化学第二单元 化学反应的方向与限度第2课时一课一练

第2课时　化学平衡状态

基础巩固

1.模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法,对于2HBr(g)H2(g)+Br2(g)反应,下列各图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是(　　)。

答案:C

2.在密闭容器中进行反应:X2(g)+3Y2(g)2Z(g),X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当平衡时,下列数据肯定不正确的是              (　　)。

A.X2为0.4 mol·L-1,Y2为1.2 mol·L-1

B.Y2为1.0 mol·L-1

C.X2为0.3 mol·L-1,Z为0.2 mol·L-1

D.Z为0.6 mol·L-1

答案:A

解析:化学平衡研究的是可逆反应,故解这类题目时要善于利用极端假设法,可分别考虑反应正向进行彻底和反应逆向进行彻底两种情况。由可逆反应的定义可知,0<c(X2)<0.4mol·L-1,0<c(Y2)<1.2mol·L-1,0<c(Z)<0.8mol·L-1。

3.一定条件下,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(　　)。

答案:D

解析:可逆反应处于化学平衡状态时v正=v逆,利用反应速率之比等于化学计量数之比,可判断D项中v正=v逆,反应达到平衡状态。

4.一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH=-41.8 kJ·mol-1,下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)。

A.体系压强保持不变

B.混合气体颜色保持不变

C.SO3和NO的体积比保持不变

D.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2

答案:B

解析:由于该反应为反应前后气体分子数相等的反应,体系的压强始终保持不变,故压强不变反应不一定达到平衡,A项错误;SO3与NO的体积比始终保持1∶1,C项错误;消耗SO3和生成NO2为反应的同一方向,D项错误。

5.一定条件下,向密闭容器中充入1 mol NO 和1 mol CO进行反应:NO(g)+CO(g)N2(g)+CO2(g),测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示,其中处于化学平衡状态的点是(　　)。

A.D点 B.B点 C.C点 D.A点

答案:A

解析:由图可知,A、B、C点的正反应速率均大于逆反应速率,都未达到平衡状态;只有D点正、逆反应速率相等,由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知,图中处于化学平衡状态的点是D点,A项符合题意。

6.在一定条件下,将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是              (　　)。

A.反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小

B.随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐增大

C.达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 mol·L-1

D.该反应建立平衡过程中v-t(时间)图像为

答案:A

解析:A项,由于该反应从逆反应开始进行,故反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小,A项正确。随着反应的进行,生成物浓度逐渐减小,逆反应速率逐渐减小,反应物浓度逐渐增大,正反应速率逐渐增大,B项不正确。C项,该反应不能进行彻底,且起始时n(CO2)>n(H2),故平衡时CO2的浓度不可能是0mol·L-1,C项不正确。D项,该反应建立平衡的过程中,逆反应速率大于正反应速率,且逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大,达到平衡时正、逆反应速率相等,D项不正确。

7.已知:2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(g)　ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0)。T℃时,在容积为2 L的密闭容器中,起始加入2 mol H2S(g)和1 mol O2(g),达平衡时生成0.6 mol S2。下列说法能说明反应达到平衡状态的是(　　)。

A.硫化氢的浓度是氧气浓度的2倍

B.容器中混合气体的压强不变

C.反应放出的热量为0.3Q kJ

D.消耗2 mol H2S(g)的同时生成2 mol H2O(g)

答案:B

解析:起始加入2molH2S(g)和1molO2(g),投料比等于其化学计量数之比,无论是否达到平衡状态,c(H2S)始终是c(O2)的2倍,A项错误。该反应中S2是固体,正反应是气体分子数减小的放热反应,平衡建立过程中,气体的总物质的量不断变化,则气体的压强不断变化,当压强不变时,该反应达到平衡状态,B项正确。达到平衡时生成0.6molS2,当反应放出的热量为0.3QkJ时,生成0.3molS2,故未达到平衡状态,C项错误。消耗2molH2S(g)的同时必定生成2molH2O(g),都代表正反应速率,故不能判断反应是否达到平衡状态,D项错误。

8.一定温度下,在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中,M、N的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

请回答下列问题。

(1)该反应的化学方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)在t2时刻,存在的等量关系是　　　　　,此时反应是否达到化学平衡状态?　　　(填“是”或“否”)。 

(3)在t3时刻,v正　　　(填“>”“<”或“=”)v逆,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)2NM

(2)n(M)=n(N)　否

(3)=　M和N的物质的量不再随时间发生变化,反应已达到平衡状态

解析:(1)当N减少6mol时,M增加3mol,所以化学方程式为2NM。(2)t2时刻,n(M)=n(N)=4mol,t2时刻后,N的物质的量继续减小,M的物质的量继续增加,故反应未达到平衡状态。(3)t3时刻,M和N的物质的量均不再发生变化,此时反应已达到平衡状态。

