第二课时 化学反应的限度 化学平衡状态
学习目标 1.了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。2.了解化学平衡的建立和特征,学会判断可逆反应的化学平衡状态。3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的应用。
一、化学反应的限度
1.化学反应的限度
(1)Cl2与H2O的反应
化学方程式
溶液 中微粒 三分子
四离子
反应特点 反应 进行到底
(2)FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验 步骤
实验 现象 溶液颜色由 色变为 色 液体分层,下层为 色,上层 溶液变为 色
实验 结论 有 生成 有 和 生成 下层清液中含有
离子 方程式
反应 特点 I-过量的条件下,反应物Fe3+不能完全转化为生成物,即该反应具有一定的
2.可逆反应
(1)概念:在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。
(2)特点
(3)表示:书写可逆反应的化学方程式时用“”而不用“”。
3.“极端假设法”确定可逆反应各物质的浓度范围
可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,注意一些量的守恒关系,从而确定它们的浓度范围。
例如,在密闭容器中进行反应X2(g)+Y2(g)2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度可能的情况分析:
假设反应正向进行到底:
假设反应逆向进行到底:
平衡体系中各物质的浓度范围为01.(2023·广东湛江部分学校高一期中)下列反应不属于可逆反应的是 ( )
A.SO2与O2在一定条件下生成SO3,同时SO3又分解为SO2和O2
B.N2与H2在一定条件下生成NH3,同时NH3又分解为N2和H2
C.电解水生成H2和O2,氢气在氧气中燃烧生成H2O
D.SO2溶于水生成H2SO3,同时H2SO3又分解为SO2和H2O
2.在一定量的密闭容器中进行反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1。当反应达到最大限度时,可能存在的数据是 ( )
A.N2为0.2 mol·L-1,H2为0.6 mol·L-1
B.N2为0.15 mol·L-1
C.N2、H2均为0.18 mol·L-1
D.NH3为0.4 mol·L-1
3.在一定条件下,X、Y在某密闭容器中发生可逆反应2X(g)+2Y(g)3Z(g)+2W(g),X、Y的初始浓度分别为2.5 mol·L-1和2.0 mol·L-1,达平衡后,下列各生成物的浓度数据中肯定错误的是 ( )
A.c(Z)=1.5 mol·L-1
B.c(Z)=2.4 mol·L-1
C.c(W)=1.6 mol·L-1
D.c(W)=2.0 mol·L-1
二、化学平衡状态
1.化学平衡状态的建立
(1)建立过程
以可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为例,一定条件下向反应器中充入SO2和O2:
(2)建立过程图像
2.化学平衡状态的含义
在一定条件下,可逆反应进行到一定程度,当正、逆反应的速率相等时,反应物和生成物的浓度不再发生变化,反应达到化学平衡状态。
3.化学平衡状态的特征
(1)逆:可逆反应。
(2)等:v正=v逆≠0。
(3)动:化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时,反应并没有停止,这时正反应和逆反应都依然在进行。
(4)定:反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。
(5)变:外界条件(温度、浓度、压强等)发生改变,化学平衡状态可能会被破坏,并在新的条件下建立新的化学平衡。
4.化学平衡状态的判断
(1)化学平衡状态的判断依据
①“等速”依据——根据速率关系
同一物质:生成速率=消耗速率,即v正(A)=v逆(A)。
不同物质不同方向的速率:速率之比=化学计量数之比。
如aA+bBcC+dD,
=。
即:逆向
相等—速率必须一个是正反应速率,一个是逆反应速率,且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等
②“组成不变”依据——根据各组分的量
首先分析物理量是“变量”还是“恒量”,如为“恒量”,即随反应的进行永远不变,则不能作为判断平衡状态的依据;如为“变量”,即随反应进行而改变,当其“不变”时,则为平衡状态,即:
变量不变—化学反应达到平衡状态
(2)不能判断反应达到平衡状态的几种情况
①反应中各组分的物质的量的变化量之比(或分子个数比)等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比的状态。
②恒温恒容下Δn=0(反应前后气体物质的量不变)的反应,体系的压强、总物质的量不随时间改变而改变的状态。
③全是气体参加且Δn=0(反应前后气体物质的量不变)的反应,体系的平均相对分子质量不随时间的改变而改变的状态。
④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变的状态。
1.在一定条件下的密闭容器中,一定能说明反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)达到平衡状态的是 ( )
A.反应体系的总压强不变
B.2v正(B)=3v逆(C)
C.c(A)∶c(B)=1∶3
D.单位时间内生成2 mol C,同时生成2 mol D
2.下列叙述能说明在固定容积的密闭容器中进行的反应:3X(g)+Y(g)2Z(g)已经达到平衡状态的是 ( )
A.X、Y、Z的物质的量之比为3∶1∶2
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
3.在一定条件下,恒温恒容密闭容器中进行可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),试判断下列情况能说明该反应已经达到化学平衡状态的是 (填序号)。
①单位时间内生成n mol N2同时生成3n mol H2;②H2的生成速率等于NH3的生成速率;③一个N≡N键断裂的同时,有三个H—H键形成;④容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2;⑤反应物浓度等于生成物浓度;⑥混合气体的总物质的量不变。
微专题2 化学反应速率常用的计算方法与图像分析
1.列出一个模型——“三段式”思维模型
解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时,一般需要写出化学方程式,列出起始量、变化量及平衡量,再根据题设其他条件和定律求解。如:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol,达到平衡后消耗A的物质的量为mx。
注意 (1)a、b可指浓度或气体的体积、压强等。
(2)明确三个量的关系
①同一反应物:起始量-变化量=平衡量。
②同一生成物:起始量+变化量=平衡量。
③各变化量之比=各物质的化学计量数之比。
2.掌握四个公式——“三段式”应用
(1)反应物转化率:A的转化率=×100%。
(2)生成物产率:C的产率=×100%。
(3)平衡混合物某组分的百分含量=×100%。
(4)平衡混合物某气体组分的体积分数=×100%。
3.“三步法”分析化学反应速率与反应限度的图像问题
在平面直角坐标系中,可能出现反应物的物质的量、浓度、压强、时间等因素,按照“一看、二想、三判断”这三步来分析。
(1)“一看”——看图像
①看面,弄清楚横、纵坐标轴所表示的含义;
②看线,弄清楚线的走向和变化趋势;
③看点,弄清楚曲线上点的含义,特别是曲线上的折点、交点、最高点、最低点等;
④看辅助线,作横坐标轴或纵坐标轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等);
⑤看量的变化,弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化,还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比用各物质表示的化学反应速率之比与化学方程式中对应物质的化学计量数之比的关系,外界条件的改变对化学反应速率的影响规律等。
