提升训练12 化学反应限度与化学平衡1.(2022·天津卷)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)2.(2022·名校协作体联考)二氧化钛在一定波长光的照射下,可有效降解甲醛、苯等有机物,效果持久,且自身对人体无害。某课题组研究了溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响,结果如图所示。下列判断正确的是( )A.在0~50min之间,R的降解百分率pH=2大于pH=7B.溶液酸性越强,R的降解速率越大C.R的起始浓度不同,无法判断溶液的酸碱性对R的降解速率的影响D.在20~25min之间,pH=10时R的降解速率为0.04mol·L-1·min-13.(2022·学军中学)反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-akJ·mol-1,在5L密闭容器中投入1molNH3和1molO2,2分钟后NO的物质的量增加了0.4mol,下列说法正确的是( )A.2分钟内反应放出的热量小于0.1akJB.用氧气表示2分钟内的反应速率:v(O2)=0.05mol·L·min-1C.2分钟内NH3的转化率是50%D.2分钟末c(H2O)=0.6mol·L-14.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,400℃时体积相同的甲、乙、丙三个容器中,甲容器绝热恒容,充入2molSO2和1molO2,乙容器恒温恒容,充入2molSO3,丙容器恒温恒压,充入2molSO3,充分反应达到平衡,下列说法正确的是( )A.甲和乙中反应的化学平衡常数相同B.乙和丙中的二氧化硫的生成速率相同C.乙中SO2的体积分数大于丙D.转化率:α甲(SO2)+α乙(SO3)<15.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( )8\nA.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总6.己知反应:2A(l)B(l) ΔH=-QkJ·mol-1,取等量A分别在0℃和20℃下反应,测得其转化率Y随时间t变化的关系曲线(Y-t)如图所示。下列说法正确的是( )A.a代表20℃下A的Y-t曲线B.反应到66min时,0℃和20℃下反应放出的热量相等C.0℃和20℃下达到平衡时,反应都放出QkJ热量D.反应都达到平衡后,正反应速率a>b7.一定条件下,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φ(CH4)的体积分数与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>0B.图中Z的大小为a>3>bC.图中X点对应的平衡混合物中=3D.温度不变时,图中X点对应的平衡状态在加压后φ(CH4)减小8.一定温度下,在3个容积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( )容器物质的起始浓度/(mol·L-1)物质的平衡浓8\n温度/K度/(mol·L-1)c(H2)c(CO)c(CH3OH)c(CH3OH)Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200Ⅲ500000.100.025A.该反应的正反应吸热B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大9.(2022·江苏卷改编)温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得:v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )容器编号物质的起始浓度/(mol·L-1)物质的平衡浓度/(mol·L-1)c(NO2)c(NO)c(O2)c(O2)Ⅰ0.6000.2Ⅱ0.30.50.2Ⅲ00.50.35A.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5B.达平衡时,容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大C.达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2<T110.在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。8\n回答下列问题:(1)反应的ΔH 0(填“大于”或“小于”);100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0~60s时段,反应速率v(N2O4)为 mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为 。 (2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。①T 100℃(填“大于”或“小于”),判断理由是 。 ②列式计算温度T时反应的平衡常数K2: 。 (3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是 。 11.肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。