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第三节 化学平衡第1课时同步练习题

第三节　化学平衡

第1课时　化学平衡状态

基础过关练

题组一　可逆反应

1.(2021河北衡水高二期中)下列反应不属于可逆反应的是 (　　)

A.Cl2溶于水

B.NH3溶于水

C.工业合成氨的反应

D.电解水生成H2和O2与点燃H2和O2的混合物生成水

2.(2020黑龙江牡丹江一中高二月考)一定温度下,在恒容密闭容器中发生可逆反应:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L,当反应达到平衡时,下列叙述正确的是              (　　)

A.c(X2)=0.2 mol/L

B.c(Y2)=0.4 mol/L

C.c(Z)可能为0.3 mol/L

D.c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.5 mol/L

3.(2021江西南康中学高二月考)下列有关可逆反应的说法不正确的是              (　　)

A.可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应

B.可逆反应的速率越大,反应进行的限度也就越大

C.可逆反应达到平衡时,反应并未停止,但是用反应物或生成物表示的平均反应速率为0

D.存在平衡的不一定是可逆反应

题组二　化学平衡状态的建立

4.(2021四川南充高级中学高二月考)如图是一定条件下可逆反应X2+3Y2 2Z在反应过程中反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是              (　　)

A.t1时,只发生正方向的反应

B.t2时,反应未达到最大限度

C.t2~t3时,反应不再发生

D.t2~t3时,各物质的浓度不再发生变化

5.(2020河南平顶山高二第一次月考)在容积固定的4 L密闭容器中进行可逆反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g)并达到平衡,在此过程中,以Y的浓度改变表示的反应速率v(正)、v(逆)与时间t的关系如图所示。则图中阴影部分的面积表示              (　　)

A.X的浓度的减少　　　　　　B.Y的物质的量的减少

C.Z的浓度的增加　　　　　　D.X的物质的量的减少

题组三　化学平衡状态的判断

6.(2021北京延庆高二期中)氮化硅陶瓷能代替金属用来制造发动机的耐热部件。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g)　ΔH<0。若在恒压绝热容器中反应,下列选项表明反应一定已达化学平衡状态的是              (　　)

A.容器的温度保持不变

B.容器的压强保持不变

C.v正(N2)=6v逆(HCl)

D.容器内的气体c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6

7.(2021河北张家口高二月考)在地壳内SiO2和HF存在以下平衡:SiO2(s)+4HF(g)SiF4(g)+2H2O(g)　ΔH=+148.9 kJ/mol。如果上述反应在密闭容器中发生,当反应达到平衡状态时              (　　)

A.2v(正、HF)=v(逆、H2O)　　　　　　

B.v(H2O)=v(SiF4)

C.SiO2的质量保持不变　　　　　　

D.反应物不再转化为生成物

8.(2021福建南安高二月考)一定温度下,在2 L固定容积的密闭容器中发生反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH>0。反应物和部分生成物的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列说法中正确的是              (　　)

A.曲线a表示NO2的物质的量随反应时间的变化

B.0~20 s内平均反应速率v(N2O5)=0.1 mol·(L·s)-1

C.10 s时,正、逆反应速率相等,达到平衡

D.20 s时,正反应速率大于逆反应速率

能力提升练

1.(2021河南洛阳一中高二月考,)一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是              (　　)

A.c1∶c2=1∶3

B.X、Y的转化率相等

C.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3

D.c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L-1

2.(2020北京101中学高二期末,)用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl,利用下列反应可实现氯的循环利用:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-115.6 kJ·mol-1。恒温恒容的密闭容器中,充入一定量的反应物发生上述反应,能说明该反应达到化学平衡状态的是              (　　)

A.气体的总质量不再改变

B.氯化氢的转化率不再改变

C.断开4 mol H—Cl键的同时生成4 mol H—O键

D.n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2

3.(2019江西南昌二中高二上第一次月考,疑难1,)在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g)。2 min末该反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测得C的浓度为0.8 mol·L-1。下列判断错误的是              (　　)

A.x=4

B.2 min内B的反应速率为0.1 mol·L-1·min-1

C.混合气体密度不变,则表明该反应已达到平衡状态

D.B的转化率为40%

4.(2021辽宁大连高二月考,疑难2,)一定条件下的密闭容器中,可逆反应2A(g) B(g)+3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态的是              (　　)

5.(2020湖北黄冈高二月考,疑难2,)2NO22NO+O2在密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是              (　　)

①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2

②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO

③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示反应速率的比为2∶2∶1

④混合气体的颜色不再改变

⑤混合气体平均相对分子质量不再改变

A.①③④　　　　　　B.②③⑤

C.①④⑤　　　　　　D.①②③④⑤

6.(2021黑龙江双鸭山一中高二月考,疑难1、2,)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表:

