第53练 化学平衡的移动
一、 单项选择题
1. (2024·淮海中学高三下月考)下列事实可以用平衡移动原理解释的是( )
A. 合成氨工业中使用铁触媒,提高生产效率
B. 铝片放入浓HNO3中,待不再变化后,加热产生红棕色气体
C. 在钢铁表面镀上一层锌,钢铁不易被腐蚀
D. 盐碱地(含较多的NaCl、Na2CO3)施加适量石膏(CaSO4·2H2O),土壤的碱性降低
2. 下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A. 工业上生产硫酸时,充入过量的空气以提高SO2的转化率
B. 对CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g),达到平衡后,增大压强可使颜色变深
C. 实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气
D. 溴水中有化学平衡Br2+H2OHBr+HBrO,当加入少量AgNO3溶液后,溶液的颜色变浅
3. 下列反应达到化学平衡状态后,加压或降温都能使平衡向逆反应方向移动的是( )
A. SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0
B. C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0
C. 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
D. H2S(g)H2(g)+S(s) ΔH>0
4. 一定温度下,在2个容积均为1 L的密闭容器中,充入一定量的反应物,发生反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH<0。相关反应数据如表所示:
下列说法正确的是( )
A. 10 s时,容器Ⅰ中的反应处于平衡状态
B. 10 s时,容器Ⅰ中的化学反应速率v(CO2)=0.005 mol·L-1·s-1
C. 化学平衡常数:KⅡ>KⅠ
D. 若起始时,向容器Ⅱ中充入0.08 mol NO、0.1 mol CO、0.04 mol N2和0.1 mol CO2,反应将向逆反应方向进行
5. 碳与水反应可获得H2,添加CaO后,其主要反应如下;
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)(Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g)===CaCO3(s)(Ⅲ) ΔH3<0
恒压条件下,C—H2O—CaO体系达平衡后,气相中CO、CO2和H2物质的量分数随温度的变化关系如图所示[图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO3(s)在T1温度时完全分解]。下列说法不正确的是( )
A. CaO(s)+CO(g)+H2O(g)===CaCO3(s)+H2(g)低温时可自发进行
B. 图中曲线a对应物质为H2
C. 当温度高于T1时,随温度升高,曲线c逐渐降低的原因是温度升高,反应Ⅱ逆向移动
D. 保持压强不变、温度为T0,向平衡体系中通入少量CO2(g),重新达平衡后,CO2的浓度变大
6. 制备光电子功能材料ZnS可通过自发反应ZnO(s)+H2S(g)===ZnS(s)+H2O(g) ΔH>0。下列说法正确的是( )
A. 该反应的ΔS<0
B. 其他条件相同,缩小容器体积,达到新平衡时减小
C. 其他条件相同,升高体系温度,H2S的平衡转化率增大
D. 其他条件相同,使用催化剂加快正反应速率,减慢逆反应速率
7. (2024·宿迁一模)已知CO2催化加氢的主要反应有:
反应Ⅰ CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 ΔS1<0
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2>0 ΔS2
在恒温恒压反应器中通入1 mol CO2、3 mol H2气体,CO2的平衡转化率及CH3OH的平衡产率随温度变化关系如下图。已知:CH3OH产率=×100%;CH3OH的选择性=×100%。下列说法不正确的是 ( )
A. ΔH1<0,ΔS2>0
B. CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小
C. 525 K后,升高温度对反应Ⅰ的影响大于对反应Ⅱ的影响
D. 525 K时,增大的值或增大压强均能使CO2的平衡转化率达到b点的值
