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第38讲　化学平衡状态及平衡移动
(说明:选择题每小题3分)
层次1基础性
1.(2023·北京卷)下列事实能用平衡移动原理解释的是(　　)
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓硝酸中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀硫酸反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
2.一定温度下,将一定量的SO2与O2通入密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,平衡时SO2、O2、SO3的浓度分别为2 mol·L-1、1 mol·L-1、2 mol·L-1。改变下列条件,平衡正向移动的是(　　)
A.升高温度
B.增大容器容积
C.恒温恒容通入1 mol SO2、0.5 mol O2、1 mol SO3混合气体
D.恒温恒容通入1 mol氩气
3.(2024·海南华侨中学模拟)温度为T ℃时,向某密闭容器中加入足量活性炭,并充入1 mol NO2,发生反应:2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH,反应达到平衡。下列说法正确的是(　　)
A.使用催化剂,可以改变该反应的ΔH和活化能
B.粉碎活性炭固体,正反应速率增大,平衡正向移动
C.降低压强,平衡正向移动,平衡常数K增大
D.恒压条件下,充入稀有气体,有利于提高NO2的转化率
4.(2024·山东聊城统考)在容积固定的密闭容器中,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,改变条件,下列说法正确的是(　　)
A.增大压强,平衡正向移动,平衡常数增大
B.将部分NH3分离出来,氮气的转化率和v(正)均增大
C.增加氮气的物质的量,平衡正向移动,氮气的转化率降低
D.使用高效催化剂,可以提高氢气的平衡转化率
5.一定温度下,反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A.①② B.②④
C.③④ D.①④
6.(1)(2分)工业上,裂解正丁烷可以获得乙烯、丙烯等化工原料。
反应1:C4H10(g,正丁烷)CH4(g)+C3H6(g)　ΔH1
反应2:C4H10(g,正丁烷)C2H6(g)+C2H4(g)　ΔH2
某温度下,向2 L恒容密闭容器中投入2 mol正丁烷,假设控制反应条件,只发生反应1,达到平衡时测得CH4的体积分数为。下列情况表明上述反应达到平衡的是　　　　(填字母,下同)。
A.混合气体的密度保持不变
B.甲烷、丙烯的生成速率相等
C.混合气体压强保持不变
D.丙烯的体积分数保持不变
(2)(2分)深入研究碳、氮元素的物质转化有着重要的实际意义,合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)　ΔH=-87.0 kJ·mol-1。
若向某恒温且恒容的密闭容器中加入等物质的量的NH3和CO2,发生上述反应。下列叙述不能说明反应已经达到平衡状态的是　　　　　。
A.断裂6 mol N—H的同时断裂2 mol O—H
B.压强不再变化
C.混合气体的密度不再变化
D.CO2的体积分数不再变化
(3)(2分)对于反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),恒温恒容条件下,下列说法能判断此反应达到平衡的是　　　。
A.气体物质中氮元素与氧元素的质量比不变
B.容器内气体密度不变
C.容器内气体颜色不变
D.容器内NaNO3的浓度保持不变
层次2综合性
7.(2024·江苏常州联盟学校联考)下列关于化学平衡的说法正确的是(　　)
A.化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动
B.对于反应C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大
C.向平衡体系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅
D.对于反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系,压缩容器容积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅
8.(2024·广东佛山联考)在恒容密闭容器中发生可逆反应A(g)+B(g)C(g)　ΔH>0,不同压强(p1、p2)下平衡时反应体系的某些物理量与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.若p1B.若p1>p2,纵坐标表示B的转化率
C.若p1D.若p1>p2,纵坐标表示A的质量分数
9.(2024·广东卷)对反应S(g)T(g)(I为中间产物),相同条件下:①加入催化剂,反应达到平衡所需时间大幅缩短;②提高反应温度,增大,减小。基于以上事实,可能的反应历程示意图(——为无催化剂,┄┄为有催化剂)为(　　)
层次3创新性
10.(6分)乙烯是石油化工最基本的原料之一。
(1)利用乙烷制乙烯时,引入O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:
a.2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH1<0
b.2C2H6(g)+5O2(g)4CO(g)+6H2O(g)　ΔH2<0
c.C2H4(g)+2O2(g)2CO(g)+2H2O(g)　ΔH3<0
氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化,需要寻找催化剂降低反应　　　　　(填“a”“b”或“c”)的活化能,判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料,按(1)中反应原理制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6的转化率随温度的变化如图所示。
①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是　　　　　　　　　　。
