人教版高考化学一轮复习限时集训24化学平衡移动和化学反应调控含答案

化学平衡移动和化学反应调控

(建议用时：40分钟)

1．(2020·浙江7月选考，T20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是(　　)

A．温度0 ℃、压强50 kPa

B．温度130 ℃、压强300 kPa

C．温度25 ℃、压强100 kPa

D．温度130 ℃、压强50 kPa

D　[测定NO2的相对分子质量时，N2O4越少越好，即使平衡逆向移动。正反应是气体分子数减小的放热反应，要使平衡逆向移动，需减小压强、升高温度，则选D项。]

2．(2020·唐山模拟)在体积为V的密闭容器中发生可逆反应3A(？)＋B(？)2C(g)，下列说法正确的是(　　)

A．若A为气态，则混合气体的密度不再变化时反应达到平衡状态

B．升高温度，C的体积分数增大，则该反应的正反应为放热反应

C．达到平衡后，向容器中加入B，正反应速率一定加快

D．达到平衡后，若将容器的容积压缩为原来的一半，C的浓度变为原来的1.8倍，则A一定为非气态

D　[若A为气态，而B的状态不确定，则反应过程中混合气体的密度可能不发生变化，A项错误；升高温度，C的体积分数增大，说明平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，B项错误；若B为非气态物质，达到平衡后，向容器中加入B，正反应速率不变，C项错误；达到平衡后，若将容器的容积压缩为原来的一半，假设平衡不发生移动，则C的浓度应为原来的2倍，而实际上C的浓度变为原来的1.8倍，说明增大压强，平衡逆向移动，由于增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，则A一定为非气态，D项正确。]

3．某恒温密闭容器中发生可逆反应Z(？)＋W(？)X(g)＋Y(？)　ΔH，在t1时刻反应达到平衡，在t2时刻缩小容器体积，t3时刻再次达到平衡状态后未再改变条件。下列有关说法正确的是(　　)

A．Z和W在该条件下至少有一个为气体

B．t1～t2时间段与t3时刻后，两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量不可能相等

C．若在该温度下此反应平衡常数表达式为K＝c(X)，则t1～t2时间段与t3时刻后的X浓度不相等

D．若该反应只在某温度T0以上自发进行，则该反应的平衡常数K随温度升高而增大

D　[根据图像变化可知，正反应速率不随反应时间和压强改变而改变，逆反应速率随时间和压强的改变而变化，所以反应物Z和W都不是气体，A错误；若只有X为气体，则两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量相等，B错误；化学平衡常数只与温度有关，该温度下平衡常数的表达式K＝c(X)，只要温度不变，K不变，则c(X)不变，t1～t2时间段与t3时刻后的X浓度相等，C错误；该反应在温度为T0以上时才能自发进行，反应的ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应的ΔH>0，该反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，D正确。]

4．用NH3催化还原法消除氮氧化物，发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l)　ΔH<0。相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N2的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．该反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)

B．曲线C在4 min时已达到化学平衡状态

C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡状态

D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K不变时，说明反应已达到平衡状态

B　[催化剂能降低反应的活化能，不同的催化剂，降低活化能的程度不一样。而反应的活化能越大，反应越难进行，单位时间内产生N2的物质的量越少，图中A曲线在4 min内产生的N2最多，B次之，C最少，所以反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)，A正确；由于催化剂不改变化学平衡状态，反应到4 min时，曲线A、B对应的反应中N2的物质的量还在增加，说明曲线C在4 min时并未达到平衡，B错误；若单位时间内消耗4 mol NH3，即断裂12 mol N—H键。若单位时间内消耗6 mol H2O，即断裂12 mol H—O键，C可说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡状态，C正确；该反应为放热反应，反应在恒容绝热的密闭容器中进行，体系的温度会升高，平衡常数K减小。当K不变时，说明体系的温度不变，反应达到平衡状态，D正确。]

5．在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．ΔH1<0，ΔH2>0

B．增大压强有利于加快合成反应的速率

C．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率

D．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生

C　[根据图像可以看出，温度越高，CO的产率越高，CH3OH的产率越低。]

6．某温度下，反应2A(g)B(g)　ΔH>0，在密闭容器中达到平衡，平衡后＝a，若改变某一条件，足够时间后反应再次达到平衡状态，此时＝b，下列叙述正确的是  (　　)

