2022届高三化学一轮复习化学反应原理08等效平衡含解析
展开等效平衡
一、单选题(共15题)
1.已知2 A(g)+B(g)⇌2C(g) △H < 0,向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体:(甲)2 mol A(g)和1 mol B(g);(乙)1 mol A(g)和0.5 mol B(g);(丙)2 mol C。恒温、恒容下反应达平衡时,下列关系一定正确的是
A.容器内压强p:p甲=p丙>2p乙
B.C的质量m:m甲=m丙>2m乙
C.c(A)与c(B)之比k:k甲=k丙>k乙
D.反应放出或吸收热量的数值Q:Q甲=Q丙>2Q乙
2.在一个绝热定容的密闭容器中,1molA 与 2molB 发生反应 A(g)+2B(g) xC(g)+2D(g) △H=bkJ·mol−1(b<0),下列说法正确的是
A.充分反应后,放出热量为 b kJ
B.若 x=1,容器中压强不变时不能判断反应达到平衡
C.当 B 和 D 的物质的量为 1:1 时,表明该反应已达到平衡
D.达到平衡过程中,正反应速率可能是先增大再减小
3.1mol H2和1mol I2置于恒温恒容密闭容器中发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)+9.4kJ,至t1时刻到达平衡状态,下列物理量与反应时间的关系不符合事实的是( )
A
B
C
D
A.A B.B C.C D.D
4.有一可逆反应:2A(g)+3B(g) xC(g)+4D(g),若按下列两种配比在同温同体积的密闭容器中进行反应:①0.8 mol A+1.2 mol B+1.2 mol C+2.4 mol D②1.4 mol A+2.1 mol B+0.6 mol C+1.2 mol D达平衡后,C的质量分数相等,则方程式中x的值为
A.1 B.2 C.3 D.4
5.已知:N2(g)+3H2(g) 2 NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。一定条件下,现有容积相同且恒容的密闭容器甲与乙:① 向甲中通入1 mol N2和3 mol H2,达到平衡时放出热量Q1 kJ;② 向乙中通入0.5 mol N2和1.5 mol H2,达到平衡时放出热量Q2 kJ。则下列关系式正确的是
A.Q1=2Q2=92.4 B.92.4=Q1<2Q2
C.92.4>Ql>2Q2 D.Q1=2Q2<92.4
6.定条件下存在反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g) △H<0.现有三个相同的1L恒容绝热(与外界没有热量交换)态闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入lmolH2和1molⅠ2(g),在Ⅱ中充入2molHl(g),在Ⅲ中充入2molH2和2molI2 (g),700℃条件下开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是
A.容器Ⅰ、Ⅱ中反应速率相同
B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C.容器Ⅰ中的气体颜色比容器Ⅱ中的气体颜色浅
D.容器Ⅰ中H2的转化率与容器Ⅱ中HI的转化之和小于1
7.恒温、恒压下,1 mol A和1 mol B在一个容积可变的容器中发生如下反应:A(g)+2B(g) 2C(g)。一段时间后达到平衡,生成a mol C。下列说法不正确的是
A.起始时刻和达到平衡后容器中的压强比为1:1
B.物质A、B的转化率之比一定是1:2
C.若起始放入3 mol A和3 mol B,则达到平衡时生成3a mol C
D.当v正(A)=v逆(B)时,可断定反应达到平衡
8.一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,发生下列反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应达到平衡后,改变下述条件,NH3平衡浓度不改变的是
A.保持温度和容器压强不变,充入1 mol NH3(g)
B.保持温度和容器体积不变,充入1 mol NH3(g)
C.保持温度和容器压强不变,充入1 mol N2(g)
D.保持温度和容器体积不变,充入1 mol H2(g)
9.温度为T时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,反应PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表,下列说法正确的是( )
t / s
0
50
150
250
350
n(PCl3) / mol
0
0. 16
0. 19
0. 20
0. 20
A.体系平衡时与反应起始时的压强之比为5∶6
B.反应在前50 s 的平均速率ν(PCl3)= 0. 0032 mol·L-1·s-1
C.相同温度下,起始时向容器中充入0.6mol PCl5、0. 20 mol PCl3 和0. 20 mol Cl2,反应达到平衡前ν(正)>ν(逆)
D.相同温度下,若起始时向容器中充入2. 0 mol PCl3 和2. 0 mol Cl2,达到平衡时,PCl3 的质量分数比上述平衡体系小
10.两个恒容容器中分别发生反应A(g)2B(g)和2A(g)C(g),平衡时A的转化率分别为α1和α2。在温度不变的情况下,均增加A的物质的量,下列判断正确的是
A.α1减小,α2增大 B.α1、α2均增大
