化学平衡移动原理及应用
一、选择题
1．(2016·湖北武昌模拟)将NO2装入带活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，其中叙述正确的是( )
A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应
B．慢慢压缩气体体积，平衡向右移动，混合气体颜色变浅
C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍
D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向右移动，混合气体的颜色变浅
解析：选C。升高温度，颜色加深说明平衡向左移动，所以正反应为放热反应，A错误；首先假设平衡不移动，加压颜色加深，但平衡向右移动，使混合气体颜色在加深后的基础上变浅，但一定比原平衡的颜色深，B错误；首先假设平衡不移动，若体积减小一半，压强为原来的两倍，但平衡向右移动，使压强在原平衡2倍的基础上减小，C正确；体积不变，充入惰性气体，反应物及生成物浓度不变，所以正逆反应速率均不变，平衡不移动，颜色无变化，D错误。
2．对于可逆反应2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0，下列说法正确的是( ) A．加入催化剂，平衡正向移动
B．在恒温、恒容条件下，加入氢氧化钠，平衡不移动 C．在恒温、恒压条件下，通入He气，平衡不移动 D．降温，平衡正向移动
解析：选D。A项，催化剂不影响化学平衡的移动，A错；B项，加入的NaOH会吸收二氧化碳气体，平衡正向移动，B错；C项，恒温、恒压下通入He气，体系体积会增大，相当于减小压强，则平衡逆向移动，C错。
3．(2016·安徽合肥联考)在一定容积的密闭容器中通入A、B两种气体，一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g)2C(g) ΔH<0，达到平衡后，只改变一个条件(X)，下列量(Y)的变化一定符合如图中曲线的是( )
选项 X Y A 再加入A B的转化率 B 加入催化剂 A的体积分数 C 充入氦气 A的转化率 D 升高温度 C的体积分数 解析：选A。催化剂不能影响化学平衡，B项不正确；容器体积不变，充入氦气，反应物和生成物的浓度均不改变，平衡不发生移动，A的转化率不变，C项不正确；该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，C的体积分数降低，D项不正确。
4．相同温度下，容积相同的甲、乙、丙3个恒容密闭容器中均发生如下反应：2SO2(g)
－1
＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：
起始时各物质的物质的量/mol 容器 达到平衡时体系能量的变化 SO2 O2 SO3 Ar 甲 2 1 0 0 放出热量：Q1 乙 1.8 0.9 0.2 0 放出热量：Q2 丙 1.8 0.9 0.2 0.1 放出热量：Q3 下列叙述正确的是( )
1
A．Q1＝Q2＝Q3＝197 kJ
B．达到平衡时，丙容器中SO2的体积分数最大 C．甲、乙、丙3个容器中反应的平衡常数相等
－1
D．若在上述条件下反应生成2 mol SO3(s)的反应热为ΔH1，则ΔH1>－197 kJ·mol 解析：选C。A项，197 kJ>Q1>Q2＝Q3，错误；B项，甲、乙、丙等效平衡，达到平衡时SO2的体积分数相等，错误；C项，由于温度一样，甲、乙、丙3个容器中反应的平衡常数相
－1
等，正确；D项，反应SO3(g)===SO3(s)放出热量，所以ΔH1<－197 kJ·mol，错误。
5．一定温度下，SO2与O2反应的热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196
－1
kJ·mol，现向5 L 的恒容密闭容器中充入1.0 mol SO2(g)和0.5 mol O2(g)，反应一段时间后达到平衡，保持温度不变，测得此过程中体系向外界共释放了78.4 kJ的热量。下列说法正确的是( )
A．上述反应达到平衡时，二氧化硫和氧气的转化率都是20%
B．上述反应达到平衡后，向容器中充入1.0 mol氩气，平衡将正向移动
C．起始时向容器中充入1.0 mol SO3(g)，保持温度不变，达到平衡时共吸收19.6 kJ的热量