8. 我国提出了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标。二氧化碳催化加氢合成CH3OH是一种实现“双碳”目标的有效方法,其主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.0 kJ·mol-1
恒压下,n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶3时,甲醇产率随温度的变化如图所示(分子筛膜能选择性分离出H2O)。下列关于该实验的说法不正确的是( )
A. 甲醇平衡产率随温度升高而降低的主要原因:温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动
B. 采用分子筛膜时的适宜反应温度:210 ℃
C. M→N点甲醇产率增大的原因:温度升高,反应Ⅰ平衡常数增大
D. X点甲醇产率高于Y点的主要原因:分子筛膜可从反应体系中分离出H2O,有利于反应Ⅰ正向进行
二、 非选择题
9. 现有反应:mA(g)+nB(g)pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大;当减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,则:
(1)该反应的正反应为__________热反应,且m+n__________(填“>”“=”或“<”)p。
(2)若容积不变加入B,则A的转化率__________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),B的转化率__________。
(3)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比将__________。
(4)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量__________。
(5)若B是有色物质,A、C均无色,容器容积不变,加入C时,混合物颜色__________(填“变深”“变浅”或“不变”,下同);维持容器内压强不变,充入氖气时,混合物颜色__________。
10. (2024·徐州四模)工业上可用一氧化碳合成可再生能源甲醇。
(1)已知:Ⅰ. 3CO(g)+6H2(g)CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH1=-301.3 kJ·mol-1;
Ⅱ. 3CH3OH(g)CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH2=-31.0 kJ·mol-1。
则CO与H2合成气态甲醇的热化学方程式为__________________________________________________。
(2)某科研小组在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下,在500 ℃时,研究了n(H2)∶n(CO)分别为2∶1、5∶2时CO的转化率变化情况(如图1所示),则图中表示n(H2)∶n(CO)=2∶1的变化曲线为__________(填“曲线a”或“曲线b”),原因是________________________________。
(3)某科研小组向密闭容器中充入一定量的CO和H2合成气态甲醇,分别在A、B两种不同催化剂作用下发生反应,一段时间后测得CH3OH的产率与温度的关系如图2所示。下列说法正确的是__________(填选项字母)。
a. 使用催化剂A能加快相关化学反应速率,但催化剂A并未参与反应
b. 在恒温恒压的平衡体系中充入氩气,CH3OH的产率降低
c. 当2v(CO)正=v(H2)逆时,反应达到平衡状态
(4)一定温度下,在容积均为2 L的两个恒容密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
容器 甲 乙
反应物起始投入量 2 mol CO、6 mol H2 a mol CO、b mol H2、c mol CH3OH(g)(a、b、c均不为零)
若甲容器平衡后气体的压强为开始时的,则该温度下,该反应的平衡常数K=__________,要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则乙容器中c的取值范围为________________。
第53练 化学平衡的移动