②在570~600 ℃温度范围内,下列说法正确的是　　　　　(填字母)。
A.C2H4产率随温度升高而增大
B.H2O的含量随温度升高而增大
C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大
D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率
第38讲　化学平衡状态及平衡移动
1.B　解析:MnO2会催化H2O2分解,与平衡移动无关,A错误;NO2转化为N2O4的反应是放热反应,升温时平衡逆向移动,NO2的浓度增大,混合气体的颜色加深,B正确;铁在浓硝酸中钝化,加热会使表面的氧化膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关,C错误;加入硫酸铜以后,锌置换出铜,构成原电池,从而使反应速率加快,与平衡移动无关,D错误。
2.C　解析:升温时平衡逆向移动,A错误;减小压强时平衡逆向移动,B错误;恒温恒容条件下通入1 mol SO2、0.5 mol O2、1 mol SO3相当于加压,则平衡正向移动,C正确;恒温恒容条件下通入不参与反应的气体,平衡不移动,D错误。
3.D　解析:使用催化剂可以改变反应的活化能,但不改变反应的ΔH,A错误;粉碎活性炭固体,可增大反应物间的接触面积,从而增大反应速率,但对平衡无影响,B错误;平衡常数K只受温度影响,不受压强影响,C错误;恒压条件下,充入稀有气体,容器容积增大,相当于减压,平衡向气体分子数增大的方向移动,即平衡正向移动,有利于提高二氧化氮的转化率,D正确。
4.C　解析:平衡常数只与温度有关,改变压强,温度不变,平衡常数不变,A错误;将部分NH3分离出来,平衡正向移动,v(正)减小,B错误;增加氮气的物质的量,平衡正向移动,但氮气的转化率降低,C正确;催化剂只能增大反应速率,不能提高平衡转化率,D错误。
5.D　解析:对于确定的反应,ΔH是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;该反应是充入1 mol N2O4,正反应速率应是逐渐减小直至不变,③不正确。
6.答案 (1)CD　(2)A　(3)ABC
解析:(1)在恒温恒容条件下气体密度始终不变,因此密度不变不能作为判断平衡的标志,故A不符合题意;甲烷、丙烯均属于生成物,两者的化学计量数相同,无论是否达到平衡,它们的生成速率始终相等,故B不符合题意;在恒温恒容下,气体分子数逐渐增多,气体压强逐渐增大,当压强不变时反应达到平衡,故C符合题意;丙烯的体积分数由0逐渐增大,丙烯的体积分数不变时表明反应达到平衡,故D符合题意。
(2)根据方程式可知,断裂6 mol N—H,就是6 mol NH3反应,要生成3 mol H2O,形成6 mol O—H,断裂2 mol O—H,就是1 mol水发生反应,生成水的物质的量大于消耗水的物质的量,正、逆反应速率不相等,没有达到平衡,A符合题意;该反应在恒温恒容条件下进行,反应前后气体的物质的量发生改变,当气体压强不再变化时,气体的物质的量不变,则反应达到了平衡状态,B不符合题意;反应前后气体的质量发生变化,而反应在恒温恒容条件下进行,气体的体积不变,则混合气体的密度不再变化时,说明反应达到了平衡状态,C不符合题意;若CO2的体积分数不再变化,说明混合气体中各气体的物质的量不变,反应达到了平衡状态,D不符合题意。
(3)反应物NO2中氮元素与氧元素的质量比为7∶16,生成物NO中氮元素与氧元素的质量比为7∶8,所以未平衡前气体物质中氮元素与氧元素的质量比是变量,当气体物质中氮元素与氧元素的质量比不变时,反应达到了平衡,故A符合题意;随着反应的进行,气体物质的质量在减小,而容器容积不变,所以混合气体的密度在减小,当容器内气体密度不变时,反应达到了平衡,故B符合题意;NO2是红棕色气体,Cl2是黄绿色气体,未平衡前混合气体的颜色在改变,当容器内气体颜色不变时,说明NO2和Cl2的浓度均不再改变,反应达到了平衡,故C符合题意;NaNO3是固体,不能用固体浓度不变衡量反应是否达到平衡,故D不符合题意。
7.B　解析:化学反应速率改变,化学平衡不一定发生移动,如反应前后气体体积相等的反应达到平衡时,减小容器容积,反应物和生成物的浓度均增大,反应速率均增大,但是化学平衡不移动,A错误;正反应吸热,升高温度,正、逆反应速率都增大,化学平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,B正确;C项中反应的实质为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,加入适量KCl固体,参与反应的离子的浓度不变,平衡不移动,C错误;对于反应2NO2(g)N2O4(g),压缩容器容积,增大压强,化学平衡正向移动,但再次平衡时二氧化氮的浓度较原平衡增大,则混合气体的颜色变深,D错误。
8.B　解析:若p1p2,随压强的增大,平衡正向移动,B的转化率增大,B正确;若p1p2,随压强的增大,平衡正向移动,A的质量分数应减小,D错误。
9.A　解析:提高反应温度,增大,说明反应S(g)T(g)的平衡逆向移动,即正反应为放热反应,减小,说明S生成中间产物I的反应平衡正向移动,该反应属于吸热反应,由此可排除C、D选项,加入催化剂,反应达到平衡所需的时间大幅缩短,即反应的决速步骤的活化能下降,使得反应速率大幅加快,活化能大的步骤为决速步骤,符合条件的反应历程示意图为A。
10.答案 (1)a　制备的目标产品是C2H4,b、c均为副反应,应加快反应a的反应速率
(2)①反应a、c是放热反应,升高温度,反应a平衡逆向移动程度较大　②BD
解析:(2)①反应a、c都为放热反应,升高温度,两者反应平衡均逆向移动,但反应a平衡逆向移动的程度较大,则乙烯的物质的量百分数降低。②根据图中信息,C2H4的产率随温度升高而降低,故A错误;乙烷转化率增大,生成水的量增大,而乙烯量减小,说明发生反应c,水的量增大,因此H2O的含量随温度升高而增大,故B正确;根据图中信息C2H6转化率增大,则C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而降低,故C错误;根据图中信息,CO在较高温度时含量较大,因此该催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率,故D正确。
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