(1)下图中表示NO2的变化的曲线是　　　　。用NO表示0~2 s内该反应的平均速率为　　　　。 

(2)能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　。 

a.v(NO2)=2v(O2)　　　　　　　

b.容器内压强保持不变

c.v逆(NO)=2v正(O2)　　　　　　　

d.容器内气体密度保持不变

(3)下列措施能使该反应的速率增大的是　　　　。 

a.及时分离出NO2气体　

b.适当升高温度

c.增大O2的浓度　

d.选择高效催化剂

7.(疑难1、2,)一定温度下,在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),10 min时,反应达到平衡状态,此时有3 mol SO2发生了反应。

(1)反应生成了　　　mol SO3,v(SO2)=　　　。 

(2)平衡时SO3的浓度是　　　　　　。 

(3)平衡时容器内气体的总物质的量为　　　mol。 

(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡状态,下列还可以说明该反应已达平衡状态的是　　　　(填序号)。 

①体系内压强不再改变

②容器内气体的密度不再改变

③混合气体的平均相对分子质量不再改变

④v正(SO3)=2v逆(O2)

⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)=2∶1∶2

答案全解全析

基础过关练

1.D　Cl2溶于水发生Cl2+H2O HCl+HClO,为可逆反应,A项错误;NH3溶于水存在NH3+H2O NH3·H2O,为可逆反应,B项错误;合成氨时发生N2+3H2 2NH3,为可逆反应,C项错误;电解水生成H2和O2,点燃H2和O2的混合物生成水,两反应条件不同,不属于可逆反应,D项正确。

2.C　若0.2 mol/L Z全部分解,则生成的X2、Y2均为0.1 mol/L,此时X2、Y2分别为0.2 mol/L、0.4 mol/L,同理若X2、Y2完全反应后,剩余的Y2为0.2 mol/L,生成的Z为0.2 mol/L,此时Z为0.4 mol/L,但由于是可逆反应,反应不能进行到底,即反应达到平衡时,0<c(X2)<

0.2 mol/L、0.2 mol/L<c(Y2)<0.4 mol/L,0<c(Z)<0.4 mol/L,A项、B项均错误,C项正确;根据反应前后气体的物质的量不变可知c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6 mol/L,D项错误。

3.B　在同一条件下,能同时向正、逆两个方向进行的反应为可逆反应,A正确;可逆反应的速率大小与反应限度大小没有必然联系,B项错误;可逆反应达到平衡状态时,反应并未停止,但反应物或生成物的浓度变化均为0,即用反应物或生成物表示的平均反应速率为0,C项正确;晶体投入其饱和溶液中存在溶解与结晶的过程,故存在平衡的不一定是可逆反应,D项正确。

4.D　从图中可看出,t1时正反应速率大于逆反应速率,反应向正方向进行,A项错误;t2时反应达到平衡状态,达到最大限度,B项错误;t2~t3时处于平衡状态,正、逆反应速率相等,反应仍在进行,C项错误;t2~t3时各物质的浓度保持恒定,D项正确。

5.C　SabdO表示向正反应方向进行时Y减少的浓度,而SbOd则表示向逆反应方向进行时Y增大的浓度,SaOb=SabdO-SbOd,表示向正反应方向进行时Y“净”减少的浓度,而Y表示的反应速率与Z表示的反应速率相等,则阴影部分可表示Y的浓度的减少或Z的浓度的增加,故选C。

6.A　正反应为放热反应,该反应在恒压绝热容器中进行,当容器中温度不变时,说明反应达到化学平衡状态,A项正确;该容器为恒压绝热容器,容器的压强保持恒定,容器的压强不变不能判断是否达到化学平衡状态,B项错误;达到平衡时正、逆反应速率相等,即6v正(N2)=

v逆(HCl),v正(N2)=6v逆(HCl)时反应未达到平衡状态,C项错误;达到平衡时各组分浓度保持不变,但不一定等于化学计量数之比,即当c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6时不一定达到化学平衡状态,D项错误。

7.C　当v(正、HF)=2v(逆、H2O)时达到平衡状态,A项错误;B项没有说明方向,无法判断是否达到平衡,错误;当SiO2质量保持不变时,即各组分浓度均保持不变,达到平衡状态,C项正确;达到平衡状态时反应物转化为生成物的反应速率与生成物转化为反应物的反应速率相等,D项错误。

8.A　根据该反应中N2O5与NO2的化学计量数关系和图像中物质的量变化量之比,可知曲线a表示NO2的物质的量随反应时间的变化,曲线b表示N2O5的物质的量随反应时间的变化,A项正确;0~20 s内消耗2.0 mol N2O5,则v(N2O5)==0.05 mol·(L·s)-1,B项错误;10 s时反应还未达到平衡状态,且正反应速率大于逆反应速率,C项错误;20 s时,各物质浓度不再发生变化,达到平衡状态,正、逆反应速率相等,D项错误。

