课时规范练24 化学平衡状态 化学平衡的移动一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。1.已知二氧化硫与氧气反应的热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197kJ·mol-1。下列有关二氧化硫与氧气反应的说法正确的是( )A.反应的ΔS<0B.如果有2mol的SO2和1molO2在该条件下充分反应可以放出197kJ的热量C.反应中每消耗1molO2转移电子的数目约等于2×6.02×1023D.反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高SO2的平衡转化率2.(2021浙江金华二模)下列说法正确的是( )A.恒温恒容下,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)+N(s),当混合气体的密度不再发生变化时,能表明该反应达到平衡状态B.对于反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),缩小反应容器容积,达到平衡时,CO2的浓度增大C.反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0达到平衡后,升温,反应速率v(H2)和H2的平衡转化率均增大D.实验室制氢气,为了加快反应速率,可向稀硫酸中加少量Cu(NO3)2固体3.(2021上海二模)800℃时,可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=1。800℃时,测得某一时刻密闭容器中各组分的浓度如下表,下列说法正确的是( )物质COH2OCO2H2浓度/(mol·L-1)0.0020.0030.00250.0025A.此时,v(正)>v(逆)B.一段时间后,气体压强降低C.一段时间后,H2O的体积分数增加D.一段时间后,正反应速率减小4.(2021福建新高考适应性考试)K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2+H2O2Cr+2H+。分别在26.3℃、50.0℃恒温条件下,往100mL0.100mol·L-1的K2Cr2O7溶液中加入一定量K2Cr2O7固体,持续搅拌下利用pH传感器连续测量溶液的pH,得到如下实验图像,下列说法正确的是( )A.曲线①是50.0℃的pH-t曲线B.曲线②对应的平衡常数的数量级是10-14C.t1后,c平(Cr2)+c平(Cr)=c平(K+)\nD.26.3℃时,与0.100mol·L-1的K2Cr2O7溶液相比,达到新平衡时增大5.(2021福建厦门一中质检)如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程,其中关键步骤是SO2的催化氧化:2SO2+O22SO3 ΔH<0。下列说法正确的是( )A.反应后气体分子数减少,增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益B.反应放热,为提高SO2转化率,应尽可能在较低温度下反应C.工业生产要求高效,为加快反应速率,应使用催化剂并尽可能提高体系温度D.沸腾炉流出的气体必须经过净化,并补充适量空气,再进入接触室6.(2021福建宁德高中毕业班质检)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一,反应的化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。在不同温度下,向a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入1.1molCH4(g)和1.1molH2O(g),测得容器a中CO物质的量、容器b中H2物质的量随时间的变化曲线如图所示(已知容器a、b的体积均为2L)。下列说法正确的是( )A.该反应为放热反应B.两容器达到平衡时,b容器中CO的体积分数大于a容器C.a容器前4min用CH4表示的平均反应速率为0.125mol·L-1·min-1D.a容器达到平衡后,再充入1.1molCH4(g)和1molCO(g),此时v(正)<v(逆)7.(2021山东济南高三阶段检测)SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法,反应如下:主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)ΔH副反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在甲、乙两种催化剂作用下进行上述反应,经过相同时间,两种催化剂对应NO的平衡转化率与温度的关系如图。下列说法错误的是( )\nA.工业上选择催化剂乙的原因是低温下有很强的催化活性B.投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是降低温度、减小压强C.图中M点处(对应温度为210℃)NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率D.相同条件下选择高效催化剂,可以提高NO的平衡转化率8.在容积相同的密闭容器中分别加入一定量的催化剂、1molC2H5OH(g)和不同量的H2O(g),发生反应C2H5OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g) ΔH,测得相同时间内不同水醇比下乙醇转化率随温度变化的关系如图所示。已知:①水醇比为2∶1时,各点均已达到平衡状态,②不同的水醇比会影响催化剂的催化效果。下列说法正确的是( )A.