高考化学精准培优专练十五 等效平衡的三种情况（含解析）

这是一份高考化学精准培优专练十五 等效平衡的三种情况（含解析），共12页。试卷主要包含了甲胺是合成太阳能敏化剂的原料等内容，欢迎下载使用。

1．恒温恒容—(△n(g)≠0) 投料换算成相同物质表示时量相同
典例1．在恒温恒容的密闭容器，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)。Ⅰ.将3ml A和2 ml B在一定条件下反应，达平衡时C的体积分数为a；Ⅱ.若起始时A、B、C投入的物质的量分别为n(A)、n(B)、n(C)，平衡时C的体积分数也为a。下列说法正确的是（ ）
A．若Ⅰ达平衡时，A、B、C各增加1ml，则B的转化率将一定增大
B．若向Ⅰ平衡体系中再加入3ml A和2ml B，C的体积分数若大于a，可断定x>4
C．若x＝2，则Ⅱ体系起始物质的量应满足3n(B)>n(A)＋3
D．若Ⅱ体系起始物质的量满足3n(C)＋8n(A)＝12n(B)，则可判断x＝4
【答案】D
【解析】这是恒温恒容条件下的等效平衡，无论如何进行配比，只要把反应一端按反应计量数之比完全转化为另一端的物质后，相当于完全等同的起始量即可。A项，A、B、C各增加1 ml时，A与B不可能完全转化为C，加入的B相对量大，A的转化率增大，而B的转化率将减小，错误；B项，在Ⅰ平衡体系中再加入3ml A和2ml B，相当于增大了体系的压强，C的体积分数增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应方向体积减小，x<4，错误；C项，假设C完全转化为A、B，则n(A)＋3/2n(C)＝3，n(B)＋1/2n(C)＝2，即3n(B)＝n(A)＋3，错误；D项，设C完全转化为A、B，则xn(A)＋3n(C)＝3x，xn(B)＋n(C)＝2x，即2xn(A)＋3n(C)＝3xn(B)，正确。
2．恒温恒容— (△n(g)=0)投料换算成相同物质表示时等比例
典例2．某温度时，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，向三个体积相等的恒容密闭容器A、B、C中，分别加入①2ml HI；②3ml HI；③1ml H2与1ml I2，分别达到平衡时，以下关系正确的是（ ）
A．平衡时，各容器的压强：②＝①＝③
B．平衡时，I2的浓度：②＞①＞③
C．平衡时，I2的体积分数：②＝①＝③
D．从反应开始到达平衡的时间：①＞②＝③
【答案】C
【解析】根据等效平衡原理：若1ml H2与1ml I2完全转化为HI，则HI为2ml，所以①和③是完全相同的等效平衡，所以二者的浓度、百分含量、压强、转化率等都一样；②与①相比增大了HI的量，该反应为反应前后气体体积不变的反应，增大HI的量，达到平衡时新平衡与原平衡相同，所以各物质的百分含量不变，但是浓度增大。
3．恒温恒压—投料换算成相同物质表示时等比例
典例3．已知：T℃时，2H(g)＋Y(g)2I(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1。T℃时，在一压强恒定的密闭容器中，加入4ml H和2ml Y，反应达到平衡后，放出354 kJ的热量。若在上面的平衡体系中，再加入1ml I气体，T℃时达到新的平衡，此时气体H的物质的量为( )
A．0.8ml B．0.6ml C．0.5ml D．0.2ml
【答案】C
【解析】恒温恒压下，只要投料对应成比例，无论什么反应，平衡中各物质的量对应成比例，浓度、转化率、体积分数等相对量对应相等。
n(H)≈3.6ml，H转化率为90%。
再投料1ml I时，相当于加入1ml H和0.5ml Y，即最后状态可看成是投料5ml H和2.5ml Y所建立的平衡。
甲乙二种投料对应成比例，在恒温恒压下，达到平衡时各气体的量也对应成比例，H转化率对应相等。平衡时n(H)＝(4＋1)ml×(1－90%)，n(H)＝0.5ml，C项正确。
二．对点增分集训
1．在恒温恒压的密闭容器中投入2ml SO2和1ml O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。当达到平衡时，测得SO3体积分数为w%。现在相同条件下，令a、b、c分别表示起始的SO2、O2和SO3的物质的量。为达到等效平衡，则下列关于a、b、c的取值正确的是（ ）
