧】利用密度和相对分子质量来判断平衡的规律
利用定义式来解答是此类问题的要诀。以在恒容密闭容器中发生反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)为例说明(M代表相对分子质量,m代表气体的质量,n代表气体的物质的量,V代表气体的体积,其中m始终不变)
定义式 a+b和c+d的大小 能否作为平衡标志 备注 M=m/n a+b=c+d 不能 n始终不变 M=m/n a+b≠c+d 能 平衡时n才不变 ρ=m/V a+b=c+d 不能 V始终不变 ρ=m/V a+b≠c+d 不能 V始终不变 2.【解析】选C。A项没说明正逆速率,所以无法判断正逆速率相等,错误。B项,平衡常数只与温度有关,所以平衡正向移动,平衡常数不一定改变,错误。C项,增大压强,平衡正向移动,可以提高反应物的转化率,正确。D项,2 mol氢原子形成氢分子放出能量,所以二者具有的能量不相等,错误。
3.【解析】选D。Si3N4为固体,增加其量,平衡不移动,A项错。充入Ar,增大压强,但是反应物的浓度不变,平衡不移动,B项错。增加反应物的量,其自身的转化率降低,C项错。D项,移走部分HCl,生成物浓度降低,逆反应速率降低,但是平衡右移,生成物浓度增加,逆反应速率然后增大,D项正确。
4.【解析】选A。反应开始至a点时v(H2)=,A项正确;若曲线Ⅰ对应的条件改变是升温,说明升温时平衡逆向移动,则该反应ΔH<0,B项错误;曲线Ⅱ改变条件后,反应速率增大,平衡正向移动,对应的条件是增大压强,C项错误;T℃时,该反应的化学平衡常数为0.5,D项错误。
5.【解析】选B。根据图像可知在773 K时生成物的浓度比573 K时的浓度高,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,所以正反应为吸热反应;根据反应速率-压强图像可知,达到平衡后增大压强,v(逆)>v(正),说明反应向逆反应方向移动,逆反应方向为气体体积减小的反应。综合上面两点可知,B对。
【方法技巧】化学平衡图像的分析方法
(1)三步分析法(对于速率-时间图像):一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
(2)四要素分析法:看曲线的起点;看曲线的变化趋势;看曲线的转折点;看曲线的终点。
(3)先拐先平:对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在转化率-时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡。它所代表的温度高、压强大。
(4)定一议二:图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。
6.【解析】选C。该反应正向为放热反应,升温平衡左移,反应物的转化率减小,A项错误。B项增加NH3的浓度,平衡右移,废气中氮氧化物的转化率增大。C项,消耗NO,说明反应向右进行,消耗N2说明反应向左进行,且消耗的物质物质的量比为n(NO)∶n(N2)=6∶5时,说明反应速率相等,即正逆反应速率相等,C项正确。D项,用催化剂平衡不移动,转化率不变。
7.【解析】选C。恒压时充入稀有气体,相当于对平衡体系减压,平衡向气体体积扩大的方向(正向)移动;若按A、B和C的物质的量之比为4∶2∶4再投料,则与原平衡等效,平衡不发生移动(C选项正确);当充入A、B、C各1 mol时,平衡将向逆反应方向移动;该反应为分解反应,则恒压条件下再加入A时,平衡不发生移动。
【方法技巧】解答等效平衡的常见方法——“放缩法”
(1)适用条件:“放缩法”解化学平衡题的适用条件是:研究对象的有关物质的物质的量成倍地增减。增减倍数可以是整数倍,也可以是分数倍。
(2)解题思路:当有关物质的物质的量成倍地增减后,先通过假设同倍增减容器的容积来创设一个与起始条件完全相同的情况,从而得到一个与原平衡完全相同的平衡状态,然后把容器的容积恢复成已知条件时的情况。我们重点分析在容器的容积恢复成已知条件过程中该状态的变化情况(即平衡移动情况)。
8.【解题指南】解答本题要注意以下两点:
(1)明确本题中图像横坐标表示的是B2的物质的量。
(2)明确加入B2,物质A2的转化率增大。
【解析】选A。A项,在T2和n(A2)不变时达到平衡,增加B2的物质的量平衡向正反应方向移动,导致生成物的物质的量增大,故正确。B项,若T2>T1,升高温度生成物的体积分数增大,平衡向正反应方向移动,所以正反应一定是吸热反应,故错误。C项,当A2的物质的量一定时,B2的物质的量越大A2的转化率越大,所以达到平衡时A2的转化率大小为c>b>a,故错误。D项,温度越高反应速率越大,若T2>T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vdp1,T1>T2,B项正确;C项表示的应是可逆反应(因为反应物和生成物均存在),C项错误;温度升高,平衡逆向移动,Y的百分含量增大,D项错误。
10.【解析】选D。三氧化硫的生成与二氧化硫的消耗均是正向反应,因此两者相等不能说明反应达到平衡状态;由于反应为放热反应,降低温度,正、逆反应速率都降低,但是由于逆反应速率减小的程度比正反应速率减小的程度大,因此平衡正向移动;由于反应过程中气体物质减小的物质的量等于生成的三氧化硫的一半,因此反应中生成的三氧化硫为0.63 mol,反应体系中只有三氧化硫与氯化钡溶液反应,得到硫酸钡沉淀,其质量为0.63 mol×233 g·mol-1=146.79 g;
