【23版一轮练习系列】(二十一)　化学平衡　化学反应的调控

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23一轮练测—01老高考化学(二十一)　化学平衡　化学反应的调控

一、选择题(本题包括10个小题，每小题只有一个选项符合题意)
1．(2021·天津南开中学模拟)一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，一段时间后反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0达到平衡，下列有关说法不正确的是(　　)
A．若保持温度和容器体积不变，再充入1 mol SO2(g)达到平衡后SO3气体平衡浓度增大
B．若保持温度和容器内压强不变，再充入1 mol SO3(g)达到平衡后SO3气体平衡浓度不变
C．已知V2O5催化该反应的历程为
，由此可知，过程①的快慢对该反应的速率起着决定性的影响。
D．假设平衡时SO3的物质的量为1 mol，则该反应的化学平衡常数K一定为2
【详解】D　若保持温度和容器体积不变，再充入1 mol SO2(g)，平衡正向移动，平衡后SO3气体平衡浓度增大，A正确；若保持温度和容器内压强不变，再充入1 mol SO3(g)，则达到等效平衡，平衡后SO3气体平衡浓度不变，B正确；过程①为慢反应，决定整体反应速率，C正确；平衡常数依据平衡时各物质的浓度计算，容器体积未知，则浓度未知，且该反应前后气体系数之和并不相等，所以平衡常数K不一定为2，D错误。
2．(2022·顺义区模拟)将1 mol N2和3 mol H2充入某固定容积的密闭容器中，在一定条件下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0并达到平衡，改变条件。下列关于平衡移动的说法中正确的是(　　)

选项
改变条件
平衡移动方向
A
使用适当催化剂
平衡向正反应方向移动
B
升高温度
平衡向逆反应方向移动
C
再向容器中充入1 mol N2和3 mol H2
平衡不移动
D
向容器中充入氦气
平衡向正反应方向移动

