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．对于已达平衡的可逆反应：，假设A、C状态始终保持不变，下列说法正确的是 A．增大压强，重新达到平衡时，C的浓度可能不变也可能减小 B．当混合气体的质量不变，说明反应一定达到平衡状态 C．在恒容容器中升高温度，达到新的平衡时，气体的密度可能比原平衡增大 D．增大压强，重新达到平衡时，C的产率可能减小 2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是 A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 3．关于反应4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)；ΔH=-116 kJ·mol-1，下列说法正确的是 A．反应活化能：Ea(正)＜Ea(逆) B．每生成22.4 L Cl2，放出58 kJ的热量 C．使用高效催化剂，可使平衡时的值增大 D．断裂4 mol H-Cl键的同时，有4 mol H-O键生成，说明该反应达到平衡状态 4．在恒温恒容的密闭容器中可逆反应 2NO2(g)2NO(g)+ O2(g)，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 混合气体 NO2、NO、O2 三者分子数目之比为 2∶2∶1 的状态 ③ 混合气体的颜色不再改变的状态 ④ NO2、NO、O2 表示的反应速率之比为 2∶2∶1 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 ⑧ 2V正(NO2)= 2V逆(O2) A．①③⑥⑦ B．②⑤⑥⑦ C．①③④⑤⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧ 5．在一定温度下，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是 A．单位时间内生成n mol H2，同时就有n mol HI生成 B．单位时间内有n mol H2生成，同时就有n mol I2生成 C．容器内气体的总压强不随时间的变化而变化 D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂 6．已知：(aq)(橙色)+H2O(l)=2(aq)(黄色)+2H+(aq) ∆H=+13.8kJ/mol。 某同学研究浓度对化学平衡的影响，现象如下： ①待试管b中颜色不变后与试管a比较，溶液颜色变浅。 ②滴加浓硫酸，试管c温度略有升高，溶液颜色与试管a相比，变深。 下列说法正确的是 A．该反应是一个氧化还原反应 B．待试管b中溶液颜色不变的目的是使完全反应 C．该实验能证明减小生成物浓度，平衡正向移动 D．试管c中的现象说明影响平衡的主要因素是温度 7．在恒温、体积为2L的密闭容器中加入1mol CO2和3mol H2，发生如下的反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H＜0。可认定该可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是 A．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1 ∶1 B．v正(CO2)＝3v逆(H2) C．容器内混合气体平均相对分子质量保持不变 D．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度都相等 二、填空题 8．某小组设计实验研究单一组分浓度对化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的影响。 实验1 实验步骤 实验现象 i．取2 mL1 mol•L﹣1KI溶液，滴加0.1 mol•L-1FeCl3溶液2 mL。 i．溶液呈棕黄色。 ii．待试管中溶液的颜色不变后向其中滴加2滴0.1 mol•L-1KSCN溶液。 ii．溶液不显红色。 (1)①待试管中溶液的颜色不变后再进行后续实验，其目的是 。 ②加入KSCN溶液的目的是 。 (2)甲同学认为溶液不显红色的原因是反应体系中c(Fe3+)太低，故改进实验方案，进行了实验2. 实验2 实验现象 实验步骤 i．取2 mL0.1 mol•L﹣1KI溶液于试管a中，滴加0.1 mol•L-1FeCl3溶液2mL i．溶液呈棕黄色 ii．待试管中溶液的颜色不变后，取少量试管a中溶液于试管b中，滴加2滴0.1 mol•L-1KSCN溶液。 ii．溶液显红色 本实验改用0.1 mol•L-1KI溶液的目的是 。 (3)实验3：研究增大反应物Fe3+浓度对平衡的影响，实验方法如下： 取少量试管a中棕黄色溶液于试管中，加入1～2滴饱和FeCl3溶液，溶液颜色加深，原因是：增大Fe3+浓度，导致Q K(填“＞”或“＜”)，平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 (4)实验4：研究增大生成物Fe2+浓度对平衡的影响，实验方案如图所示： ①请在图中将方案补充完整 。 ②能够证明增大生成物Fe2+浓度导致平衡移动的实验现象为 。 9．