2SO2 + O2 2SO3
初始加 入量(mol) x 1.100 0
转化的物质 的量(mol) 0.63 0.315 0.63
平衡时的物质 的量(mol) x-0.63 0.785 0.63
=
x=0.7 mol
此时二氧化硫的转化率为90%。
11.【解题指南】解答本题要注意以下两点:
(1)首先根据图像确定T1大于T2。
(2)画变化曲线时要明确,催化剂不会使平衡发生移动,所以在一定温度下c(CO2)保持不变。
【解析】(1)①根据题干图像“先拐先平数值大”得T1大于T2,升高温度,二氧化碳的浓度降低,平衡向逆反应方向移动,说明正反应是放热反应,即ΔH<0。
②先根据题干图像计算二氧化碳的反应速率,v(CO2)==
0.05 mol·L-1·s-1,同一化学反应中同一时间段内,各物质的反应速率之比等于化学计量数之比,所以v(N2)=0.025 mol·L-1·s-1。
③温度越高反应速率越大,催化剂接触面积越大反应速率越大,反应到达平衡的时间越短。
④a.反应达到平衡状态时,各物质的反应速率不再变化,故错误。
b.该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,相当于升高温度,当温度不变时,化学平衡常数不变,故正确。
c.二氧化碳和一氧化氮的物质的量相等时,该反应不一定达到平衡状态,故错误。
d.反应达到平衡状态时,各物质的质量分数不再发生变化,故正确。
(2)将第一个方程式减第二个方程式得:CH4(g)+N2O4(g)====N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-810.1 kJ·mol-1。
答案:(1)①< ②0.025 mol·L-1·s-1
③
④b、d
(2)CH4(g)+N2O4(g)====N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-810.1 kJ·mol-1
12.【解题指南】解答该题要注意以下3点:
(1)根据CO与CO2的浓度比值关系得出平衡移动的方向,然后再进行判断。
(2)增大反应物的浓度,反应物的转化率不一定减小;转化率等于转化浓度比起始浓度。
(3)气体的平均相对分子质量=,其变化与m总、n总均有关。
【解析】Ⅰ.(1)使平衡时增大,则需要使平衡向正反应方向移动,CO2的浓度减小,CO的浓度增大,比值增大。反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向进行,A对;反应前后气体的物质的量不变,增大压强平衡不移动,B错;充入N2对平衡没有影响,C错;铁粉的量的多少对平衡没有影响,D错。
(2)增大CO2的浓度,反应物中只有CO2为气体,且反应前后气体体积相等。相当于增大压强,平衡不发生移动,CO2的转化率不变。
Ⅱ.(1)因为在恒压容器中进行,压强一直不变,A错;当v正(CO)=v逆(H2O)时,反应达到平衡,B对;任何时刻生成的CO与H2物质的量都相等,C错;1 mol H—H键断裂说明有1 mol H2反应,断裂2 mol H—O键说明有1 mol H2O反应,反应达到平衡,D对。
(2)原平衡状态中CO、H2的平均相对分子质量为28×+2×=15。加压时平衡逆向移动,H2O(g)(相对分子质量为18)的含量增大,混合气体的平均相对分子质量增大。
答案:Ⅰ.(1)A (2)不变 Ⅱ.(1)B、D (2)变大
【方法技巧】图像法巧解转化率问题
该题中增大CO2的浓度CO2的转化率如何变化可以利用等效平衡的原理来解释。过程如下:
假设开始时CO2的物质的量为amol,再次加入CO2的物质的量为amol,容器的体积不变都为VL。
(1)加入amol CO2达到平衡。
VLamol CO2
(2)在2 L容器中加入2amol CO2,则两容器中压强、浓度、温度都相同,CO2的转化率相同,然后将2VL压缩成VL,因为反应前后气体的体积不变,所以平衡不移动,CO2的转化率不变。
2VL 2amol CO2 VL 2a mol CO2
13.【解析】(1)根据题干图像知,反应向正反应方向进行,所以正反应速率大于逆反应速率。
(2)当化学反应达到平衡状态时,同一物质的正逆反应速率相等,各物质的百分含量不变,由此引起的一些物理量不变。
a.无论反应是否达到平衡状态,单位时间内消耗1 mol O2,同时生成2 mol SO3,所以不能判断反应达到平衡状态,故错误。
b.容器内各物质的浓度之比与反应物的物质的量和转化率有关,所以不能判断反应是否达到平衡状态,故错误。
c.反应达到平衡状态时,各物质的含量不变,所以容器内压强保持不变,所以能判断反应达到平衡状态,故正确。
d.反应达到平衡状态时,各物质的含量不变,混合气体的平均相对分子质量保持不变,所以能判断反应达到平衡状态,故正确。
(3)T1℃时,二氧化硫的物质的量浓度=0.5 mol·L-1,氧气的物质的量浓度=
0.5 mol·L-1,三氧化硫的物质的量浓度=0.5 mol·L-1,K==2。
答案:(1)> (2)c、d (3)2