C.α1、α2均减小 D.α1增大,α2减小
11.一定温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g)3C(g),若反应开始时充入2 mol A和2 mol B,达平衡后A的体积分数为a%。其他条件不变时,若按下列四种配比作为起始物质,平衡后A的体积分数大于a%的是
A.2.5mol C B.2 mol A、2 mol B和10 mol He(不参加反应)
C.1.5 mol B和1.5 mol C D.2 mol A、3 mol B和3 mol C
12.恒温恒压条件下发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),若将2 mol氮气和3 mol氢气充入密闭容器中,反应达平衡时,氨气的体积分数为a。保持相同条件,在密闭容器中分别充入下列物质, 反应达平衡时,氨气的体积分数可能为a的是( )
A.2 mol N2和6 mol H2 B.1 mol N2和2 mol NH3
C.1 mol N2、3 mol H2和2 mol NH3 D.2 mol N2、3 mol H2和1 mol NH3
13.在容积不变的密闭容器中存在如下反应:2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g) ΔH<0。某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析不正确的是
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大压强对反应速率的影响
B.图Ⅲ 表示的是温度对平衡的影响,且T甲小于T乙
C.图Ⅲ表示的是催化剂对化学平衡的影响,乙使用了催化剂
D.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响
14.已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在某温度下的平衡常数为400。此温度下,在2 L的密闭容器中加入a mol CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/(mol·L-1)
0.44
0.6
0.6
下列说法正确的是
A.加入CH3OH的物质的量a=1.64
B.此时刻正反应速率大于逆反应速率
C.若起始时加入2a mol CH3OH,则达到平衡时CH3OH的转化率减小
D.若混合气体的平均摩尔质量不再变化,则说明反应已达到平衡状态
15.在一固定容积的密闭容器中充入气体A和B,发生如下可逆反应:A(g) +B(g)xC(g);△H = Q。在不同的温度和压强下,C在反应混合物中的含量随反应时间的变化如图所示。下列判断正确的是
A.P1>P2,x=1 B.P1<P2,x≠1
C.T1<T2,Q>0 D.T1>T2,Q<0
二、填空题(共5题)
16.I.在一定温度下的2L密闭容器中,发生反应:,达到平衡时,各物质平衡浓度为:c(X)=0.8mol/L;c(Y)=0.1mol/L;c(Z)=1.6mol/L。若用a、b、c分别表示X、Y、Z的起始的物质的量,回答下列问题:
(1)若在恒温恒容条件下进行反应,可判断该反应达到化学平衡状态的是_______
A.单位时间内生成nmolX的同时生成2nmolZ
B.密闭容器中密度不再改变的状态
C.用X、Y、Z的物质的量浓度变化表示反应速率的比为1∶1∶2的状态
D.反应容器中Y的物质的量分数不再改变的状态
E.密闭容器中压强不再改变的状态
F.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
(2)a、b应满足的关系是_______。
(3)a的取值范围是_______。
Ⅱ.恒温、恒压下,在一个可变容积的容器中发生发应:。
(1)若开始时放入1molA和1molB,到达平衡后,生成amolC,若开始时放入xmolA,2molB和1molC,到达平衡后,C的物质的量是3amol,则x=_______mol,平衡时,B的物质的量_______(填序号)
①大于2mol ②等于2 mol ③小于2 mol ④可能大于、等于或小于2mol
(2)若开始时放入6molA和6molB,到达平衡后再加入3molC,待再次到达平衡后,C的物质的量分数是_______。
17.在一定条件下,可逆反应2NO2(g)N2O4(g)△H<0达到平衡,当分别改变下列条件时,请填空:
(1)保持压强不变,通入一定量的NO2,则达到平衡时NO2的百分含量___(填“增大”、“减小”或“不变”,下同);保持压强不变,通入一定量N2O4,则达到平衡时NO2的百分含量___。
(2)保持容器容积不变,通入一定量的氖气,则达到平衡时NO2的转化率___;保持压强不变,通入氖气使体系的容积增大一倍,则达到平衡时NO2的转化率___。
(3)保持容器容积不变,通入一定量的NO2,则达到平衡时NO2的百分含量___;保持容器容积不变,通入一定量N2O4,则达到平衡时NO2的百分含量___。
18.一定温度下,向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5,反应PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见表:
t/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/mol
0
0.16
0.19
0.20
0.20