(1)800℃时,某密闭容器中存在如下反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0,若开始向容器中加入1mol·L-1的NO2,反应过程中NO的产率随时间的变化如下图曲线Ⅰ所示。①反应Ⅱ相对于反应Ⅰ而言,改变的条件可能是 。 ②请在图中绘制出在其他条件与反应Ⅰ相同,反应在820℃时进行,NO的产率随时间的变化曲线。(2)已知N2O4(g)2NO2(g)ΔH=+57.20kJ·mol-1,开始时,将一定量的NO2、N2O4充入一个容器为2L的恒容密闭容器中,浓度随时间变化关系如下表所示:时间/min051015202530c(X)/mol·L-10.2c0.60.61.0c1c1c(Y)/mol·L-10.6c0.40.40.4c2c2①c(X)代表 (填化学式)的浓度。 8\n②前10min内用NO2表示的反应速率为 ; 20min时改变的条件是 ; 重新达到平衡时,NO2的百分含量 (填字母)。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断参考答案提升训练12 化学反应限度与化学平衡1.B 对于一个确定的化学反应,平衡常数K只受温度影响,故A项错;产物Ni(CO)4为气体,而Ni(CO)4的沸点为42.2℃,故选50℃,B项正确;在第二阶段Ni(CO)4的分解平衡常数K=5×104,分解率较大,C项错;达到化学平衡时,,故D项错。2.B 在0~50min之间,pH=2和pH=7时反应物R都能完全反应,降解率都是100%,A错误;由斜率可知pH越小降解速率越大,即溶液的酸性越强,R的降解速率越大,B正确;pH=2比pH=7起始浓度小,但降解速率反而大,能够说明酸碱性对R的降解速率的影响,C错误;20~25min之间,pH=10时R的平均降解速率为=4×10-6mol·L-1·min-1,D错误。答案选B。3.B 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)起始物质的量/mol 1 1 0 0变化物质的量/mol 0.4 0.5 0.4 0.62分钟时物质的量/mol 0.6 0.5 0.4 0.62分钟时参加反应的NH3的物质的量为0.4mol,反应放出的热量等于0.1akJ,故A错误;用氧气表示2分钟内的反应速率:v(O2)==0.05mol·L-1·min-1,故B正确;2分钟内NH3的转化率=×100%=40%,故C错误;2分钟末c(H2O)==0.12mol·L-1,故D错误;答案为B。4.D 甲容器绝热恒容,而SO2与O2的反应为放热反应,所以随着反应的进行甲容器中温度升高,平衡常数随温度的变化而变化,所以甲、乙中反应的平衡常数不同,A错误;B.乙容器恒温恒容,充入2molSO3,丙容器恒温恒压,充入2molSO3,随反应进行,乙容器中,压强增大,反应速率增大,丙容器体积增大,反应速率减小,则乙中反应速率大,B错误;乙容器恒温恒容,充入2molSO3,丙容器恒温恒压,充入2molSO3,随反应进行气体物质的量增大,乙容器中压强增大,丙中维持恒压容器体积增大,最终乙中SO2的体积分数小于丙,C错误;若甲容器恒温恒容,充入2molSO2和1molO2,乙容器恒温恒容,充入2molSO3,最终达到相同的平衡状态,转化率:α甲(SO2)+α乙(SO38\n)=1,但甲容器是绝热容器,发生的反应是放热反应,温度升高平衡逆向进行,则甲中二氧化硫转化率要小,α甲(SO2)+α乙(SO3)<1,D正确;答案选D。5.B 因容器体积可变,故充入惰性气体,体积增大,与反应有关的气体浓度减小,平衡正向移动,A项错误;设650℃时反应达平衡时气体总物质的量为100mol,则有C(s)+CO2(g)2CO(g)平衡/mol 60 40反应/mol 20 40故CO2的转化率为20÷(60+20)×100%=25.0%,B项正确;由图像可知T℃时,CO和CO2的体积分数相等,故充入等体积的这两种气体,平衡不移动,C项错误;Kp==23.04p总,D项错误。6.B A项,温度越高,化学反应速率越大,反应就先达到平衡,即曲线先出现拐点,故b代表20℃下A的Y-t曲线,错误;B项,反应到66min时,0℃和20℃下A的转化率相同,因两条件下A的起始量相同,故此时放出的热量相等,正确;C项,2A(l)B(l) ΔH=-QkJ·mol-1表示2molA完全反应放出QkJ热量,因无法知道具体有多少A物质已经反应,故放出热量也无法计算,错误;D项,b是代表20℃下的Y-t曲线,a是代表0℃下的Y-t曲线,升高温度,化学反应速率加快,故反应都达到平衡后,正反应速率b<a,错误。7.A 升高温度φ(CH4)的体积分数减小,说明升高温度平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,故正确;的比值越大,则甲烷的体积分数越小,故a<3<b,故错误;起始时=3,但随着反应的进行甲烷和水是按等物质的量反应,所以达到平衡时≠3,故错误;温度不变时,加压,平衡逆向移动,甲烷的体积分数增大,故错误。8.D 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终建立等效平衡,但溶器Ⅲ温度高,平衡时c(CH3OH)小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A错误;容器Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以Ⅱ中反应物转化率高,B错误;不考虑温度,容器Ⅱ中投料量可看作是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,且Ⅲ的温度比Ⅱ高,相对于Ⅱ,平衡向逆反应方向移动,c(H2)增大,C错误;对比容器Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者建立等效平衡,两容器中反应速率相等,但Ⅲ温度高,速率更快,D正确。