能力提升

1.在容积为4 L的刚性密闭容器中,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。则图中阴影部分的面积表示(　　)。

A.X的浓度的变化

B.Y的物质的量的变化

C.Z的浓度的变化

D.Z的物质的量的减少

答案:C

解析:由v=可知,v正与t的乘积为正反应Y的浓度减小量,v逆与t的乘积为逆反应Y的浓度增加量,所以阴影部分的面积为Y的浓度的变化,Y浓度的变化也等于Z浓度的变化,为X浓度变化的2倍,C项正确。

2.二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。以下说法能说明反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是(　　)。

A.H2和CO2的浓度之比为3∶1

B.单位时间内断裂3个H—H键,同时断裂1个CO键

C.恒温恒容条件下,气体的密度保持不变

D.绝热体系中,体系的温度保持不变

答案:D

解析:H2和CO2的浓度之比与起始投入的量有关,A项不能说明达到化学平衡状态;单位时间内断裂3个H—H键的同时将形成2个CO键,故同时断裂1个CO键,正、逆反应速率不相等,B项不能说明达到化学平衡状态;恒温恒容条件下,气体的质量不变,气体的体积不变,故气体的密度一直保持不变,故C项不能说明达到化学平衡状态;绝热体系中,与外界不进行热交换,在达到平衡之前,体系的温度一直在变,若体系的温度保持不变,说明反应达到化学平衡状态,D项符合题意。

3.将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.1 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I-2Fe2++I2”的是              (　　)。

A.①和② B.②和④

C.③和④ D.①和③

答案:A

解析:①中实验现象说明存在Fe3+,②中实验现象说明有I-,③中实验现象说明有Fe2+生成,④中实验现象说明有I2生成。但是③④中实验现象不能说明反应为可逆反应。

4.在425 ℃时,在1 L密闭容器中充入下列气体物质进行反应并达到平衡,分析下图并判断下列说法不正确的是              (　　)。

A.同温同压下,只要物质比例适当,从正、逆方向都可以建立同一平衡状态

B.上述图像表示的反应为H2(g)+I2(g)2HI(g)

C.图甲H2的转化率与图乙HI的转化率之和为100%

D.相同条件下,分别从正、逆方向建立等同的平衡状态,所需时间相同

答案:D

解析:比较图甲和图乙可知,两平衡状态的c(HI)、c(H2)、c(I2)相同,化学方程式均为H2(g)+I2(g)2HI(g),图甲中H2的转化率=×100%=79%,图乙中HI的转化率=×100%=21%,A、B、C项正确;分别从正、逆方向建立等同的平衡状态,所需时间t1和t2可能相同,也可能不同,图中并未给出,D项错误。

5.(双选)在一个恒容绝热的密闭容器中,发生可逆反应:M(?)+2N(g)P(g)+Q(g)　ΔH>0,已知M的状态未知,则反应达到平衡的标志是(　　)。

A.体系的温度不变时

B.反应速率2v正(N)=v逆(Q)时

C.体系的压强不变时

D.气体的平均相对分子质量不变时

答案:AD

解析:因为是恒容绝热容器,反应过程中伴随着热效应,因而体系的温度会发生变化,当温度不变时,说明反应达到平衡状态,A项正确。v正(N)=2v逆(Q)时才达到平衡状态,B项错误。当M不是气体时,反应前后气体分子数不变,此时压强不变不能说明达到平衡状态,C项错误。若M是气体,反应正向进行,气体的物质的量减小,气体的质量不变,则气体的平均相对分子质量增大;若M不是气体,反应正向进行,气体的质量增大,气体的物质的量不变,气体的平均相对分子质量增大,因而无论M是什么状态,当气体的平均相对分子质量不变时均可说明反应达到平衡状态,D项正确。

6.一定温度下,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　　　　　　,SO2的转化率是　　　　　　。 

(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,下列还可以说明该反应已达平衡的是　　　　　　(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:(1)3　0.03 mol·L-1·min-1　(2)0.3 mol·L-1

60%　(3)6.5　(4)①③④

解析:　　　　　　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

开始/mol 5 3 0

变化/mol 3 1.5 3

平衡/mol 2 1.5 3

则平衡时SO3的浓度为=0.3mol·L-1,v(SO2)==0.03mol·L-1·min-1,SO2的转化率为×100%=60%,平衡时混合气体的总物质的量为2mol+1.5mol+3mol=6.5mol。

(4)根据反应的化学方程式知:①体系压强不变,说明反应已达平衡状态;②容器的容积不变,混合气体的质量不变,则反应过程中容器内气体的密度始终不变,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,若平均相对分子质量不变,说明反应已达平衡状态;④v正(SO3)=2v逆(O2)表示v正=v逆,说明反应已达平衡状态;⑤中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。