(1)反应前50s的平均速率v(PCl3)=___________mol/(L·s)。
(2)保持其他条件不变,平衡后再充入1.0molPCl5,则PCl5平衡转化率___________(填“增大”、“减小”或“不变”),平衡常数K=___________;若升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11mol/L,则反应∆H___________0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)保持其他条件不变,若起始时向该容器中充入1.0molPCl3和1.0molCl2,PCl3的平衡转化率为___________。
19.工业合成氨的反应为:N2(g) + 3H 2(g) 2NH3(g); △H<0
(1)、随着温度升高,平衡常数K值变_______。
(2)改变反应条件,会使平衡发生移动。如下图像表示随条件改变,氨气的百分含量的变化趋势。
当横坐标为压强时,变化趋势正确的是(选填字母序号)_________,
当横坐标为温度时,变化趋势正确的是(选填字母序号)__________。
(3)如图所示三个容积相同的容器①、②、③,若起始温度相同,分别向三个容器中充入①中3mol H2和1mol N2;②中2mol NH3;③中1.5mol H2和0.5mol N2和1mol NH3;一定条件下反应,达到平衡时各容器中NH3物质的百分含量由大到小的顺序为_____(填容器编号)。
(4)氨气和氧气从145℃就开始反应,在不同温度和催化剂条件下生成不同产物(如图所示):
4NH3+5O2⇌4NO+6H2O 4NH3+3O2⇌2N2+6H2O 温度高于900℃时,NO产率下降的原因_____。
20.T℃时,有甲、乙两个密闭容器,甲容器的体积为1 L,乙容器的体积为2 L,分别向甲、乙两容器中加入6 mol A和3 mol B,发生反应如下:3A(g)+bB(g) ⇌3C(g)+2D(g) ΔH<0; 4 min时甲容器内的反应恰好达到平衡,A的浓度为2.4 mol/L,B的浓度为1.8 mol/L; t min时乙容器内的反应达平衡,B的浓度为0.8 mol/L.根据题给信息回答下列问题:
(1)甲容器中反应的平均速率v(B)=_______。
(2)乙容器中反应达到平衡时所需时间t_______4 min(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)T℃时,在另一个体积与乙相同的丙容器中,为了达到平衡时B的浓度仍然为0.8 mol/L,起始时,向丙容器中加入C、D的物质的量分别为3 mol、2 mol,还需加入A、B。其中需加入A、B的物质的量分别是 _______。
(4)若要使甲、乙容器中B的平衡浓度相等,可以采取的措施是_______。
A.保持温度不变,增大甲容器的体积至2 L
B.保持容器体积不变,使甲容器升高温度
C.保持容器体积和温度都不变,向甲中加入一定量的A气体
D.保持容器体积和温度都不变,向甲中加入一定量的B气体
(5) 该温度下,向体积为1L的密闭容器中通入A、B、C、D气体物质的量分别为3mol、1mol、3mol、2mol,此时反应_______ (填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”)。
参考答案
1.B
【分析】
恒温恒容,甲与乙起始n(A):n(B)=2:1,甲等效为在乙的基础上增大一倍压强,平衡向正反应移动,转化率增大;丙按化学计量数转化到左边可得n(A)=2 mol,n(B)=1 mol,与甲为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等。
【详解】
A.甲与丙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,故压强p甲=p丙,甲等效为在乙的基础上增大一倍压强,平衡向正反应移动,故p甲<2p乙,故p甲=p丙<2p乙,故A错误;
B.甲与丙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,故C的质量m甲=m丙,甲等效为在乙到达平衡的基础上,再加入1 mol A和0.5 mol B,增大压强,平衡向正反应移动,A转化率增大,m甲>2m乙,故m甲=m丙>2m乙,故B正确;
C.对于甲、乙,A、B起始物质的量之比等于化学计量数之比,c(A)与c(B)之比为定值2:1,丙为分解反应,丙中c(A)与c(B)之比为2:1,故k甲=k丙=k乙=2,故C错误;
D.因为甲和丙是在不同的方向建立起的等效平衡,若转化率均为50%时,反应热的数值应相等,但该反应的转化率不一定是50%,所以Q甲和Q丙不一定相等,故D错误;
故选B。
2.B
【解析】
【详解】
A. 该反应为可逆反应,不能完全转化,充分反应后,放出热量小于b kJ,选项A错误;
B. 若 x=1,反应为气体体积不变的反应,反应时压强始终保持不变,容器中压强不变时不能判断反应达到平衡,选项B正确;
C. 当 B 和 D 的物质的量为 1:1 时,无法确定正逆反应速率是否相等,不能表明该反应已达到平衡,选项C错误;
D. 达到平衡过程中,正反应速率先增大再保持不变,选项D错误。
答案选B。
【点睛】
本题考查化学平衡的计算,题目难度不大,注意根据化学反应方程式中各物质的量关系进行计算和判断,注意可逆反应中不可能完全转化。
3.C
【分析】
当可逆反应中正逆反应速率相等,反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变时该反应达到平衡状态.
