高中化学人教版 (2019)必修 第二册第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化随堂练习题

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第14讲 化学反应的限度

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模块一 可逆反应与化学平衡

知识精讲

思考与交流
（1）写出SO2 转化为SO3、工业合成氨、形成氯水的三个化学方程式。



（2）观察上述方程式，有何共同的特点？




【答案】SO2 + O2 2SO3 N2 + 3H2 2NH3 Cl2 + H2O HClO + HCl

一、可逆反应
1．定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
2．表示：书写可逆反应的方程式不用“===”，而用“”连接。
3．特点：

思考与交流：新制氯水中含有哪些微粒？氯气的转化率有没有可能达到100%？
【答案】Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-。可逆反应中，反应物与生成物共存，任何反应物的转化率都不可能达到100%

二、化学反应的限度
1．化学平衡状态的建立过程

加入反应物，从正反应方向开始 加入生成物，从逆反应方向开始

2．化学平衡状态的概念
一定条件下的可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。

3．化学平衡的基本特征

【答案】可逆 ＝ ≠ 保持不变
对点训练

题型一：可逆反应判断与特点
【例1】下列反应属于可逆反应的是(　　)
A．Na溶于水的反应
B．NH3溶于水的反应
C．可充电电池的反应，如H2O＋Zn＋Ag2OZn(OH)2＋2Ag
D．电解水生成H2和O2，点燃H2和O2的混合物生成水
【答案】B
【分析】
根据题中属于可逆反应可知，本题考查可逆反应的判断，运用可逆反应是指在同一条件下，既能向生成物方向进行，同时又能向反应物方向进行的反应分析。
【详解】
A．Na溶于水会与水反应，2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，不属于可逆反应，故A不选；
B．氨气溶解于水，NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-，属于可逆反应，故选B；
C．可充电电池的反应中向两个方向反应的条件不同，为不可逆反应，故C不选；
D．水电解生成H2和O2，条件是通电电解，H2在O2中燃烧生成水的反应条件为点燃，两者反应条件不一样，不属于可逆反应，故D不选；
答案选B。
【点睛】
可逆反应是指在同一条件下，既能向生成物方向进行，同时又能向反应物方向进行的反应，特别注意条件相同，同时向正逆两个方向进行。
【例2】在下列反应CO+H2O⇌CO2+H2中，加入C18O后，则18O存在于
A．只存在于CO和CO2中 B．存在于CO、H2O、CO2中
C．只存在于CO中 D．存在于CO、H2O、CO2、H2中
【答案】B
【详解】
由于反应CO+H2O⇌CO2+H2为可逆反应，正反应、逆反应同时进行，则含有O元素的物质中均含有18O，故选B。

题型二：化学平衡状态的特征
【变3-1】向一密闭容器中放入1molX，进行可逆反应2X(g)3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是( )

A．t1时，只有正反应
B．t2～t3时，反应不再发生
C．t2时，容器内有1.5molY
D．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化
【答案】D

知识精讲

三、化学平衡状态的判断
1．速率相等：
①同种物质—— v正(A) = v逆(A)
②不同物质—— v正(A) : v逆(B) = a : b(化学计量数之比)
2．变量不变：
①各组分的物质的量、质量、浓度、百分含量等保持不变。
②总压强、总物质的量、混合气体的 Mr、体系的密度、颜色等，根据具体情况分析。

思考与交流：判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？
1．在体积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2(g)2NO(g) + O2(g)
(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表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态(　　)
(4)单位时间内消耗2n mol NO2的同时，生成2n mol NO2(　　)
(5)单位时间内断开n mol NO中的N—O键的同时生成2n mol O＝O键(　　)
(6)NO2减少的化学反应速率和NO减少的化学反应速率相等(　　)
【答案】 (1)√； (2)×； (3)×； (4)√； (5)×； (6)√

2．在两个恒容容器中各发生如下反应

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
H2(g) + I2(g)2HI(g)
①气体的总物质的量不变