【答案】A
【解析】在恒温恒压的条件下，采取不同的投入物料的方式要达到与原来相同的等效平衡，可以用转换的方法，把生成物全部转化为反应物，看物料比与原平衡的物料比是否相等，如果相等就是等效平衡。A中将1ml的SO3全部转化为反应物可以生成SO2、、O2的物质的量分别为1ml、0.5ml，则SO2、、O2的总物质的量为3ml、1.5ml，SO2、、O2的物质的量之比为2∶1，与原来的2ml SO2和1ml O2的比相等，所以是等效平衡，A对；B中SO2、、O2的物质的量比为1∶1，与原来的2∶1不相等，故不是等效平衡，B错；C中将1ml的SO3全部转化为反应物，可以生成SO2、、O2的物质的量分别为1ml、0.5ml，则SO2、、O2的物质的量分别为：2ml、0.5ml，SO2、、O2物质的量之比与原来的2∶1不相等，故不是等效平衡，C错；D中将2ml的SO3全部转化为反应物，可以生成SO2、、O2的物质的量分别为2ml、1ml，则SO2、、O2的物质的量分别为：2ml、2ml，SO2、、O2物质的量之比为1∶1，与原来的2∶1不相等，故不是等效平衡，D错。
2．在恒温恒容容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，起始时SO2和O2分别为20 ml和10 ml，达到平衡时，SO2的转化率为80%。若从SO3开始进行反应，在相同的条件下，欲使平衡时各成分的体积分数与前者相同，则起始时SO3的物质的量及SO3的转化率分别为( )
A．10ml和10% B．20ml和20% C．20ml和40% D．30ml和80%
【答案】B
【解析】气体分子数不等的可逆反应，在恒温恒容时，只有投料对应相等，才能形成什么量都对应相等的全等效平衡；当投料对应成比例时，什么都不相等，也不对应成比例。起
始时SO2和O2分别为20ml和10ml相当于20ml SO3，它们构成全等效平衡；参考状态中SO2的转化率为80%，参加反应SO2的物质的量为16ml，生成了16ml SO3；当起始物质是SO3时，参加反应的为20ml－16ml＝4ml，转化率为20%，B项正确。由此可见，对于全等效平衡状态，从正反应和逆反应建立平衡时，计量数相同的反应物与生成物的转化率之和为100%，据此也可直接选定B项。
3．一定温度下，在3个体积均为1L的恒容密闭容器中发生反应CO(g)+H2S(g)=
COS(g)+H2(g) ΔH＝akJ·ml−1达到平衡。下列说法正确的是( )
A．若T1＜T2，则a＞0
B．T1K时，该反应的平衡常数K＝0.1
C．容器1中CO的平衡转化率比容器2小
D．容器3中反应达到平衡后，再充入1.1ml H2S(g)和0.3ml H2(g)，平衡正向移动
【答案】B
【解析】T1时CO(g)+H2S(g)=COS(g)+H2(g)
开始 10 7 0 0
转化 2 2 2 2
平衡 8 5 2 2
K1＝0.1；
容器1、2比较，温度相同，1看成2体积减小一半，压强增大，平衡不移动，二者为等效平衡；T2时CO(g)+H2S(g)=COS(g)+H2(g)
开始 3 0 7 7
转化 5.5 5.5 5.5 5.5
平衡 8.5 5.5 1.5 1.5
K2＝0.048；
A. 若T1＜T2，由上述分析可知，升高温度K减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，则a<0，故A错误；B. 由上述计算可知，T1K时，该反应的平衡常数K＝0.1，故B正确；C. 容器1、2比较，温度相同，1看成2体积减小一半，压强增大，平衡不移动，二者为等效平衡，转化率相同，故C错误；D. 容器3中反应达到平衡后，再充入1.1ml H2S(g)和0.3ml H2(g)，此时c(CO)=8.5ml/L，c(H2S)=6.6ml/L，c(COS)=1.5ml/L，c(H2)=1.8ml/L，Qc=(1.8×1.5)/(8.5×6.6)=0.048=K，平衡不移动，故D错误。
