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2021高三化学人教版一轮课后限时集训：22 化学平衡状态和平衡移动 Word版含解析
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1．(2019·陕西部分学校联考)已知HI在催化剂作用下分解速率会加快，其能量随反应过程的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．加入催化剂，减小了反应的活化能
B．加入催化剂，可提高HI的平衡转化率
C．降低温度，HI的分解速率加快
D．当混合气体的平均相对分子质量不变时，可说明该反应2HI(g) H2(g)＋I2(g)达到平衡状态
A [使用催化剂可以减小反应活化能，加快反应速率，但不改变转化率，A正确，B错误；降温反应速率减慢，C错误；该反应为前后气体分子数相等，eq \x\t(M)是不变的量，不能作为判断平衡的标志，D错误。]
2．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)催化剂,2CO2(g)＋N2(g) ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应进行到t1时刻达到平衡状态的是( )
A B C D
B [A项，t1不能说明v正＝v逆，错误；B项，容器为绝热、恒容密闭体系，随着反应的进行，体系的温度升高，K不断减小，当K不变时，即温度保持不变，该反应达到平衡状态，正确；C、D项，t1时均未达平衡状态，错误。]
3．下列措施会使平衡向左移动的是 ( )
A．恒温时，增大平衡体系N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的压强
B．恒压下，降低平衡体系H2(g)＋I2(g) 2HI(g) ΔH<0的温度
C．向FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入少量固体KCl
D．恒温恒压下向平衡体系N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)中充入氦气
[答案] D
4．利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。
反应一：
Ni(粗，s)＋4CO(g)eq \(,\s\up10(50～80 ℃))Ni(CO)4(g) ΔH＜0
反应二：
Ni(CO)4(g) eq \(,\s\up10(180～200 ℃))Ni(纯，s)＋4CO(g) ΔH＞0
下列说法错误的是( )
A．对于反应一，适当增大压强，有利于Ni(CO)4的生成
B．提纯过程中，CO气体可循环使用
C．升高温度，反应一的反应速率减小，反应二的反应速率增大
D．对于反应二，在180～200 ℃，温度越高，Ni(CO)4(g)的转化率越高
C [反应一的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡右移，有利于Ni(CO)4的生成，A正确；反应一以CO为原料，反应二产生CO，故其可以循环使用，B正确；升高温度，反应一和反应二的反应速率都增大，C不正确；反应二的正反应是吸热反应，在180～200 ℃，温度越高，反应进行程度越大，Ni(CO)4(g)的转化率越高，D正确。]
5．(2019·湖南长沙一模)一定条件下，在体积为2 L的密闭容器中，3 ml X和3 ml Y发生反应：3X(g)＋Y(g) 2Z(g) ΔH>0，经60 s达到平衡，生成0.4 ml Z。下列说法正确的是( )
A．60 s内平均反应速率v(X)＝0.05 ml/(L·s)
B．其他条件不变，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
C．其他条件不变，若初始投入2 ml X和2 ml Y，则物质Y的转化率减小
D．其他条件不变，将容器体积变为4 L，Z的平衡浓度变为原来的一半
C [60 s内在2 L的容器中消耗0.6 ml X，故v(X)＝0.005 ml/(L·s)，A错误；升高温度，正反应速率增大，逆反应速率也增大，B错误；其他条件不变，若初始投入2 ml X和2 ml Y，相当于减压，平衡逆向移动，则物质Y的转化率减小，C正确；其他条件不变，将容器体积变为4 L，相当于减压，平衡逆向移动，Z的平衡浓度小于原来的一半，D错误。]
6．(2019·衡水模拟)某温度下，反应2A(g)B(g) ΔH>0，在密闭容器中达到平衡，平衡后eq \f(cA,cB)＝a，若改变某一条件，足够时间后反应再次达到平衡状态，此时eq \f(cA,cB)＝b，下列叙述正确的是 ( )
A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了B气体，则a
C．若其他条件不变，升高温度，则a
