第2章 化学键 化学反应规律
第3节 化学反应的快慢和限度
第2课时 化学反应的限度
基础过关
1.可逆反应达化学平衡时,下列说法不正确的是( )
A.正反应速率等于逆反应速率 B.不再继续反应
C.混合物的各成分的百分含量不变 D.同时存在反应物和生成物
2.可逆反应2SO2+ O22SO3达到平衡的标志是( )
①消耗2 mol SO2的同时生成2 mol SO3
② SO2、O2与SO3的物质的量之比为2∶1∶2
③反应混合物中,SO3的质量分数不再改变
A.①② B.①③ C.只有③ D.只有①
3.过程中以B的浓度改变表示的反应速率υ正、υ逆与时间t的关系如图所示,则图中阴影部分的面积表示为( )
A.c(B)减少 B.n(B)减少
C.c(B)增加 D.n (B)增加
4.一定条件下的某可逆反应,其正反应速率υ(正)和逆反应速率υ(逆)随反应时间t的变化如图所示。下列判断不正确的是( )
A.t1时刻,υ(正)> υ(逆) B.t2时刻,υ(正)=υ(逆)
C.t2时刻,反应达到最大限度 D.t3时刻,反应停止
5.如图是可逆反应N2+3H22NH3 在反应过程中的反应速率(υ)与时间(t)的关系曲线,下列叙述不正确的是( )
A.t1时,υ正> υ逆 B.t2时,反应到达限度
C.t2-t3,反应停止 D.t2-t3,各物质的浓度不再发生变化
6.对于任何一个化学反应平衡体系,采用以下措施,一定会使化学反应发生平衡移动的是( )
A.加入一种反应物 B.升高温度 C.对平衡体系增加压强 D.使用催化剂
7.下列说法不正确的是( )
A.其他条件不变时,温度升高,正逆反应速率都增大
B.化学反应的速率和限度均可通过改变化学反应条件而改变
C.可逆反应只是代表少数反应
D.一定条件下,化学反应达到平衡状态时,正反应速率与逆反应速率相等
8.可逆反应达到最大反应限度的本质特征是( )
A.正反应不再继续进行
B.正反应和逆反应都再继续进行
C.正反应和逆反应的速率都为零
D.正反应和逆反应的速率相等
9.可逆反应2SO2+O22SO3,若用2 mol SO2和1 mol18O2在一定条件下,经足够长的时间反应。下列情况可能出现的是( )
A.18O原子完全存在于SO3中 B.18O原子存在于O2、SO2、SO3中
C.生成2 mol SO3 D.SO2、SO3均为1.5 mol
10.已知可逆反应:2A(g)+B(g)2C(g)。在一定条件下,将A、B、C三种气体各1mol通入密闭容器中发生反应,达到平衡时,物质B的物质的量可能是( )
A.0 B.0.5mol C.0.8mol D.1.5mol
11.下列关于化学平衡的说法,不正确的是( )
A.当一个可逆反应达到化学平衡时,正、逆反应速率都为零
B.当可逆反应达到化学平衡时,正、逆反应速率一定相等
C.可逆反应达到化学平衡后,改变某些条件可以使平衡发生移动
D.当可逆反应达到化学平衡后,尽管正、逆反应都在进行,但各物质的浓度保持不变
能力提升
12..下表表示合成氨反应(N2+3H22NH3)在不同条件下达到平衡时混合物中氨的含量[起始时υ(N2):υ(H2)==1:3]。
压强(MPa) 氨的含量 温度(℃) 0.1 10 30 60 100
200 0.153 0.815 0.899 0.954 0.988
300 0.022 0.520 0.710 0.842 0.926
400 0.004 0.251 0.470 0.652 0.798
分析上表数据,回答下列问题:
(1)200℃、100MPa时,平衡混合物中氨的含量已达0.988,如果继续增大压强______
(填“能”或“不能”)使平衡混合物中氨的含量等于1,理由是:_______________________
_______________________________________________________________。
(2)欲使平衡混合物中氨的含量增大,则可采取的措施有:____________________。
(3)欲使平衡混合物中氨的含量为0.710,则选择的反应条件应为:____________。
13.某温度时,在2L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的量随时间的变化曲线如图所示。
(1)由图中所给数据进行分析,该反应的化学方程式为___________________________;
(2)反应从开始至2分钟末,用Z的浓度变化表示的平均反应速率为υ(Z)=__________;
(3)当反应进行了3 min,该反应是否达到平衡______(填是或否);
(4)__________时间段正逆反应速率相等;
(5)平衡体系中Y的百分含量(体积比)为_________。
14.某温度时在2L容器中X、Y、Z三种气体物质的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线如图所示,由图中数据分析:
(1)该反应的化学方程式为:___________________________。
(2)反应开始至2min,用Z表示的平均反应速率为:_____________________。
(3)下列叙述能说明上述反应达到化学平衡状态的________(填序号):
A.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内每消耗3 mol X,同时生成2 mol Z
D.混合气体的总质量不随时间的变化而变化
(4)在密闭容器里,通入a molX(g)和b molY(g),发生反应X(g)+Y(g)═2Z(g),当改变下列条件时,反应速率会发生什么变化(选填“增大”、“减小”或“不变”)?
