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课时规范练24　化学平衡及其移动
一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.一定条件下,在恒容密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时,下列说法正确的是(　　)
A.SO2和O2全部转化为SO3
B.该反应已达到化学平衡
C.正、逆反应速率相等且等于零
D.SO2、O2、SO3的物质的量之比一定为2∶1∶2
2.乙酸作为化工原料可以制备氢气,其热裂解反应为CH3COOH(g)2CO(g)+2H2(g)
ΔH1>0,在恒容密闭容器中充入1 mol乙酸蒸气,在一定条件下仅发生上述反应。下列推断正确的是(　　)
A.该反应在任何温度下都能自发进行
B.其他条件不变,平衡后再通入2 mol CO(g)和2 mol H2(g),平衡逆向移动
C.其他条件不变,平衡后再通入一定量的惰性气体,平衡逆向移动
D.其他条件不变,起始充入的CH3COOH(g)越多,CH3COOH(g)的平衡转化率越大
3.(2024广西桂林模拟)CO2是廉价的碳资源,将其甲烷化具有重要意义。其原理为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
ΔH<0。在某密闭容器中,充入1 mol CO2和4 mol H2发生上述反应。下列叙述正确的是(　　)
A.反应物的总能量小于生成物的总能量
B.恒温、恒压条件下,充入He,平衡向逆反应方向移动
C.在恒温、恒容条件下进行反应,容器中气体密度不再变化,说明已达到平衡状态
D.升高温度可增大活化分子的百分数及有效碰撞频率,因而温度越高越利于获得甲烷
4.(2024北京石景山一模)氨分解制氢是一种极具前景的便携式制氢方法,不同压强下氨的平衡转化率随温度变化如图。下列说法正确的是(　　)
A.2NH33H2+N2　ΔH<0
B.氢气和氮气的物质的量之比保持不变,说明氨分解反应达到平衡状态
C.p1D.500 K时,p3压强下氨分解反应的平衡常数比p4压强下的大
5.一定条件下,在容积为2 L的刚性容器中充入1 mol (g)和2 mol H2,发生反应:
(g)+2H2(g)(g)　ΔH<0,反应过程中测得容器内压强的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.升高温度可增大反应速率,提高环戊二烯的平衡转化率
B.0~20 min内,H2的平均反应速率为0.05 mol·L-1·min-1
C.达到平衡时,环戊烷和环戊二烯的体积分数相同
D.该温度下平衡常数Kp=4.0
6.利用CH4消除NO2污染,反应原理为CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)。在10 L密闭容器中,分别加入0.50 mol CH4和1.20 mol NO2,测得不同温度下,n(CH4)(单位:mol)随时间变化的有关实验数据如表所示,下列说法正确的是(　　)
组别 温度/K 时间/min
0 10 20 40 50
① T1 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
② T2 0.50 0.30 0.18 M 0.15
A.该反应在高温下才能自发进行
B.T2温度下,若容器内的密度不变则该反应处于平衡状态
C.可以利用40 min时的数据,计算T2温度下的平衡常数K
D.高温下CH4消除NO2速率较快,所以温度越高越有利于消除NO2
7.(2025八省联考河南卷)庚醛(N)与亚硫酸氢钠(P)可发生加成反应生成α-羟基磺酸钠(Q),正、逆反应速率可以表示为
v1=k1c(N)·c(P)和v-1=k-1c(Q),k1和k-1分别为正、逆反应的速率常数,E1和E-1分别为正、逆反应的活化能。ln k与关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.E1>E-1
B.升高温度,平衡逆向移动
C.达到平衡时
D.加入催化剂可以提高N的平衡转化率
8.(2024江西萍乡二模)常温下,向某溶剂(不参与反应)中加入一定量X、Y和M,所得溶液中同时存在如下平衡:
①X(aq)+M(aq)N(aq)
②Y(aq)+M(aq)N(aq)
③X(aq)Y(aq)
X、Y的物质的量浓度c随反应时间t的变化关系如图所示,400 s时反应体系达到平衡状态。
下列说法正确的是(　　)
A.100~400 s内,v(N)约为1.43×10-4 mol·L-1·s-1
B.100 s时反应③的逆反应速率小于正反应速率
C.若再向容器中加入上述溶剂稀释,平衡后Y的物质的量不变
D.若反应③的ΔH<0,则X比Y更稳定
二、非选择题:本题共2小题。
9.控制CO2的排放有助于实现我国“碳达峰”“碳中和”的战略目标。
(1)高炉炼铁会排放大量的CO2和烟尘,必须进行严格的控制。
已知:①3CO(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH=a kJ·mol-1
