第2课时 化学反应的限度 化学平衡状态
题组一 可逆反应
1.(2022·南京高一期中)下列反应不属于可逆反应的是( )
A.二氧化硫的催化氧化
B.氯气溶于水
C.工业合成氨
D.水电解生成H2和O2与H2在O2中的燃烧反应
2.下列关于可逆反应的说法不正确的是( )
A.正反应和逆反应的反应条件相同
B.反应物和生成物共存于同一体系
C.只要时间充分,反应物的转化率可以达到百分之百
D.正反应和逆反应的反应方向相反
题组二 化学反应的限度
3.(2022·天津期中)已知反应:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18O2,反应达到平衡后,下列有关说法正确的是( )
A.NO2中不可能含18O
B.有1 mol N18O生成
C.S18O2的物质的量不可能为0.8 mol
D.SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,说明该反应达到平衡
4.(2022·厦门高一期末)一定条件下,将一定量的SO2与O2充入密闭容器中充分反应。下列示意图能正确表示n(SO3)变化趋势的是( )
题组三 化学平衡的建立过程
5.向一密闭容器中放入1 mol X,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1.5 mol Y
D.t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
6.(2022·大庆高一期中)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应放热),673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.c点处正反应速率和逆反应速率相等
B.a点的正反应速率比b点的大
C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
D.在t2时刻,正反应速率大于逆反应速率
题组四 化学平衡状态的判断
7.一定温度下,在某恒容的密闭容器中,建立化学平衡:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。下列叙述不能说明该反应已达到化学平衡状态的是( )
A.体系的压强不再发生变化
B.v正(CO)=v逆(H2O)
C.生成n mol CO的同时生成n mol H2
D.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
8.(2022·长沙高一检测)工业上,在持续加热的条件下用氢气和碘蒸气经铂黑催化合成碘化氢,化学方程式为H2(g)+I2(g)2HI(g)。在实验室中模拟该反应时,控制反应条件不变,将一定量的氢气和碘蒸气充入恒容密闭容器中,反应一段时间后,不能确定该反应已经达到化学平衡状态的是( )
A.容器中的压强不再变化
B.H2的浓度不再变化
C.容器中混合物的颜色不再变化
D.HI的物质的量不再变化
9.经过化学家长期研究发现高炉中:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)是可逆反应。一定温度下,在一体积恒定的容器中发生上述反应,下列情况能说明反应达到平衡状态的是( )
A.气体平均摩尔质量不变
B.容器内压强不变
C.容器中n(CO)=n(CO2)
D.v(CO)=v(CO2)
10.(2022·嘉兴高一测试)下列有关化学反应速率和限度的说法不正确的是( )
A.“新冠疫苗”一般应冷藏存放,可降低蛋白质变性的反应速率
B.2SO2+O22SO3反应中加入18O2,达到平衡后SO2中不可能有18O
C.实验室用H2O2分解制O2,加入MnO2作催化剂后,反应速率明显加快
D.炼铁高炉尾气之谜告诉我们,“二氧化碳与焦炭生成一氧化碳”是一个可逆反应不能全部转化
11.在密闭容器中加入2.0 mol SO2和1.0 mol O2,一定条件下发生如下反应2SO2+O22SO3。反应达到平衡后,各物质的物质的量可能为( )
选项 n(SO2)/mol n(O2)/mol n(SO3)/mol
A 2.0 1.0 0
B 1.0 0.8 1.0
C 0.2 0.1 1.8
D 0 0 2.0
12.一定条件下,对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),若N2、H2、NH3的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时,N2、H2、NH3浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1
和0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是( )
①c1∶c2=1∶3
②平衡时,H2和NH3的生成速率之比为2∶3
③N2和H2的转化率不相等
④c1的取值范围为0A.①② B.③④ C.①④ D.②③
13.500 ℃时,在一个容积为10 L的密闭容器中进行可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),开始时加入2 mol N2和2 mol H2,则达到平衡时,NH3的浓度不可能达到( )
A.0.04 mol·L-1 B.0.08 mol·L-1
C.0.16 mol·L-1 D.0.02 mol·L-1
14.在一定温度下,某容器内的某一反应中,X、Y的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示,下列表述正确的是( )
A.t1时,Y的浓度是X的浓度的2倍
B.反应的化学方程式为X2Y
C.t2时,反应的正、逆反应速率相等,达到平衡状态
D.t3时,X、Y的量不再变化,化学反应停止了,正、逆反应速率为零
15.某温度下,在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应,其物质的量随时间的变化曲线如图。据图回答:
(1)该反应的化学方程式可表示为______________________________________________。
(2)反应起始至t min(设t=5),X的平均反应速率是________________。
(3)在t min时,该反应达到了____________状态,下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母,下同)。
A.X、Y、Z的反应速率相等
