化学·选修/化学反应原理(鲁科版)
第2节 化学反应的限度
1．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。当反应达到平衡时可能存在的数据是( )
A．SO2为0.4 mol/L，O2为0.2 mol/L
B．SO2为0.25 mol/L
C．SO2、SO3均为0.15 mol/L
D．SO3为0.4 mol/L
解析：A项数据表明，题中0.2 mol/L的SO3完全转化成了SO2和O2，即平衡时，c(SO3)＝0，这是不可能的；B项说明在题给浓度的基础上又有0.05 mol/L SO2和0.025 mol/L O2化合生成0.05 mol/L SO3，这是可能的；C项数据表明SO2、SO3的浓度都在原浓度基础上减少了0.05 mol/L，这也是不可能的；D项数据说明SO2完全转化成了SO3，即平衡时c(SO2)＝0，c(O2)＝0，这也是不可能的。
答案：B
2．(双选题)一定条件下，在容积为10 L的密闭容器中，将1 mol X和1 mol Y进行如下反应：2X(g)＋Y(g)??Z(g)，经60 s达到平衡生成0.3 mol的Z，下列说法正确的是( )
A．60 s时Z的平衡浓度为0.03 mol/L
B．将容器容积变为20 L，Z的新平衡浓度将小于原平衡浓度的一半
C．若温度和体积不变，往容器内增加1 mol X，X的转化率将增大
D．若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的ΔH >0
解析：60 s时Z的平衡浓度＝0.3 mol/10 L，故A项正确；将容器容积变为20 L，浓度变为一半，同时相当于减压，化学平衡向逆反应方向移动，Z的新平衡浓度将小于原平衡浓度的一半，故B项也正确；若温度和体积不变，往容器内增加1 mol X，Y的转化率将增大，但X的转化率将减小，故C项错；升高温度，X的体积分数增大，说明化学平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，ΔH<0，故D项错。
答案：AB
3．关于C (s)＋H2O (g)??CO (g)＋H2(g)的平衡常数书写形式，正确的是( )
A．K＝ B．K＝
C．K＝ D．K＝
解析：根据化学平衡常数的定义，可以写出化学平衡常数的表达式为K＝，值得注意的是，固体物质的浓度应该视为常数。
答案：C
4．(双选题)某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下图所示的变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)：
根据以上规律判断 ，下列结论正确的是( )
A．反应Ⅰ：ΔH>0，p2>p1
B．反应Ⅱ：ΔH<0，T1>T2
C．反应Ⅲ：ΔH>0，T2>T1或ΔH<0，T2
D．反应Ⅳ：ΔH<0，T2>T1
解析：解此题的关键是抓住压强、温度对化学平衡状态的影响及条件改变时平衡移动的规律。其中：反应Ⅰ，温度升高，A的转化率降低，说明化学平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0，在温度一定时，增大压强，化学平衡向正反应方向移动，α(A)应增大，则p2>p1，A项不正确；由题给反应Ⅱ的图示可知，T1>T2，温度升高时n(C)减少，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应放热，ΔH<0，B项正确；对于反应Ⅲ若为放热反应，φ(C)减少时，平衡向逆反应方向移动，则T2T2，D项不正确。
答案：BC
5．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2 (g)＋H2 (g)??H2O(g)＋CO(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示：
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
完成下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。
解析：根据化学平衡常数的定义式即可写出K＝。
答案：
(2)该反应为________反应(选填“吸热”或“放热”)。
解析：由表中数据可以看出温度越高，平衡常数越大，说明反应混合物中CO或水的浓度越大，即升温，平衡向右移动，正反应为吸热反应。
答案：吸热
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是( )
A．容器中压强不变
B．混合气体中c(CO)不变
C．v正(H2)＝v逆(H2O)
D．[CO2]＝[CO]