B [A项，充入B气体后平衡时压强变大，正向反应程度变大，eq \f(cA,cB)变小，即a>b，错误；B项，在该温度恒压条件下，再充入B气体，新平衡状态与原平衡等效，eq \f(cA,cB)不变，即a＝b，正确；C项，升温，平衡右移，eq \f(cA,cB)变小，即a>b，错误；D项，相当于减压，平衡左移，eq \f(cA,cB)变大，即a
A．若A为气态，则混合气体的密度不再变化时反应达到平衡状态
B．升高温度，C的体积分数增大，则该反应的正反应为放热反应
C．达到平衡后，向容器中加入B，正反应速率一定加快
D．达到平衡后，若将容器的容积压缩为原来的一半，C的浓度变为原来的1.8倍，则A一定为非气态
D [若A为气态，而B的状态不确定，则反应过程中混合气体的密度可能不发生变化，A项错误；升高温度，C的体积分数增大，说明平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，B项错误；若B为非气态物质，达到平衡后，向容器中加入B，正反应速率不变，C项错误；达到平衡后，若将容器的容积压缩为原来的一半，假设平衡不发生移动，则C的浓度应为原来的2倍，而实际上C的浓度变为原来的1.8倍，说明增大压强，平衡逆向移动，由于增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，则A一定为非气态，D项正确。]
8．(2019·重庆七校联考)将H2和CO2按物质的量之比为2∶1通入一密闭容器中，在一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)eq \(,\s\up10(催化剂))CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。温度对CO2的平衡转化率和催化剂的催化效率的影响如图所示。下列说法不正确的是( )
A．M点H2的体积分数为11.1%
B．生成乙烯的速率：v(M)>v(N)
C．250 ℃左右催化剂的催化效率最高
D．温度越高，CO2的体积分数越高
A [M点CO2的平衡转化率为50%，设通入的CO2为a ml，则通入的H2为2a ml，反应的CO2为0.5 a ml，反应的H2为1.5 a ml，生成乙烯0.25 a ml，生成H2O a ml，故M点H2的体积分数为eq \f(2a－1.5a,2a－1.5a＋a－0.5a＋0.25a＋a)×100%≈22.2%，A项错误；M点的温度比N点高，且M点对应温度下催化剂的催化效率最高，故生成乙烯的速率：v(M)>v(N)，B项正确；由题给图像可知250 ℃左右催化剂的催化效率最高，C项正确；由题给图像可知，随着温度升高CO2的平衡转化率降低，即升高温度可使平衡逆向移动，则温度越高，CO2的体积分数越高，D项正确。]
9．(2019·沧州模拟)向某密闭容器中加入0.15 ml·L－1 A、0.05 ml·L－1 C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图中甲图所示[t0～t1时c(B)未画出，t1时c(B)增大到0.05 ml·L－1]。
乙图为t2时刻后改变反应条件，平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。(已知t4时改变的条件为减小压强)
(1)B的起始物质的量浓度为________ml·L－1。
(2)若t5时改变的条件是升温，此时v(正)>v(逆)，若A的物质的量减少0.03 ml时，容器与外界的热交换总量为a kJ，写出反应的热化学方程式：______________
____________________________________________________________________。
(3)t3时改变的某一反应条件可能是________(填字母)。
a．使用催化剂 b．增大压强 c．增大反应物浓度
(4)在恒温恒压下通入惰性气体，v(正)________v(逆)(填“>”“＝”或“<”)。
[解析] 根据题意：A、C的化学计量数之比为0.09∶0.06＝3∶2，再根据改变压强，平衡不移动可知反应为等体反应，所以方程式为3A(g)2C(g)＋B(g)。
(1)c(B)＝(0.05－0.03) ml·L－1＝0.02 ml·L－1。
(2)升温，v(正)>v(逆)，反应为吸热反应，故热化学方程式为3A(g)B(g)＋2C(g) ΔH＝＋100 a kJ·ml－1。
(3)t3时，改变条件，v(正)＝v(逆)且增大，又因反应为等体反应，故条件为增大压强或使用催化剂。
(4)恒温恒压下通入惰性气体，相当于减压，等体反应平衡不移动，v(正)＝v(逆)。
[答案] (1)0.02
(2)3A(g) 2C(g)＋B(g) ΔH＝＋100a kJ·ml－1
(3)ab (4)＝
10．(2019·绵阳模拟)(1)已知：①CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH1＝－41.2 kJ·ml－1
②COS(g)＋H2O(g) H2S(g)＋CO2(g)