4．甲、乙、丙三个容器中最初存在的物质及数量如图所示，三个容器最初的容积相等，温度相同，反应中甲、丙的容积不变，乙中的压强不变，在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是( )
A．平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
B．平衡时N2O4的百分含量：乙>甲＝丙
C．平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同
D．平衡时混合物的平均相对分子质量：甲>乙>丙
【答案】B
【解析】2NO2(g)N2O4（g），A项，甲、丙为等效平衡，两者含有c(NO2)是相等的，甲=丙，此反应是物质的量减少的，以乙为基准，然后恢复到原来的体积，体积增大，组分的物质的量浓度减小，平衡向逆反应方向移动，因此甲容器中c(NO2)大于乙，即甲=丙>乙，故错误；B项，根据选项A的分析，N2O4的百分含量：甲=丙<乙，故正确；C项，甲和丙为等效平衡，两者转化率之和等于1，如果转化率等于50%，则两者相等，故错误；D项，甲和丙为等效平衡，平均相对分子质量相等，即甲=丙，乙中的NO2的转化率大于甲中，气体总质量不变，乙中的气体的物质的量小于甲中，即乙中气体平均摩尔质量大于甲，因此有乙>甲=丙，故错误。
5．在三个容积相同的恒容密闭容器中，起始时按表中相应的量加入物质，在相同温度下发生反应CH4(g)＋H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)(不发生其他反应)，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如右下图所示
下列说法错误的是（ ）
A．该反应的ΔH>0，图中压强P1＜P2
B．起始时，容器Ⅱ中v(CH4)正C．达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ中CO的物质的量满足：n(CO)Ⅱ<2n(CO)Ⅰ
D．达到平衡时，容器Ⅱ、Ⅲ中气体的总压强之比：pⅡ∶pⅢ＝4∶5
【答案】D
【解析】A项、该反应是一个气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，由图可知压强P2> P1，故A正确；B项、由容器Ⅰ中数据可知，平衡时CH4、H2O、CO、H2的浓度依次为ml/L、ml/L、ml/L、ml/L，则平衡常数K===，温度不变，平衡常数不变，容器Ⅱ中浓度熵Qc===>K，平衡向逆反应方向移动，则v(CH4)正6．一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)
CH3OH(g)达到平衡，下列说法正确的是（ ）
A．该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
【答案】D
【解析】对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D正确。
7．在一定温度下，已知可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g)，甲、乙两个恒温恒容的密闭容器中各物质浓度如下表所示：
下列有关正确的是（ ）
A．x=3.5，Y=3.5
B．平衡常数为1/6
C．乙容器t时刻v(正)(逆）
D．因温度相等，平衡常数相同，故容器甲与容器乙中反应能达到等效平衡状态
【答案】C
【解析】甲中： X(g)+3Y(g)2Z(g)
初始浓度(ml/L) 2.5 y 0
变化浓度(ml/L) 0.5 1.5 1.0
平衡浓度(ml/L) x 2.0 1.0
A、x=2.5-0.5=2.0，Y=3.5，故A错误；B、k=12/(2×23)=1/16故B错误；C、Qc=22/(3×23)=1/6>K，反应逆向进行，乙容器t时刻v(正)8．.在体积固定的密闭容器中，加入2ml A和1ml B发生下列反应并且达到化学平衡状态，2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)，平衡时C的浓度为a ml·L−1。若维持容器体积和温度不变，按下列4种方法配比作为起始物质充入该容器中，达到平衡后，C的浓度仍为a ml·L−1的是（ ）