(3)“三判断”
利用有关规律,结合图像,所反映的点线条件变化和物理量变化代表的影响结果,通过对比分析,作出正确判断。
1.在一定条件下发生反应:2A(g)+2B(g)xC(g)+2D(g),在2 L密闭容器中,把4 mol A和2 mol B混合,2 min后达到平衡时生成1.2 mol C,又测得反应速率v(D)=0.2 mol·L-1·min-1,下列说法正确的是 ( )
A.A和B的转化率均是20%
B.x=3
C.平衡时A的物质的量为2.8 mol
D.平衡时气体压强比原来小
2.(2023·哈尔滨三中高一测试)一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量的变化如图所示,下列对该反应的推断不合理的是 ( )
A.在0~6 s内,C的化学反应速率约为0.067 mol·L-1·s-1
B.6 s后,反应停止了
C.该反应的化学方程式为3B+4C6A+2D
D.在0~4 s内,v(A)=3v(D)
3.等质量的碳酸钙与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测得在不同时间(t)内产生的气体体积(V)如图所示,根据图示分析实验条件,下列说法一定不正确的是 ( )
组别 对应 曲线 c(HCl)/ (mol·L-1) 反应温 度/℃ 碳酸钙 的形状
1 a 30 粉末状
2 b 30 粉末状
3 c 2.5 块状
4 d 2.5 30 块状
A.第4组实验的反应速率最小
B.第1组实验中盐酸的浓度可能大于2.5 mol·L-1
C.第2组实验中盐酸的浓度可能等于2.5 mol·L-1
D.第3组实验的反应温度低于30 ℃
1.(2023·哈尔滨三中高一测试)下列各组两个反应互为可逆反应的是 ( )
①H2+Cl22HCl与2HClH2↑+Cl2↑
②H2SO4(浓)+2HBr2H2O+Br2+SO2↑与Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO4
③2NO2N2O4与N2O42NO2
④CO2+H2OH2CO3与H2CO3H2O+CO2↑
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
2.已知:Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I-2Fe2++I2”的是 ( )
实验操作 实验现象
① 滴入KSCN溶液 溶液变红色
② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成
③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成
④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色
A.① B.②和④
C.③和④ D.①和③
3.下列能说明反应X(g)+2Y(g)2Z(g)达到化学平衡状态的是 ( )
A.X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2
B.X、Y、Z的浓度不再发生变化
C.v(X)=v(Y)
D.单位时间内生成n mol X的同时生成2n mol Y
4.(2024·江苏高一月考)在2 L的恒容密闭容器中同时进行下列两个可逆反应:①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);②CO(g)+2H2O(g)CH3OH(g)+O2(g)。下列叙述不能说明容器内的反应达到平衡状态的是 ( )
A.容器内压强不再发生变化
B.容器内气体的密度不再发生变化
C.CH3OH的体积分数不再发生变化
D.单位时间内,消耗的CO与生成的O2的物质的量之比为1∶1
5.在某一容积为5 L的密闭容器内,加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O,在催化剂条件下高温加热,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),反应中CO2的浓度随时间变化情况如图所示:
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡状态时,CO2的平均反应速率为 ,反应达到平衡状态时,c(H2)= 。
(2)判断该反应达到平衡状态的依据是 (填序号)。
①CO减少的反应速率和CO2减少的反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
第二课时 化学反应的限度 化学平衡状态
一、
1.(1)Cl2+H2OHCl+HClO H2O、Cl2、HClO H+、Cl-、ClO-、OH- 不能 (2)无 褐 浅绿 油状液体呈紫色 红 I2
Fe2+ I2 未反应的Fe3+ 2Fe3++2I-2Fe2++I2 限度
对点训练
1.C [可逆反应是指在相同条件,相同时刻,即能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应,则A、B、D中涉及到的化学反应都符合定义,而C中涉及到的反应不是同条件,同时刻进行的化学反应,则C不属于可逆反应。]
2.B [A项,可逆反应不能进行到底,N2的浓度范围是0~0.2 mol·L-1,H2的浓度范围是0~0.6 mol·L-1,NH3的浓度范围是0~0.4 mol·L-1,不能取最大值和最小值,错误;B项,氮气的物质的量浓度在范围内,正确;C项,虽然氮气和氢气的物质的量浓度在范围内,N2和H2都是反应物,浓度要么都增加,要么都减小,错误;D项,此反应是可逆反应,不能进行到底,错误。]
3.D [假设反应物完全转化为生成物,则容器中有0.5 mol·L-1X、3 mol·L-1Z和2 mol·L-1W,可逆反应中,反应物不可能完全转化为生成物,则有0.5 mol·L-1二、
1.(1)最大 零 减小 增大 相等
对点训练
1.B [该反应是反应前后气体体积相等的反应,所以无论反应是否达到平衡,体系的总压强都不变,A错误;任何时刻都有2v正(B)=3v正(C),2v正(B)=3v逆(C),说明v正=v逆,反应达到平衡状态,B正确;c(A)∶c(B)=1∶3不能说明反应达到平衡状态,C错误;单位时间内生成2 mol C,同时生成2 mol D,均表示正反应方向,D错误。]
2.B [平衡时各物质的物质的量不再发生变化,但不一定相等或满足某种关系,平衡时各物质的物质的量取决于起始物质的配料比以及转化的程度,A错误;反应前后气体体积不同,故压强不变时说明反应达到平衡状态,B正确;消耗X和生成Z都是正反应方向,不能说明反应达到平衡状态,C错误;化学反应遵循质量守恒定律,混合气体的总质量始终不变,D错误。]
3.③⑥
解析 判断化学平衡状态的标志有:v(正)=v(逆),①叙述的都是逆反应,②根据化学计量数之比,转化为同一物质时v(正)≠v(逆),③叙述的是一正一逆两个反应,转化为同一物质时v(正)=v(逆),①、②不能说明,③可以。各组分浓度保持不变,强调各自的浓度不变,而不是反应物浓度等于生成物浓度,④、⑤都不能说明。该反应的反应前后气体物质的量不同,气体总物质的量不变能说明反应达到平衡,⑥可以。(共86张PPT)
第一单元
化学反应速率与反应限度
专题 化学反应与能量变化
第二课时 化学反应的限度 化学平衡状态
6
1.了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
2.了解化学平衡的建立和特征,学会判断可逆反应的化学平衡状态。
3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的应用。
学习目标
一、化学反应的限度
二、化学平衡状态
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、化学反应的限度
对点训练
1.化学反应的限度
(1)Cl2与H2O的反应
化学方程式
溶液 中微粒 三分子
四离子
反应特点 反应 进行到底
H2O、Cl2、HClO
H+、Cl-、ClO-、OH-
不能
(2)FeCl3溶液与KI溶液的反应
无
褐
浅绿
油状液体呈紫色
红
I2
Fe2+
I2
未反应的Fe3+
限度
2.可逆反应