能力提升练

1.C　若反应正向进行,设反应中消耗X的浓度为x,则

　　　X(g)　　+　　3Y(g)　　2Z(g)

初始: c1　        c2　        c3

转化: x　        3x　        2x

平衡: 0.1 mol·L-1  0.3 mol·L-1  0.08 mol·L-1

即c1∶c2=(x+0.1 mol·L-1)∶(3x+0.3 mol·L-1)=1∶3,A项正确;X的转化率为×100%,Y的转化率为×100%,由c1∶c2=1∶3,得X、Y的转化率相等,B项正确;平衡时,正、逆反应速率相等,则Y和Z的生成速率之比为3∶2,C项错误;反应中物质不可能完全转化,若开始时反应正向进行,则c1<0.14 mol·L-1,又因为X的起始浓度不为0,故0<c1<0.14 mol·L-1,D项正确。

2.B　气体的总质量保持不变,即根据气体总质量不再改变无法判断是否达到平衡状态,A项错误;氯化氢的转化率不再改变,说明各物质的量不变,反应达平衡状态,B项正确;只要反应发生就存在断开4 mol H—Cl键的同时生成4 mol H—O键,C项错误;n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2,不能说明各物质的量不变,D项错误。

3.C　根据化学平衡三段式列式计算,平衡时C的浓度为0.8 mol·L-1,物质的量为1.6 mol,则:

3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g)

起始量(mol)　　  3　　1　　　　0　　 0

变化量(mol)　    1.2　0.4　　　1.6　 0.8

平衡量(mol)　    1.8　0.6　　　1.6　 0.8

根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比可知x=4,故A正确;2 min内B的反应速率==0.1 mol·L-1·min-1,故B正确;反应前后气体总质量不变,混合气体密度不变,不能表明该反应已达到平衡状态,故C错误;B的转化率=×100%=40%,故D正确。

4.C　化学反应达到平衡时,同种物质表示的正、逆反应速率相等,不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比。v(A)∶v(B)=2∶1,则A、B、D项均错误;当v正(A)=1 mol·L-1·min-1,v逆(C)=1.5 mol·L-1·min-1时,符合v正(A)∶v逆(C)=2∶3,C项正确。

5.C　①生成2n mol NO2时消耗n mol O2,即单位时间内O2生成量和消耗量相同,达到平衡状态;②均向同一方向,无法判断是否达到平衡状态;③根据该反应的化学计量数可知,反应速率之比为2∶2∶1,但不能由此确定是否达到平衡状态;④NO2为红棕色气体,混合气体颜色不再变化,即达到平衡状态;⑤反应前后气体总物质的量不同,当混合气体的平均相对分子质量不再改变时,即达到平衡状态。综上①④⑤均能说明达到平衡状态。

6.答案　(1)b　0.003 mol/(L·s)　(2)bc　(3)bcd　

解析　(1)根据表格中数据可知,达到平衡状态时,反应消耗n(NO)=(0.020-0.007) mol=0.013 mol,则平衡时生成n(NO2)=

0.013 mol,即Δc(NO2)==0.006 5 mol/L,则表示NO2的变化的曲线是b;0~2 s内,v(NO)==0.003 mol/(L·s)。(2)v(NO2)=2v(O2)时,未指明反应速率方向,无法判断是否达到平衡状态,a错误;该反应前后气体总物质的量不等,当容器内压强保持不变时,说明反应达到平衡状态,b正确;v逆(NO)=2v正(O2)时,反应达到平衡状态,c正确;容器体积和气体总质量恒定,即气体密度始终保持不变,由此无法判断是否达到平衡状态,d错误。(3)及时分离出NO2,生成物的浓度减小,反应速率减小,a错误;适当升高温度,反应速率增大,b正确;增大反应物O2浓度,反应速率增大,c正确;选择高效催化剂,降低反应的活化能,反应速率增大,d正确。

7.答案　(1)3　0.03 mol·L-1·min-1　

(2)0.3 mol·L-1

(3)6.5　

(4)①③④

解析　　　　　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)

开始:         5 mol　3 mol　　0

变化:         3 mol　1.5 mol　3 mol

平衡:         2 mol　1.5 mol　3 mol

(1)反应生成了3 mol SO3,v(SO2)===0.03 mol·L-1·min-1。(2)平衡时SO3的浓度为=0.3 mol·L-1。(3)平衡时混合气体的总物质的量为2 mol+1.5 mol+3 mol=6.5 mol。(4)根据化学方程式知:①体系压强不变,说明反应已达平衡状态;②容器的体积不变,混合气体的质量不变,则反应过程中气体密度始终不变,密度不变不能说明反应已达平衡状态;③混合气体的总质量不变,但反应过程中混合气体的总物质的量改变,若混合气体的平均相对分子质量不变,说明反应已达平衡状态;④表示v正=v逆,说明反应已达平衡状态;⑤三者的物质的量之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达平衡状态。