【详解】B　使用适当催化剂，平衡不移动，A错误；正反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的方向移动，即平衡向逆反应方向移动，B正确；再向容器中充入1 mol N2和3 mol H2相当于增大压强，平衡正向移动，C错误；向容器中充入氦气，由于容器的容积不变，N2、H2和NH3的浓度均不变，平衡不移动，D错误。
3．(2021·杭州模拟)室温下，向3 mL 0.1 mol·L－1稀盐酸中加入1 mL 0.1 mol·L－1氯化钴溶液发生反应：[Co(H2O)6]2＋＋4Cl－(CoCl4)2－＋6H2O　
粉红色 蓝色
ΔH>0，平衡时溶液呈浅紫色。下列说法不正确的是(　　)
A．加热，溶液会逐渐变成蓝色
B．向溶液中加AgNO3，如果生成白色沉淀，说明该反应存在限度
C．加入少量水，平衡会逆向移动
D．加入NaCl固体，平衡正向移动，但平衡常数不变
【详解】B　正反应为吸热反应，加热，平衡正向移动，溶液逐渐变蓝色，故A正确；盐酸过量，所以向溶液中加入硝酸银，会生成氯化银白色沉淀，不能说明反应存在限度，故B错误；加入水稀释，平衡逆向移动，故C正确；加入氯化钠，氯离子浓度增大，平衡正向移动，但平衡常数只受温度影响，平衡常数不变，故D正确。
4．丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。
已知：①C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－119 kJ·mol－1
②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH2＝－242 kJ·mol－1
丁烷(C4H10)脱氢制丁烯(C4H8)的热化学方程式为C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)　ΔH3。
下列措施一定能提高该反应中丁烯产率的是(　　)
A．增大压强，升高温度　　 B．升高温度，减小压强
C．降低温度，增大压强 D．减小压强，降低温度
【详解】B　根据盖斯定律，由①－②可得：C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)，得ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝(－119 kJ·mol－1)－(－242 kJ·mol－1)＝＋123 kJ·mol－1。提高该反应中丁烯的产率，应使平衡正向移动，该反应的正反应为气体分子数增加的吸热反应，可采取的措施是减小压强、升高温度。
5．处于平衡状态的反应：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)　ΔH>0，不改变其他条件的情况下，下列叙述正确的是(　　)
A．加入催化剂，反应途径将发生改变，ΔH也随之改变
B．升高温度，正、逆反应速率都增大，H2S的分解率也增大
C．增大压强，平衡向逆反应方向移动，将引起体系温度降低
D．若体系保持恒容，充入一定量H2后达到新平衡，H2的浓度将减小
【详解】B　加入催化剂，反应途径将发生改变，活化能改变，但ΔH不变，A错误；升高温度，活化分子百分数增大，正、逆反应速率增大；升高温度，平衡正向移动，H2S的分解率增大，B正确；增大压强，平衡向逆反应方向移动，该反应的逆反应为放热反应，反应体系的温度升高，C错误；保持恒容，充入一定量H2，平衡逆向移动，根据勒夏特列原理，达到新平衡时，c(H2)仍比原平衡大，D错误。
6.(2022·衢州模拟)可逆反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)在绝热恒容密闭容器下达到平衡，正反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点大于b点
C．反应物的总能量低于生成物的总能量
D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段一定大于b～c段
【详解】B　化学平衡状态的实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率还在改变，未达平衡，A错误；a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，即反应物浓度：a点大于b点，B正确；从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，C错误；随着反应的进行，从a到c正反应速率增大，Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段，D错误。
7.(2021·潍坊模拟)在一定条件下，H2S能发生分解反应：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)，利用该反应可制备氢气和硫黄。在2 L恒容密闭容器中充入0.1 mol H2S，不同温度下H2S的转化率与时间的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该反应的正反应为放热反应
B．温度升高，混合气体的平均摩尔质量增大
C．950 ℃时，1.25 s内，反应的平均速率v(H2)＝0.008 mol·L－1·s－1
D．根据P点坐标可求出950 ℃时反应的平衡常数为3.125×10－4
【详解】C　由题图可知，升高温度，H2S的转化率增大，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，A项错误；升高温度，平衡正向移动，混合气体的总物质的量增大，由于气体总质量不变，则混合气体的平均摩尔质量减小，B项错误；950 ℃时，1.25 s内α(H2S)＝20%，则有v(H2S)＝＝0.008 mol·L－1·s－1，那么v(H2)＝v(H2S)＝0.008 mol·L－1·s－1，C项正确；由题图可知，P点后α(H2S)逐渐增大，说明P点未达到平衡状态，此时c(H2S)＝＝0.04 mol·L－1，c(H2)＝0.008 mol·L－1·s－1×1.25 s＝0.01 mol·L－1，c(S2)＝c(H2)＝0.005 mol·L－1，浓度商Qc＝＝3.125×10－4，Qc 8．(2021·亳州模拟)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是(　　)
A．增大C2H5OH浓度，有利于生成C2H5Br
B．若反应物均增大至3 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
C．为缩短反应达到平衡的时间，将起始温度提高至50 ℃
D．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
【详解】C　增大C2H5OH浓度，平衡正向移动，有利于生成C2H5Br，A正确；当投料比与化学计量系数之比相等时，各物质的转化率相等，原投料比1∶1等于化学计量系数之比，则C2H5OH和HBr的转化率之比等于1∶1，将反应物均增大至3 mol，投料比不变，转化率之比不变，B正确；温度升高至50 ℃，C2H5Br汽化，平衡正向移动，反应趋于完全，不存在平衡，C错误；加入NaOH，与HBr反应，平衡逆向移动，乙醇的物质的量增大，D正确。
9．(2022·嘉峪关模拟)下列叙述与图对应的是(　　)

A.对于达到平衡状态的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，图①表示在t0时刻充入了一定量的NH3，平衡逆向移动
B．由图②可知，p2＞p1、T1＞T2满足反应：2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0
C．图③表示的反应方程式为2A===B＋3C
D．对于反应2X(g)＋3Y(g)3Z(g)　ΔH＜0，图④y轴可表示Y的百分含量
【详解】B　对于达到平衡状态的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，图①表示在t0时刻v正、v逆都增大，v逆增大的多，化学平衡逆向移动，应该是升高温度使平衡逆向移动导致。若是充入了一定量的NH3，则v逆瞬间增大，该时刻v正不变，然后增大，这与图像不吻合，A不符合题意；增大压强反应速率加快，达到平衡所需时间缩短；升高温度反应速率加快，达到平衡所需时间缩短。则根据图像可知：压强：p2＞p1；温度：T1＞T2。增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，C含量增大，说明正反应是气体体积减小的反应；升高温度，C含量减小，说明平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，故该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，故满足反应：2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0，B正确；该反应是可逆反应，应该用可逆号“”，不能用“===”表示，C错误；在压强不变时，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，表示Y的含量应该增大，但图像显示y轴数值减小，因此图④y轴不可表示Y的百分含量，D错误。
10．(2021·东城区模拟)丙烷经催化脱氢可制丙烯：C3H8C3H6＋H2。600 ℃，将一定浓度的CO2与固定浓度的C3H8通过含催化剂的恒容反应器，经相同时间，流出的C3H6、CO和H2浓度随初始 CO2浓度的变化关系如图。