(1)概念:在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。
(2)特点
3.“极端假设法”确定可逆反应各物质的浓度范围
假设反应逆向进行到底:
平衡体系中各物质的浓度范围为01.(2023·广东湛江部分学校高一期中)下列反应不属于可逆反应的是( )
A.SO2与O2在一定条件下生成SO3,同时SO3又分解为SO2和O2
B.N2与H2在一定条件下生成NH3,同时NH3又分解为N2和H2
C.电解水生成H2和O2,氢气在氧气中燃烧生成H2O
D.SO2溶于水生成H2SO3,同时H2SO3又分解为SO2和H2O
解析 可逆反应是指在相同条件,相同时刻,即能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应,则A、B、D中涉及到的化学反应都符合定义,而C中涉及到的反应不是同条件,同时刻进行的化学反应,则C不属于可逆反应。
C
A.N2为0.2 mol·L-1,H2为0.6 mol·L-1 B.N2为0.15 mol·L-1
C.N2、H2均为0.18 mol·L-1 D.NH3为0.4 mol·L-1
解析 A项,可逆反应不能进行到底,N2的浓度范围是0~0.2 mol·L-1,H2的浓度范围是0~0.6 mol·L-1,NH3的浓度范围是0~0.4 mol·L-1,不能取最大值和最小值,错误;B项,氮气的物质的量浓度在范围内,正确;C项,虽然氮气和氢气的物质的量浓度在范围内,N2和H2都是反应物,浓度要么都增加,要么都减小,错误;D项,此反应是可逆反应,不能进行到底,错误。
B
A.c(Z)=1.5 mol·L-1 B.c(Z)=2.4 mol·L-1
C.c(W)=1.6 mol·L-1 D.c(W)=2.0 mol·L-1
解析 假设反应物完全转化为生成物,则容器中有0.5 mol·L-1X、3 mol·L-1Z和2 mol·L-1W,可逆反应中,反应物不可能完全转化为生成物,则有0.5 mol·L-1 D
二、化学平衡状态
对点训练
1.化学平衡状态的建立
最大
零
减小
增大
相等
(2)建立过程图像
2.化学平衡状态的含义
在一定条件下,可逆反应进行到一定程度,当正、逆反应的速率相等时,反应物和生成物的浓度不再发生变化,反应达到化学平衡状态。
3.化学平衡状态的特征
(1)逆:可逆反应。
(2)等:v正=v逆≠0。
(3)动:化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时,反应并没有停止,这时正反应和逆反应都依然在进行。
(4)定:反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。
(5)变:外界条件(温度、浓度、压强等)发生改变,化学平衡状态可能会被破坏,并在新的条件下建立新的化学平衡。
4.化学平衡状态的判断
(1)化学平衡状态的判断依据
①“等速”依据——根据速率关系
同一物质:生成速率=消耗速率,即v正(A)=v逆(A)。
不同物质不同方向的速率:速率之比=化学计量数之比。
②“组成不变”依据——根据各组分的量
首先分析物理量是“变量”还是“恒量”,如为“恒量”,即随反应的进行永远不变,则不能作为判断平衡状态的依据;如为“变量”,即随反应进行而改变,当其“不变”时,则为平衡状态,即:
(2)不能判断反应达到平衡状态的几种情况
①反应中各组分的物质的量的变化量之比(或分子个数比)等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比的状态。
②恒温恒容下Δn=0(反应前后气体物质的量不变)的反应,体系的压强、总物质的量不随时间改变而改变的状态。
③全是气体参加且Δn=0(反应前后气体物质的量不变)的反应,体系的平均相对分子质量不随时间的改变而改变的状态。
④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变的状态。
A.反应体系的总压强不变
B.2v正(B)=3v逆(C)
C.c(A)∶c(B)=1∶3
D.单位时间内生成2 mol C,同时生成2 mol D
解析 该反应是反应前后气体体积相等的反应,所以无论反应是否达到平衡,体系的总压强都不变,A错误;任何时刻都有2v正(B)=3v正(C),2v正(B)=3v逆(C),说明v正=v逆,反应达到平衡状态,B正确;c(A)∶c(B)=1∶3不能说明反应达到平衡状态,C错误;单位时间内生成2 mol C,同时生成2 mol D,均表示正反应方向,D错误。
B
A.X、Y、Z的物质的量之比为3∶1∶2
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
B
解析 平衡时各物质的物质的量不再发生变化,但不一定相等或满足某种关系,平衡时各物质的物质的量取决于起始物质的配料比以及转化的程度,A错误;反应前后气体体积不同,故压强不变时说明反应达到平衡状态,B正确;消耗X和生成Z都是正反应方向,不能说明反应达到平衡状态,C错误;化学反应遵循质量守恒定律,混合气体的总质量始终不变,D错误。
①单位时间内生成n mol N2同时生成3n mol H2;②H2的生成速率等于NH3的生成速率;③一个N≡N键断裂的同时,有三个H—H键形成;④容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2;⑤反应物浓度等于生成物浓度;⑥混合气体的总物质的量不变。
③⑥
解析 判断化学平衡状态的标志有:v(正)=v(逆),①叙述的都是逆反应,②根据化学计量数之比,转化为同一物质时v(正)≠v(逆),③叙述的是一正一逆两个反应,转化为同一物质时v(正)=v(逆),①、②不能说明,③可以。各组分浓度保持不变,强调各自的浓度不变,而不是反应物浓度等于生成物浓度,④、⑤都不能说明。该反应的反应前后气体物质的量不同,气体总物质的量不变能说明反应达到平衡,⑥可以。
课堂达标训练
1.(2023·哈尔滨三中高一测试)下列各组两个反应互为可逆反应的是( )
C
解析 可逆反应是在相同条件下,同时向正逆两个方向进行的反应。①中反应条件不同,不是可逆反应;②中物质不同,前者反应物是浓硫酸,后者生成物是稀硫酸,不是可逆反应;③、④为可逆反应。
A.① B.②和④ C.③和④ D.①和③
A
实验编号 实验操作 实验现象
① 滴入KSCN溶液 溶液变红色
② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成
③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成
④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色
解析 将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,I-过量,若不是可逆反应,Fe3+全部转化为Fe2+,则溶液中无Fe3+,故只需要证明溶液中含Fe3+,即能证明此反应为可逆反应,能建立化学平衡;向溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,则说明溶液中有Fe3+,即能说明反应存在平衡,①正确;向溶液中滴入AgNO3溶液有黄色沉淀生成,溶液中I-过量,无论是否存在平衡,都会有黄色沉淀生成,所以不能说明反应存在平衡,②错误;无论反应存不存在平衡,溶液中均存在Fe2+,滴入K3[Fe(CN)]6溶液均有蓝色沉淀生成,③错误;无论反应存不存在平衡,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色,不能证明存在平衡,④错误。
A.X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2
B.X、Y、Z的浓度不再发生变化
C.v(X)=v(Y)
D.单位时间内生成n mol X的同时生成2n mol Y
B
解析 即使按化学计量数关系投入X、Y,达到化学平衡状态时,X、Y、Z的物质的量之比也不一定为1∶2∶2,A项错误;X、Y、Z的浓度不再发生变化,说明反应达到化学平衡状态,B项正确;只有满足v(X)与v(Y)之比等于X与Y的化学计量数之比,且其中一个表示正反应速率,另一个表示逆反应速率时,才能说明反应达到化学平衡状态,C项错误;单位时间内生成n mol X的同时生成2n mol Y,均表示逆反应方向,不能说明反应达到化学平衡状态,D项错误。