ΔH2＝－35.5 kJ·ml－1
则氢气脱除COS生成CO和H2S的热化学方程式为
_______________________________________________________________。
(2)利用反应②可在高温下脱除COS，在t ℃下，向容积固定的密闭容器中充入5 ml H2O(g)和5 ml COS(g)，测得混合气体中H2S体积分数(φ)与时间(t)的关系如图所示。
①下列能说明该可逆反应达到平衡状态的是________(填标号)。
A．v消耗(H2O)＝v生成(CO2)
B．eq \f(nCOS,nH2S)不变
C．压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
②该条件下COS的平衡转化率为________，t ℃时该反应的平衡常数K＝________。
(3)将含COS和H2O的某工业气体按一定流速通过以Al2O3为载体的催化剂，在不同温度下测得COS水解转化率如图所示。
①当温度升高到一定值后，发现一定时间内COS水解转化率降低，可能的原因是_________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②在催化剂不变时，为提高COS的水解转化率可采取的措施有________、________。
[解析] (1)根据盖斯定律，由②－①，可得：H2(g)＋COS(s) CO(g)＋H2S(g) ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－35.5 kJ·ml－1－(－41.2 kJ·ml－1)＝＋5.7 kJ·ml－1。(2)①A项，v消耗(H2O)、v生成(CO2)均表示正反应速率，两者相等不能说明反应达到平衡状态，错误；B项，eq \f(nCOS,nH2S)不变，则c(COS)、c(H2S)不变，可以说明反应达到平衡状态，正确；C项，该反应在反应前后气体分子数不变，因此压强始终不变，不能说明反应达到平衡状态，错误；D项，反应体系全为气体，气体质量不变，容器体积不变，因此气体密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，错误。②设COS转化的物质的量为a ml，则平衡时H2S为a ml，混合气体中H2S的体积分数即为其物质的量分数，则eq \f(a,5＋5)×100%＝40%，解得a＝4，故COS的平衡转化率为eq \f(4 ml,5 ml)×100%＝80%。达平衡时COS、H2O的物质的量均为1 ml，H2S、CO2的物质的量均为4 ml，设容器体积为V L，t ℃时该反应的平衡常数K＝eq \f(\f(4 ml,V L)×\f(4 ml,V L),\f(1 ml,V L)×\f(1 ml,V L))＝16。(3)①COS的水解反应为放热反应，当温度升高到一定值后，继续升温，催化剂活性降低且平衡向逆反应方向移动，因此COS的水解转化率降低。②根据图示可知，为提高COS的水解转化率，可以采取的措施有控制温度在200 ℃，也可根据化学平衡移动原理，增大水蒸气浓度[或增大eq \f(nH2O,nCOS)]，来提高COS的水解转化率。
[答案] (1)H2(g)＋COS(g) CO(g)＋H2S(g) ΔH＝＋5.7 kJ·ml－1
(2)①B ②80% 16
(3)①继续升温，催化剂活性降低且平衡向逆反应方向移动
②控制温度在200 ℃ 增大水蒸气浓度[或增大eq \f(nH2O,nCOS)]
11．向Ⅰ、Ⅱ两个体积相同的恒容密闭容器中各充入2 ml NO2气体，发生反应：2NO2(g) N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ·ml－1，达到平衡后，Ⅰ、Ⅱ两个容器中NO2的转化率分别为α1和α2。下列推断正确的是 ( )
eq \x( Ⅰ ) eq \x( Ⅱ )
恒温容器 绝热容器
A．转化率大小：α1<α2
B．Ⅱ中混合气体颜色较浅
C．Ⅰ中混合气体密度较大
D．Ⅱ中混合气体平均相对分子质量较小
D [开始时只充入NO2气体，NO2显红棕色，N2O4呈无色，该反应的正反应是放热反应。在容器Ⅱ中，随着反应进行，容器内温度升高，相当于容器Ⅰ达到平衡之后加热，平衡向左移动，故容器Ⅰ中NO2的转化率较大，A项错误；容器Ⅱ中NO2的浓度较大，颜色较深，B项错误；两个容器的体积相同，气体总质量相等，故密度相等，C项错误；混合气体中，NO2的体积分数越大，混合气体的平均相对分子质量越小，相对于容器Ⅰ，容器Ⅱ中NO2体积分数较大，故Ⅱ中混合气体的平均相对分子质量较小，D项正确。]
[教师用书独具]
(2019·石家庄模拟)同温度下，体积均为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.6 kJ·ml－1。测得数据如表：
下列叙述不正确的是( )
A．容器①、②中反应达平衡时压强相等
B．容器②中反应开始时v(正)>v(逆)
C．容器②中反应达平衡时，吸收的热量Q为9.26 kJ