已知：
①C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－2 220 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－2 058 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－286 kJ·mol－1
下列说法不正确的是(　　)
A．C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)
ΔH＝＋124 kJ·mol－1
B．c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因：CO2＋H2CO＋H2O
C．其他条件不变，投料比越大，C3H8转化率越大
D．若体系只有C3H6、CO、H2和H2O生成，则初始物质浓度c0与流出物质浓度c之间一定存在：3c0(C3H8)＋c0(CO2)＝c(CO)＋c(CO2)＋3c(C3H8)＋3c(C3H6)
【详解】C　据盖斯定律结合题干信息①C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 220 kJ·mol－1　②C3H6(g)＋O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－2 058 kJ·mol－1　③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJ·mol－1 可知，可由①－②－③得到目标反应C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)，该反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＝＋124 kJ·mol－1，A正确；仅按C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)可知C3H6、H2的浓度随CO2浓度变化趋势应该是一致的，但是氢气的变化不明显，反而是CO与C3H6的变化趋势是一致的，因此可以推断高温下能够发生反应CO2＋H2CO＋H2O，从而导致C3H6、H2的浓度随CO2浓度变化趋势出现这样的差异，B正确；投料比增大，相当于增大C3H8浓度，浓度增大，转化率减小，C错误；根据质量守恒定律，抓住碳原子守恒即可得出，如果生成物只有C3H6、CO、H2O、H2，那么入口各气体的浓度c0和出口各气体的浓度符合3c0(C3H8)＋c0(CO2)＝3c(C3H6)＋c(CO)＋3c(C3H8)＋c(CO2)，D正确。
二、非选择题(本题包括3个小题)
11．(2022·武汉模拟)化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。某温度下在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。

(1)该反应的化学方程式是______________________________________________。
(2)该反应在第________min达到了化学平衡状态。此时X的浓度c(X)＝________。
(3)2 min时，用Y的浓度表示反应的平均速率v(Y)＝________，此时正反应速率________逆反应速率(填“>”“＜”或“＝”)。
(4)该反应达到平衡状态的标志是________(填字母)。
A．Y的体积分数在混合气体中保持不变
B．X、Y的反应速率比为3∶1
C．容器内气体压强保持不变
D．容器内气体的总质量保持不变
E．生成1 mol Y的同时消耗2 mol Z
(5)2 min内Y的转化率为________。
【详解】从图像分析，反应物是X、Y，生成物是Z，5 min达到平衡时X、Y、Z的改变量分别是0.6 mol、0.2 mol、0.4 mol。
(1)改变量之比等于化学计量数之比，该反应的化学方程式是3X＋Y2Z。
(2)反应体系各物质的百分含量保持不变时，即达到平衡状态，从图像分析，该反应在第5 min达到了化学平衡状态；此时X的浓度c(X)＝＝0.1 mol·L－1。
(3)2 min时，用Y的浓度表示反应的平均速率v(Y)＝＝0.012 5 mol·L－1·min－1；此时反应还没达到平衡状态，还要向正反应方向进行，故正反应速率大于逆反应速率。
(4)当反应过程中发生改变的量保持不变时即达到平衡状态。A项，Y的体积分数在混合气体中随反应过程的改变而改变，保持不变时即达到平衡状态；B项，X、Y的反应速率比等于化学计量数比，反应过程一直是3∶1，不能用作平衡的判断依据；C项，容器内气体压强随着正向进行减小，逆向进行增大，保持不变时即达到平衡状态；D项，反应物和生成物都是气体，根据质量守恒，容器内气体的总质量一直都不变，不能作为判断依据；E项，生成Y和消耗Z均指逆反应速率，无法判断正、逆反应速率是否相等，不是平衡状态的标志。故符合题意的是A、C。
(5)由图中可知，Y的起始物质的量是1.0 mol，2 min时Y的物质的量是0.9 mol，转化率为×100%＝10%。
【答案】(1)3X＋Y2Z　(2)5　0.1 mol·L－1
(3)0.012 5 mol·L－1·min－1　>　(4)AC　(5)10%
12．(2021·贵阳模拟)煤制天然气的过程中涉及煤气化反应和水气变换反应。
煤气化反应Ⅰ：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋135 kJ·mol－1
水气变换反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－42.3 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝________。
(2)图1表示不同温度条件下，反应Ⅰ发生后的汽气比(水蒸气与CO物质的量之比)与CO平衡转化率的变化关系。
①判断T1、T2和T3由大到小的关系为____________；
②若经反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，所得混合气体经反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1∶3，则反应Ⅱ应选择的温度是________(填“T1”“T2”或“T3”)。