ΔH<0B.该时间段内用乙醇浓度变化表示的平均化学反应速率:v(A)<v(E)C.C、E两点对应的化学平衡常数相同D.A、B、C三点中C点的催化剂催化效果最低二、非选择题:本题共2小题。9.控制CO2的排放是防止温室效应等不良气候现象产生的有效途径。(1)高炉炼铁会排放大量的CO2和烟尘,必须进行严格的控制。已知:①3CO(g)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=akJ·mol-1②3C(石墨,s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+3CO(g) ΔH=+489.0kJ·mol-1③C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+172.5kJ·mol-1则a= ;若在恒温恒容密闭容器中发生反应①,当达到平衡后,充入CO2,则达到新平衡后CO的体积分数 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),其转化率 。 (2)炼铁时需要用石灰石除去铁矿石中的脉石,该过程中涉及反应:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH>0。若在恒温恒容的密闭容器中进行上述反应达到平衡状态,在t1时刻向平衡体系中充入1\nmolCO2,t2时刻反应重新达到平衡,画出t1时刻后的正逆反应速率随时间变化的图像。10.(2021福建新高考适应性考试)丙烯(C3H6)是仅次于乙烯(C2H4)的重要基本有机原料,工业上常利用丙烷(C3H8)催化脱氢氧化制取丙烯。丙烷脱氢过程主要包含以下3个反应:①C3H8C3H6+H2 ②2C3H6+9O26CO2+6H2O ③C3H8CH4+C2H4根据以下所给条件回答问题:(1)已知各物质的摩尔燃烧焓如下表,请计算反应①的反应热ΔH1= 。 物质H2CH4C2H4C3H6C3H8-285.8-891.0-1411.0-2013.4-2217.8(2)如果要加快石油工业中丙烷的裂解速度,可以采取的措施是 (填字母)。 A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压(3)在500℃下,在一定的原料气比和气流速度的条件下,不同载体催化剂对丙烷脱氢反应的影响如图所示。其中某一组实验数据如下表所示(其中丙烷的转化率指的是总转化率,丙烯的选择性指最终转化为丙烯的丙烷占反应丙烷的百分比)。物质反应前/mol反应后/molC3H810C3H601.02CO201.98C2H400.02CH400.02①磷酸钙、磷酸锆、磷酸铝三种载体的催化效率最高的是 。 ②经研究发现,不同载体的催化效果与载体本身的酸碱性有关,以下三种催化剂中催化效果最好的是 (填字母)。 A.SiO2 B.Al2O3 C.MgO③由上表计算该条件下,丙烷的转化率为 ;丙烯的选择性为 。 ④根据化学平衡理论催化剂并不会改变平衡体系中的转化率和产率,但在丙烷催化生产丙烯的反应中,使用不同的催化剂所得到的丙烯的选择性却有不同。请说明原因: 。 (4)目前有一种便携式固体氧化物燃料电池,它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气,另一极通入丙烷气体,电解质是固态氧化物,在熔融状态下能传导O2-。请写出该电池负极的电极反\n应式: 。 参考答案课时规范练24 化学平衡状态 化学平衡的移动1.A 解析2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),反应前后气体体积减小,混乱度减小,ΔS<0,A正确;可逆反应存在反应限度,反应物不可能完全转化为反应产物,所以将2mol的SO2和1molO2在该条件下充分反应放出的热量小于197kJ,B错误;O2中氧元素的化合价从0价降低到-2价,反应中每消耗1molO2转移电子的数目约等于4×6.02×1023,C错误;二氧化硫与氧气的反应为放热的可逆反应,高温可加快反应速率,但会使平衡逆向移动,不能提高SO2的平衡转化率,使用催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动,也就不能提高SO2的平衡转化率,D错误。2.A 解析该反应中生成物N为固体,所以未平衡时气体的总质量会发生改变,容器恒容,气体体积不变,所以密度会变,当密度不变时说明达到平衡,A正确;该反应的化学平衡常数K=c平(CO2),由于化学平衡常数只与温度有关,温度不变,K不变,则CO2的浓度不变,B错误;该反应焓变小于0,为放热反应,升高温度平衡逆向移动,H2的平衡转化率减小,C错误;加少量Cu(NO3)2固体,酸性环境中硝酸根优先氧化Zn,生成NO,会使生成的氢气不纯且不能加快制备H2的速率,D错误。3.C 解析Q=≈1.04>K,所以平衡逆向移动,此时,v(正)<v(逆),A错误;反应前后气体分子数不变,体系压强不变,所以达到平衡后,气体压强不变,B错误;由A可知,平衡逆向移动,一段时间后,H2O的体积分数增加,C正确;由A可知,随着反应进行,CO和H2O的浓度增大,正反应速率增大,D错误。4.B 解析升高温度使平衡正向移动,氢离子浓度变大,pH减小,所以曲线②是50.0℃的pH-t曲线,A错误;反应Cr2+H2O2Cr+2H+的平衡常数表达式为K=,根据图示可知,曲线②对应的0.100mol·L-1的K2Cr2O7溶液的pH=3.75,所以溶液中c平(Cr)=c平(H+)=10-3.75mol·L-1,则K=≈10-14mol3·L-3,B正确;根据物料守恒可知溶液中n(Cr)=n(K),所以2c平(Cr2)+c平(Cr)=c平(K+),C错误;,\n加入一定量K2Cr2O7固体后pH减小,即c平(H+)增大,而K不变,所以该比值减小,D错误。