②气体的总质量不变


③气体的总压强不变


④气体的密度不变


⑤气体的平均相对分子质量不变


⑥混合气体的颜色不变


⑦体系的温度不变


【答案】√，×，√，×，√，×，√ ×，×，×，×，×，√，√

对点训练

题型三：化学平衡状态的判断
【变4-2】一定条件下，NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体。将体积比为1∶2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应，下列不能说明反应达到平衡状态的是
A．混合气体颜色保持不变 B．体系的平均相对分子质量保持不变
C．NO2和SO2的体积比保持不变 D．每消耗1 mol SO2的同时生成1 mol NO2
【答案】B
【详解】
A．发生反应：NO2(g)＋SO2(g) NO(g)＋SO3(g)。A说明c(NO2)不变，可以作为达到平衡的标志，故A正确；
B．平均相对分子质量M=，气体的总质量不变，气体的总物质的量不变，则平均相对分子质量始终不变，故B错误；
C．NO2和SO2的起始体积比为1∶2，反应过程中二者变化量(设为x)相同，则平衡时体积比为(1-x)∶(2-x)，当体积比保持不变时表示反应达到平衡，故C正确；
D．消耗SO2表示正反应，生成NO2表示逆反应，故D正确；
故选B。
【变4-3】一定温度下，在恒容的密闭容器中。该反应A(g)+3B(g)=2C(g)达到平衡状态的标志有
①B的生成速率与C的消耗速率之比为3：2 ②容器中的压强不再发生变化 ③容器内混合气体的密度不变化 ④混合气体的平均相对分子质量不变 ⑤C的物质的量浓度不再变化 ⑥密闭容器中n(A)：n(B)：n(C)=1：3：2
A．①④⑤ B．②③⑤ C．②④⑥ D．②④⑤
【答案】D
【详解】
①B的生成速率与C的消耗速率均表示逆反应速率，故不能说明正逆反应速率相等，故不能说明反应达到平衡状态；
②容器容积不变，混合气体物质的量随反应的进行发生变化，则容器内压强为变化的量，故容器中的压强不再发生变化，能说明反应达到平衡状态；
③混合气体质量不变，容器容积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，则当容器内混合气体的密度不变化时，不能说明反应达到平衡状态；
④混合气体质量不变，混合气体物质的量随反应的进行发生变化，则混合气体的平均相对分子质量是一个变化的量，当混合气体的平均相对分子质量不变时，能说明反应达到平衡状态；
⑤C的物质的量浓度不再变化，说明正逆反应速率相等，能说明反应达到平衡状态；
⑥密闭容器中n(A)：n(B)：n(C)=1：3：2，，故不能说明反应达到平衡状态；综上所述，②④⑤能说明反应达到平衡状态，故D正确；
故选D。
【变4-5】将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。能判断该反应已经达到化学平衡的是
①v(NH3)正=2v(CO2)逆
②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变
④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
⑤密闭容器混合气体的总物质的量不变
⑥密闭容器中 CO2的体积分数不变
⑦混合气体总质量不变
A．①②⑤⑦ B．①②③⑤⑦ C．①②③⑤⑥ D．全部
【答案】B
【分析】
结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判定平衡状态，以此来解答。
【详解】
①v(NH3)正=2v(CO2)逆满足正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故选；
②正反应体积增大，当密闭容器中总压强不变时反应达到平衡状态，故选；
③密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但是气体的质量是变化的，所以当密闭容器中混合气体的密度不变时反应达到平衡状态，故选；
④由于体系中只有两种气体，且氨气和二氧化碳的体积之比始终满足2：1，所以密闭容器中混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故不选；
⑤正反应气体的分子数增大，当密闭容器混合气体的总物质的量不变时反应达到平衡状态，故选；
⑥由于体系中只有两种气体，且氨气和二氧化碳的体积之比始终满足2：1，所以密闭容器中CO2的体积分数始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故不选；
⑦由于反应物是固体，所以混合气体总质量不变时反应达到平衡状态，故选；
故选B。

模块二 化学反应条件的控制

知识精讲

一、控制化学反应条件的意义
促进有利反应，抑制有害反应。

二、控制化学反应条件的方法
改变化学反应速率，改变可逆反应进行的程度。

三、合成氨工业反应条件的控制
合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。

四、煤燃烧反应条件的控制
1．将固体煤粉碎以增大接触面积，同时空气适当过量，以提高转化率。
2．炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。