D．起始时向容器中充入2.0 mol SO3(g)、0.5 mol SO2(g)和0.25 mol O2(g)，反应达到平衡前，v正 解析：选C。当2 mol SO2(g)完全转化为SO3(g)时，放出196 kJ的热量，则放出78.4 kJ热量时，有0.8 mol SO2(g)转化为SO3(g)，SO2(g)和O2(g)的转化率均为80%，A项错误。平衡后向恒容容器中充入稀有气体，平衡体系中各物质的浓度不变，平衡不移动，B项错误。C项中平衡与原平衡是等效平衡，原平衡中最终SO3(g)的物质的量为0.8 mol，则C项中达到 196 平衡时只有0.2 mol SO3(g)分解，吸收的热量为(×0.2)kJ＝19.6 kJ，C项正确。通过计 2 算比较平衡常数K值和浓度商Q值的大小，可知D中：K>Q，反应正向进行，达到平衡前，v正>v逆，D项错误。 6．(2016·山西大同阶段评测)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[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 解析：选B。因甲、丙为恒容容器，0.1 mol N2O4完全转化可得到0.2 mol NO2，故甲、丙两容器中的化学平衡为等效平衡，反应开始后乙容器中的压强大于甲容器中的压强，而压强越大，越有利于平衡向生成N2O4的方向进行，故B对；再结合平均相对分子质量与各组分相对分子质量的关系知D错；虽然乙中转化的NO2比甲中多，由勒·夏特列原理知因乙的容积减小导致NO2浓度增大的程度大于因平衡移动使NO2浓度减小的程度，因此，平衡时乙中NO2的浓度大于甲中NO2的浓度，但由于甲、丙两容器内的化学平衡为等效平衡，甲、丙中NO2的浓度应相等，A错；由甲、丙中的化学平衡为等效平衡知，若平衡时甲中NO2的转化率为50%，则丙中N2O4的转化率也为50%，C错。 7．(2016·河南洛阳高三检测)在恒温恒压下，向密闭容器中充入4 mol SO2和2 mol O2，发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。2 min后，反应达到平衡，生成SO3为1.4 mol，同时放出热量Q kJ。则下列分析正确的是( ) A．在该条件下，反应前后的压强之比为6∶5.3 B．若反应开始时容器体积为2 L，则v(SO3)＝0.35 mol/(L·min) C．若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”反应，平衡后n(SO3)<1.4 mol D．若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”反应，达平衡时放出热量大于Q kJ 2 解析：选C。由平衡时n(SO3)＝1.4 mol可知此时n(SO2)＝2.6 mol，n(O2)＝1.3 mol。A选项，因是恒温恒压条件，所以反应前后压强不变；B选项，因该反应是气体分子数之和变小的反应，所以随着反应的进行，体积逐渐变小，小于2 L，所以v(SO3)大于0.35 mol/(L·min)；C选项，该反应为放热反应，在绝热条件下随着反应的进行要放热，达到平衡时与恒温恒压条件下的平衡比较，平衡要逆向移动，所以n(SO3)<1.4 mol；D选项，恒温恒容条件下的平衡与原来恒温恒压下的平衡比较，平衡要逆向移动，所以放出的热量小于Q kJ。 8．(2016·东北三省模拟)在425 ℃时，在1 L密闭容器中充入下列气体物质进行的反应达到平衡，分析下图所示示意图，不能从示意图中读出相关信息的选项是( ) A．同温同压下，只要物质比例适当，从正、逆方向都可以建立同一平衡状态 B．图甲表示的反应为H2(g)＋I2(g)2HI(g) C．图甲中H2的转化率＋图乙中HI的转化率＝100% D．相同条件下，分别从正、逆方向建立等同的平衡状态，所需时间相同 解析：选D。比较图甲和图乙可知，两平衡状态的[HI]、[H2]、[I2]相同；图甲中化学反应方程式为H2(g)＋I2(g)2HI(g)，图乙中化学反应方程式为2HI(g)H2(g)＋I2(g)；图甲中H2 1.00－0.212.00－1.58 的转化率为×100%＝79%，图乙中HI的转化率为×100%＝21%，故A、 1.002.00 B、C正确。 9．在相同温度下，体积均为1 L的四个密闭容器中，保持温度和容积不变，以四种不同的投料方式进行反应。平衡时有关数据如下[已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 －1 kJ·mol]： 容器 甲 乙 丙 丁 2 mol SO2 1 mol SO2＋ 2 mol SO2＋ 起始投料量 2 mol SO3 ＋1 mol O2 0．5 mol O2 2 mol O2 反应放出或吸 a b c d 收的热量(kJ) 平衡时[SO3] e f g h －1(mol·L) 下列关系正确的是( ) A．