A.容器内压强不再发生变化
B.容器内气体的密度不再发生变化
C.CH3OH的体积分数不再发生变化
D.单位时间内,消耗的CO与生成的O2的物质的量之比为1∶1
D
解析 反应①是气体分子数增多的反应,反应②是气体分子数减少的反应,则压强是变量,容器内压强不再发生变化,能证明反应达到平衡状态,A不选;反应①有固体参与反应,故容器内气体的质量是变量,体积不变,则容器内气体密度是变量,不变时,能证明达到平衡状态,B不选;CH3OH的体积分数是变量,不变时,能证明达到平衡状态,C不选;单位时间内,消耗的CO与生成的O2的物质的量为同一方向,不能证明达到平衡状态,D选。
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡状态时,CO2的平均反应速率为
,反应达到平衡状态时,c(H2)= 。
(2)判断该反应达到平衡状态的依据是 (填序号)。
①CO减少的反应速率和CO2减少的反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
0.003 mol·L-1·min-1
0.03 mol·L-1
①③
解析 (1)v(CO2)==0.003 mol·L-1·min-1、c(H2)=0.003 mol·L-1·min-1×10 min=0.03 mol·L-1。(2)CO的减少速率和CO2的减少速率相等时,说明v(正)=v(逆),反应达到平衡状态;反应物与生成物的浓度不再发生变化时,表明反应达到平衡状态;反应物与生成物的浓度相等,不能说明反应达到平衡状态。
课后巩固训练
一定温度下,在密闭容器中,当 CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化时,下列说法正确的是( )
A.CO 和H2O 全部转化为CO2和H2 B.该反应已达化学平衡状态
C.正、逆反应速率相等且等于零 D.CO、H2O、CO2、H2的浓度一定相等
B
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.我国科学家利用如下反应实现了低温制氢。
解析 该反应为可逆反应,故不可能反应完全,A错误;体系中各物质浓度不再发生变化,可以判断达到化学平衡状态,B正确;化学平衡状态时,正逆反应速率相同且不为0,C错误;反应物、生成物的浓度不一定相同,D错误。
A.容器内A、B、C、D四者共存 B.vA(正)=2vB(逆)
C.容器内各种物质的浓度不再改变 D.vA(正)=vC(逆)
解析 该反应为可逆反应,无论是否达到平衡状态,都存在容器内A、B、C、D四者共存的情况,不能作为判断达到平衡状态的依据,A项错误;到达平衡状态时,应存在2vA(正)=vB(逆),B项错误;容器内各种物质的浓度不再改变,是反应达到化学平衡的标志,C项正确;C为固体,不能用C的浓度变化来表示化学反应速率,D项错误。
C
3.下列有关化学反应速率和限度的说法中,不正确的是( )
B
4.如图所示是425 ℃时,在1 L密闭容器中发生化学反应时浓度随时间的变化示意图。
B
解析 图①中t0时,H2、I2、HI的物质的量相等但未保持不变,没有达到平衡状态,B项错。
A.2v(NH3)=v(CO2)
B.密闭容器中NH3与CO2的物质的量之比不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中氨气的体积分数不变
C
解析 A项,未指明其速率是代表正反应速率还是逆反应速率,且倍数关系也不正确;由于得到的气体中NH3与CO2的体积比恒为2∶1,且体系中只有这两种气体,故NH3的体积分数始终不变,B、D项不能说明反应是否达到平衡状态;该反应中NH2COONH4为固体,容器容积不变,故当混合气体密度不变时,说明反应达到平衡状态,C项正确。
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
D
解析 t1时,v正>v逆>0,正、逆反应都在发生,A项错误;t2~t3时,v正=v逆>0,反应并未停止,B项错误;该反应为可逆反应,1 mol X不能完全反应,所以当反应达到平衡时,容器内Y的物质的量小于1.5 mol,C项错误;t2~t3时为化学平衡状态,X、Y的物质的量均不发生变化,D项正确。
A.反应停止了
B.NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等
C.c(NO)∶c(O2)=2∶1
D.气体的颜色不再变化
D
解析 A项,反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,但反应并没有停止,故错误;B项,NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态,故错误;C项,c(NO)∶c(O2)始终是2∶1,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故错误;D项,混合气体的颜色不再改变,说明NO2气体的浓度不变,则反应达到平衡状态,故正确。
A.升高温度可使该反应的逆反应速率减小
B.达到化学平衡状态时,化学反应已经停止
C.v正(CO)=v正(CO2)时,反应达到了化学平衡状态
D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到了化学平衡状态
D
解析 升高温度,无论是正反应还是逆反应,化学反应速率均增大,A项错误;反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等但不为0,即反应没有停止,B项错误;v正(CO)与v正(CO2)均表示正反应方向,故不能用于化学平衡状态的判断,C项错误;由于CO和CO2的化学计量数相等,故当两者单位时间内消耗的物质的量相等时,反应达到化学平衡状态,D项正确。
C
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
10.(2023·广东湛江部分学校高一期中)在一定条件下,某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.t1时刻,反应逆向进行
B.t2时刻,逆反应速率大于正反应速率
C.t3时刻,反应物在该条件下转化率最大
D.t4时刻,正反应速率等于逆反应速率
D
解析 t1时刻,正反应速率大于逆反应速率,反应正向进行,A项错误;t2时刻,逆反应速率小于正反应速率,B项错误;t3时刻,反应仍向正反应方向进行,反应物在该条件下转化率没有达到最大,C项错误;t4是平衡状态,正反应速率等于逆反应速率,D项正确。
A.组别①中,0~20 min内,CH4的降解速率为 0.012 5 mol·L-1·min-1
B.由实验数据可知实验控制的温度:T1>T2
C.40 min时,表格中T1对应的NO2浓度为0.20 mol·L-1
D.0~10 min内,CH4的降解速率:①>②
C
组别 温度 时间/min n/mol 0 10 20 40 50
① T1 n(CH4) 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
② T2 n(CH4) 0.50 0.30 0.18 0.15
解析 ①中0~20 min内,v(CH4)==0.006 25 mol·L-1·min-1,A错误;温度越高反应速率越大,由实验数据可知0~20 min 内,实验①中CH4物质的量的变化量为0.25 mol,实验②中CH4的变化量0.32 mol,则实验②温度高,即T112.某化学课外小组的同学通过实验探究认识化学反应速率和化学反应限度。
(1)实验一:探究温度和浓度对反应速率的影响
实验原理及方案:在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘,反应原理是2I+2H+===I2+5S+H2O,生成的碘可用淀粉溶液检验,根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。
则V1= mL,V2= mL。
实验 编号 0.01 mol·L-1 KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL 0.01 mol·L-1 Na2SO3溶液的体积/mL 水的 体积 /mL 实验 温度 /℃ 出现蓝色
的时间/s
① 5 5 V1 0
② 5 5 40 25
