2.2 化学反应的限度 同步练习题2023-2024学年高二上学期鲁科版（2019）化学选择性必修1

2.2 化学反应的限度 同步练习题 一、选择题 1．CuCl2溶液中存在如下平衡，下列可使黄绿色的CuCl2溶液变成蓝色的方法是 [Cu(H2O)4]2+（蓝色）+4Cl−[CuCl4]2−（黄色）+4H2O ΔH＞0 A．升温 B．加NaCl(s) C．加压 D．加AgNO3溶液 2．恒温条件下，可逆反应：在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是 ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．①④⑥⑦ B．②⑤⑥⑦ C．①③④⑤ D．全部 3．在恒温恒容密闭容器中充入、合成乙醇：。下列叙述错误的是 A．任意时刻，的转化率大于 B．的体积分数不变化时反应一定达到平衡状态 C．体系中水蒸气的体积分数是乙醇的3倍 D．反应达到最大限度时体系中存在4种物质 4．在一定条件下，反应达到了平衡状态，改变某一反应条件，发生下列变化，其中可确定该平衡一定发生移动的是（ ） A． v(SO2)增大 B． v(SO3)减小 C． O2的物质的量分数发生变化 D． SO3的质量不变 5．向某密闭容器中通入，发生反应：，达到平衡后，保持温度不变，再通入适量，待反应达到新的平衡时，与原平衡相比，（ ） A．变大 B．不变 C．变小 D．无法确定 6．对于可逆反应：mA(g)+nB(g)⇌xC(g)；△H=？，在不同温度及压强条件下，反应物A的转化率如图所示，下列判断正确的是 A．△H>0，m+n>x B．△H>0，m+n＜x C．△H＜0，m+n＜x D．△H＜0，m+n>x 7．一定温度下，密闭容器中发生反应：。当反应达到平衡后，下列各项措施不能提高SO3转化率的是 A．升高反应的温度 B．增大容器的体积 C．分离出部分氧气 D．容积不变，通入气体He 8．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡状态的影响，得到如图所示的变化规律(图中T表示温度，n表示物质的量)，根据如图可得出的判断结论正确的是 A．反应速率：b>a>c B．达到平衡时，AB3的物质的量大小为：b>c>a C．若T2>T1，则正反应一定是吸热反应 D．达到平衡时A2的转化率大小为：b>a>c 二、填空题 9．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，回答下列问题： (1)工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H2O(g)⇌CO2+H2。T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H2)=0.12mol·L-1。该温度下此反应的平衡常数K= (填计算结果)。 (2)氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极在碱性条件下发生反应的电极反应式为 。 10．下列反应在210℃达到平衡： ①PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH>0，K＝1； ②CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g) ΔH<0，K＝5×104； ③COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)； (1)根据反应①的平衡常数K表达式，下列等式必定成立的是 。 A．c(PCl5)＝c(PCl3)＝c(Cl2)＝1 B．c(PCl5)＝c(PCl3)∙c(Cl2)＝1 C．c(PCl5)＝c(PCl3)∙c(Cl2) 反应②和反应③的平衡常数K表达式 （填“相同”或“不同”）。 (2)降低Cl2的浓度，反应③的K值 （填“增大”“减小”或“不变”）。 (3)要使反应①和反应②的K值相等，应采取的措施是 。 A．反应①②同时升温 B．反应①②同时降温 C．反应①降温，反应②维持在210℃ 11．工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应 Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) (1)下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是___________ A．增加CH4(g)用量 B．恒温恒压下通入惰性气体 C．移除CO(g) D．加入催化剂 (2)恒温恒压条件下，1mol CH4(g)和1mol H2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为α，CO2(g)的物质的量为b mol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx= (写出含有a、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，，x为物质的量分数)。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，α=0.90，b=0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 (结果保留两位有效数字) 12．回答下列问题 (1)在一密闭恒容的容器中，可逆反应3A(g)  3B(g)+C(？)的能量变化如图所示。则3A(g)3B(g)+C(？)的正反应是 反应(填“吸热”或“放热”)，由 a 到 b 可能发生变化的反应条件是 (2)在密闭恒容容器中，充入一定量的 A 发生反应 3A(g) 3B(g)+C(？)