【详解】
A.恒容条件下,气体的体积不变,反应前后混合气体的质量不变,所以混合气体的密度始终不变,故A符合;
B、反应前后气体的计量数之和不变,所以无论是否达到平衡状态,混合气体的压强都不变,故B符合;
C、H2(g)+I2(g)2HI(g)+9.4kJ,是可逆反应,1mol H2和1mol I2置于恒温恒容密闭容器中发生反应,反应放出的热量达不到9.4kJ,故C不符合;
D、反应开始后,正速率减小,当正速率不变时该反应达到平衡状态,故D符合;
故选C。
4.B
【分析】
同温同体积的密闭容器中进行反应,达平衡后C的质量分数相等,说明为等效平衡,根据题给数据,用极限法把D按照化学计量数一边倒换成A、B后,①和②各物质物质的量对应相等,则①和②为完全全等的等效平衡,则用极限法把C按照化学计量数一边倒换成A、B后,①和②各物质物质的量对应相等。
【详解】
同温同体积的密闭容器中进行反应,达平衡后C的质量分数相等,说明为等效平衡,根据题给数据,用极限法把D按照化学计量数一边倒换成A、B后,①和②各物质物质的量对应相等,则①和②为完全全等的等效平衡,则用极限法把C按照化学计量数一边倒换成A、B后,①和②各物质物质的量对应相等,即0.8+=1.4+(或1.2+=2.1+),解得x=2,B项正确,
答案选B。
5.C
【解析】
【分析】
N2(g)+3H2(g) 2 NH3(g)反应可逆,甲中通入1 mol N2和3 mol H2生成氨气的物质的量小于2mol;本题利用等效平衡思想比较甲、乙容器内反应放热多少。
【详解】
N2(g)+3H2(g) 2 NH3(g)反应可逆,甲中通入1 mol N2和3 mol H2生成氨气的物质的量小于2mol,所以92.4>Ql;利用等效平衡思想,甲是乙投料的2倍,假设甲容器体积为乙的2倍,则甲乙为等效平衡,甲中放出的热量是乙的2倍,然后对乙容器扩大体积,平衡逆向移动,甲中放出的热量大于乙的2倍,故C项正确。
6.D
【分析】
A.容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡,容器Ⅱ中从逆反应开始到达,平衡建立的途径不相同;
B.容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol H2和1mol I2(g),反应向正反应进行,故容器Ⅲ中到达平衡时温度更高,该反应正反应是放热反应,温度越高平衡常数越小;
C.容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动;
D.温度相同时,容器Ⅰ中H2 的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和等于1,容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动。
【详解】
A.容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡,容器Ⅱ中从逆反应开始到达,平衡建立的途径不相同,无法比较反应速率,选项A错误;
B.容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol H2和1mol I2(g),反应向正反应进行,故容器Ⅲ中到达平衡时温度更高,该反应正反应是放热反应,温度越高平衡常数越小,选项B错误;
C.容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动,故容器Ⅰ中的气体颜色比容器Ⅱ中的气体颜色深,选项C错误;
D.温度相同时,容器I中H2 的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和等于1,容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动,HI的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中HI的转化率低,故容器Ⅰ中H2 的转化率与容器Ⅱ中HI的转化率之和小于1,选项D正确;
答案选D。
【点睛】
本题考查影响化学平衡的因素、化学平衡的建立等,难度较大,构建平衡建立的途径进行比较是关键。
7.D
【详解】
A.根据题中条件,反应恒温、恒压下进行,所以起始时刻和达平衡后容器中的压强比为1:1,A正确;