A．4ml A+2ml B
B．3ml C+1ml B+1ml D+1ml A
C．2ml A+1ml B+1ml D
D．1ml A+0.5ml B+1.5ml C+0.5ml D
【答案】D
【解析】开始加入4ml A+2ml B，相当于在加入2ml A和1ml B达平衡后，再加入2 ml A和1 ml B，平衡向正反应进行，平衡时C的浓度大于aml·L−1，但转化率降低，故C的浓度小于2aml·L−1，故A错误；开始加入3ml C+1ml B+1ml D+1ml A，将3ml C、1 ml D按化学计量数转化到左边可得2ml A、1ml B，故等效为开始加入3ml A+2ml B所到达的平衡，则平衡时C的浓度不等于aml·L−1，故B错误；开始加入2ml A+1ml B+1 ml D，等效为在加入2ml A和1ml B达平衡后，再加入1ml D，平衡向逆反应进行，
平衡时C的浓度小于aml·L−1，故C错误；开始加入1ml A+0.5ml B+1.5ml C+0.5ml D，将1.5 ml C+0.5 ml D按化学计量数转化到左边可得1 ml A、0.5 ml B，故等效为开始加入2 ml A+1 ml B所到达的平衡，与原平衡为等效平衡，故D正确。
9．如图所示，隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动，M、N两个容器中均发生反应：A(g) +2B(g)xC(g) ΔH=-192 kJ·ml﹣1，向M、N中都通入1ml A和2ml B的混合气体，初始M、N容积相同，保持温度不变。下列说法正确的是( )
A．若x=3，达到平衡后A的体积分数关系为φ(M)＞φ(N)
B．若x＞3，达到平衡后B的转化率关系为α(M)＞α(N)
C．若x＜3，C的平衡浓度关系为c(M)＞c(N)
D．x不论为何值，起始时向N容器中充入任意值的C，平衡后N容器中A的浓度均相等
【答案】D
【解析】M容器是恒温恒容下建立的平衡，N容器是恒温恒压下建立的平衡；A项，若x=3，由于反应前后气体体积不变，N容器建立的平衡与恒温恒容下建立的平衡等效，所以达到平衡后A的体积分数关系为φ(M)=φ(N)，故A错误；B项，若x＞3，由于反应后气体体积增大，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡扩大容器体积，压强减小，平衡正向移动，B的转化率增大，所以达到平衡后B的转化率关系为α(M)＜α(N)，故B错误；C项，若x＜3，由于反应后气体体积减小，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡缩小容器体积，压强增大，平衡正向移动，C的平衡浓度增大，所以C的平衡浓度关系为：c(M)＜c(N)，故C错误；D项，恒温恒压下，x不论为何值，起始时向N容器中充入任意值的C，一边倒后，A与B的物质的量之比都是1∶2，为等效平衡，反应物的浓度相同，即平衡后N容器中A的浓度均相等，故D正确；故选D。
10．甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。一定温度下，在三个体积均为2.0L的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应CH3OH(g)＋NH3(g)⇌CH3NH2(g)＋H2O(g)，测得有关实验数据如下：
下列说法正确的是( )
A．正反应的平衡常数K(Ⅰ)＝K(Ⅱ)B．达到平衡时，体系中c(CH3OH)关系：2c(CH3OH，Ⅰ)>c(CH3OH，Ⅱ)
C．达到平衡时，转化率：α(NH3，Ⅰ)＋α(H2O，Ⅲ) = 1
D．530K时，若起始向容器Ⅰ中充入CH3OH 0.10ml、NH3 0.15ml、CH3NH2 0.10ml、H2O 0.10ml，则反应将向逆反应方向进行
【答案】A