对点训练

题型四：化学反应条件的控制
【例5】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是_________(填序号)。
①提高燃料的着火点　 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎　
④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理　 ⑥通入适当过量的空气
【答案】③④⑤⑥

【例6】工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400-500℃和常压下的催化氧化: 2SO2 + O2 2SO3, 这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行,下述相关说法中错误的是( )
A．反应温度选择400-500℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果
B．因为在常压下该反应的速率和SO2的转化率已经很高了，所以选择常压条件主要是从生产成本角度考虑
C．为提高SO2的转化率,应适当提高O2的浓度
D．使用催化剂是为了加快反应速率,提高SO3产率
【答案】D

题型五：化学反应速率与限度综合
【变7-1】向容积为2.0L的密闭容器中通入一定量的N2O4(无色气体)和NO2的混合气体，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，反应吸热，体系中各物质的物质的量随时间变化如图所示。下列有关说法正确的是

A．64s时，反应达到化学平衡状态
B．到达化学平衡前，混合气体的颜色逐渐变深
C．若该容器与外界无热传递，则反应达到平衡前容器内气体的温度逐渐升高
D．前100s内，用NO2浓度的变化表示的化学反应速率是0.008 mol·L-1·s-1
【答案】B
【详解】
A．64s时，N2O4、NO2的物质的量相等，但随反应的进行，N2O4的物质的量在减小，反应未达到化学平衡状态，A说法错误；
B．到达化学平衡前，体积不变，NO2的物质的量增大，则混合气体的颜色逐渐变深，B说法正确；
C．若该容器与外界无热传递，该反应为吸热反应，随反应的进行，温度逐渐降低，C说法错误；
D．前100s内，用NO2浓度的变化表示的化学反应速率==0.004mol·L-1·s-1，D说法错误；
答案为B。