（1）过氧化钠(Na2O2)是常见的供氧剂，是航空航天和潜水常用呼吸面具的主要成分，请写出过氧化钠的电子式： 。 （2）1g甲烷气体完全燃烧生成液态水时放56kJ的热量，请写出甲烷完全燃烧的热化学方程式： 。 （3）取久置硫酸酸化的硫酸亚铁溶液加入KSCN溶液，溶液显血红色，请用离子方程式解释原因①： ；②Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3。 （4）酸性：H2SO4<HClO4，HClO4的沸点为90℃，已知能发生H2SO4（浓）+NaClO4HClO4+NaHSO4，试从化学平衡移动的角度说明反应能发生的理由： 。 10．锌—空气燃料电池具有携带方便、成本低及安全无污染等优点，在汽车电源等领域有广阔的应用前景，其工作原理如图所示。采用锌—空气燃料电池作为电源，用离子交换膜控制溶液中氢氧根浓度制备具有高催化性能的纳米。 请回答下列问题： (1)锌—空气燃料电池中多孔碳层具有较大的表面积，有利于 。 (2)锌—空气燃料电池中负极的电极反应式为 。 (3)锌—空气燃料电池作为电源制备纳米时，B电极应与电极相连 (填“C”或“D”)。 (4)理论上，当空气(标准状况下)通入B电极后，可制备纳米的质量为 g。 (5)炼锌的方法之一为，在恒温的真空密闭反应器中发生反应，此时该反应的化学平衡常数为(为分压表示的平衡常数)，平衡后将部分锌蒸汽移走，再次达到平衡时，反应器内压强为 。 11．在密闭容器中，使2molN2和6 mol H2混合发生下列反应：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。 (1)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是 ；N2和H2的转化率比是 。 (2)升高平衡体系的温度(保持体积不变)，混合气体的平均相对分子质量 ，密度 (填“变大”、“变小”或“不变”)。 (3)当达到平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将 (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。 12．工业生产中用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。反应A：，对于反应A，下图是4种投料比[，分别为1：1、2：1、4：1、6：1]下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。 ①曲线b对应的投料比是 。 ②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时，对应的反应温度与投料比的关系是 。 ③投料比为2：1、温度为400℃时，平衡混合气中Cl2的物质的量分数是 。 13．当今中国积极推进绿色低碳发展，力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。因此，研发CO2利用技术，降低空气中CO2含量成为研究热点。工业上常用CO2和H2为原料合成甲醇(CH3OH)，过程中发生如下两个反应： 反应I： 反应II： (1)①一定条件下，一氧化碳加氢生成甲醇的热化学方程式为： △H = kJ·mol-1。 ②若反应II逆反应活化能Ea(逆)为120 kJ·mol-1，则该反应的Ea(正)活化能为 kJ·mol-1。 (2)有研究表明，用可控Cu/Cu2O界面材料作催化剂可以提高CO2还原合成甲醇的选择性。将6.0 mol CO2和8.0 mol H2充入一体积为2L的恒温密闭容器中，发生反应3H2(g) + CO2(g) CH3OH(g) + H2O(g) △H＜ 0。测得起始压强为70MPa，H2的物质的量随时间的变化如图中实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。 ①图中虚线A、B为改变某一条件时的变化，与实线相比，虚线A改变的条件可能是 ，虚线B改变的条件可能是 。 ②该反应在0—4min内H2O的平均反应速率为 (保留2位有效数字)。 ③计算该条件下(实线)的Kp为 MPa-2 (以分压表示，分压=总压×物质的量分数)； (3)中科院福建物质结构研究所基于CO2和甲酸(HCOOH)的相互转化设计并实现了一种可逆的水系金属二氧化碳电池，结构如图所示。该装置充电时，阳极的电极反应式为 。 【参考答案】 一、选择题 1．D 解析：A．增大压强，体积减小，C的浓度增大，故A错误； B．若B为气体，则反应过程中气体的总质量始终不变，不能根据总质量判断平衡状态，故B错误； C．该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，若B为气体，气体的总质量不变，则气体的密度不变，若B为固体，则气体的总质量减小，所以密度减小，故C错误； D．若B为固体，增大压强，平衡不移动，C的产率不变，若B为气体，增大压强，平衡逆向移动，C的产率减小，故D正确； 故选D。 2．B 解析：A．催化剂不能使平衡移动，使用铁触媒，加快N2和H2合成氨的反应速率，不能可用勒·夏特列原理来解释，故不选A； B．合成氨正反应气体系数和减小，加压平衡正向移动，能可用勒·夏特列原理来解释高压比常压条件更有利于合成氨，故选B； C．