1. D 解析:合成氨工业中使用铁触媒做催化剂,可以加快反应速率、但不能使平衡发生移动,不能用平衡移动原理解释,A项不符合题意;常温下Al放入浓硝酸中发生钝化,加热后Al与浓硝酸反应生成Al(NO3)3、红棕色的NO2气体和H2O,不能用平衡移动原理解释,B项不符合题意;在钢铁表面镀上一层锌,隔绝钢铁与空气、水分的接触,使钢铁不易被腐蚀,不能用平衡移动原理解释,C项不符合题意;在盐碱地(含较多的NaCl、Na2CO3)中存在水解平衡CO+H2O??HCO+OH-、HCO+H2O??H2CO3+OH-,使盐碱地土壤呈碱性,施加适量石膏,Ca2+与CO结合成CaCO3,CO的浓度减小,上述水解平衡逆向移动,或者:硫酸钙是微溶物、碳酸钙是难溶物,加入的硫酸钙能转化为碳酸钙沉淀,使碳酸根浓度减小、土壤的碱性降低,能用平衡移动原理解释,D项符合题意;答案选D。
2. B 解析:工业上生产H2SO4时发生反应2SO2+O2??2SO3,充入过量的空气平衡正向移动,可以提高二氧化硫的转化率,能用勒夏特列原理解释,A不合题意;对CO(g)+NO2(g)??CO2(g)+NO(g),平衡体系增大压强平衡不移动,但体积减小,c(NO2)增大,气体颜色变深,不可用勒夏特列原理解释,B符合题意;实验室可用排饱和食盐水的方法收集Cl2,相当于对H2O+Cl2??H++Cl-+HClO,加入氯化钠,增大Cl-的浓度,使平衡逆向移动,降低了氯气的溶解度,能用平衡移动原理解释,C不合题意;溴水中有化学平衡Br2+H2O??HBr+HBrO,当加入少量AgNO3溶液后,由于生成AgBr沉淀,导致溶液中Br-浓度减小,上述平衡正向移动,则溶液的颜色变浅能够用勒夏特列原理解释,D不合题意。故选B。
3. B 解析:加压或降温都能使化学平衡逆向移动,则反应为气体分子数增大的吸热反应。故选B。
4. D 解析:反应是放热反应,由于T2>T1,故达到平衡状态时,N2的物质的量:容器Ⅰ>容器Ⅱ,10 s时,容器Ⅰ中的反应不处于平衡状态,A错误;10 s时,容器Ⅰ中,v(CO2)=2v(N2)=2×=0.01 mol·L-1·s-1,B错误;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故KⅡ2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)
起始/(mol·L-1) 0.2 0.2 0 0
变化/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.05 0.1
平衡/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.05 0.1
K==5,若起始时,向容器Ⅱ中充入0.08 mol NO、0.1 mol CO、0.04 mol N2和0.1 mol CO2,Q==6.25>5=K,则反应逆向进行,D正确。
5. D 解析:根据盖斯定律CaO(s)+CO(g)+H2O(g)===CaCO3(s)+H2(g)可由反应Ⅱ+Ⅲ得到,因此ΔH=ΔH2+ΔH3<0,反应的气体分子数减少,是熵减反应,根据ΔG=ΔH-TΔS,低温时ΔG=ΔH-TΔS<0,可自发进行,故A正确;图示温度范围内C(s)已完全反应,则反应Ⅰ已经进行完全,反应Ⅱ和Ⅲ均为放热反应,从开始到T1,温度不断升高,反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动,依据反应Ⅱ,H2量减小,物质的量分数减小,CO量升高,物质的量分数升高,且二者物质的量分数变化斜率相同,所以a曲线代表H2的物质的量分数的变化,则c曲线代表CO2的物质的量分数随温度的变化,则b曲线对应物种CO,B正确;c曲线代表CO2的物质的量分数随温度的变化,开始到T1,CO2的物质的量分数升高,说明在这段温度范围内,反应Ⅱ占主导,当温度高于T1时,CaCO3已完全分解,只发生反应Ⅱ,反应Ⅱ逆向移动,CO2的物质的量分数减小,C正确;当温度为T0时反应Ⅱ占主导,由于反应ⅢK(Ⅲ)=,向平衡体系中通入少量CO2(g),T不变,K(Ⅲ)不变,即c(CO2)不变,D错误。故选D。
6. C 解析:反应ZnO(s)+H2S(g)===ZnS(s)+H2O(g)能自发进行,其ΔH>0,则ΔS>0,A不正确;反应前后气体分子数相等,其他条件相同,缩小容器体积,相当于加压,平衡不发生移动,则不变,B不正确;其他条件相同,升高体系温度,由于正反应为吸热反应,则平衡正向移动,H2S的平衡转化率增大,C正确;其他条件相同,使用催化剂,可降低反应的活化能,加快正反应速率,同时加快逆反应速率,D不正确。故选C。