B.A、B的起始量都是1mol,所以A、B的转化率之比等于参加反应的物质的物质的量之比,根据反应方程式可以知道,物质A、B的转化率之比一定是1:2,B正确;
C.在恒压下,放入3molA和3molB,与起始时1molA和1molB配比数相等,为等效平衡,则达平衡时生成3amolC,C正确;
D.根据方程式可知若v正(A)=v逆(B)时,正逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态,故D错误。
故答案选D。
【点睛】
选项C是解答的易错点,明确等效平衡的含义是解答的关键。注意等效平衡的判断及处理一般步骤是:进行等效转化——边倒法,即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量,与题干所给起始投料情况比较。
8.A
【详解】
A.保持温度和压强不变,充入1 mol NH3(g),建立的新平衡与原平衡是等效平衡,氨气的平衡浓度不变,故A项符合题意;
B.保持温度和容器体积不变,充入1 mol NH3(g),相当于对原平衡体系加压,则氨气平衡浓度增大,故B项不符合题意;
C.保持温度和容器压强不变,充入1 mol N2(g),氮气的浓度增大,平衡正向移动,氨气的平衡浓度增大,故C项不符合题意;
D.保持温度和容器体积不变,充入1 mol H2(g),增加了反应物的浓度,平衡正向移动,氨气的平衡浓度变大,故D项不符合题意。
答案为A。
9.D
【详解】
A、 PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
起始: 1.0 0 0
变化: 0.2 0.2 0.2
平衡: 0.8 0.2 0.2 相同条件下,气体的压强之比等于其物质的量之比,即P前:P后=1.0:1.2=5:6,故A错误;
B、根据化学反应速率的数学表达式,v(PCl3)=0.16/(2×50)mol/(L·s)=0.0016mol/(L·s),故B错误;
C、根据选项A,此温度下化学平衡常数K==0.025,相同温度下,起始时向容器中充入0.6mol PCl5、0. 20 mol PCl3 和0. 20 mol Cl2,此时的浓度商Q=0.03>0.025,说明反应向逆反应方向进行,即v逆>v正,故C错误;
D、充入2.0molPCl3和2.0molCl2,可以看作先通入1.0molPCl3和1.0molCl2,达到平衡时,PCl3的质量分数与原平衡PCl3的质量分数相等,然后再通入1.0molPCl3和1.0molCl2,相当于在原来基础上增大压强,PCl3的转化率增大,PCl3的质量分数减小,故D正确。
10.A
【分析】
对于反应: A(g)2B(g)和2A(g)C(g),在恒温、恒容条件下达到平衡时,保持条件不变,增加A的物质的量,平衡都向右移动,到达的平衡状态,可以等效认为在原平衡的基础增大压强,增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,据此判断。
【详解】
对于反应: A(g)2B(g),增加A的物质的量,所到达的平衡状态可以等效为增大压强,增大压强平衡向逆反应移动,A的转化率减小,即α1减小;
对于反应: 2A(g)C(g),增加A的物质的量,所到达的平衡状态可以等效为增大压强,增大压强平衡向正反应移动,A的转化率增大,即α2增大;
综上所述,本题选A。
【点睛】
本题考查平衡移动转化率的判断,难度中等,本题采取等效平衡理解,可以借助平衡常数理解,注意形成规律进行总结:若反应物只有一种时:aA(g) ⇌ bB(g)+cC(g),增加A的量,平衡向右移动,但该反应物A的转化率αA不一定增大,当a=b+c时, αA不变;a>b+c时,αA增大;当a 11.A
【解析】
【分析】
反应2A(g)+B(g)⇌3C(g)中,气体的体积前后相同,在一定温度下,在恒容密闭容器中得到平衡状态,只要满足物质全部转化为A、B,且满足n(A):n(B)=1:1,即可得到相同平衡状态,结合浓度对平衡移动的影响,只要加入的物质的量:n(A):n(B)>1:1,平衡后A的体积分数大于a%。
【详解】
A项、反应2A(g)+B(g)⇌3C(g)中,气体的体积前后相同,在一定温度下,在恒容密闭容器中得到平衡状态,只要满足物质全部转化为A、B,且满足n(A):n(B)=1:1,就是等效平衡,结合浓度对平衡移动的影响,只要加入的物质的量:n(A):n(B)>1:1,平衡后A的体积分数大于a%,A.2molC相当于molA和molB,二者的比值为2:1,大于1:1,则平衡后A的体积分数大于a%,故A正确;