解析：该反应为物质的量不变的反应，反应过程中压强始终不变，与平衡与否无关。
答案：BC
(4)某温度下，平衡浓度符合下式：[CO2]·[H2]＝[CO]·[H2O]，试判断此时的温度为________℃。
解析：当[CO2]·[H2]＝[CO]·[H2O]时K＝1，此时的温度由表中数据可知为830 ℃。
答案：830
6．高炉炼铁过程中发生的主要反应为：Fe2O3(s)＋CO(g)??Fe(s)＋CO2(g)
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃
1 000
1 150
1 300
平衡常数
4.0
3.7
3.5
请回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝______，ΔH______0(选填“＞”“＜”或“＝”)；
解析：因Fe和Fe2O3均为固体，无法表示其浓度，故K＝，升高温度，K减小，说明平衡向左移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，ΔH＜0；
答案： ＜
(2)在一个容积为10 L的密闭容器中，1 000 ℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反应后达到平衡。则CO的平衡转化率＝________；
解析：Fe2O3(s)＋CO(g)??Fe(s)＋CO2(g)
初始/mol 1 1 1 1
转化/mol x x
平衡/mo 1－ 1－x 1＋x 1＋x
K＝＝4，解得x＝0.6，则CO的平衡转化率＝0.6 mol÷1 mol×100%＝60%；
答案：60%
(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率，可采取的措施是________。
A．减少Fe的量 B．增加Fe2O3的量
C．移出部分CO2 D．提高反应温度
E．减小容器的体积 F．加入合适的催化剂
解析：增加或减少固体的量，不影响正、逆反应速率，对平衡状态没有影响；加入催化剂同等程度的加快正、逆反应速率，对平衡状态没有影响，A、B、F对CO的平衡转化率没有影响；移出部分CO2，生成物浓度减小，平衡向右移动，CO的平衡转化率增大；因正反应是放热反应，提高反应温度，平衡向左移动，CO的平衡转化率减小；因反应前后气体的化学计量数不变，压强对平衡没有影响，故减小容器的容积不影响CO的平衡转化率。
答案：C
1．人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力，CO吸入肺中发生反应：CO＋HbO2??O2＋HbCO,37 ℃时，该反应的平衡常数K＝220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，导致人智力受损。据此，下列结论错误的是( )
A．CO与HbO2反应的平衡常数K＝
B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少
C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损
D．把CO中毒的病人放入高压氧舱中解毒，其原理是使上述平衡向左移动
解析：根据化学平衡常数的表达式的书写规则，判断A选项正确；B选项可根据反应方程式分析，CO浓度增大，则平衡右移，与血红蛋白(Hb) 结合的O2越少，故B选项正确；D选项同样可从化学方程式分析，其实就是B选项的逆过程；C选项正确的表述应该为：HbCO的浓度与HbO2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损，故C错误。
答案：C
2．一定条件下，发生如下反应：2A(g)＋2B(g)??3C(g)＋D(g)。在容积不变的密闭容器中进行，达到化学平衡状态的标志是( )
A．单位时间内生成n mol B，同时消耗了3n mol C
B．容器内压强不随时间而变化
C．混合气体的密度不随时间而变化
D．单位时间内生成2n mol A，同时生成 n mol D
解析：化学平衡状态的最根本特征是正、逆反应速率相等，但在题目中往往有许多不同的表达方法，如单位时间内总物质的量的变化、密度的变化等。解此题时的易错点是忽略此反应是反应前后气体的体积不变的反应，只要反应一开始，其气体的总压、总物质的量、密度(ρ＝，气体的总质量和容器的容积均不变)均不随时间变化。对于反应：2A(g)＋2B(g)??3C(g)＋D(g)，由于反应中Δvg＝0，气体的总压、气体的密度(ρ、m、V均不变)不变，也不能说明达到平衡状态；单位时间内生成n mol A则消耗n mol D，同时生成n mol D，则各物质的量不随时间改变而发生变化，说明已达到平衡状态。