提分特训

【题1】下列反应属于可逆反应的是
A．二氧化碳与水反应 B．铜与浓硫酸反应
C．盐酸与氢氧化钠反应 D．氢气在氯气中燃烧
【答案】A
【分析】
可逆反应是在相同条件下，既可以向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
【详解】
A．二氧化碳和水反应生成碳酸，碳酸不稳定，同时又可以分解为二氧化碳和水，故是可逆反应，故A选；
B．铜和浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，硫酸铜、二氧化硫和水不能反应生成铜和硫酸，反应不可逆，故B不选；
C．盐酸与氢氧化钠发生酸碱中和反应，生成的NaCl和水不能反应生成盐酸和氢氧化钠，反应不可逆，故C不选；
D．氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢很稳定，不会在点燃条件下分解为氢气和氯气，故D不选；
故选A。
【点睛】
可以记住一些典型的可逆反应，如二氧化碳和水反应、二氧化硫和水反应、氨和水反应、氯气和水反应、工业合成氨、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫等。
【题2】化学反应在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是
A．无限延长化学反应的时间能改变化学反应的限度
B．、、的物质的量比1：2：2时达到平衡状态
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
D．若开始加入和，达到化学平衡时核素存在于三种物质中
【答案】D
【详解】
A．化学反应的限度和反应时间无关，A错误；
B．、、的物质的量不再发生改变时，达到平衡状态，B错误；
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，化学平衡为动态平衡，化学反应速率不为零，C错误；
D．若开始加入和，根据化学平衡的特点可知道平衡时核素存在于三种物质中，D正确；
答案为：D。
【题3】2molNH3和3molO2在2L密闭容器中发生反应，2min后达到平衡，生成1.5 mol NO。下列有关说法正确的是
A．达到平衡时，4v正(O2)=5v逆(NO)
B．若单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3，则反应达到平衡状态
C．达到平衡时，若增加容器体积，则v正减小，v逆增大
D．2 min内用NH3表示的反应速率为v(NH3)=0.75mol·L-1·min-1
【答案】A
【详解】
A．达到平衡时，正反应速率等于逆反应速率，即4v正(O2)=5v逆(NO)，A正确；
B．单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3，描述的都是正反应速率，不能说明反应达到平衡，B错误；
C．增加容器体积，反应物和生成物浓度均减小，v正、v逆均减小，C错误；
D．2min后生成1.5 mol NO，则NH3减小1.5mol，用NH3表示的反应速率为v(NH3)==0.375mol·L-1·min-1，D错误；
选A。
【题4】在恒温恒容的密闭容器中,有可逆反应 2NO2⇌N2O4 ,下列能说明反应达到了平衡状态的 是
①NO2生成 N2O4的速率与 N2O4 分解生成 NO2速率相等时 ②C(NO2) = C(N2O4)时③N2O4处于不再分解时 ④NO2的分子数与 N2O4 分子数比为 2:1 时 ⑤体系颜色深浅不再发生改变时 ⑥反应器中压强不再随时间变化时 ⑦混合气体的平均分子量保持不变时 ⑧混合气体的密度保持不变时
A．①③⑤⑧ B．②④⑥⑧ C．③⑤⑦ D．⑤⑥⑦
【答案】D
【分析】
可逆反应2NO2 N2O4为气体体积缩小的反应，该反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断。
【详解】
①NO2生成N2O4的速率与N2O4分解生成NO2速率相等，反应速率之比与化学计量数之比不等，则正逆反应速率不等，说明此时没有达到平衡状态，故①错误；
②平衡时各物质的浓度关系取决于物质的起始物质的量和转化率，故c(NO2)=c(N2O4)时无法判断各组分的浓度是否继续变化，则不能说明反应达到平衡状态，故②错误；
③该反应为可逆反应，N2O4分解的同时也有N2O4的生成，不存在N2O4不再分解的情况，故③错误；
④平衡时各物质的分子数之比取决于物质的起始物质的量和转化率，故NO2的分子数与N2O4分子数比为2：1时不能说明反应达到平衡状态，故④错误；
⑤NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，则体系颜色深浅不再发生改变时，说明各组分的浓度不再变化，该反应已经达到平衡状态，故⑤正确；
⑥反应前后气体的体积不等，若反应器中压强不再随时间变化时能说明反应达到平衡状态，故⑥正确；
⑦平均分子量=，反应前后气体总质量不变，而总物质的量发生变化，若混合气体的平均分子量保持不变时，能说明反应达到平衡状态，故⑦正确；
⑧ρ=，气体的总质量不变，容器容积不变，则混合气体的密度始终不变，不能根据密度判断平衡状态，故⑧错误；
综上所述，能说明反应达到平衡状态的是⑤⑥⑦，故选D。
【题5】下列说法正确的是
A．，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B．，碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C．若压强不再随时间变化能说明反应已达平衡，则A、C不能同时是气体
D．和反应达到平衡时转化率为，放出的热量为；在相同温度和压强下，当分解为和的转化率为时，吸收的热量为，不等于
【答案】B
【详解】
A．压强越大，有气体参加或生成的可逆反应正逆反应速率都增大，缩小容器体积相当于增大压强，增大单位体积内活化分子个数，正逆反应速率都增大，故A错误；
B．可逆反应达到平衡状态时，各物质的质量不再发生变化，该反应中C的质量不变时说明该反应已经达到平衡状态，故B正确；
C．如果A、C都是气体，当压强不变时，该反应达到平衡状态，所以A、C可以同时都是气体，故C错误；
D．相同温度、相同压强下，将2mol氨气完全转化为氮气和氢气，也是1mol N2和3 mol H2，所以二者为等效平衡，设生成氨气的反应热为+Q，氨气分解生成氮气和氢气的反应热为-Q，即有3molH2消耗放出Q热量，消耗氢气为3mol×10%=0.3mol，放出的热量为Q1=0.1Q，消耗2mol氨气生成氮气和氢气时吸收Q热量，则消耗氨气为2mol×10%=0.2mol时吸收热量为Q2=0.1Q，所以Q2等于Q1，故D错误；
故选B。
【题6】如图表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间变化的情况，t是到达平衡状态的时间。试回答：