。 ①容器中气体的平均相对分子质量随时间的变化如图所示：则下列有关 C 物质的状态的判断正确的是 (填选项字母)。 a.一定为非气态 b.一定为气态 c.可能为气态 ②若 t2 时刻只缩小容器体积，容器中气体的平均相对分子质量 变化符合x线，则 C 物质的状态为 。 13．我国科学家成功开发催化剂在低温条件下高选择性合成高纯度的乙烯，化学原理为 主反应： 副反应： 在密闭容器中充入和，发生上述两个反应，测得平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，在、下的选择性等于[选择性=]， (填“>”“<”或“=”)、下，主反应的平衡常数 (为用气体分压计算的平衡常数，气体分压等于气体总压×物质的量分数)。 14．CO2的回收和综合利用对实现“碳中和”有重要意义。回答下列问题。 (1)一种富集烟气中CO2的方法示意图如图： 写出“解吸”过程产生CO2的化学方程式 。 (2)CO2和H2在催化剂作用下可转化为CH3OH，体系中发生的主要反应如下： i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49kJ•mol-1 ii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41kJ•mol-1 CO和H2也能生成CH3OH，写出该反应的热化学方程式 。 (3)在催化剂作用下，将1mol CO2、3molH2投入反应器，反应温度对CO2平衡转化率X(CO2)、CH3OH选择性Y(CH3OH)的影响如图。 已知：Y(CH3OH)=×100% ①X(CO2)随温度升高逐渐增大、Y(CH3OH)随温度升高逐渐减小的原因是 。 ②在240℃达到平衡时，体系 (填“吸收”或“放出”)的热量为 kJ(除了反应i和ii，不考虑其他反应)。 (4)利用金属催化剂，在水性电解质中进行电解，将CO2和CH3OH都转化为HCOOH，其装置如图所示。a为电源 (填“正极””或“负极”)；阳极的电极反应 。 【参考答案】 一、选择题 1．D 解析：A．该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，四氯合铜离子的浓度增大，溶液由黄绿色变为黄色，故A错误； B．向溶液中加入氯化钠固体，溶液中氯离子浓度增大，平衡向正反应方向移动，四氯合铜离子的浓度增大，溶液由黄绿色变为黄色，故B错误； C．该反应没有气体参加，也没有气体生成，增大压强，化学平衡不移动，溶液颜色不会发生变化，故C错误； D．向溶液中加入硝酸银溶液，银离子与溶液中氯离子反应生成氯化银沉淀，反应物的浓度减小，平衡向逆反应方向移动，四水合铜离子的浓度增大，溶液由黄绿色变为蓝色，故D正确； 故选D。 2．A 解析：①单位时间内生成n mol O2就会消耗2n mol NO2气体，同时生成2n mol NO2，则NO2的物质的量及浓度不变，反应达到平衡状态，①符合题意； ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO表示的都是反应逆向进行，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，②不符合题意； ③化学反应速率与化学计量数成正比，则用NO2、NO、O2表示的反应速率的比始终为2：2：1，无法判断平衡状态，③不符合题意； ④混合气体的颜色不再改变，表明NO2的浓度不再变化，该反应达到平衡状态，④符合题意； ⑤混合气体的总质量、总体积始终不变，则混合气体的密度为定值，不能根据混合气体的密度判断平衡状态，⑤不符合题意； ⑥该反应为气体物质的量缩小的反应，在体积固定的密闭容器中混合气体的压强为变量，当混合气体的压强不再改变时，表明达到平衡状态，⑥符合题意； ⑦混合气体的总质量为定值，混合气体的总物质的量为变量，则混合气体的平均相对分子质量为变量，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时，表明达到平衡状态，⑦符合题意； 综上所述可知：达到平衡状态的标志是①④⑥⑦，故合理选项是A。 3．B 【分析】根据题意，设生成的乙醇物质的量为x mol，可列三段式：。 解析：A．由三段式可知和的转化率分别为，，所以任意时刻的转化率都大于的转化率，故A正确； B．用三段式计算，体积中的体积分数，体积分数始终不变，不能判断反应是否达到平衡状态，故B错误； C．根据化学方程式可知，同时段生成水蒸气的物质的量是乙醇的3倍，故C正确； D．上述反应是可逆反应，平衡时存在四种物质，故D正确； 答案选B。 4．C 解析：A．催化剂不影响化学平衡，若使用催化剂，可使v(SO2)增大，但该平衡不移动，故A错误； B．适当改变条件， v(SO3)减小后如果满足v(正)= v(逆)，化学平衡不会移动，故B错误； C．该反应中O2的百分含量为变量，当O2的百分含量发生变化时，表明平衡发生了移动，故C正确； D． SO3的质量不变，说明正逆反应速率相等,该反应处于平衡状态，故D错误； 故选C。 5．B 解析：的化学平衡常数 K=，保持温度不变，再加入适量的N2O4,当反应达到新的平衡时平衡常数不变，即不变，故选B。 6．D 解析：由图(1)知，p2到达平衡时所用时间长，p1到达平衡时所用时间短，所以p2的反应速率慢，p1的反应速率快，压强越大反应速率越快，所以p2＜p1；增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动，由图像知，压强增大，A的转化率增大，平衡向正反应方向移动，所以反应前的计量数之和大于反应后的计量数之和，B为气态，即m+n＞x；由图(2)知，随着温度的升高，A的转化率减低，平衡向逆反应方向移动，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以逆反应方向是吸热反应，正反应是放热反应，即△H＜0，只有D符合； 答案选D。 