①降低温度:______;②恒容通入氦气:_______;③使用催化剂:_______。
15.一定温度下,某恒容密闭容器中含有NO2、N2O4两种气体,反应开始至达到平衡状态过程中,两种物质的浓度随时间的变化如图所示:
(1)表示NO2浓度变化的曲线是 (填“x”或“y”),写出相应的化学方程式: 。
(2)从反应开始至达到平衡的过程中,用N2O4表示的反应速率C(N2O4)= 。a、b两点对应状态中,x代表的物质的反应速率相对大小为υ(a) υ(b)。
(3)若平衡后改变温度,容器中气体的平均摩尔质量变大,则反应向生成 (填“NO2”或“N2O4”)的方向进行。
16.某温度时,向某V L的密闭容器中充入3 mol H2(g)和3 mol I2(g),发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g),测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。请回答下列问题:
(1)V= L。
(2)该反应达到最大限度的时间是 s,该段时间内的平均反应速率υ(HI)= mol·L-1·s-1。
(3)当反应达到平衡状态时,n(HI)= 。
(4)判断反应达平衡的依据是 (填序号)。
①H2消耗的速率和I2消耗的速率相等
②H2、I2、HI的浓度比为1∶1∶2
③H2、I2、HI的浓度都不再发生变化
④该条件下正、逆反应速率都为零
⑤混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
⑥气体的颜色不再发生变化
参考答案
基础过关
1.【答案】B
【解析】A. 可逆反应达化学平衡时,任何物质的浓度不变,所以用同一物质表示的正反应速率与逆反应速率相等,A正确;
B. 可逆反应达到化学平衡时,化学反应仍然在进行,只不过是正反应速率和逆反应速率相等,任何物质的浓度不变,不能说不再继续反应,B错误;
C. 可逆反应达化学平衡时,反应混合物中任何一种组成成分的物质的量及质量不变,反应混合物总质量不变,所以反应混合物的各成分的百分含量不变,C正确;
D. 可逆反应的特征是反应物不能完全转化为生成物,最终达到平衡时,既有未反应的反应物,也有反应生成的生成物,所以达到平衡时同时存在反应物和生成物,D正确;
故合理选项是B。
2.【答案】C
【解析】①消耗2molSO2的同时生成2molSO3,即υ正(SO2)=υ正(SO3),速率同向,不能确定是否达到平衡,故①错误;
②SO2、O2与SO3的物质的量之比为2:1:2,这与反应的初始物质的量以及反应的转化程度有关,不能确定是否达到平衡,故②错误;
③反应混合物中,SO3的质量分数不再改变,即各物质的浓度保持不变,能确定是否达到
平衡,故③正确;
故选:C。
3.【答案】C
【解析】υ(正) ×t(平衡)表示B向正反应方向进行时减少的浓度,υ(逆) ×t(平衡)表示B向逆反应方向进行时增大的浓度,故阴影部分的面积表示B向逆反应方向进行时“净”增加的浓度,即阴影为平衡时B的浓度增加量Δc(B),答案选C。
4.【答案】D
【解析】A.根据图像可知在t1时刻,υ(正)>υ(逆),反应正向进行,正确;
B.t2时刻, υ(正)=υ(逆),反应处于平衡状态,正确;
C.t2时刻,反应处于平衡状态,产生该反应达到最大限度,正确;
D.t3时刻,反应处于平衡状态,此时反应仍然在进行,只是任何物质的浓度都保持不变,不是反应停止,错误。
5.【答案】C
【解析】A.根据图可知t1时,反应未达平衡,正反应速率大于逆反应速率,故A正确;
B.根据图可知t2时,正逆反应速率相等,反应处于平衡状态,即达到该条件下的最大反应限度,故B正确;
C.在t2-t3,反应处于平衡状态,正逆反应速率相等,反应仍在发生,反应处于平衡状态为动态平衡,故C错误;
D.化学反应到达平衡时,正逆反应速率相等,各物质的物质的量浓度不再发生变化,t2-t3,反应处于平衡状态,各物质的浓度不变,故D正确;
答案选C。
6.【答案】B