(1)该反应的反应物是___。
(2)该反应的化学反应方程式为____。
(3)若达到平衡状态的时间是2min，A物质的平均反应速率为___。
(4)假设该反应在体积固定的密闭容器中进行，下列能做为判断该反应达到化学平衡状态的标志的是___。
A．每有3molA消耗，就会有3molC消耗 B．B的体积分数保持不变
C．气体的密度保持不变 D．B和C的浓度之比1：3
(5)达到平衡时，A的体积分数是___。
【答案】
(1)A
(2)3A(g)B(g)+3C(g)
(3)0.6mol/(L·min)
(4)AB
(5)42.9%
【分析】
(1)
由A的物质的量浓度不断减小，可以判断A为反应物；
(2)
A为反应物，B、C为生成物，又根据反应的系数之比等于反应的物质的量之比，可得反应的方程式为3A(g)B(g)+3C(g)；
(3)
A的反应速率==0.6mol/(L·min)；
(4)
A.每有3molA消耗是正反应方向，3molC消耗是逆反应方向，正逆反应速率相等，达到了平衡，正确；
B.B的体积分数保持不变，即B的量不再变化，达到了平衡，正确；
C.气体的容积和质量恒定，即密度恒定，故密度保持不变，不一定平衡，错误；
D.B和C的浓度之比1：3，不一定平衡，错误；
故选AB。
(5)
达平衡时，A的体积分数=×100%≈42.9%.

提分作业

【练1】在一个密闭容器中发生反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)，反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.2 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到反应限度时可能的数据是(　　)
A．c (SO3) = 0.4 mol/L B．c (SO2) = c (SO3) = 0.15 mol/L
C．c (O2) = 0.35 mol/L D．c (SO2) + c (SO3) = 0.4 mol/L
【答案】D

【练2】一定温度下，密闭容器中可逆反应3X(g)+Y(g) 2Z(g)达到限度的标志是( )
A．X的生成速率与Z的生成速率相等 B．单位时间内生成3n mol X，同时消耗n mol Y
C．某时刻X、Y、Z的浓度相等 D．某时刻X、Y、Z的分子个数比为3:1:2
【答案】B

【练3】一定条件下将0.1 mol N2和0.3 mol H2置于密闭容器中发生反应：N2 + 3H2 2NH3(放热反应)。下列关于该反应的说法正确的是(　　)
A．最终可生成0.2 mol NH3
B．增大压强能使反应速率减小
C．降低反应体系的温度能加快反应速率
D．向容器中再加入N2，能加快反应速率
【答案】D

【练4】在一定温度下可逆反应N2 + 3H2 2NH3已达到平衡，下列有关说法正确的是(　 　)
①1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成
②反应混合物中各组分的物质的量保持不变
③1个N≡N键断裂的同时，有3个N—H 键断裂
④NH3生成的速率与NH3分解的速率相等
⑤单位时间生成n mol N2，同时生成2n mol NH3
⑥N2、H2、NH3的分子数一定为1∶3∶2
A．①②③④⑤ B．①②③⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．①②④⑤
【答案】D

【练5】将4 mol A气体和1 mol B气体在2 L的容器内混合，在一定条件下发生反应：
2A(g) + B(g) 3C(g)，若2 min后测得C的浓度为0.6 mol·L-１，则下列说法正确的是(　 　)
A．用物质A表示反应的平均速率为v(A) = 0.4 mol·(L·min)-１
B．2 min时B的转化率为20％
C．2 min时A、B、C三种气体的总量为5 mol
D．若2 min后该反应达平衡，则各种气体的量不再变化，反应停止
【答案】C

【练6】化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果设法提高化学反应的限度，下面说法中错误的是( )
A．能够节约原料和能源
B．能够提高产品的产量
C．能够提高经济效益
D．能够提高化学反应速率
【答案】D

【练7】(1)一定温度下，在密闭容器内进行某化学反应，气体X、Y的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。

①写出该反应的化学方程式：__________________。
②在和时正反应速率分别为和，则二者大小关系为_______(填“>”“ (2)AE 15%