B.X、Y的反应速率之比为2∶3
C.混合气体的密度不变
D.生成1 mol Z的同时生成2 mol X
(4)一定能使该反应的反应速率增大的措施有________。
A.其他条件不变,及时分离出产物
B.适当降低温度
C.其他条件不变,增大X的浓度
D.保持温度不变,将容器体积压缩为1 L
16.Ⅰ.在恒温条件下将一定量X和Y的混合气体通入一容积为2 L的密闭容器中,X和Y两物质的浓度随时间变化情况如图。
(1)该反应的化学方程式为(反应物或生成物用符号X、Y表示)_______________________。
(2)a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是________。
Ⅱ.以下是关于化学反应2SO2+O22SO3的两个素材:
素材1:某温度和压强下,2 L容器中,不同时间点测得密闭体系中三种物质的物质的量:
时间/s 物质的量/mol 物质 0 10 20 30 40 50 60 70
SO2 1 0.7 0.5 0.35 0.2 0.1 0.1 0.1
O2 0.5 0.35 0.25 0.18 0.1 0.05 0.05 0.05
SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9
素材2:反应在不同条件下进行时SO2的转化率(SO2的转化率是反应的SO2占起始SO2的百分数,SO2的转化率越大,化学反应的限度越大)。
压强 转化率/% 温度 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa
400 ℃ 99.2 99.6 99.7 99.9
300 ℃ 93.5 96.9 97.8 99.3
600 ℃ 73.7 85.8 90.0 96.4
根据以上的两个素材回答问题:
(3)根据素材1计算20~30 s内,用二氧化硫表示的化学反应的平均速率为____________。
(4)根据素材2中分析得到,提高该化学反应限度的途径有:________________________。
(5)根据素材1、素材2中分析得到,要实现素材1中SO2的转化率需控制的反应条件是________________________________________________________________________。
第2课时 化学反应的限度 化学平衡状态
1.D 2.C 3.C 4.D 5.D
6.B [c点反应物和生成物的物质的量仍在变化,没有达到平衡状态,所以正、逆反应速率不相等,A错误;从a点到b点,氢气的物质的量逐渐减小,即其物质的量浓度逐渐减小,所以正反应的反应速率逐渐减小,即a点的正反应速率比b点的大,B正确;d点和e点都处于平衡状态,n(N2)不变,即d点和e点处n(N2)相等,C错误;在t2时刻,该反应处于化学平衡状态,所以正、逆反应速率相等,D错误。]
7.C [A项,由于该反应前后气体体积改变,当体系的压强不再发生变化时,说明反应已达到化学平衡状态;B项,CO的正反应速率等于其逆反应速率,说明反应已达到化学平衡状态;C项,生成CO、H2均表示反应向正反应方向进行,没有表示出正、逆反应速率的关系,不能说明反应已达到化学平衡状态;D项,H—H键断裂和H—O键断裂是两个相反的反应方向,1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键,即消耗1 mol H2的同时消耗了1 mol H2O,可知H2的消耗量等于其生成量,说明反应已达到化学平衡状态。]
8.A [由于反应前后气体的化学计量数之和相等,故在恒温恒容的密闭容器中,气体的压强始终保持不变,故容器中的压强不再变化不能作为判断平衡的标志,A符合题意;平衡的标志之一就是各组分的浓度保持不变,故H2的浓度不再变化能够判断反应达到平衡状态,B不符合题意;反应体系中H2和HI均为无色,而I2蒸气为紫色,故反应过程中容器的混合物的颜色一直在改变,故容器中混合物的颜色不再变化能够判断反应达到平衡状态,C不符合题意;平衡的标志之一就是各组分的物质的量保持不变,故HI的物质的量不再变化能够判断反应达到平衡状态,D不符合题意。]
9.A [气体平均摩尔质量=,随着正反应的发生,气体的质量变大,但气体的总物质的量不变,故气体的平均摩尔质量是一个变量,当气体平均摩尔质量不变时能说明该反应达到平衡状态,A符合题意;反应前后气体的分子数不变,故在一定的温度下容器内压强不变,不能说明该反应达到平衡状态,B不符合题意;容器中n(CO)=n(CO2)不能说明两种气体的浓度不再发生变化,因此不能说明该反应达到平衡状态,C不符合题意;v(CO)=v(CO2)不能说明正反应速率等于逆反应速率,故不能说明该反应达到平衡状态,D不符合题意。]
10.B [高温能使蛋白质变性,故“新冠疫苗”一般应冷藏存放,可降低蛋白质变性的反应速率,故A不选;2SO2+O22SO3反应是可逆反应,则加入18O2,达到平衡后SO2中可能有18O,故B选;炼铁高炉尾气之谜告诉我们,即使火炉再高,二氧化碳与焦炭也不能完全反应生成二氧化碳,“二氧化碳与焦碳生成一氧化碳”是一个可逆反应不能全部转化,故D不选。]
11.C [反应2SO2+O22SO3是可逆反应,加入2.0 mol SO2和1.0 mol O2,最终各种物质都应该存在,不能全为反应物,也不能都为生成物,所以A、D错误;反应正向进行,所以向生成SO3的方向进行,SO2与O2反应的物质的量关系为2∶1,所以SO2减小1 mol,消耗氧气0.5 mol,所以应该剩余氧气物质的量为0.5 mol,不能是0.8 mol,B错误。]
12.D
13.C [开始时N2、H2的物质的量浓度都为0.2 mol·L-1,而该反应为可逆反应,反应物不可能完全转化,故反应后NH3的浓度最大也应小于mol·L-1≈0.133 3 mol·L-1。]
14.A [A项,由图像知,反应中Y的物质的量减少,X的物质的量增多,则Y为反应物,X为生成物,Y、X的物质的量变化量之比为(8-2)∶(5-2)=6∶3=2∶1,则化学方程式为2YX,t1时X的物质的量为3 mol,Y的物质的量为6 mol,因此Y的浓度是X的浓度的2倍,故A项正确、B项错误;在t2时,X和Y的物质的量相等,但反应未达到平衡,故正、逆反应速率不相等,故C项错误;在t3时,X和Y的物质的量不再随时间的变化而变化,反应达到平衡,此时正、逆反应速率相等,但不为零,故D项错误。]
15.(1)2X3Y+Z (2)0.08 mol·L-1·min-1 (3)化学平衡 D (4)CD
16.Ⅰ.(1)Y2X (2)bd Ⅱ.(3)0.007 5 mol·L-1·s-1(4)增大压强或在一定范围内降低温度 (5)温度为600 ℃,压强为1 MPa