【解析】A. 当加入的一种反应物为固体时,对于有气体或液体参加的反应,不会使化学平衡发生移动,A不合题意;
B. 升高温度,平衡一定向吸热反应方向移动,B符合题意;
C. 对平衡体系增加压强,若没有气体参加反应,或反应前后气体分子数相等,平衡都不发生移动,C不合题意;
D. 使用催化剂,只能改变反应速率,从而改变反应到达平衡的时间,不能使平衡发生移动,D不合题意。
故选B。
7.【答案】C
【解析】A.温度越高反应速率越快,所以其他条件不变时,温度升高,正逆反应速率都增大,故A正确;
B.化学反应速率、化学平衡状态受外界条件影响,温度、压强、浓度改变反应速率和化学平衡会发生变化,故B正确;
C.可逆反应为一大类反应,不是少数的,大部分化学反应存在可逆现象,故C错误;
D.可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率一定相等,故D正确;
答案选C。
8.【答案】D
【解析】A. 可逆反应即使达到平衡状态,正逆反应速率也不为零,正反应仍继续进行,故A错误;
B. 正反应和逆反应都在继续进行,并不能说明反应已经达到平衡状态,也不能说明达到反应限度,故B错误;
C. 正反应和逆反应的速率都为零时,反应停止,可逆反应达到平衡状态时,反应并未停止,故C错误;
D. 正反应和逆反应的速率相等,则达到平衡状态,此时达到反应限度,故D正确。
故选D。
9.【答案】B
【解析】A.可逆反应在相同条件下,可以向正、逆两个反应方向进行,反应体系中各物质同时存在,由于三种物质均含有氧元素,故18O原子可能存在于三种物质中,故A错误,
B.根据上述分析18O原子存在于O2、SO2、SO3中,故B正确;
C.该反应是可逆反应,反应物不可能完全转化为生成物,故C错误;
D.根据硫元素质量守恒:n(SO2)+n(SO3)=2 mol,故D项错误。
故选B。
10.【答案】C
【解析】将A. B. C三种物质各1mol通入一个密闭容器中发生反应:2A+B2C,假设平衡向正反应方向移动且A完全转化为生成物,此时A和B的物质的量最少、C的物质的量最多,则n(A)=0、n(B)=1mol 0.5mol=0.5mol、n(C)=1mol+1mol=2mol;
如果平衡向逆反应方向移动且C完全转化为A和B,此时A和B的物质的量最多、C的物质的量最少,n(C)=0、n(B)=0.5mol+1mol=1.5mol、n(A)=1mol+1mol=2mol,所以最终平衡状态时n(A)在0 2mol之间、n(B)在0.5mol 1.5mol之间、n(C)在0 2mol之间,
答案选C。
11.【答案】A
【解析】当可逆反应达到化学平衡时,正、逆反应速率相等,但不为零;当可逆反应达到化学平衡后,尽管正、逆反应都在进行,但各物质的浓度保持不变;化学平衡是有条件的,可逆反应达到化学平衡后,改变某些条件可以使平衡发生移动。
能力提升
12.【答案】(1)不能 该反应为可逆反应,在一定条件下进行时,将达到化学平衡状态,反应物不可能完全转化为生成物 (2)增大压强,降低温度 (3)温度为300℃,压强为30MPa
【解析】(1)由于是可逆反应,所以在一定条件下进行时,将达到化学平衡状态,反应物不可能完全转化为生成物。
(2)根据表中数据可知,降低温度或增大压强,可使平衡混合物中氨的含量增大。
(3)根据表中数据可知,欲使平衡混合物中氨的含量为0.710,则选择的反应条件应为温度为300℃,压强为30Mpa。
13.【答案】(1)3X+Y2Z (2)0.05mol/(L·min) (3)是 (4)2min后 (5)50%
【解析】(1)由图象可以看出,反应中X、Y的物质的量减小,Z的物质的量增多,则X、Y为反应物,Z为生成物,且△n(X)∶△n(Y)∶△n(Z)=0.3mol∶0.1mol∶0.2mol=3∶1∶2,则反应的化学方程式为:3X+Y2Z,故答案为:3X+Y2Z;
(2)反应开始至2min时Z的平均反应速率为:c(Z)==0.05mol/(L min),故答案为:0.05mol/(L min);