7. C 解析:350 K~500 K,随温度升高,二氧化碳的平衡转化率减小,而反应Ⅱ为吸热反应,升温平衡正向移动,使二氧化碳平衡转化率有增大的趋势,故反应Ⅰ应为放热反应,升温平衡逆移,使二氧化碳平衡转化率有减小的趋势,故ΔH1<0;化合物的熵大于单质,故ΔS2>0,故A正确;随温度升高,甲醇的平衡产率减小,故CH3OH的平衡选择性随温度的升高而减小,故B正确;525 K后,随温度升高,甲醇的平衡产率减小,说明反应Ⅰ平衡逆移,但二氧化碳的平衡转化率增大,使二氧化碳平衡转化率随温度升高而增大的反应为反应Ⅱ,说明525 K后,升高温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响,故C错误;525 K时,增大的值,相当于二氧化碳的量不变,增大氢气的浓度,平衡正向移动,可以增大二氧化碳的平衡转化率,增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,均可以达到b点的值,故D正确。故选C。
8. C 解析:根据图像可知,随着温度的升高,甲醇的平衡产率降低,反应Ⅰ为放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度,该反应平衡向逆反应方向进行,甲醇的平衡产率降低,故A说法正确;根据图像可知,采用分子筛膜时,温度在210 ℃时甲醇产率最高,故B说法正确;反应Ⅰ为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,化学平衡常数降低,M→N甲醇的产率增大原因是这段时间反应没有达到平衡,反应向正反应方向进行,甲醇产率增大,故C说法错误;根据题中信息,分子筛膜能选择性分离出H2O,根据勒夏特列原理,降低生成物浓度,反应Ⅰ平衡向正反应方向进行,故D说法正确。故选C。
9. (1)吸 > (2)增大 减小 (3)减小 (4)不变 (5)变深 变浅
解析: (1)达到平衡后,升高温度,B的转化率变大,平衡正向移动,正反应为吸热反应。减小压强,C的质量分数减小,平衡逆向移动,m+n>p。
(2)容器容积不变,加入B,平衡正向移动,A的转化率增大,但B的转化率减小。
(3)升高温度,平衡正向移动,B的浓度减小,C的浓度增大,则平衡时减小。
(4)加入催化剂,平衡不移动,平衡时气体混合物的总物质的量不变。
(5)B为有色物质,A、C为无色物质,加入C后,平衡逆向移动,B浓度增大,混合物颜色变深。维持容器压强不变,充入氖气,以容器容积增大影响为主,B的浓度减小,混合气体颜色变浅。
10. (1)CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g) ΔH=-90.1 kJ·mol-1
(2)曲线b H2的含量越低,CO的转化率越低
(3)bc
(4) 0.25 1解析:(1)已知:Ⅰ.3CO(g)+6H2(g)??CH3CH===CH2(g)+3H2O(g) ΔH1=-301.3 kJ·mol-1,Ⅱ.3CH3OH(g)??CH3CH===CH2(g)+3H2O(g)
ΔH2=-31.0 kJ·mol-1,由盖斯定律可知Ⅰ×-Ⅱ×得CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g),则ΔH=(-×301.3+×31.0)kJ·mol-1=-90.1 kJ·mol-1,即CO与H2合成气态甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g) ΔH=-90.1 kJ·mol-1;
(2)n(H2)∶n(CO)=5∶2时,相当于增大H2浓度,平衡正移,CO的转化率增大,则n(H2)∶n(CO)=2∶1时H2的含量越低,平衡逆向移动,CO的转化率越低,即图中表示n(H2)∶n(CO)=2∶1的变化曲线为曲线b;
(3)催化剂参加化学反应才能加快反应速率,故a错误;在恒温恒压的平衡体系中充入氩气,体积增大,分压减小,平衡逆移,CH3OH的产率降低,故b正确;根据反应速率与计量系数成正比,当2v正(CO)=v逆(H2)时,反应达到平衡,故c正确;故答案为bc;
(4)已知甲中反应物投入量为:2 moL CO、6 mol H2,则:
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始量(mol) 2 6 0
转化量(mol) x 2x x
平衡量(mol) 2-x 6-x x
根据理想气体方程:PV=nRT,压强与物质的量成正比,即=0.75,解得x=1 mol,平衡常数K===0.25;依题意:甲、乙为等同平衡,且起始时维持反应逆向进行,所以全部由生成物投料,c等于CO的物质的量为2 mol,c不能低于平衡时的物质的量1 mol,所以c的物质的量为:1<c<2;