B项、2molA、2molB和1molHe(不参加反应),n(A):n(B)=2:2,等于1:1,则平衡后A的体积分数等于a%,故B错误;
C项、1molB和1molC,相当于molA和molB,n(A):n(B)=1:2,小于1:1,则平衡后A的体积分数小于a%,故C错误;
D项、2molA、3molB和3molC,相当于4molA和4molB,二者的比值为4:4,等于1:1,则平衡后A的体积分数等于a%,选项D错误;
故选A。
12.B
【解析】分析:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,使反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效,据此判断。
详解:反应达平衡时,氨气的体积分数仍然为a,则等效转化后氮气和氢气的物质的量之比要保持2:3。则根据方程式可知
A. 2 mol N2和6 mol H2的物质的量之比是1:3,不满足等效平衡,A错误;
B. 1 mol N2和2 mol NH3相当于是2mol氮气与3mol氢气,满足等效平衡,B正确;
C. 1 mol N2、3 mol H2和2 mol NH3相当于是2mol氮气与6mol氢气,物质的量之比是1:3,不满足等效平衡,C错误;
D. 2 mol N2、3 mol H2和1 mol NH3相当于是2.5mol氮气与4.5mol氢气,物质的量之比是5:9,不满足等效平衡,D错误。答案选B。
点睛:本题主要是考查等效平衡的应用,题目难度较大。所谓等效平衡是指外界条件相同时,同一可逆反应只要起始浓度相当,无论经过何种途径,都可以达到相同的平衡状态。等效平衡的判断及处理一般步骤是:进行等效转化——边倒法,即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量,与题干所给起始投料情况比较。
13.C
【详解】
分析:A.增大反应物的浓度瞬间,正反速率增大,逆反应速率不变,之后逐渐增大;B.加入催化剂,平衡不发生移动;C.正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动;D.加入催化剂,正逆反应速率都增大,但速率相等,平衡不移动。
详解:A.增大反应物的浓度瞬间,正反速率增大,逆反应速率不变,之后逐渐增大,图Ⅰ应是增大压强的原因,选项A正确;B.图Ⅲ甲、乙两个平衡状态不同,而加入催化剂,平衡不发生移动,选项B正确;C.乙到达平衡时间较短,乙的温度较高,正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,SO3的转化率减小,选项C不正确;D.图Ⅱ在t0时刻正逆反应速率都增大,但仍相等,平衡不发生移动,应是加入催化剂的原因,选项D正确;答案选C。
点睛:本题考查外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响,题目难度中等,答题时注意:(1)若t0时刻无断点,则平衡移动肯定是改变某一物质的浓度导致;(2)若t0时刻有断点,则平衡移动可能是由于以下原因所导致:①同时不同程度地改变反应物(或生成物)的浓度②改变反应体系的压强;③改变反应体系的温度。
14.B
【解析】
分析:A. 根据三段式可以进行计算;B. 根据浓度商与平衡常数的关系进行判断;C. 其它条件不变,增大反应物浓度,相当于加压过程,根据平衡移动方向进行分析;D. 根据变量不变进行反应是否达到平衡状态的判定。
详解:根据方程式,生成的H2O的物质的量为0.6mol/L×2=1.2mol,为反应的CH3OH的物质的量为0.44mol/L×2=0.88mol,乙醇a=0.88mol+1.2mol×2=3.28mol,A错误;浓度商Qc==1.34<K=400,反应向正反应进行,此时正反应速率大于逆反应速率,B正确;若起始时加入2a mol CH3OH,相当于增大压强,增大压强,平衡不移动,CH3OH的转化率不变,C错误;平均摩尔质量=,该反应中m和n均不发生变化,平均摩尔质量始终不变,平均摩尔质量不变不能说明反应已达到平衡状态,D错误;正确选项B。
15.D