A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了B气体，则a<b

B．在该温度恒压条件下再充入少量B气体，则a＝b

C．若其他条件不变，升高温度，则a<b

D．若保持温度、压强不变，充入惰性气体，则a>b

B　[A项，充入B气体后平衡时压强变大，正向反应程度变大，变小，即a>b，错误；B项，在该温度恒压条件下，再充入B气体，新平衡状态与原平衡等效，不变，即a＝b，正确；C项，升温，平衡右移，变小，即a>b，错误；D项，相当于减压，平衡左移，变大，即a<b，错误。]

7.甲、乙是两种氮的氧化物且所含元素价态相同，某温度下甲、乙相互转化时其物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．甲是N2O4

B．a点处于平衡状态

C．t1～t2时间内v正(乙)<v逆(甲)

D．反应进行到t2时刻，改变的条件可能是升高温度

C　[0～t1时间段内，乙的浓度降低了0.2 mol·L－1，甲的浓度增加了0.4 mol·L－1，即发生反应N2O42NO2，甲为NO2，乙为N2O4，A错误；t2～t3时间段内，N2O4浓度在不断增加，a点时对应反应在向生成N2O4的方向进行，反应没有达到平衡，B错误；t1～t2时间段内，反应达到平衡状态，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，即2v正(乙)＝v逆(甲)，C正确；t2时刻，甲的浓度发生突变，然后逐渐减小，乙的浓度在原平衡的基础上逐渐增大，所以改变的条件是增大甲的浓度，D错误。]

8．(2019·全国卷Ⅲ)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：

(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数K(300 ℃)        K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝                (列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是                                              。

(2)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是                                                      

                                             (写出2种)。

[解析]　(1)由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＜0，升高温度平衡左移，则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)＝1∶1时，列三段式：

　　　4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)

起始浓度                         c0         c0         0       0

转化浓度                       0.84c0      0.21c0     0.42c0  0.42c0

平衡浓度                    (1－0.84)c0   (1－0.21)c0  0.42c0  0.42c0

K(400 ℃)＝

＝。

c(HCl)∶c(O2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。

(2)由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。

[答案]　(1)大于　　O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低　(2)增加反应体系压强、及时除去产物

9．(2021·无锡模拟)(1)在一恒容装置中，通入一定量CH4和NO2发生反应：CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867 kJ·mol－1，测得在相同时间内和不同温度下，NO2的转化率α(NO2)如图1所示，则下列叙述正确的是        。

图1

A．若温度维持在200 ℃更长时间，NO2的转化率将大于19%

B．反应速率：b点的v(逆)＞e点的v(逆)

C．平衡常数：c点＝d点

D．在时间t内，提高b点时NO2的转化率和反应速率，可适当升温或增大c(CH4)

(2)氨气选择性催化还原法的主要反应为4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 625.5 kJ·mol－1；氨氮比会直接影响该方法的脱硝率。350 ℃时，只改变氨气的投放量，氨气的转化率与氨氮比的关系如图2所示。当＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，主要原因是                                                      

                                                     。

图2

[解析]　(1)图1为测得在相同时间内，不同温度下NO2的转化率，温度400 ℃、500 ℃转化率最大，处于平衡状态，之前没有到达平衡，之后升高温度，转化率降低，平衡逆向移动。

题图中200 ℃时，反应没有到达平衡，向正反应进行，温度维持在200 ℃更长时间，NO2的转化率将大于19%，故A正确；

b点反应向正反应进行，e点处于平衡状态，且e点温度高，故b点的v(逆)＜e点的v(逆)，故B错误；

c、d温度不同，平衡常数不同，故C错误；

增大反应物浓度可以加快反应速率，提高其他物质的转化率，b点向正反应方向进行，升温可以加快反应速率，反应继续向正反应进行并到达平衡，故D正确。

(2)由于过量氨气与氧气反应生成NO，所以当＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大。

[答案]　(1)AD　(2)过量NH3与O2反应生成NO

10．(2020·临沂模拟)T ℃时，向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1 mol NO2，发生反应：2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)，反应相同时间，测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．T ℃时，该反应的化学平衡常数为