答案：D
3．对于3Fe(s)＋4H2O(g)?? Fe3O4(s)＋4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为( )
A．K＝ B．K＝
C．K＝ D．K＝
解析：化学平衡常数是化学反应达到平衡以后生成物浓度的化学计量数次方之积与反应物浓度的化学计量数次方之积的比值。在表达时，注意不能用固体、纯液体表示，因为它们的浓度可视为常数。
答案：D
4．在密闭容器中，一定条件下，进行如下反应：NO(g)＋CO(g)??N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·mol－1达到平衡后，为提高该反应的速率和NO的转化率，采取的正确措施是( )
A．加催化剂同时升高温度
B．加催化剂同时增大压强
C．升高温度同时充入N2
D．降低温度同时增大压强
解析：该可逆反应中正反应为气体体积减小的放热反应，升高温度，反应速率增大，平衡左移，NO转化率减小；降低温度，反应速率减小，平衡右移，NO转化率增加；增大压强，反应速率增大，平衡右移，NO转化率增大；加催化剂，反应速率增大，不影响平衡；充入N2，若容器体积不变，则速率、平衡不受影响，若容器体积扩大，则反应速率减小；故答案选B。
答案：B
5．(2013·全国卷) 反应X(g)＋Y(g) ??2Z(g) ΔH<0，达到平衡时，下列说法正确的是( )
A．减小容器体积，平衡向右移动
B．加入催化剂，Z的产率增大
C．增大c(X)，X的转化率增大
D．降低温度，Y的转化率增大
解析：该反应前后气体分子数不变，改变压强，平衡不移动，故A项错误；催化剂不影响化学平衡，故B项错误；增大X的浓度，平衡右移，但X的转化率减小，故C项错误；该反应为放热反应，降温，平衡右移，Y的转化率增大，故D项正确。
答案：D
6．在一定温度不同压强(p1＜p2)下，可逆反应2X(g)??2Y(g) ＋Z(g)中，生成物Z在反应混合物中的体积分数(φ)与反应时间(t)的关系如图所示，其中正确的是( )
解析：由于p1答案：B
7. COCl2(g)??CO(g)＋Cl2(g) ΔH＞0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温；②恒容通入惰性气体；③增加CO的浓度；④减压；⑤加催化剂；⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是( )
A．①②④ B．①④⑥
C．②③⑥ D．③⑤⑥
解析：该反应正向为气体体积增大的吸热反应。故：①升温；④减压可使平衡正向移动；⑥恒压通入惰性气体则原体系所承受的分压减小，相当于减压；都能提高CoCl2的转化率。
答案： B
8．在某温度下，将H2和I2各0.10 mol 的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得[H2]＝0.0080 mol·L－1。
(1)求该反应的平衡常数K。
解析：根据题意知：
Kc＝＝
＝0.25
答案：0.25
(2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20 mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。
解析：设转化了x mol·L－1的H2，依据题意知：
H2(g)＋I2(g)??2HI(g)
c起始/mol·L－1 0.020 0.020 0
c转化/mol·L－1 x x 2x
c平衡/mol·L－1 0.020－x 0.020－x 2x
由于温度不变，则Kc不变，故有：
解得x＝0.0040 mol ·L－1
则平衡时[H2]＝[I2]＝0.016 mol·L－1
[HI]＝0.0080 mol·L－1
答案：[H2]＝[I2]＝0.016 mol·L－1
[HI]＝0.0080 mol·L－1
9．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2＋O2 2SO3(正反应放热)。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减小了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积，计算结果保留一位小数)。
请回答下列问题：
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是________(填字母)。
a．SO2和SO3浓度相等
b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变