②3C(石墨,s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO(g)　ΔH=+489.0 kJ·mol-1
③C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH=+172.5 kJ·mol-1
则a=　　　　;若在恒温恒容密闭容器中发生反应①,当达到平衡后,充入CO2,则达到新平衡后CO的体积分数　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),其转化率　　　　。
(2)炼铁时需要用石灰石除去铁矿石中的脉石,该过程中涉及反应:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0。若在恒温恒容的密闭容器中进行上述反应达到平衡状态,在t1时刻向平衡体系中充入1 mol CO2,t2时刻反应重新达到平衡,画出t1时刻后的正、逆反应速率随时间变化的图像。
10.CH4-CO2催化重整对温室气体的减排具有重要意义,其反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。回答下列问题:
(1)已知相关物质的燃烧热(25 ℃、101 kPa):
物质 CH4(g) CO(g) H2(g)
-890.3 -283.0 -285.8
则CH4-CO2催化重整反应的ΔH=　　　　　　 kJ·mol-1。
(2)将原料按初始组成n(CH4)∶n(CO2)=1∶1充入密闭容器中,保持体系压强为100 kPa发生反应,达到平衡时CO2体积分数与温度的关系如图所示。
①T1 ℃、100 kPa下,n(平衡时气体)∶n(初始气体)=　　　　　　　;该温度下,此反应的平衡常数Kp=　　　　　　(以分压表示,列出计算式)。
②若A、B、C三点表示不同温度和压强下已达平衡时CO2的体积分数,　　　　　点对应的平衡常数最小,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;　　　　点对应的总压强最大,理由是　 　　　　　　　　　　　　　　。
(3)900 ℃下,将CH4和CO2的混合气体(投料比1∶1)按一定流速通过盛有炭催化剂的反应器,测得CH4的转化率受炭催化剂颗粒大小的影响如图所示。(注:目数越大,表示炭催化剂颗粒越小)
由图可知,75 min后CH4转化率与炭催化剂目数的关系为　　　　　　　　　　,原因是　 　　　　　　　　　　　　　　。
参考答案
课时规范练24　化学平衡及其移动
1.B　解析 该反应为可逆反应,反应物不可能完全转化,所以SO2和O2不可能全部转化为SO3,A项错误;当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时,说明该反应已达化学平衡状态,B项正确;反应达化学平衡状态时,正、逆反应速率相等但不等于零,C项错误;未知起始加入量,SO2、O2、SO3的物质的量之比不一定为2∶1∶2,D项错误。
2.B　解析 该反应的ΔH>0,ΔS>0,按ΔH-T·ΔS<0,该反应在较高温度下是自发反应,A项不正确;其他条件不变,平衡后再通入2 mol CO(g)和2 mol H2(g),相当于加压,平衡逆向移动,B项正确;其他条件不变,平衡后再通入一定量的“惰性气体”,反应相关气体浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,C项不正确;其他条件不变,起始充入的CH3COOH(g)越多,相当于加压,平衡逆向移动,CH3COOH(g)的平衡转化率越小,D项不正确。
3.B　解析 该反应是放热反应,故反应物的总能量大于生成物的总能量,A项错误;恒温、恒压条件下,充入He,容器容积增大,平衡向逆反应方向移动,B项正确;在恒温、恒容条件下进行反应,气体的密度始终不变,不能说明达到平衡,C项错误;升高温度平衡逆向移动,甲烷的产率会降低,D项错误。
4.C　解析 温度升高,氨的平衡转化率增大,2NH33H2+N2平衡正向移动,ΔH>0,A项错误;氢气和氮气的物质的量之比始终为3∶1,不能说明反应到达平衡状态,B项错误;2NH3(g)3H2(g)+N2(g)为气体分子数增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,氨的平衡转化率减小,因此p15.C　解析 设转化的的物质的量为x mol,可列出三段式:
　　 　(g) + 2H2(g) (g)
初始/mol 1 2 0
转化/mol x 2x x
平衡/mol 1-x 2-2x x
相同外界条件下,压强之比等于物质的量之比,,x=0.5。正反应放热,升高温度,平衡逆向移动,环戊二烯的平衡转化率降低,A错误;根据以上分析,0~20 min内,H2的平均反应速率为=0.025 mol·L-1·min-1,B错误;根据以上分析,达到平衡时,环戊烷和环戊二烯的物质的量都是0.5 mol,环戊烷和环戊二烯的体积分数相同,C正确;该温度下平衡常数Kp=,D错误。