9.C A.Ⅰ中的反应: 2NO2(g)2NO(g)+O2(g)开始/(mol·L-1) 0.6 0 0反应/(mol·L-1) 0.4 0.4 0.2平衡/(mol·L-1) 0.2 0.4 0.2化学平衡常数K==0.8容器体积为1L,则平衡时I中气体总物质的量=1L×(0.2+0.4+0.2)mol·L-1=0.8mol。恒容恒温时气体压强之比等于其物质的量之比,如果平衡时Ⅰ、Ⅱ中压强之比为4∶8\n5,则Ⅱ中平衡时气体总物质的量为1mol,Ⅱ中开始时浓度商=<0.8,则平衡正向移动,平衡正向移动导致混合气体总物质的量之和增大,大于1mol所以达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比小于4∶5,故A错误;B.如果Ⅱ中平衡时c(NO2)=c(O2),设参加反应的c(NO2)=xmol·L-1,则0.3-x=0.2+0.5x,x=,平衡时c(NO2)=c(O2)=mol·L-1,c(NO)=mol·L-1=1730mol·L-1,此时≈1.4>0.8,说明Ⅱ中平衡时应该存在c(NO2)>c(O2),容器Ⅰ中达平衡时=1,所以达平衡时,容器Ⅱ中小于1,则比容器Ⅰ中的小,故B错误;如果Ⅲ中NO和氧气完全转化为二氧化氮,则c(NO2)=0.5mol·L-1,且容器中还剩余c(O2)=0.1mol·L-1,与Ⅰ相比,Ⅲ相当于平衡逆向移动,二氧化氮和氧气之和所占体积比大于50%,则达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%,C正确;v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2),达到平衡状态时正、逆反应速率相等,则k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),且k正=k逆,则c2(NO2)=c2(NO)·c(O2),即化学平衡常数K等于1,T2温度下的K大于0.8,且该反应的正反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,所以T2>T1,D错误。10.(1)大于 0.0010 0.36(2)①大于 反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高②平衡时,c(NO2)=0.120mol·L-1+0.0020mol·L-1·s-1×10s×2=0.160mol·L-1c(N2O4)=0.040mol·L-1-0.0020mol·L-1·s-1×10s=0.020mol·L-1K2=≈1.28(3)逆反应 将反应容器的体积减小一半,即增大压强,当其他条件不变时,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即向逆反应方向移动【解析】(1)由题意及图示知,在1.00L的容器中通入0.100mol的N2O4,发生反应:N2O4(g)2NO2(g),随温度升高混合气体的颜色变深,说明反应向生成NO2的方向移动,即向正反应方向移动,所以正反应为吸热反应,即ΔH>0;由图示知60s时该反应达到平衡,Δc(N2O4)=0.100mol·L-1-0.040mol·L-1=0.060mol·L-1,根据v=可知:v(N2O4)==0.0010mol·L-1·s-1;求平衡常数可利用三段式: N2O4(g)2NO2(g)起始量/(mol·L-1) 0.100 0转化量/(mol·L-1) 0.060 0.120平衡量/(mol·L-1) 0.040 0.1208\nK1==0.36。(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)降低,说明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反应方向移动,根据勒夏特列原理,温度升高,向吸热反应方向移动,即向正反应方向移动,故T>100℃;由c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡,可知此时消耗c(N2O4):0.0020mol·L-1·s-1×10s=0.020mol·L-1,由三段式: N2O4(g)2NO2(g)起始量/(mol·) 0.040 0.120转化量/(mol·) 0.020 0.040平衡量/(mol·) 0.020 0.160K2=≈1.28。(3)温度T时反应达到平衡后,将反应容器的容积减小一半,压强增大,平衡会向气体体积减小的方向移动,该反应逆反应为气体体积减小的反应,故平衡向逆反应方向移动。11.(1)①使用催化剂②(2)①NO2 ②0.04mol·L-1·min-1 向容器中加入0.8molNO2(其他合理答案也可) B【解析】(1)由于Ⅱ达到平衡时NO的产率与Ⅰ相同但所用时间减少,故改变的条件可能是使用了催化剂;因温度升高反应速率加快且有利于平衡向右进行,因此820℃下反应达到平衡所用时间比反应Ⅰ少,NO的产率高于60%。(2)由表中数据知,X代表的物质浓度增加值是Y代表的物质浓度减小值的2倍,故X代表NO2,Y代表N2O4,0~10min内,NO2浓度增加了0.4mol·L-1,故v(NO2)=0.04mol·L-1·min-1;20min时,NO2浓度增大而N2O4浓度不变,故改变的条件是向容器中加入0.8molNO2。增大反应物NO2浓度,平衡正向移动,故重新达到平衡时NO2百分含量减小。8