5.D 解析反应后气体分子数减少,增大反应容器内压强,有利于平衡正向移动,但由于增大压强对设备要求和动力要求很高,成本太高,效率不佳,故A错误;反应放热,为提高SO2的转化率,应尽可能在较低温度下反应,但温度较低时反应速率太慢,生产效率低,故B错误;工业生产要求高效,为加快反应速率,应使用催化剂,还需要考虑催化剂的最佳活性温度,不一定温度越高反应速率越大,故C错误;沸腾炉流出的气体含有许多粉尘和有害气体,会导致催化剂中毒,因此必须经过净化,第一阶段反应,氧气含量下降明显,因此净化后要补充适量空气,再进入接触室,故D正确。6.C 解析由题给图像可知,a的温度高于b,升高温度时CO的物质的量增大,即平衡正向移动,故正反应为吸热反应,A错误;b容器中达到平衡时CO的物质的量应为0.6mol,则两容器达到平衡时,b容器中CO的体积分数小于a容器,B错误;根据图像可知,a容器前4min生成CO的物质的量为1.0mol,用CH4表示的平均反应速率为=0.125mol·L-1·min-1,C正确;分析a容器中的三段式: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)初始/mol1.11.100转化/mol1113平衡/mol0.10.113K=mol2·L-2,再充入1.1molCH4(g)和1molCO(g),浓度商Q=mol2·L-2,则K>Q,平衡正向移动,v(正)>v(逆),D说法错误。7.D 解析由题给图示可知,催化剂乙在低温下具有很强的催化活性,故工业上选择催化剂乙的原因是低温下有很强的催化活性,A正确;从图中分析可知,随着温度升高化学平衡逆向移动,即该主反应的正反应为放热反应,且正向为气体体积增大的方向,则投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是降低温度、减小压强,B正确;甲催化剂随温度升高NO转化率增大是因为随温度升高催化剂的活性增大,高于210℃再升温,NO转化率降低是催化剂活性降低(或副反应增多),在催化剂甲作用下,图中M点处(对应温度为210℃)NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率,C正确;根据勒·夏特列原理可知,催化剂只能改变反应速率而不影响化学平衡,故相同条件下选择高效催化剂,不能提高NO的平衡转化率,D错误。8.D 解析水醇比为2∶1时,各点均已达到平衡状态,则温度升高,乙醇转化率上升,所以该反应为吸热反应,ΔH>0,A错误;A点水醇比为4∶1,E点水醇比为2∶1,A点乙醇浓度更大,但是E点温度更高,从而导致v(A)和v(E)大小不可判断,B错误;C、E两点温度不同,对应的化学平衡常数不相同,C错误;A、B、C三点温度相同,C点水醇比最大,若其他条件相同时,C点乙醇转化率应为最大,但是根据图中信息可知C点乙醇转化率最低,所以C点的催化剂催化效果最低,D正确。9.答案(1)-28.5 不变 减小\n(2)解析(1)根据盖斯定律,可知①式为②式-3×③式的结果,整理可得:akJ·mol-1=489.0kJ·mol-1-3×172.5kJ·mol-1=-28.5kJ·mol-1;对于反应①,在恒温恒容密闭容器中,平衡后充入CO2,化学平衡逆向移动,CO的转化率减小;由于化学平衡常数K=,K只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,该反应前后气体体积相等,故平衡后体系中各组分的体积分数保持不变。(2)对于反应CaCO3CaO(s)+CO2(g),在恒温恒容下反应达到平衡状态,在t1时刻向平衡体系中充入1molCO2,化学平衡逆向移动,但反应物为固体,正反应速率不变,因此逆反应速率突然增大后又随着CO2浓度的降低而减小直至不变。用图像表示为。10.答案(1)+81.4kJ·mol-1 (2)C(3)①磷酸钙 ②C ③17.0% 60.0% ④丙烷催化生产丙烯由三个不同反应组成,催化剂对三个反应的催化作用不一致,因此造成三个反应的速率改变不同,导致反应产物的产率(即生成物的选择性)不同(4)C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O解析(1)由题目所给数据可写出如下热化学方程式:a.H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔHa=-285.8kJ·mol-1,b.C3H6(g)+O2(g)3CO2(g)+3H2O(l) ΔHb=-2013.4kJ·mol-1,c.C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) ΔHc=-2217.8kJ·mol-1,根据盖斯定律,由c-b-a可得:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) ΔH1=ΔHc-ΔHb-ΔHa=+81.4kJ·mol-1。(2)增大压强、升高温度均可加快裂解速度,故可采取的措施是高温高压。(3)①由图示知,相同条件下,在磷酸钙载体的作用下,丙烷转化率最高且丙烯选择性最佳;②由①分析知,磷酸钙载体催化效果更好,磷酸钙由于磷酸根水解显碱性,所以选用碱性催化剂效果更好,SiO2为酸性氧化物,Al2O3为两性氧化物,MgO为碱性氧化物;③由所给数据计算得转化的丙烷n(C3H8)==1.7mol,故丙烷的转化率=×100%=17%;\n丙烯的选择性=×100%=60%;④丙烷催化生产丙烯由三个不同反应组成,催化剂对三个反应的催化作用不一致,因此造成三个反应的速率改变不同,导致生成物的产率(即生成物的选择性)不同。(4)根据题意分析可知,C3H8在负极失电子被氧化为CO2,电极反应式为C3H8-20e-+10O2-3CO2+4H2O。