③ 5 V2 35 25
40
10
解析 (1)①和②温度不同,应该是探究温度对速率的影响,因此浓度要求相同,即溶液的总体积相同,则V1+5+5=5+5+40,得V1=40;②和③温度相同,应该是探究浓度对速率的影响,图表中KIO3酸性溶液体积相同,可知是改变亚硫酸钠的浓度,为达到溶液体积相同,5+V2+35=5+5+40,得V2=10。
2
2
1
2
KSCN溶液
ⅱ中可观察到溶液分层,下层呈现紫红色,
ⅲ中可观察到溶液变红
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)上图中,A点处v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)图中表示NO2变化的曲线是 。用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v= 。
(3)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是 (填字母序号,下同)。
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内的密度保持不变
(4)下列能使该反应的反应速率增大的是 。
a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效的催化剂
大于
b
1.5×10-3mol·L-1·s-1
bc
bcd
A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
B.随着反应的进行,混合气体的平均相对分子质量增大
C.增加硫酸镁的质量,正反应速率将增大
D.在0~10 min内,v(CO)=0.01 mol·L-1·min-1
B
解析 升高温度,正、逆反应速率都增大,A项错误;由化学方程式可知,反应物中的气体是CO,生成物中的气体是CO2和SO2,CO的相对分子质量为28,CO2和SO2混合气体的平均相对分子质量大于28,故随着反应的进行,混合气体的平均相对分子质量增大,B项正确;增加固体的质量,不能改变化学反应速率,C项错误;由化学方程式可知,每消耗1 mol CO,固体质量减少80.0 g,在0~10 min内,固体质量减少8.0 g,即消耗0.1 mol CO,v(CO)==0.005 mol·L-1·min-1,D项错误。
A.反应进行到a点时气体X的转化率高于反应进行到
b点时的转化率
B.虚线表示使用催化剂的情形
C.b、c两点表明反应在相应的条件下达到了最大限度
D.反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=0.005 mol·L-1·min-1
A
解析 a点X的物质的量比b点大,说明参与反应的X较少,则反应进行到a点时气体X的转化率小于反应进行到b点时的转化率,A项错误;催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,故虚线表示使用催化剂的情况,B项正确;b、c两点之后,X的物质的量不再继续减小,说明已达到反应的限度,C项正确;反应从开始到a点,X的物质的量减小了0.1 mol,浓度减小了=0.05 mol·L-1,所以v(X)==0.01 mol·L-1·min-1,则:v(Y)=v(X)=0.005 mol·L-1·min-1,D项正确。
A.c1∶c2=1∶3
B.达到平衡状态时,H2和NH3的生成速率之比为2∶3
C.N2和H2的转化率相等
D.c1的取值范围为0B
解析
A.该反应中消耗的N2和H2的物质的量浓度之比为1∶3,达到平衡状态时N2和H2的浓度之比为1∶3,故c1∶c2=1∶3,正确;B.平衡时,H2和NH3的生成速率之比为3∶2,错误;C.由于N2和H2的起始浓度及消耗浓度之比均为1∶3,故N2和H2的转化率相等,正确;D.运用极值转化法,假设NH3完全转化为反应物,则c1=0.1 mol·L-1+mol·L-1=0.14 mol·L-1,由于该反应是可逆反应,所以c1<0.14 mol·L-1,又题设c1>0,故017.硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
C
解析 (1)Ⅰ中生成2 mol H2SO4需消耗4 mol水,而Ⅲ中分解2 mol H2SO4生成2 mol水,所以循环过程中需补充水。Ⅱ为可逆反应,Ⅲ不是可逆反应,所以产生1 mol O2的同时不会产生2 mol H2。
(2)在一定条件下,体积不变的密闭容器中,能说明反应Ⅱ达到化学平衡状态的是 。
A.混合气体的颜色不再变化
B.混合气体的密度不再改变
C.反应混合物中各组分物质的浓度相等
D.H2、HI、I2三种物质的反应速率之比为1∶2∶1
E.容器中气体压强不变
A
(3)一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应Ⅱ,
H2物质的量随时间的变化如图所示。
①0~2 min内的平均反应速率v(HI)= 。
②下列说法正确的是 。
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率常用单位时间内任何一种反应物物质的量的减小或生成物物质的量的增加来表示
C.在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态时,正、逆反应的速率不再改变
D.增大反应物的浓度、降低反应的温度都能增大反应速率
③A点的逆反应速率v逆(H2) B点的正反应速率v正(H2)(填“大于”“小于”或“等于”)。
0.1 mol·L-1·min-1
C
小于
解析 (3)①v(HI)==0.1 mol·L-1·min-1。③由于B点反应物浓度大于A点反应物浓度,所以B点H2正反应速率大于A点H2的正反应速率,而A点v正(H2)=v逆(H2)。
(1)在100 ℃时,将N2O4气体充入2 L的密闭容器中,隔一段时间对容器内的物质进行分析得到如下数据:
时间/s 0 20 40 60 80 100
c(N2O4)/mol·L-1 0.100 c1 0.050 c3 a b
c(NO2)/mol·L-1 0.000 0.060 c2 0.120 0.120 0.120
①表中c2 (填“>”“<”或“=”,下同)c3;a b。
②20 s时N2O4的浓度c1= ,在0~20 s内N2O4的平均反应速率为
mol·L-1·s-1。
>
=
0.070
0.001 5
解析 (1)①从表中数据可以看出,60 s时反应已经达到平衡。在60 s前,随着反应进行,N2O4的浓度减小,NO2的浓度增大,c3≤0.050,c2≥0.060,所以c2>c3;60 s后达到平衡,所以a=b;②20 s时NO2的浓度为0.060 mol·L-1,则N2O4的浓度减小了0.030 mol·L-1,20 s时N2O4的浓度c1=0.100 mol·L-1-0.030 mol·L-1=0.070 mol·L-1;在0~20 s内N2O4的平均反应速率为=0.001 5 mol·L-1·s-1。
(2)一定温度下,体积为2 L的恒容密闭容器中,各物质的物质的量随时间变化的关系如图所示。
①若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行,分别测
得:甲中v(N2O4)=0.2 mol·L-1·min-1,乙中v(NO2)=0.3 mol·L-1·
min-1,则 中反应更快。
②转化率=×100%。该反应达最大限度时Y的转化率为 ;若初始压强为p0,则平衡时p平= (用含p0的表达式表示)。
甲
60%
p0
解析 (2)①用不同物质表示的速率之比等于方程式的系数比,甲中v(N2O4)=0.2 mol·L-1·min-1,则用NO2表示的速率为v(NO2)=0.4 mol·L-1·min-1,大于乙中v(NO2)=0.3 mol·L-1·min-1,所以甲中反应更快。②从图中可以看出,起始时Y的物质的量为1 mol,平衡时为0.4 mol,则转化为Y为0.6 mol,平衡时反应达到最大限度,则该反应达最大限度时Y的转化率为×100%=60%;在恒容容器中,压强之比等于物质的量之比。起始时X和Y的物质的量之和为1 mol+0.4 mol=1.4 mol,平衡时总物质的量为0.7 mol+0.4 mol=1.1 mol,则平衡时p平=p0。
③下列描述能表示该反应达平衡状态的是 (填标号)。