D．若条件为“绝热恒容”，容器①中反应达平衡时n(NH3)<0.6 ml
B [根据容器①中反应达到平衡时能量的变化可知，该反应中转化的N2为eq \f(27.78 kJ,92.6 kJ·ml－1)＝0.3 ml，因此根据三段式法可得
N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g)
起始/(ml) 2 3 0
转化/(ml) 0.3 0.9 0.6
平衡/(ml) 1.7 2.1 0.6
故平衡常数K＝eq \f(0.62,1.7×2.13)≈0.023
12．(2019·惠州模拟)除去水蒸气后的水煤气主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4，继续除去H2S后，可采用催化或非催化转化技术，将CH4转化成CO，得到CO、CO2和H2的混合气体，它是理想的合成甲醇原料气。
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为：C(s)＋H2O(g)eq \(,\s\up10(高温))CO(g)＋H2(g)，此反应是吸热反应。
①此反应的化学平衡常数表达式为______________。
②下列能增大碳的转化率的措施是________。
A．加入C(s) B．加入H2O(g)
C．升高温度 D．增大压强
(2)将CH4转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：CH4(g)＋eq \f(3,2)O2(g) CO(g)＋2H2O(g) ΔH＝－519 kJ·ml－1。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)：
①X在750 ℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
②Y在600 ℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×105倍；
③Z在440 ℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×106倍；
根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是________(填“X”“Y”或“Z”)，选择的理由是__________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)合成气合成甲醇的主要反应是：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.8 kJ·ml－1。
T ℃时，此反应的平衡常数为160，此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下：
①该时间段内反应速率v(H2)＝________ ml·L－1·min－1。
②此时，正、逆反应速率的大小：v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
(4)生产过程中，合成气要进行循环，其目的是______________________
__________________________________________________________________。
[解析] (1)①根据平衡常数的概念可知该反应的平衡常数K＝eq \f(cCO·cH2,cH2O)。②加入C(s)，平衡不移动，但碳固体增多，碳的转化率降低，A项错误；加入H2O(g)，能促使平衡正向移动，碳的转化率增大，B项正确；该反应为吸热反应，升高温度能促使平衡正向移动，碳的转化率增大，C项正确；该反应的正反应为气体分子数增大的反应，增大压强平衡逆向移动，碳的转化率降低，D项错误。(2)根据X、Y、Z三种催化剂催化效率最高的温度和反应加快的倍数，可知该反应最适宜的催化剂是Z，因为相同条件下Z的催化效率高且活性温度低。(3)①结合10 min时H2、CO和CH3OH的物质的量浓度可知反应中c(H2)消耗＝2c(CH3OH)＝0.8
ml·L－1，则10 min内v(H2)＝eq \f(0.8 ml·L－1,10 min)＝0.08 ml·L－1·min－1。②根据表中数据可知Qc＝eq \f(0.4,0.22×0.1)＝100
[答案] (1)①K＝eq \f(cCO·cH2,cH2O) ②BC
(2)Z 催化效率高且活性温度低
(3)①0.08 ②>
(4)提高原料利用率(或提高产量)
容器
编号
起始时各物质的物质的量/ml
N2
H2
NH3
达到平衡时体系能量的变化
①
2
3
0
27.78 kJ
②
1.6
1.8
0.8
Q
物质
H2
CO
CH3OH
浓度/(ml·L－1)
0.2
0.1
0.4
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