(3)为了进一步探究反应条件对反应Ⅱ的影响，某活动小组设计了三个实验，实验曲线如图2所示：
编号
温度
压强
c始(CO)
c始(H2O)
甲
530 ℃
3 MPa
1.0 mol·L－1
3.0 mol·L－1
乙
X
Y
1.0 mol·L－1
3.0 mol·L－1
丙
630 ℃
5 MPa
1.0 mol·L－1
3.0 mol·L－1


①请依据图2的实验曲线补充完整表格中的实验条件：X＝________℃，Y＝________MPa。
②实验丙从开始至5 min末，平均反应速率v(CO)＝____________。
③达平衡时CO的转化率：实验乙________实验丙(填“大于”“小于”或“等于”)。
④530 ℃时，反应Ⅱ的平衡常数K＝1，若往某刚性容器中投入0.2 mol CO(g)、0.2 mol H2O(g)、0.1 mol CO2(g)、0.1 mol H2(g)，列简式计算并说明该反应进行的方向________________________________________________________________________。
【详解】(1)反应Ⅰ：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋135 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－42.3 kJ·mol－1
根据盖斯定律Ⅰ＋Ⅱ有C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋135 kJ·mol－1＋(－42.3 kJ·mol－1)＝＋92.7 kJ·mol－1。
(2)①反应Ⅱ为放热反应，其他条件相同时，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，则T3>T2>T1。
②经反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，则设此时水蒸气物质的量为0.8 mol，CO物质的量为1 mol，根据反应Ⅰ可知此时氢气的物质的量为1 mol，设CO的转化率为x，则对于反应Ⅱ列三段式：
　　　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 1 0.8 0 1
变化/mol x x x x
平衡/mol 1－x 0.8－x x 1＋x
经反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1∶3，则(1－x)∶(1＋x)＝1∶3，解得x＝0.5，对比图可知，反应Ⅱ应选择的温度是T3。
(3)为了进一步探究反应条件对反应Ⅱ的影响，应该控制变量：
①由表格可知CO、水蒸气起始浓度相同，则X为530 ℃、Y为5 MPa，或X为630 ℃、Y为3 MPa，结合图可知乙和甲平衡时CO浓度相同，乙先达平衡，则说明甲和乙不同的是压强，乙的压强比甲大，因此Y＝5 MPa，丙和乙不同的是温度且乙的温度较低，因此X＝530 ℃。
②实验丙从开始至5 min末，CO浓度减小1.0 mol·L－1－0.4 mol·L－1＝0.6 mol·L－1，平均反应速率v(CO)＝＝0.12 mol·L－1·min－1。
③实验乙和丙起始CO浓度相同，平衡时实验乙的CO浓度更小，则实验乙中CO的转化率更大，即达平衡时CO的转化率：实验乙大于实验丙。
④若往某刚性容器中投入0.2 mol CO(g)、0.2 mol H2O(g)、0.1 mol CO2(g)、0.1 mol H2 (g)，设体积为V L，则此时反应Ⅱ的Qc＝＝<1＝K，因此平衡正向进行。
【答案】(1)＋92.7 kJ·mol－1　(2)①T3>T2>T1
②T3　(3)①530　5　②0.12 mol·L－1·min－1　③大于　④Qc＝＝<1，反应正向进行
13．丙烯是重要的有机化工原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等。“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H84C3H6；副反应：C4H82C2H4。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w%)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示：

(1)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，从图1和图2中表现的趋势来看，下列反应条件最适宜的是________(填字母)。
A.300 ℃　0.1 MPa　　　 B．700 ℃　0.1 MPa
C．300 ℃　0.5 MPa D．700 ℃　0.5 MPa
(2)有研究者结合图1数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图2中，随压强增大，平衡体系中丙烯的质量分数呈上升趋势，从平衡角度解释其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【详解】(1)由题可知乙烯越少越好，再结合图1和图2可知，最适宜的温度为300 ℃，压强越大，乙烯的含量越低，故选C。(2)450 ℃比300 ℃的反应速率快，比700 ℃的副反应程度小，丁烯转化为丙烯的转化率高，该温度下催化剂的选择性最高，是催化剂的最佳活性温度。(3)压强增大，副反应C4H82C2H4平衡左移，C4H8的浓度增大，使主反应3C4H84C3H6平衡右移。
【答案】(1)C　(2)450 ℃比300 ℃的反应速率快，比700 ℃的副反应程度小，丁烯转化为丙烯的转化率高，该温度下催化剂的选择性最高，是催化剂的最佳活性温度　(3)压强增大，生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应的平衡正向移动，丙烯含量增大