d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
解析：化学平衡的标志本质上是正、逆反应速率相等，但d不对，SO3的生成速率与SO2的消耗速率是同一方向，不是指正逆反应；a只能说明反应过程中某个瞬间可能出现的浓度，但可能下一个瞬间又变化了，所以不能作为平衡标志；e由于容器体积不变，混合气体质量不变，反应过程中密度一直不变，所以密度不能作为平衡标志；而其它b、c两个选项能体现出物质的量不再变化，可以作为平衡标志。
答案：bc
(2)欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是________(填字母)。
a．向装置中再充入N2
b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂
d．升高温度
解析：向体积固定的密闭容器中充入N2，总压强虽然增大，但对浓度没有影响，所以平衡不移动；加入催化剂也不会对平衡产生影响，不会提高转化率；由于反应是放热反应，升高温度反应逆向进行，SO2的转化率降低；充入O2，使平衡右移，故SO2的转化率提高，答案选b。
答案：b
(3)求该反应达到平衡时SO2的转化率(用百分数表示)。
解析：根据题意可分析出平衡后硫的氧化物共0.95 mol。根据硫守恒可以分析出反应前SO2为0.95 mol，剩余O2为0.25 mol，即反应消耗O2为0.45 mol，消耗SO2为0.9 mol，所以SO2的转化率为94.7%。
答案：消耗O2的物质的量：
0.7mol－＝0.45 mol
生成SO3的物质的量：
0．45 mol×2＝0.9 mol
SO2和SO3的物质的量的和：
＝0.95 mol
反应前SO2的物质的量：0.95 mol
SO2的转化率：×100%≈94.7%
(4)若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克？
解析：由于SO2不跟氯化钡溶液反应，所以沉淀只有硫酸钡。
答案：在给定的条件下，溶液呈强酸性，BaSO3不会沉淀。因此BaSO4的质量0.9 mol×0.05×233 g·mol－1≈10.5 g
10．在2 L密闭容器内，800 ℃时发生如下反应：2CuO(S)＋CO(g)===Cu2O(s)＋CO2(g)，n(CuO)随时间的变化如表：
时间/min
0
1
2
3
4
5
n(CuO)
/mol
0.080
0.060
0.040
0.020
0.020
0.020
(1)写出该反应的平衡常数表达式________________________________________________________________________。
已知：K(400 ℃)＞K(350 ℃)，则该反应是______热反应。
解析：已知2CuO(S)＋CO(g)===Cu2O(s)＋CO2(g)，则K＝c(CO2)/c(CO)；已知：K(400 ℃)＞K(350 ℃)，即升高温度K增大，平衡正移，所以正方向为吸热方向。
答案：K＝c(CO2)/c(CO) 吸
(2)如图中表示Cu2O的物质的量随时间变化的曲线是______(选填“A”或“B”)。
解析：Cu2O是生成物，物质的量增大，因此表示Cu2O的物质的量随时间变化的曲线是B。
答案：B
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是( )
a．v(CO)＝v(CO2)
b．容器内压强保持不变
c．v逆(CO)＝v正(CO2)
d．容器内气体的密度保持不变
解析：v(CO)＝v(CO2)，没有说明正速率和逆速率的关系，故a错误；反应前后气体的物质的量不变，所以压强始终不变，不能用容器内压强判断平衡，故b错误；v逆(CO)＝v正(CO2)，由于二者的计量数相等，所以v正(CO)＝v正(CO2)，因此v逆(CO)＝v正(CO)，所以是平衡状态，故c正确；反应前后气体的体积不变，气体质量增大，所以密度增大，因此密度不变就是平衡状态，故d正确。
答案：cd
(4)能使该反应的正反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是( )
a．增加CuO的量 b．适当升高温度
c．及时移去CO2 d．增大CO的浓度
e．选择高效催化剂 f．增大压强
解析：a.CuO是固体，增加CuO的量，速率不变，平衡不移动；b.适当升高温度，速率增大，平衡正移；c.及时移去CO2，速率减小，平衡正移；d.增大CO的浓度，速率增大，平衡正移；e.选择高效催化剂，速率增大，平衡不移动；f.增大压强，速率增大，平衡不移动；所以能使该反应的正反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是bd。
答案：bd