【解析】相同温度T1时,P2条件下反应时间小于P1条件下,故P1<P2;相同压强P2时,T1条件下反应时间小于P2条件下,故T1>T2,而压强相同的情况下,升高温度C在反应混合物中的含量降低,平衡逆向移动,正反应是放热反应,所以Q<0;在温度相同的情况下,增大压强,C的含量增大,平衡正向移动,所以x=1,答案选D。
点睛:本题考查外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,根据影响化学反应速率和化学平衡的因素进行判断得出正确结论,升高温度,化学反应速率加快,平衡向着吸热的方向移动;增大压强,化学反应速率加快,平衡向着气体体积减小的方向移动。
16.AD 2 ④
【详解】
I.(1)A.单位时间内生成nmolX,指的是逆反应速率,生成2nmolZ,指正反应速率,且1∶2的变化量能够说明正反应速率等于逆反应速率,故可作为反应达平衡的标志;
B.根据,气体的总质量不变,容器体积不变,故密度为定值,故密度不变不可作为反应达平衡的标志;
C.无论反应平衡还是没有平衡,速率比都等于系数比,故用X、Y、Z的物质的量浓度变化表示反应速率的比为1∶1∶2的状态不一定是平衡状态;
D.当反应达到平衡状态时,各组分的物质的量均不发生改变,总物质的量也不再变化,即各组分的物质的量分数不再变化,故反应容器中的物质的量分数不再改变的状态是化学平衡状态;
E.由方程式可知,该反应是一个等体积变化,压强始终不改变,故压强不再改变的状态不一定是化学平衡状态;
F.根据可知,m不变,n也不变,则混合气体的平均相对分子质量始终不变,故不可作为反应达平衡的标志;
故选AD;
(2)由方程式可知,反应物X、Y变化量为1:1,设变化量为x,则有:,推出:mol,故答案为:;
(3)利用极限确定a的取值范围:若从正反应开始到达平衡,则a值最大,所以:,即,故;若从逆反应开始到达平衡,则a值最小,所以:,即,故;故答案为:;
Ⅱ.(1)恒温、恒压下到达平衡后,C的物质的量为3amol,说明和(2)所达到的平衡是相同的平衡,满足A.B起始量分为3mol、3mol,依据三段式列式判断;假设反应正向进行依据等效平衡:,x=2,B的物质的量=3- 3a,当3a>1,,B的物质的量小于2;当3a=1,B的物质的量等于2;当3a<1,B的物质的量大于2;故选④,所以答案为:2,④;
(2)若开始时放入6molA和6molB,到达平衡后再加入3molC,根据等效平衡的原理此时和(1)中的开始时放入1molA和1molB是等效平衡,待再次到达平衡后,达到的平衡与(1)是相同的,所以C的物质的量分数可以根据(1)计算得到即C的物质的量分数,故答案为:;
17.不变 不变 不变 减小 减小 减小
【详解】
(1)保持压强不变,通入一定量的NO2,容器体积增大,为等效平衡,则达到平衡时NO2的百分含量不变;保持压强不变,通入一定量N2O4,容器体积增大,为等效平衡,则达到平衡时NO2的百分含量不变。
(2)保持容器容积不变,通入一定量的氖气,各反应物浓度不变,平衡不移动,则达到平衡时NO2的转化率不变;保持压强不变,通入氖气使体系的容积增大一倍,相当于减压,平衡逆向移动,则达到平衡时NO2的转化率减小。
(3)保持容器容积不变,通入一定量的NO2,相当于加压,平衡正向移动,则达到平衡时NO2的百分含量减小;保持容器容积不变,通入一定量N2O4,相当于加压,平衡正向移动,则达到平衡时NO2的百分含量减小。
18.0.0016 减小 0.025(或)mol/L > 80%
【详解】
(1)根据表格数据可知前50s内∆n(PCl3)=0.16mol,容器体积为2.0L,所以前50s的平均速率v(PCl3)==0.0016mol/(L·s);
(2)反应物只有PCl5一种气体,所以再充入PCl5容器内压强增大,压强增大会使平衡逆向移动,所以PCl5平衡转化率减小;温度不变平衡常数不变,再充入PCl5后达到新平衡时平衡常数与原平衡相等,根据表格数据可知,平衡时n(PCl3)=0.20mol,根据反应方程式可知n(Cl2)=0.20mol,∆n(PCl5)=0.20mol,n(PCl5)=0.80mol,容器体积为2.0L,所以平衡常数K==0.025(或)mol/L;若升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11mol/L,说明升高温度平衡正向移动,则正反应为吸热反应,∆H>0;