(3)当反应进行到2min时各物质的量不随时间的改变而改变,反应达平衡状态,而后面一直维持平衡状态,故答案为:是;
(4)当反应进行到2min时各物质的量不随时间的改变而改变,反应达平衡状态,故答案
为:2min后;
(5)当反应进行到2min时,达到平衡状态,各组分的浓度不随时间的变化而变化,若三种物质都是气体,平衡时Y所占体积的百分比为×100%=50%,故答案为:50%。
14.【答案】(1)3X+Y2Z (2)0.05mol/(L min) (3) AB (4)减小 不变 增大
【解析】(1)根据图象知,随着反应的进行,X、Y的物质的量减少,Z的物质的量增加,所以X、Y是反应物,Z是生成物;同一反应、同一时间段内,各物质的浓度变化量之比等于其计量数之比,0-2min时,△X=(1-0.7)mol=0.3mol,△Y=(1-0.9)mol=0.1mol,△Z=0.2mol-0=0.2mol,△X∶△Y∶△Z=0.3mol∶0.1mol∶0.2mol=3∶1∶2;
故该反应的化学方程式为:3X+Y2Z;
(2)反应开始至2min,用Z表示的平均反应速率为===0.05mol /(L min);
(3)A.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化,说明各物质的量不变,达平衡状态,选项A正确;
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化,说明混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化,说明各物质的量不变,达平衡状态,选项B正确;
C.单位时间内每消耗3 mol X,同时生成2 mol Z,只要反应发生就符合这个关系,选项C错误;
D.混合气体的总质量一直不随时间的变化而变化,选项D错误;
E. 恒定容积,混合气体的密度始终不变,选项E错误;
答案选AB;
(4)①温度越高,反应速率越快,所以降低温度,反应速率减小;
②保持容器体积不变,充入不参加反应的惰性气体,反应体系中各物质的量浓度不变,反应速率不变;
③使用催化剂,正逆反应速率均增大。
15.【答案】(1)x 2NO2N2O4 (2)0.4 mol·L-1·min-1 > (3)N2O4
【解析】(1)根据图像,到达平衡时x的浓度降低了8 mol·L-1,y的浓度增大了4 mol·L-1,因此表示NO2浓度变化的曲线是x,反应的化学方程式为2NO2N2O4。(2)从反应开始至达到平衡的过程中,用N2O4表示的反应速率υ(N2O4)===0.4 mol·L-1·min-1;a、b两点对应状态中,a点时c(NO2)较大,则NO2的反应速率υ(a)> υ(b);(3)若平衡后改变温度,容器中气体的平均摩尔质量变大,说明气体的物质的量变小,则反应向生成N2O4的方向进行。
16.【答案】(1)3 (2)5 0.316 (3)4.74mol (4)③⑥
【解析】(1)根据图像知,氢气和碘的初始物质的量浓度为1 mol·L-1,所以容器的体积==3 L。
(2)当反应达到平衡状态时,各物质的浓度不变,根据图像可知,反应达到最大限度的时间为5 s,υ(HI)===0.316 mol·L-1·s-1。
(3)该反应达到平衡状态时c(HI)=1.58mol L—1,由第(1)问得知,V=3L,所以,n(HI)=c(HI)×V=1.58mol L—1×3L=4.74mol。
(4)H2消耗的速率和I2消耗的速率相等,都是正反应,不能判断反应达到平衡状态,故①错误;H2、I2、HI的浓度之比为1∶1∶2,该反应不一定达到平衡状态,还与反应物初始浓度及转化率有关,故②错误;H2、I2、HI的浓度都不再发生变化,该反应正、逆反应速率相等,达到平衡状态,故③正确;正、逆反应速率都为零,该反应没有开始进行,所以一定没有达到平衡状态,平衡状态下正、逆反应速率相同且不为0,故④错误;反应前后气体质量和气体物质的量不变,混合气体的平均相对分子质量始终不发生变化,故⑤错误;气体的颜色不再发生变化,说明碘单质浓度不变,说明反应达到平衡状态,故⑥正确