A.容器内气体的密度不再发生变化
B.混合气体总的物质的量不再发生变化
C.容器内气体的颜色不再改变
D.容器中X与Y的物质的量相等
E.2v(X)=v(Y)
F.容器内气体的平均相对分子质量不再改变
BCF
解析 ③密度等于气体总质量除以容器体积,反应物和生成物均为气体,根据质量守恒,气体总质量不变,容器体积恒定,所以密度是定值,当容器内气体的密度不再发生变化时,不能说明反应达到平衡状态,故A不符合题意;该反应前后气体系数之和不相等,混合气体总物质的量是变量,当混合气体总的物质的量不再变化时,反应达到了平衡状态,故B符合题意;容器内气体颜色不再改变,说明NO2的浓度不再变化,说明反应达到平衡状态,故C符合题意;容器中X与Y的物质的量相等和是否平衡无关,不能说明达到平衡状态,故D不符合题意;没有指明正逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态,故E不符合题意;气体的平均相对分子质量等于总质量除以总物质的量,气体总质量不变,气体总物质的量是变量,所以气体的平均相对分子质量在未平衡前是变化的,当容器内气体的平均相对分子质量不再改变时反应达到了平衡状态,故F符合题意。专题6 作业2 化学反应的限度 化学平衡状态
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~11题,每题4分)
1.我国科学家利用如下反应实现了低温制氢。
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
一定温度下,在密闭容器中,当 CO、H2O、CO2、H2的浓度不再变化时,下列说法正确的是 ( )
CO 和H2O 全部转化为CO2和H2
该反应已达化学平衡状态
正、逆反应速率相等且等于零
CO、H2O、CO2、H2的浓度一定相等
2.某容积固定的密闭容器中发生可逆反应:A(g)+2B(g)C(s)+D(g),能说明反应已达到平衡状态的事实是 ( )
容器内A、B、C、D四者共存
vA(正)=2vB(逆)
容器内各种物质的浓度不再改变
vA(正)=vC(逆)
3.下列有关化学反应速率和限度的说法中,不正确的是 ( )
实验室用H2O2分解制O2,加入MnO2后,反应速率明显加快
在金属钠与足量水反应中,增加水的量能加快反应速率并使钠的转化率达到100%
2SO2+O22SO3反应中,SO2的转化率不能达到100%
实验室用碳酸钙和盐酸反应制取CO2,用粉末状碳酸钙比块状反应要快
4.如图所示是425 ℃时,在1 L密闭容器中发生化学反应时浓度随时间的变化示意图。
下列叙述错误的是 ( )
图①中t0时,三种物质的物质的量相同
图①中t0时,反应达到平衡状态
图②中的逆反应为H2(g)+I2(g)2HI(g)
图①②中当c(HI)=3.16 mol·L-1时,反应达到平衡状态
5.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其分解:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是 ( )
2v(NH3)=v(CO2)
密闭容器中NH3与CO2的物质的量之比不变
密闭容器中混合气体的密度不变
密闭容器中氨气的体积分数不变
6.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 ( )
t1时,只有正反应
t2~t3时,反应不再发生
t2时,容器内有1.5 mol Y
t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
7.一定条件下的可逆反应2NO2(红棕色)2NO(无色)+O2(无色),在恒压密闭容器中充入NO2,达到化学平衡状态的标志是 ( )
反应停止了
NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等
c(NO)∶c(O2)=2∶1
气体的颜色不再变化
8.已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。下列说法正确的是 ( )
升高温度可使该反应的逆反应速率减小
达到化学平衡状态时,化学反应已经停止
v正(CO)=v正(CO2)时,反应达到了化学平衡状态
单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到了化学平衡状态
9.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
2.0 1.0 0
1.0 0.8 1.0
0.2 0.1 1.8
0 0 2.0
10.(2023·广东湛江部分学校高一期中)在一定条件下,某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如下图所示。下列叙述正确的是 ( )
t1时刻,反应逆向进行
t2时刻,逆反应速率大于正反应速率
t3时刻,反应物在该条件下转化率最大
t4时刻,正反应速率等于逆反应速率
11.对利用甲烷消除NO2污染进行研究,CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在2 L密闭容器中,控制不同温度,分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2,测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表。下列说法正确的是 ( )
时间/min n/mol
0 10 20 40 50
① T1 n(CH4) 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
② T2 n(CH4) 0.50 0.30 0.18 0.15
组别①中,0~20 min内,CH4的降解速率为 0.012 5 mol·L-1·min-1
由实验数据可知实验控制的温度:T1>T2
40 min时,表格中T1对应的NO2浓度为0.20 mol·L-1
0~10 min内,CH4的降解速率:①>②
12.(8分)某化学课外小组的同学通过实验探究认识化学反应速率和化学反应限度。
(1)(2分)实验一:探究温度和浓度对反应速率的影响
实验原理及方案:在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘,反应原理是2I+2H+I2+5S+H2O,生成的碘可用淀粉溶液检验,根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。
实验 编号 0.01 mol·L-1 KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL 0.01 mol·L-1 Na2SO3溶液的体积/mL 水的 体积 /mL 实验 温度 /℃ 出现蓝色 的时间/s
① 5 5 V1 0
② 5 5 40 25
③ 5 V2 35 25
则V1= mL,V2= mL。
(2)(6分)实验二:探究KI和FeCl3混合时生成KCl、I2和FeCl2的反应存在一定的限度。实验步骤:
ⅰ.向5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中滴加5~6滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,充分反应后,将所得溶液分成甲、乙、丙三等份;
ⅱ.向甲中滴加CCl4,充分振荡;
ⅲ.向乙中滴加试剂X。
①将KI和FeCl3反应的离子方程式补充完整:
I-+ Fe3+ I2+ Fe2+。
②步骤ⅲ中,试剂X是 。
③步骤ⅱ和ⅲ中的实验现象说明KI和FeCl3混合时生成KCl、I2和FeCl2的反应存在一定的限度,该实验现象是
。
13.(7分)在2 L密闭容器中,800 ℃时,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表所示:
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO) /mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)(1分)上图中,A点处v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)(2分)图中表示NO2变化的曲线是 。