(3)保持其他条件不变,若起始时向该容器中充入1.0molPCl3和1.0molCl2,则相当于充入1.0molPCl5,所以达到的平衡与原平衡为等同平衡,则平衡时n(PCl3)=0.20mol,转化率为=80%。
19.减小 b a ①<②<③ 高温生成NO,放热,温度高于900℃产率下降
【详解】
(1)合成氨反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,c(NH3)减小,c(N2)、c(H2)增大,所以平衡常数减小;(2)当横坐标为压强时,因为增大压强,平衡正向移动,NH3含量增大,变化趋势正确的是b,当横坐标为温度时,因为反应正向放热,升温,平衡逆向移动,NH3含量降低,变化趋势正确的是a;
(3)③恒温、恒压;充入3mol H2和1mol N2 ,反应正向进行,气体总量减小,体积收缩;②恒温、恒容,相当于在③的基础上进行减压操作,平衡将向逆向移动氨的百分含量相对应于③是下降的!即②<③;①恒容,外有隔热套,反应进行,反应放热,相当于在②的基础上进行加热操作,平衡将向逆向移动,氨的百分含量下降;即①<②。故答案为①<②<③;(4)由图象可知在温度较低时生成氮气.温度高于900℃时,NO产率下降是因为反应4NH3+5O24NO+6H2O是放热反应,达到平衡后,升温平衡逆向进行。故产率降低.吸收塔中需要补充空气是增加反应物的浓度,使平衡向正向移动,进一步与NO反应生成硝酸。
20.0.3mol/(L·min) 大于 3mol,2mol AC 向正反应方向进行
【详解】
(1)甲容器的体积为1L,加入6mol A和3mol B,则A、B的浓度分别为:6mol/L、3mol/L,4min时甲容器内的反应恰好达到平衡,A的浓度为2.4mol/L、B的浓度为1.8mol/L,
则A、B的浓度变化为:=6mol/L-2.4mol/L=3.6mol/L;B的浓度变化为:=3mol/L-1.8mol/L=1.2mol/L;此时间内平均速率v(B)= =0.3mol/(L·min);浓度变化与化学计量数成正比,则3:b=:=3.6mol/L:1.2mol/L =3:1,则b=1;
本题正确答案是:0.3 mol/(L·min);
(2)甲容器的体积为1L,乙容器的体积为2L,乙容器的体积大于甲的,浓度小则反应速率小,到达平衡的时间长,所以乙容器中反应达到平衡时所需时间大于4min;
本题正确答案是:大于; 乙容器的体积大于甲容器的体积,反应物浓度减小,反应速率减慢,达到平衡所需要的时间就要长;
(3)根据等效平衡规律,在恒温恒容下,转化为同一反应方向的物质的物质的量和原来对应相等即可,3molC、2molD完全转化后生成3molA和1molB,还需3molA和2molB才能与乙为等效平衡;
因此,本题正确答案是:3mol;2mol;
(4)因为该反应是体积增大的可逆反应,因为甲的容器体积小,则压强大,平衡向着逆向移动,甲中反应物的转化率小于乙,且达到平衡时甲中各组分浓度都大于乙的,
A.保持温度不变,增大甲容器的体积至2L,则此时甲和乙为等效平衡,甲、乙容器中B的平衡浓度相等,所以A选项是正确的;
B.保持容器体积不变,使甲容器升高温度,该反应为放热反应,平衡向着逆向移动,甲中B浓度增大,则无法满足甲、乙容器中B的平衡浓度相等,故B错误;
C.保持容器压强和温度都不变,向甲中加入一定量的A气体,因为反应物A的浓度增大,则平衡向着正向移动,甲中B的浓度减小,可能实现甲、乙容器中B的平衡浓度相等,所以C选项是正确的;
D.保持容器压强和温度都不变,向甲中加入一定量的B气体,达到平衡时甲中B的浓度更大,无法满足甲、乙容器中B的平衡浓度相等,故D错误;
本题正确答案是:AC。
(5) 甲容器的体积为1L,加入6mol A和3mol B,则A、B的浓度分别为:6mol/L、3mol/L,4min时甲容器内的反应恰好达到平衡,A的浓度为2.4mol/L、B的浓度为1.8mol/L,C的浓度为3.6mol/L,D的浓度为2.4mol/L,根据 3A(g)+bB(g) ⇌3C(g)+2D(g)反应可知,平衡常数为K= ==10.8;该温度下,向体积为1L的密闭容器中通入A、B、C、D气体物质的量分别为3mol、1mol、3mol、2mol,Qc===4
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