a＝c；e＝g B．a>2b；e>2f C．a>d；e>h D．c＋98.3e>196.6 解析：选B。A项，甲容器起始时反应向正反应方向进行，而丙容器起始时反应向逆反应方向进行，虽然最后是等效平衡，但a≠c，a＋c＝196.6，故不正确；B项，若将甲容器扩大为原来的2倍，则达平衡时甲与乙容器的[SO3]相等，但放出的热量是乙的2倍，现将甲容器再恢复为原来的体积，即加压，平衡向正反应方向移动，则放热又增多，故有a>2b，同理有e>2f，故正确；C项，丁中的O2可看作是在甲平衡后再充入1 mol O2，则平衡正向移动，放热增多，即有a －1 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol 2 196.6 e a 解得a＝98.3e，由选项A解析可知，a＋c＝196.6，即98.3e＋c＝196.6，故不正确。 二、非选择题 10．工业上正在研究利用CO2来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式如下： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 3 ΔH＝－49.0 kJ/mol 现将6 mol CO2和8 mol H2充入一容积为2 L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示(图中字母后括号内的数对表示对应的坐标)： 回答下列问题： (1)由图分析，在下列时间段内反应速率最快的是______(填序号)。 A．0～1 min B．1～3 min C．3～8 min D．8～11 min (2)仅改变某一条件再进行实验，测得H2的物质的量随时间的变化如图中虚线所示。与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是________，曲线Ⅱ改变的条件可能是________。 (3)下列表述能表示该反应已达平衡的是________(填序号)。 a．容器内压强不再改变 b．容器内气体的密度不再改变 c．容器内气体的平均摩尔质量不再改变 d．容器内各物质的物质的量相等 解析：(1)图像中的斜率越大，速率越大。(2)曲线Ⅰ与实线相比较，起点相同，达到平衡所用的时间短，反应速率加快，且平衡时n(H2)较大，改变的条件应是升高温度，使平衡左移；曲线Ⅱ与实线相比较，起点相同，达到平衡所用的时间短，反应速率加快，且平衡时n(H2)较小，改变的条件应是增大压强，使平衡右移。(3)反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ/mol是正反应气体体积缩小的放热反应。容器内压强、气体平均摩尔质量不再改变，则气体的总物质的量不再改变，说明反应已达到平衡，a、c符合题意；容器的体积不变，气体质量不变，密度始终不变，b不符合题意；容器内各物质的物质的量相等，不一定达到平衡，d不符合题意。 答案：(1)A (2)升高温度 增大压强 (3)ac 11．(2016·湖北宜昌调研)某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成甲醚等清洁燃料。由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有： ①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) －1 ΔH1＝＋206.1 kJ·mol ②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) －1 ΔH2＝＋247.3 kJ·mol ③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3 请回答下列问题： (1)在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。 反应进行的前5 min内，v(H2)＝________；10 min时，改变的外界条件可能是_________________________。 (2)如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH4的转化率随时间的变化如图3所示，请在图3中用虚线画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像。 4
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