用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v=
。
(3)(2分)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是 (填字母序号,下同)。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内的密度保持不变
(4)(2分)下列能使该反应的反应速率增大的是 。
a.及时分离出NO2气体
b.适当升高温度
c.增大O2的浓度
d.选择高效的催化剂
B级 素养培优练
(14~16题,每题4分)
14.在一定条件下,向2 L密闭容器中加入一定量的MgSO4和CO发生反应:MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g)。反应时间与残留固体的质量间的关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
随着反应的进行,混合气体的平均相对分子质量增大
增加硫酸镁的质量,正反应速率将增大
在0~10 min内,v(CO)=0.01 mol·L-1·min-1
15.在2 L恒温密闭容器中通入气体X并发生反应:2X(g)Y(g),X的物质的量n(X)随时间t变化的曲线如图所示(图中的两条曲线分别代表有、无催化剂的情形),下列叙述不正确的是 ( )
反应进行到a点时气体X的转化率高于反应进行到b点时的转化率
虚线表示使用催化剂的情形
b、c两点表明反应在相应的条件下达到了最大限度
反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=0.005 mol·L-1·min-1
16.在一定条件下发生反应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),达到平衡状态时,N2、H2、NH3的浓度分别为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 ( )
c1∶c2=1∶3
达到平衡状态时,H2和NH3的生成速率之比为2∶3
N2和H2的转化率相等
c1的取值范围为017.(8分)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
Ⅰ.SO2+2H2O+I2H2SO4+2HI
Ⅱ.2HIH2+I2(g)
Ⅲ.2H2SO42SO2+O2+2H2O
(1)(2分)分析上述反应,下列判断正确的是 (填字母序号,下同)。
A.反应Ⅲ易在常温下进行
B.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
C.循环过程需补充H2O
D.循环过程产生1 mol O2的同时产生2 mol H2
(2)(2分)在一定条件下,体积不变的密闭容器中,能说明反应Ⅱ达到化学平衡状态的是 。
A.混合气体的颜色不再变化
B.混合气体的密度不再改变
C.反应混合物中各组分物质的浓度相等
D.H2、HI、I2三种物质的反应速率之比为1∶2∶1
E.容器中气体压强不变
(3)(4分)一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如图所示。
①(1分)0~2 min内的平均反应速率v(HI)= 。
②(2分)下列说法正确的是 。
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率常用单位时间内任何一种反应物物质的量的减小或生成物物质的量的增加来表示
C.在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态时,正、逆反应的速率不再改变
D.增大反应物的浓度、降低反应的温度都能增大反应速率
③(1分)A点的逆反应速率v逆(H2) B点的正反应速率v正(H2)(填“大于”“小于”或“等于”)。
18.(11分)(2023·山东烟台高一期中)已知2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,回答下列问题:
(1)(4分)在100 ℃时,将N2O4气体充入2 L的密闭容器中,隔一段时间对容器内的物质进行分析得到如下数据:
时间/s 0 20 40 60 80 100
c(N2O4)/ mol·L-1 0.100 c1 0.050 c3 a b
c(NO2)/ mol·L-1 0.000 0.060 c2 0.120 0.120 0.120
①表中c2 (填“>”“<”或“=”,下同)c3;a b。
②20 s时N2O4的浓度c1= ,在0~20 s内N2O4的平均反应速率为 mol·L-1·s-1。
(2)(7分)一定温度下,体积为2 L的恒容密闭容器中,各物质的物质的量随时间变化的关系如图所示。
①(1分)若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行,分别测得:甲中v(N2O4)=0.2 mol·L-1·min-1,乙中v(NO2)=0.3 mol·L-1·min-1,则 中反应更快。
②(4分)转化率=×100%。该反应达最大限度时Y的转化率为 ;若初始压强为p0,则平衡时p平= (用含p0的表达式表示)。
③(2分)下列描述能表示该反应达平衡状态的是 (填标号)。
A.容器内气体的密度不再发生变化
B.混合气体总的物质的量不再发生变化
C.容器内气体的颜色不再改变
D.容器中X与Y的物质的量相等
E.2v(X)=v(Y)
F.容器内气体的平均相对分子质量不再改变
作业2 化学反应的限度 化学平衡状态
1.B [该反应为可逆反应,故不可能反应完全,A错误;体系中各物质浓度不再发生变化,可以判断达到化学平衡状态,B正确;化学平衡状态时,正逆反应速率相同且不为0,C错误;反应物、生成物的浓度不一定相同,D错误。]
2.C [该反应为可逆反应,无论是否达到平衡状态,都存在容器内A、B、C、D四者共存的情况,不能作为判断达到平衡状态的依据,A项错误;到达平衡状态时,应存在2vA(正)=vB(逆),B项错误;容器内各种物质的浓度不再改变,是反应达到化学平衡的标志,C项正确;C为固体,不能用C的浓度变化来表示化学反应速率,D项错误。]
3.B [实验室用H2O2分解制O2,加入MnO2后,MnO2作催化剂,使反应速率明显加快,A项正确;在金属钠与足量水反应中,增加水的量对反应速率无影响,B项错误;2SO2+O22SO3反应为可逆反应,SO2的转化率不能达到100%,C项正确;实验室用碳酸钙和盐酸反应制取CO2,用粉末状碳酸钙能够增大与盐酸的接触面积,使反应速率比块状反应要快,D项正确。]
4.B [图①中t0时,H2、I2、HI的物质的量相等但未保持不变,没有达到平衡状态,B项错。]
5.C [A项,未指明其速率是代表正反应速率还是逆反应速率,且倍数关系也不正确;由于得到的气体中NH3与CO2的体积比恒为2∶1,且体系中只有这两种气体,故NH3的体积分数始终不变,B、D项不能说明反应是否达到平衡状态;该反应中NH2COONH4为固体,容器容积不变,故当混合气体密度不变时,说明反应达到平衡状态,C项正确。]
6.D [t1时,v正>v逆>0,正、逆反应都在发生,A项错误;t2~t3时,v正=v逆>0,反应并未停止,B项错误;该反应为可逆反应,1 mol X不能完全反应,所以当反应达到平衡时,容器内Y的物质的量小于1.5 mol,C项错误;t2~t3时为化学平衡状态,X、Y的物质的量均不发生变化,D项正确。]
7.D [A项,反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,但反应并没有停止,故错误;B项,NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态,故错误;C项,c(NO)∶c(O2)始终是2∶1,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故错误;D项,混合气体的颜色不再改变,说明NO2气体的浓度不变,则反应达到平衡状态,故正确。]
8.D [升高温度,无论是正反应还是逆反应,化学反应速率均增大,A项错误;反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等但不为0,即反应没有停止,B项错误;v正(CO)与v正(CO2)均表示正反应方向,故不能用于化学平衡状态的判断,C项错误;由于CO和CO2的化学计量数相等,故当两者单位时间内消耗的物质的量相等时,反应达到化学平衡状态,D项正确。]
