高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二章 化学反应速率和化学平衡综合与测试课后测评

专题强化练2　化学平衡思维方法与应用

1.(2020湖南株洲醴陵四中高二月考,★★☆)一定量的混合气体,在密闭容器中发生如下反应:xA(g)+yB(g)zC(g),达到平衡后测得A气体的浓度为0.5 mol/L,当恒温下将密闭容器的容积扩大到原来的2倍再达到平衡后,测得A的浓度为0.4 mol/L,则下列叙述正确的是(　　)

A.平衡向正反应方向移动

B.x+y<z

C.C的体积分数降低

D.B的转化率提高

2.(2020天津新华中学高二期中,★★☆)在一定条件下,使10 mol SO3在体积为2 L的密闭容器中发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),则下图中正确的是(表示混合气体的平均相对分子质量)(　　)

3.(★★☆)在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2+O2 2SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状态。现维持该容器中温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量。如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同。

请填写下列空白:

(1)若a=0,b=0,则c=　　　　mol。 

(2)若a=0.5 mol,则b=　　　mol和c=　　　mol。 

(3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c)　　　　　　　　　。 

4.(2020湖北宜昌秭归二中高二月考,★★☆)水煤气(CO和H2)是合成甲醇的重要原料,它可用水蒸气通过炽热的炭层制得,其热化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1。

(1)该反应的平衡常数的表达式为　　　　;升高温度,K值将　　　　;容器中气体的平均相对分子质量将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(2)上述反应达到平衡后,将体系中的C(s)部分移走,平衡将　　　　(填字母)。 

A.向左移　　　　B.向右移　　　　C.不移动

(3)下列事实能说明该反应在一定条件下已达到平衡状态的有　　(填字母)。 

A.单位体积内每消耗1 mol CO的同时生成1 mol H2

B.混合气体总物质的量保持不变

C.生成H2O(g)的速率与消耗CO的速率相等

D.H2O(g)、CO、H2的浓度相等

(4)某温度下,将4.0 mol H2O(g)和足量的碳充入2 L的密闭容器中,发生如下反应:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),达到平衡时测得K=1,则此温度下H2O(g)的转化率为　　　　。 

5.(★★☆)甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛,某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。已知:2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g)　ΔH=+376.4 kJ·mol-1。

(1)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。

①T1 ℃时,向2 L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4只发生反应2CH4(g) C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=c(CH4)。该反应达到平衡时,CH4的转化率为　　　　。 

②对上述平衡状态,若改变温度至T2 ℃,经10 s后再次达到平衡,c(CH4)=2c(C2H4),则10 s内C2H4的平均反应速率v(C2H4)=　　　　　　　,上述变化过程中T1　　　　(填“>”或“<”)T2,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)若容器中发生反应2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g),列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K=　　　　(用平衡分压代替平衡浓度);若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大,则该条件是　　　　(填字母)。 

A.可能减小了C2H2的浓度

B.一定是升高了温度

C.可能增大了反应体系的压强

D.可能使用了催化剂

答案全解全析

专题强化练2　化学平衡思维方法与应用

1.C　根据题中信息将密闭容器体积扩大到原来的2倍后,若平衡不发生移动,A的浓度应为0.25 mol/L,而此时A的浓度为0.4 mol/L,即平衡逆向移动,说明逆反应方向气体总体积大于正反应方向气体总体积,即x+y>z,A项、B项均错误;平衡逆向移动,导致C的体积分数降低,B的转化率降低,C项正确,D项错误。

2.C　刚开始投入的是SO3,正反应速率为0,故A项错误;根据化学方程式可知SO2与O2的物质的量之比为2∶1,故B项错误;加入SO3后平衡逆向移动,气体的物质的量增多,减小至不再发生变化时达到平衡状态,故C项正确;反应逆向进行,由于气体的质量、容器的体积均恒定,其密度始终保持不变,D项错误。