7．D 解析：由题干反应方程式可知，该反应正反应是一个气态体积增大的吸热反应，据此分析解题： A．已知该反应正反应是一个气态体积增大的吸热反应，升则高反应的温度，平衡正向移动，SO3的转化率增大，A不合题意； B．已知该反应正反应是一个气态体积增大的吸热反应，增大容器的体积即减小容器的压强，化学平衡正向移动，SO3的转化率增大，B不合题意； C．分离出部分氧气，即减小生成物的浓度，化学平衡正向移动，SO3的转化率增大，C不合题意； D．容积不变，通入气体He，则反应体系中各物质的浓度均保持不变，正逆反应速率不变，化学平衡不移动，SO3的转化率不变，D符合题意； 故答案为：D。 8．C 【解析】由图可知，B2起始相同时，T2对应的AB3的含量大，则若该正反应为吸热反应，则T2＞T1，若该正反应为放热反应，则T2＜T1；由图可知B2越大，达到平衡时A2的转化率越大，且b点AB3的体积分数最大，则反应物的物质的量之比接近等于化学计量数之比，以此来解答。 解析：A．根据图象可知，a、b、c各点中B的起始物质的量依次增大，则反应物的浓度依次增大，反应速率依次增大，反应速率c＞b＞a，A错误； B．对于可逆反应来说，增大一种反应物的物质的量或浓度，有利于平衡向正反应方向移动，生成物的物质的量增多，所以达到平衡时，AB3的物质的量大小为：c＞b＞a，B错误； C．若T2＞T1，由图象可知，当B2的物质的量相同时，温度升高生成物AB3的物质的量增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，C正确； D．由图象可知，a、b、c各点中B的起始物质的量依次增大，对于可逆反应来说，增大一种反应物的物质的量或浓度，有利于平衡向正反应方向移动，则另一种反应物的转化率增大，则达到平衡时A2的转化率大小为：c＞b＞a，D错误； 故答案为：C。 二、填空题 9．(1)1 (2)2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O 解析： (1)T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H2)=0.12mol·L-1，则反应后c(CO2)=0.12mol·L-1，c(CO)=0.08mol·L-1，c(H2O)=0.18mol·L-1，该温度下此反应的平衡常数； (2)氨气在纯氧中燃烧生成氮气和水，利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极在碱性条件下发生反应的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。 10．C 不同 不变 A 【分析】对于一个可逆反应，利用平衡常数表达式与平衡常数值的定量关系，可确定反应物与生成物的浓度关系；对于两个反应，若一个反应的反应物、生成物分别为另一反应的生成物、反应物，且化学计量数对应相等时，二反应的平衡常数互为倒数；若想使两反应的平衡常数相等，需改变条件，让一个平衡正向移动，另一平衡逆向移动。 解析：(1)反应①的平衡常数K=，由于化学平衡常数为1，则c(PCl5)＝c(PCl3)∙c(Cl2)，所以等式必定成立的是C。 反应②的反应物、生成物分别为反应③的生成物、反应物，所以平衡常数K表达式不同。 (2)化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变。降低Cl2的浓度，虽然反应③的平衡发生移动，但由于温度不变，所以K值不变。 (3)因为反应①比反应②的K值小，所以要使反应①和反应②的K值相等，应使反应①平衡正向移动，反应②平衡逆向移动，采取的措施是反应①②同时升温，故选A。 【点睛】当待求反应的反应物、生成物为已知反应的生成物、反应物，且化学计量数对应相等时，待求反应的平衡常数为已知反应平衡常数的倒数；当两反应的反应物与生成物都相同，但待求反应中各物质的化学计量数为已知反应的n倍时，待求反应的平衡常数为已知反应平衡常数的n次幂。 11．(1)BC (2) 0.43 解析：（1）A．增加CH4 (g)用量可以提高H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A不符合题意； B．恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强，反应混合物中各组分的浓度减小，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，B符合题意； C．移除CO(g)，减小了反应混合物中CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，C符合题意； D．加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高CH4(g)平衡转化率，D不符合题意； 综上所述，上述操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是BC； （2）恒温恒压条件下，1 mol CH4 (g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4 (g)的转化率为α，CO2 (g)的物质的量为b mol，则转化的CH4 (g)为α mol，剩余的CH4 (g)为(1-α )mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(α-b)mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1-α-b )mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol，则反应混合物的总物质的量为(2α+2 )mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、 CO(g) 、H2(g)的物质的量分数分别为、、、，因此，反应I的平衡常数Kx=；其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，a =0.90，b =0.65，则平衡时，CH4 (g)为0.1mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25mol，，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5-0.90-0.65 )mol=3.45mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol=3.35mol，平衡混合物的总物质的量为(2α+6 )mol=7.8mol，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为。 12．(1) 放热 使用了(正)催化剂 (2)c 气态 解析： (1)由题干图示可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，故3A(g)3B(g)+C(？)的正反应是放热反应，由 a 到 b 过程中反应所需要的活化能减小，故可能发生变化的反应条件是使用了(正)催化剂，故答案为：放热；使用了(正)催化剂； (2)①已知气体的平均相对分子质量，由题干图示可知，容器中气体的平均相对分子质量随着反应正向进行，气体的平均相对分子质量减小，故当C为气体时，则总质量不变，气体的总物质的量增大，则平均相对分子质量减小，故符合题意，但C为非气体时，气体的总质量减小，气体的总的物质的量不变，则平均相对分子质量减小，也符合题意，综上所述，C为任何状态均符合题意，故答案为：c； ②若 t2 时刻只缩小容器体积，容器中气体的平均相对分子质量变化符合x线，即压缩体积，增大压强，平均相对分子质量增大，如果C为气体，气体的总质量不变，化学平衡逆向移动，气体的总物质的量减小，平均相对分子质量增大，符合题意，如果C为非气体，则增大压强，平衡不移动，则平均相对分子质量不变，故C物质的状态为气态，故答案为：气态。 13．< 0.8 解析：主反应和副反应都是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，乙炔的转化率增大，由图可知，p0条件下乙炔的转化率小于20kPa下乙炔的转化率，则压强p0小于20kPa；由图可知，T0K、20kPa下乙炔的转化率为90%、乙烯的选择性为，则平衡时乙烯的物质的量为1mol×90%×=0.8mol，由题意可得如下三段式： 由三段式数据可知，平衡时乙炔、乙烷、乙烯、氢气的物质的量分别为、、、，则总物质的量为，下主反应的平衡常数，故答案为：<；0.8。 14．(1)2KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O (2)CO (g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-90kJ•mol-1 (3)反应i是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，所以Y(CH3OH)随温度升高逐渐减小；反应ii 是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，温度对反应ii的影响大于反应i，所以X(CO2)随温度升高逐渐增大 吸收 3.45 (4)负极 CH3OH-4e-+H2O=HCOOH+4H+ 解析：（1）根据图示，“解吸”过程碳酸氢钾分解为碳酸钾、二氧化碳、水，产生CO2的化学方程式为2KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O； （2）i. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49kJ•mol-1 ii .CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41kJ•mol-1 根据盖斯定律i- ii得热化学方程式CO (g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-49kJ•mol-1-41kJ•mol-1=-90kJ•mol-1。 （3）反应i是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，所以Y(CH3OH)随温度升高逐渐减小；反应ii 是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，温度对反应ii的影响大于反应i，所以X(CO2)随温度升高逐渐增大。 ②在240℃达到平衡时，CO2平衡转化率为15%，CH3OH选择性为20%，所以参与反应i的CO2的物质的量为1mol×15%×20%=0.03mol，参与反应ii 的CO2的物质的量为1mol×15%-0.03=0.12mol；反应i放出的热量是49kJ•mol-1×0.03mol=1.47 kJ，反应ii吸收的热量是41kJ•mol-1×0.12mol=4.92 kJ，所以体系吸收的热量为3.45kJ。 （4）根据图示，CO2→HCOOH发生还原反应，所以a为电源负极；阳极CH3OH失电子生成HCOOH，阳极电极反应为CH3OH-4e-+H2O=HCOOH+4H+。 学科网（北京）股份有限公司 $$