6.C　解析 根据表格可知,相同条件下,T2时CH4的反应速率大于T1时的,所以T2高于T1,到达平衡的时间更短,但是到达平衡时T2对应的CH4含量更高,说明高温不利于CH4的转化,即CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)为放热反应,ΔH<0。该反应为气体分子总数增大的反应,则ΔS>0,又因为ΔH<0,根据ΔH-TΔS<0反应才能自发可知,该反应在任何温度下均能自发进行,A错误;ρ=,该反应过程中气体总质量和气体总体积均不变,所以气体的密度无论是否到达平衡均不变,B错误;T1温度下,根据表格可知,40 min后CH4含量不变,说明处于平衡状态,根据分析可知T2温度下反应会更快的到达平衡,即T2温度下,40 min时实验一定处于平衡状态,则对应的数据可以算出此时的平衡常数K,C正确;该反应是放热反应,温度越高越不利于反应正向进行,从而导致NO2转化率越低,D错误。
7.B　解析 从ln k与的关系图可知,随着温度升高,ln k逐渐增大,且ln k-1增大更多,说明升高温度,逆反应速率增大更多,平衡应逆向移动,则该反应正向应为放热反应,所以正反应活化能比逆反应活化能小,即E18.A　解析 结合图中数据可知,v(N)=
≈1.43×10-4 mol·L-1·s-1,但由于存在反应③,X不一定转化为N,A项正确;100 s时,c(X)=0.011 mol·L-1,c(Y)=0.112 mol·L-1,逆反应速率大于正反应速率,B项错误;加入溶剂后各物质浓度均减小,平衡发生移动,浓度改变,C项错误;若反应③的ΔH<0,则Y的能量低,能量越低越稳定,则Y比X更稳定,D项错误。
9.答案 (1)-28.5　不变　减小
(2)
解析 (1)根据盖斯定律,可知①式为②式-3×③式,整理可得:a kJ·mol-1=489.0 kJ·mol-1-3×172.5 kJ·mol-1=-28.5 kJ·mol-1;对于反应①,在恒温恒容密闭容器中,平衡后充入CO2,化学平衡逆向移动,CO的转化率减小;由于化学平衡常数K=,K只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,该反应前后气体体积相等,故平衡后体系中各组分的体积分数保持不变。
(2)对于反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),在恒温恒容下反应达到平衡状态,在t1时刻向平衡体系中充入1 mol CO2,化学平衡逆向移动,但反应物为固体,正反应速率不变,因此逆反应速率突然增大后又随着CO2浓度的降低而减小直至不变。用图像表示为
。
10.答案 (1)+247.3
(2)①5∶4　　②A　该反应为吸热反应,温度越低,平衡常数越小　C　该反应为气体分子数增大的反应,增大压强,CO2的体积分数增大,A、B、C三点中只有C点CO2的体积分数大于相同温度下、100 kPa平衡时的CO2的体积分数,则C点压强最大
(3)目数越大,CH4转化率越大　目数越大,催化剂的颗粒越小,表面积越大,原料气与催化剂的接触更加充分
解析 (1)根据各物质的燃烧热可得:①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1;
②CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·mol-1;
③H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1;
根据盖斯定律①-2×(②+③)可得CH4-CO2催化重整反应的ΔH=-890.3 kJ·mol-1-2×(-283.0 kJ·mol-1-285.8 kJ·mol-1)=+247.3 kJ·mol-1。
(2)①初始组成n(CH4)∶n(CO2)=1∶1,设n(CH4)=n(CO2)=1 mol,T1 ℃、100 kPa下,平衡时Δn(CH4)=x mol,列三段式有
　　 　CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol x x 2x 2x
平衡/mol 1-x 1-x 2x 2x
据图可知,T1 ℃下平衡时CO2的体积分数为30%,所以有=30%,解得x=0.25,所以平衡时气体总物质的量为2.5 mol,n(平衡时气体)∶n(初始气体)=2.5 mol∶2 mol=5∶4;平衡时p(CH4)=p(CO2)=100 kPa×=30 kPa,p(CO)=p(H2)=100 kPa×=20 kPa,所以Kp=。
②该反应的焓变大于0,为吸热反应,温度越低,平衡常数越小,所以A点对应的平衡常数最小;该反应为气体体积增大的反应,相同温度下,增大压强平衡逆向移动,CO2的体积分数增大,A、B两点CO2的体积分数均小于相同温度下、压强为100 kPa平衡时CO2的体积分数,说明总压强小于100 kPa,而C点大于100 kPa平衡时CO2的体积分数,说明C点总压强大于100 kPa,所以C点压强最大。
(3)据题图可知,75 min后催化剂目数越大,CH4转化率越大,因为催化剂目数越大,颗粒越小,表面积越大,原料气与催化剂的接触更加充分,反应更完全。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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