9.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。]
10.D [t1时刻,正反应速率大于逆反应速率,反应正向进行,A项错误;t2时刻,逆反应速率小于正反应速率,B项错误;t3时刻,反应仍向正反应方向进行,反应物在该条件下转化率没有达到最大,C项错误;t4是平衡状态,正反应速率等于逆反应速率,D项正确。]
11.C [①中0~20 min内,v(CH4)==
0.006 25 mol·L-1·min-1,A错误;温度越高反应速率越大,由实验数据可知0~20 min 内,实验①中CH4物质的量的变化量为0.25 mol,实验②中CH4的变化量0.32 mol,则实验②温度高,即T112.(1)40 10 (2)①2 2 1 2 ②KSCN溶液 ③ⅱ中可观察到溶液分层,下层呈现紫红色,ⅲ中可观察到溶液变红
解析 (1)①和②温度不同,应该是探究温度对速率的影响,因此浓度要求相同,即溶液的总体积相同,则V1+5+5=5+5+40,得V1=40;②和③温度相同,应该是探究浓度对速率的影响,图表中KIO3酸性溶液体积相同,可知是改变亚硫酸钠的浓度,为达到溶液体积相同,5+V2+35=5+5+40,得V2=10。(2)①结合得失电子守恒,每生成1个I2转移2e-时,也生成2个Fe2+,再利用电荷守恒及原子守恒可得配平后的离子方程式:2I-+2Fe3+I2+2Fe2+;②利用KSCN溶液检验反应后的溶液里存在Fe3+;③当ⅱ中可观察到溶液分层,下层呈现紫红色时可知反应后的溶液里有I2,ⅲ中滴加KSCN溶液后可观察到溶液变红,可知溶液里存在Fe3+,由此可推出反应存在一定限度。
13.(1)大于 (2)b 1.5×10-3mol·L-1·s-1 (3)bc (4)bcd
解析 (1)图中表明A点的反应时间小于1 s,表格中数据表明在0~1 s内n(NO)呈减小状态,则反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)正向进行,v正>v逆。(2)上述反应正向进行,则c(NO)由逐渐减小到保持不变。表格中数据表明上述反应从开始到平衡,n(NO)的减小量为0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,则n(NO2)的增加量为0.013 mol。上述反应容器的容积为2 L,则平衡时c(NO2)=0.006 5 mol·L-1,则表示NO2变化的曲线是b。表格中数据表明,在0~2 s内n(NO)减小量为0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol,则n(O2)的减小量为0.006 mol,容器容积为2 L,则Δc(O2)=0.003 mol·L-1,反应时间为2 s,根据v=计算得v(O2)=1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)化学平衡状态中正、逆反应速率相等,v正(NO2)=2v逆(O2)体现了上述反应中正、逆反应速率相等,v(NO2)=2v(O2)则不可以。上述反应,在达到平衡之前气体总物质的量不守恒,则在恒温、恒容下气体总压强不守恒;在达到平衡之后气体总物质的量守恒,则在恒温、恒容下气体总压强守恒;总之,上述反应的容器内压强保持不变,说明反应已经达到平衡。上述反应,在达到平衡前后气体质量守恒,由于容器容积不变,则容器内的密度不变不能说明反应达到平衡。(4)其他条件一定,升高温度、增大反应物的浓度或使用催化剂,都能使化学反应速率增大。
14.B [升高温度,正、逆反应速率都增大,A项错误;由化学方程式可知,反应物中的气体是CO,生成物中的气体是CO2和SO2,CO的相对分子质量为28,CO2和SO2混合气体的平均相对分子质量大于28,故随着反应的进行,混合气体的平均相对分子质量增大,B项正确;增加固体的质量,不能改变化学反应速率,C项错误;由化学方程式可知,每消耗1 mol CO,固体质量减少80.0 g,在0~10 min内,固体质量减少8.0 g,即消耗0.1 mol CO,v(CO)==0.005 mol·L-1·min-1,D项错误。]
15.A [a点X的物质的量比b点大,说明参与反应的X较少,则反应进行到a点时气体X的转化率小于反应进行到b点时的转化率,A项错误;催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,故虚线表示使用催化剂的情况,B项正确;b、c两点之后,X的物质的量不再继续减小,说明已达到反应的限度,C项正确;反应从开始到a点,X的物质的量减小了0.1 mol,浓度减小了=0.05 mol·L-1,所以v(X)==
0.01 mol·L-1·min-1,则:v(Y)=v(X)=0.005 mol·L-1·min-1,D项正确。]
16.B [
A.该反应中消耗的N2和H2的物质的量浓度之比为1∶3,达到平衡状态时N2和H2的浓度之比为1∶3,故c1∶c2=1∶3,正确;B.平衡时,H2和NH3的生成速率之比为3∶2,错误;C.由于N2和H2的起始浓度及消耗浓度之比均为1∶3,故N2和H2的转化率相等,正确;D.运用极值转化法,假设NH3完全转化为反应物,则c1=0.1 mol·L-1+mol·L-1=0.14 mol·L-1,由于该反应是可逆反应,所以c1<0.14 mol·L-1,又题设c1>0,故017.(1)C (2)A (3)①0.1 mol·L-1·min-1 ②C ③小于
解析 (1)Ⅰ中生成2 mol H2SO4需消耗4 mol水,而Ⅲ中分解2 mol H2SO4生成2 mol水,所以循环过程中需补充水。Ⅱ为可逆反应,Ⅲ不是可逆反应,所以产生1 mol O2的同时不会产生2 mol H2。(3)①v(HI)==0.1 mol·L-1·min-1。③由于B点反应物浓度大于A点反应物浓度,所以B点H2正反应速率大于A点H2的正反应速率,而A点v正(H2)=v逆(H2)。
18.(1)①> = ②0.070 0.001 5
(2)①甲 ②60% p0 ③BCF
解析 (1)①从表中数据可以看出,60 s时反应已经达到平衡。在60 s前,随着反应进行,N2O4的浓度减小,NO2的浓度增大,c3≤0.050,c2≥0.060,所以c2>c3;60 s后达到平衡,所以a=b;②20 s时NO2的浓度为0.060 mol·L-1,则N2O4的浓度减小了0.030 mol·L-1,20 s时N2O4的浓度c1=0.100 mol·L-1-0.030 mol·L-1=0.070 mol·L-1;在0~20 s内N2O4的平均反应速率为=0.001 5 mol·L-1·s-1。(2)①用不同物质表示的速率之比等于方程式的系数比,甲中v(N2O4)=0.2 mol·L-1·min-1,则用NO2表示的速率为v(NO2)=0.4 mol·L-1·min-1,大于乙中v(NO2)=0.3 mol·L-1·min-1,所以甲中反应更快。②从图中可以看出,起始时Y的物质的量为1 mol,平衡时为0.4 mol,则转化为Y为0.6 mol,平衡时反应达到最大限度,则该反应达最大限度时Y的转化率为×100%=60%;在恒容容器中,压强之比等于物质的量之比。起始时X和Y的物质的量之和为1 mol+0.4 mol=1.4 mol,平衡时总物质的量为0.7 mol+0.4 mol=1.1 mol,则平衡时p平=p0。③密度等于气体总质量除以容器体积,反应物和生成物均为气体,根据质量守恒,气体总质量不变,容器体积恒定,所以密度是定值,当容器内气体的密度不再发生变化时,不能说明反应达到平衡状态,故A不符合题意;该反应前后气体系数之和不相等,混合气体总物质的量是变量,当混合气体总的物质的量不再变化时,反应达到了平衡状态,故B符合题意;容器内气体颜色不再改变,说明NO2的浓度不再变化,说明反应达到平衡状态,故C符合题意;容器中X与Y的物质的量相等和是否平衡无关,不能说明达到平衡状态,故D不符合题意;没有指明正逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态,故E不符合题意;气体的平均相对分子质量等于总质量除以总物质的量,气体总质量不变,气体总物质的量是变量,所以气体的平均相对分子质量在未平衡前是变化的,当容器内气体的平均相对分子质量不再改变时反应达到了平衡状态,故F符合题意。