3.答案　(1)2　(2)0.25　1.5　

(3)a+c=2,b+c=1

解析　2SO2+O2 2SO3是一个反应前后气体分子数不等的可逆反应,它在恒温、恒容下由2 mol SO2、1 mol O2、0 mol SO3建立起了化学平衡状态。若要在同温、同容、n(SO2)为a mol、n(O2)为b mol、n(SO3)为c mol的条件下,建立起与上述相同的化学平衡状态,有下述五种不同情况:

①2SO2+O2 2SO3　

 2 mol　 1 mol　　 0

②2SO2+O2 2SO3　

 0　　 0　　 2 mol

③2SO2+O2 2SO3　(a∶b=2∶1)

 a　　 b　　　 c

④　2SO2　　+　　　O2　　 　　2SO3

 (a+c)mol　 (b+)mol　 0

⑤2SO2+O2 2SO3

 0　　 0　　 (c+a)mol或(c+2b)mol

由②⑤知,a=0、b=0、c=2;

由①④知a+c=2、b+=1,若a=0.5,则c=1.5,b=0.25。

4.答案　(1)K=　增大　减小　

(2)C　(3)AB　(4)50%

解析　(1)根据热化学方程式可写出平衡常数的表达式K=,正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,则K值将增大;升高温度平衡正向移动,容器中气体的物质的量增多,则气体的平均相对分子质量将减小。(2)碳为固态,将体系中部分C(s)移走,对平衡移动无影响,即平衡不移动。(3)A项,间接说明正反应速率和逆反应速率相等,反应达到平衡状态,正确;B项,该反应前后气体体积不相等,混合气体的总物质的量不变时,达到平衡状态,正确;C项,生成H2O(g)的速率与消耗CO的速率均表示逆反应速率,无法判断反应是否达到平衡状态,错误;D项,三者浓度相等时不一定达到平衡状态,错误。(4)起始时c(H2O)=2.0 mol/L,设转化的c(H2O)为x,根据“三段式”法列式如下:

　　　　　　C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)

起始(mol/L): 2.0 0 0

转化(mol/L): x x x

平衡(mol/L): 2.0-x x x

根据K==1,解得x=1.0,即H2O(g)的转化率为×100%=50%。

5.答案　(1)①66.7%　②0.001 25 mol·L-1·s-1　>　从题给图像判断出该反应为吸热反应,对比T1 ℃和T2 ℃两种平衡状态,由T1 ℃到T2 ℃,CH4浓度增大,说明平衡逆向移动,则T1>T2

(2)1×105　B

解析　(1)①设达到平衡时,甲烷转化了x mol·L-1,根据“三段式”法进行计算:

　　　　　　　　2CH4(g) C2H4(g)+2H2(g)

起始(mol·L-1)　 0.15　　　 0　　　 0

转化(mol·L-1)　 x　　　　 0.5x　　 x

平衡(mol·L-1)　 0.15-x　 0.5x　　 x

则有0.15-x=0.5x,解得x=0.1,故CH4的转化率为×100%≈66.7%。②由题图判断出该反应为吸热反应,因重新达到平衡后甲烷的浓度增大,故反应逆向移动,则T1 ℃→T2 ℃为降温过程,即T1>T2。结合①的计算结果,设重新达到平衡时,甲烷的浓度变化了y mol·L-1,根据“三段式”法进行计算:

　　　　　　　2CH4(g) C2H4(g)　+　2H2(g)

起始(mol·L-1)　 0.05　　　 0.05　　　 0.1

转化(mol·L-1)　 y　　　　 0.5y　　　 y

平衡(mol·L-1)　 0.05+y　 0.05-0.5y　 0.1-y

则有0.05+y=2×(0.05-0.5y),解得y=0.025。则v(C2H4)==0.001 25 mol·L-1·s-1。

(2)由题图中数据可知,平衡时各物质分压如下:

2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g)

1×103　 1×10-1　 1×104

平衡常数K==1×105。平衡常数只与温度有关,该反应为吸热反应,则升高温度可使化学平衡常数增大。