【解析】A. 正反应的平衡常数K(Ⅰ)＝K(Ⅱ)＜K(Ⅲ)，故A正确；B. 容器Ⅰ和容器Ⅱ为等温等容，起始量为2倍关系，由于该反应为气体体积不变的反应，增大压强，平衡不发生移动，则达到平衡时，体系中c(CH3OH)关系：2c(CH3OH，Ⅰ)=c(CH3OH，Ⅱ)，故B错误；C. 容器Ⅰ和容器Ⅲ温度不同，若容器Ⅲ温度也为530K，则能建立等效平衡，此时应有α(NH3，Ⅰ)＋α(H2O，Ⅲ)=1，由于容器Ⅲ温度低于530K，降低温度平衡正向移动，而容器Ⅲ是从逆反应方向建立平衡，则转化率减小，所以达到平衡时，转化率：α(NH3，Ⅰ)＋α(H2O，Ⅲ)＜1，故C错误；D. 530K时，若起始向容器Ⅰ中充入CH3OH 0.10 ml、NH3 0.15 ml、CH3NH2 0.10 ml、H2O 0.10 ml，Qc==0.67＜9，则反应将向正反应方向进行，D错误。
11．有Ⅰ～Ⅳ四个体积均为0.5 L的恒容密闭容器，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中按不同投料比(Z)充入HCl和O2(如下表)，加入催化剂发生反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)；ΔH，HCl的平衡转化率(α)与Z和温度(t)的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．ΔH<0，a<4B．300℃该反应的平衡常数的值为64
C．容器Ⅲ某时刻处在R点，则R点的υ正>υ逆，压强：p(R)D．若起始时，在容器Ⅳ中充入0.25ml Cl2和0.25ml H2O(g)，300℃达平衡时容器中c(HCl)＝0.1ml·L－1
【答案】A
【解析】A．图像中HCl转化率随温度升高而减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应ΔH＜0，增大氧气的物质的量，可促进HCl的转化，即投料比越小，HCl转化率越大，可知a＜4＜b，故A正确；B．300℃时，Z==4，n(HCl)=0.25ml，n(O2)=0.0625ml，体积为0.5L，c(HCl)=0.5ml/L，n(O2)=0.125ml/L，HCl转化率80%，HCl的变化量为0.5 ml/L×80%=0.4 ml/L，
4HCl(g)+O2(g)⇌2Cl2(g)+2H2O(g)
起始量(ml/L) 0.5 0.125 0 0
变化量(ml/L) 0.4 0.1 0.2 0.2
平衡量(ml/L) 0.1 0.025 0.2 0.2
K==640，故B错误；C．容器III，Z为4，平衡转化率为80%，R点温度与Q点相同，但转化率不同，转化率小于平衡时转化率，可知R点未达到平衡状态，反应正向进行，则R点的υ(正)＞υ(逆)，此时压强大于平衡状态下的压强：p(R)＞p(Q)，故C错误；D．若起始时，在0.5 L容器Ⅳ中只充入0.25ml Cl2和0.25mI H2O(g)，等效于在0.5L容器中充
入0.5ml HCl和0.125ml O2，充入的HCl和O2物质的量为容器III的两倍，相当于在容器III的基础上增大压强，将体积缩小为原来的1/2，增大压强平衡正向移动，300℃达到平衡时0.1ml/La
b
c
A
2
1
1
B
1
1
0
C
1
0
1
D
0
1
2
容器编号
温度/K
物质的起始浓度/ml·L−1
物质的平衡浓度/ml·L−1
CO(g)
H2S(g)
COS(g)
H2(g)
COS(g)
1
T1
10.0
7.0
0
0
2.0
2
T1
5.0
3.5
0
0
3
T2
3.0
0
7.0
7.0
1.5
容器
温度/K
物质的起始浓度/ml·L－1
物质的平衡浓度/ml·L－1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
X(g)
Y(g)
Z(g)
容器甲
初始浓度(ml/L)
2.5
y
0
平衡浓度(ml/L)
x
2.0
1.0
容器乙
t时刻浓度(ml/L)
3.0
2.0
2.0
容器编号
温度/K
起始物质的量（ml）
平衡物质的量ml
CH3OH
NH3
CH3NH2
H2O
CH3NH2
H2O
I
530
0.40
0.40
0
0
0.30
II
530
0.80
0.80
0
0
III
500
0
0
0.20
0.20
0.16
容器
起始时
t/℃
n(HCl)/ml
Z
Ⅰ
300
0.25
a
Ⅱ
300
0.25
b
Ⅲ
300
0.25
4