B．c点所示条件下：v正＜v逆

C．a点、b点容器内的压强之比为6∶7

D．向a点平衡体系中再充入一定量的NO2，达到平衡时，NO2的转化率比原平衡小

D　[选项A，由图可知体积V3>V2>V1，T ℃时，其他条件不变的情况下，体积增大，压强减小，NO2转化率应该更高，由图中b～c点NO2转化率变化趋势可知c点反应未达到平衡，无法通过V3求平衡常数，错误；选项B，c点反应未达到平衡，因此反应会继续向正反应方向进行，v正>v逆，错误；选项C，由a、b点NO2转化率可计算出a点容器内气体的物质的量为1.2 mol，b点容器内气体的物质的量为1.4 mol，但体积V2>V1，不能通过气体的物质的量计算压强之比，错误；选项D，恒容条件下再充一定量的NO2，相当于增大体系压强，平衡逆向移动，因此NO2的转化率减小，正确。]

11．(2020·广州模拟)现代工业的发展导致CO2的大量排放，对环境造成的影响日益严重，通过各国科技工作者的努力，已经开发出许多将CO2回收利用的技术，其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题：

(1)在催化转化法回收利用CO2的过程中，可能涉及以下化学反应：

①CO2(g)＋2H2O(l)CH3OH(l)＋O2(g)

　ΔH＝＋727 kJ·mol－1　ΔG＝＋703 kJ·mol－1

②CO2(g)＋2H2O(l)CH4(g)＋2O2(g)

　ΔH＝＋890 kJ·mol－1　ΔG＝＋818 kJ·mol－1

③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)

　ΔH＝－131 kJ·mol－1　ΔG＝－9.35 kJ·mol－1

④CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(l)

　ΔH＝－253 kJ·mol－1　ΔG＝－130 kJ·mol－1

从化学平衡的角度来看，上述化学反应中反应进行程度最小的是        ，反应进行程度最大的是        。

(2)反应CO2＋4H2CH4＋2H2O称为Sabatier反应，可用于载人航空航天工业。我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。

①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2，其反应过程如下图所示，这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充

        (填化学式)。

②在1.5 MPa，气体流速为20 mL·min－1时研究温度对催化剂催化性能的影响，得到CO2的转化率(%)如下：

分析上表数据可知：        (填化学式)的催化性能更好。

③调整气体流速，研究其对某一催化剂催化效率的影响，得到CO2的转化率(%)如下：

分析上表数据可知：相同温度时，随着气体流速增加，CO2的转化率

          (填“增大”或“减小”)，其可能的原因是           

                                                     。

④在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是        ，已知初始反应气体中V(H2)∶V(CO2)＝4∶1，估算该温度下的平衡常数为                  (列出计算表达式)。

(3)通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物，如利用Co/C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。为了研究催化剂的稳定性，将Co/C催化剂循环使用，相同条件下，随着循环使用次数的增加，甲醇的产量如图所示，试推测甲醇产量变化的原因                        。(已知Co的性质与Fe相似)

[解析]　(1)ΔG越小，越易发生，ΔH越小，反应程度越大。

(2)①反应过程为：CO2＋4H2CH4＋2H2O,2H2O2H2↑＋O2↑，故需补充H2。

②由表格数据可知，Co4N/Al2O3作催化剂时，CO2转化率较高，因此Co4N/Al2O3催化性能更好；

③由表格数据可知，在相同温度下，随着气体流速增加，CO2的转化率逐渐减小；其可能的原因是：气流速度过快时，通入的气体不能及时发生反应，使得反应物的转化率较低；

④气体流速为10 mL/min时，当温度为340 ℃时，CO2的转化率为98%，温度为360 ℃时，CO2的转化率为98%，该反应温度升高的过程中，CO2的转化率逐渐增加，但340 ℃～360 ℃过程中，温度在发生变化，而这两个时刻CO2的转化率相同，说明在温度为340 ℃～360 ℃过程中一定存在CO2的转化率最大值，在达到转化率最大值后，升高温度，平衡逆向移动，因此最可能达到化学平衡状态的温度是360 ℃；

设n(H2)＝4 mol，则n(CO2)＝1 mol，在360 ℃下达到平衡时，CO2的转化率为98%，则

　　　　CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)

起始(mol/L)　                      1　　 4　　　　 0　　　　 0

转化(mol/L)                       0.98  4×0.98    0.98     0.98×2

平衡(mol/L)                       0.02  4×0.02    0.98     0.98×2

平衡常数为；

(3)在Co/C作为催化剂时，反应后可以得到的产物中含有少量甲酸，甲酸属于一元弱酸，能够与Co发生反应，使催化剂的活性降低。

[答案]　(1)②　④　(2)①H2　②Co4N/Al2O3　③减小　气体流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够　④360 ℃　　(3)反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低