合成氨反应放热，升高温度平衡逆向移动，不能可用勒·夏特列原理来解释500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，故不选C； D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率，与平衡移动无关，不能可用勒·夏特列原理来解释，故不选D； 选B。 3．A 解析：A．该反应放热，生成物总能量低于反应物总能量，则反应活化能：Ea(正)＜Ea(逆)，A正确； B．体积无标准状况，不能用标准状况的气体摩尔体积计算，B错误； C．平衡常数K=，平衡常数只随温度而变化，使用高效催化剂，K不变，C错误； D．断裂4 mol H-Cl键和4 mol H-O键生成，都表示的是正反应速率，不能说明该反应达到平衡状态，D错误； 答案选A。 4．A 解析：①生成O2、NO2分别代表正向和逆向的反应速率，且速率之比等于化学计量数之比，故①能说明达平衡；②达平衡时，各个物质的含量不再改变，但不一定成比例，故②不能说明是否达平衡；③三种气体中NO2为红棕色气体，而颜色的深浅与c(NO2)有关，随着反应的进行，c(NO2)发生变化，颜色也会有深浅的变化，当平衡时，c(NO2)不再改变，此时颜色也不再改变，故③能说明达平衡；④化学反应速率之比等于化学计量数之比，故任何时刻，三者反应速率之比都为2：2：1，故④不能说明是否达平衡；⑤由于反应前后气体总质量不变，且体积也不变，所以混合气体密度始终不变，故⑤不能说明是否达平衡；⑥恒温恒容时，压强与气体物质的量成正比，由于反应前后气体物质的量改变，所以压强也会改变，当压强不变时，说明达平衡，故⑥能说明达平衡；⑦由，知混合气体平均相对分子质量与气体总质量和总物质的量有关，虽然气体总质量不变，但反应前后气体总物质的量改变，所以混合气体平均相对分子质量也会改变，故⑦能说明达平衡；⑧由反应速率关系：，得，由题意知：，故，即此时未达平衡，⑧不符合题意；综上所述，①③⑥⑦符合题意，故答案选A。 5．D 解析：A．单位时间内生成n mol H2，属于逆反应方向，同时有n mol HI生成，属于正反应方向，但正逆反应速率不相等，未到达平衡状态，A错误； B．单位时间内有n mol H2生成，同时就有n mol I2生成，同属于逆反应方向，无法判断平衡状态，B错误； C．该可逆反应的前后分子数总数相等，体系的总压强始终不会改变，无法判断平衡状态，C错误； D．1个H—H键断裂，属于正反应方向，2个H—I键断裂，属于逆反应方向，且正逆反应速率相等，到达平衡状态，D正确； 故选D。 6．C 解析：A．由方程式可知，反应中没有元素发生化合价变化，该反应为非氧化还原反应，故A错误； B．该反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，则待试管b中溶液颜色不变的目的是依据颜色变化判断平衡移动方向，故B错误； C．由试管b中溶液颜色比试管a中溶液颜色浅可知，加入的氢氧化钠溶液中和溶液中的氢离子，氢离子浓度减小，平衡向正反应方向移动，溶液颜色变浅说明减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动，故C正确； D．该反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，溶液颜色变浅，则试管c中溶液颜色变深是因为加入的浓硫酸使溶液中的氢离子浓度增大，平衡向逆反应方向移动，说明影响平衡的主要因素不是温度，是溶液中的氢离子浓度，故D错误； 故选C。 7．C 解析：A、四种物质的量比不能说明反应到平衡，A错误； B、v正(CO2)=3v逆(H2)不能说明正逆反应速率相等，B错误； C、因为前后气体的物质的量不等，所以相对分子质量随着反应进行而改变，所以但相对分子质量不变时，说明反应到平衡，C正确； D、四种物质的浓度相等，不能说明反应到平衡，D错误； 故选C。 二、填空题 8．(1) 其中的KI与FeCl3充分反应 检验溶液中是否大量存在Fe3+ (2)提高平衡时溶液中的c(Fe3+) (3)＜ 正反应 (4)加入1 mL蒸馏水 溶液颜色变浅 解析：（1）①KI与FeCl3在溶液中会发生化学反应：2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2，该反应为可逆反应，待试管中溶液的颜色不变后再进行后续实验，其目的是使其中的KI与FeCl3充分反应； ②由于Fe3+与SCN-会发生反应产生Fe(SCN)3，使溶液显红色，所以向反应后的溶液中加入KSCN溶液的目的是检验溶液中是否大量存在Fe3+； （2）FeCl3溶液与KI溶液的反应为可逆反应，c(I-)降低，平衡向左移动，c(Fe3+)增大，进而可验证甲同学的想法，故本实验改用0.1 mol•L-1KI溶液的目的是为提高平衡时溶液中的c(Fe3+)； （3）取少量试管a中棕黄色溶液于试管中，加入1～2滴饱和FeCl3溶液，溶液颜色加深，原因是：增大Fe3+浓度，导致Q减小，最终使得Q＜K，化学平衡向正反应方向移动； （4）①实验II是研究增大生成物Fe2+浓度对平衡的影响，则应保证除了Fe2+之外的其它离子浓度不变，则试管c中要加入1 mL蒸馏水； ②增大生成物Fe2+浓度，平衡逆向移动，c(I2)降低，溶液颜色变浅。 9． CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-896kJ/mol 4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O HClO4的沸点较低，加热挥发，生成物浓度减小，反应向正方向进行 解析：(1)过氧化钠(Na2O2)是由钠离子和过氧根离子构成的，过氧化钠的电子式为：； (2)1g 甲烷生成液态水和二氧化碳气体，放出56kJ的热量，16g甲烷燃烧放热896kJ，热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-896kJ·mol-1； (3)取久置硫酸酸化的硫酸亚铁溶液加入KSCN溶液，溶液显血红色，①溶液中的Fe2+被空气中的氧气氧化为Fe3+，发生的离子方程式为4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O；②Fe3+与SCN-反应产生Fe(SCN)3，溶液显血红色Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3； (4)酸性：H2SO4<HClO4，HClO4的沸点为90℃，HClO4的沸点较低，加热挥发，生成物浓度减小，反应向正方向进行，H2SO4（浓）+NaClO4HClO4+NaHSO4，故反应能进行。 10．(1)增大空气中氧气与溶液的接触面积，促进氧气的快速扩散 (2) (3)D (4)28.8 (5) 【分析】碱性条件下，锌失电子为负极，负极上的电极反应为：，通入氧气的一极为正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，正极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-；充电时，负极与外接电源的负极相连为阴极，阴极上[Zn(OH)4]2-得电子生成Zn，正极与外接电源的正极相连为阳极，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，据此分析。 解析：（1）增大接触面积可提高反应速率，锌—空气燃料电池中多孔碳层具有较大的表面积，有利于增大空气中氧气与溶液的接触面积，促进氧气的快速扩散； （2）锌—空气燃料电池在碱性条件下，锌失电子为负极，负极上的电极反应为：； （3）锌—空气燃料电池为原电池装置，Cu制备纳米时铜元素化合价升高，Cu电极则做阳极极，由阳极与正极相连，则B电极应与D电极相连； （4）空气通入B电极的电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，制备纳米的电极反应式为2Cu+2OH--2e-=Cu2O+H2O，可得关系式O2~4e-~2Cu2O， 空气中 O2的体积约为×20%=2.24L，标准状况下2.24LO2的物质的量为，则生成0.2mol Cu2O，质量为m=n∙M=0.2mol×144g/mol=28.8g； （5）平衡常数受温度影响，恒温时平衡常数不变，该反应的化学平衡常数表达式为，平衡后将部分锌蒸汽移走，由于平衡常数不变，则再次达到平衡时，反应器内压强为。 11．1∶3 1∶1 变小 不变 逆向 解析：(1)对于N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，在密闭容器中，开始时n(N2)∶n(H2)=2∶6=1∶3，反应时消耗n(N2)∶n(H2)=1∶3，故平衡时n(N2)∶n(H2)=1∶3，所以c(N2)∶c(H2)=1∶3，转化率之比为1∶1，故答案为：1∶3；1∶1； (2)升高温度，平衡向逆反应方向移动，气体的总物质的量增大，总质量不变，故平均相对分子质量变小，由ρ=知密度不变，故答案为：变小；不变； (3)达平衡后，保持压强不变，充入氩气，使体系体积增大，浓度减小，相当于减小压强，使平衡逆向移动，故答案为：逆向。 12．4：1 投料比越高时对应的反应温度越低 30.8% 【分析】①采用控制变量方法，利用浓度对化学平衡移动的影响分析； ②由图可知，当HCl的转化率相同时，温度由低到高对应的投料比为4：1、2：1、1：1，由此可确定温度与投料比的关系； ③依据物质反应中转化关系，计算平衡时各种气体的物质的量，进而可得平衡混合气中Cl2的物质的量分数。 解析：①在其它条件不变时，O2的量越大，HCl的转化率越大，由此可确定a为6：1；b为4：1；c为2：1；d为1：1。则曲线b对应的投料比是4：1； ②根据图象可知：当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时，温度由低到高对应的投料比为4：1、2：1、1：1，即对应的反应温度与投料比的关系是：投料比越高，对应的反应温度越低；投料比越低，则对应的反应温度就越高； ③由图可得出投料比为2：1、温度为400℃时，HCl的转化率为80%。假设开始投入的HCl为2 mol，O2为1 mol，发生反应4HCl+O2=2Cl2+2H2O，反应消耗HCl的物质的量是△n(HCl)=2 mol×80%=1.6 mol，则同时消耗0.4 mol O2，反应产生0.8 mol Cl2和0.8 mol H2O，平衡时各种气体的物质的量n(HCl)=2 mol-1.6 mol=0.4 mol，n(O2)=1 mol-0.4 mol=0.6 mol，n(Cl2)=n(H2O)=0.8 mol，此时混合气体总物质的量n(总)=0.4 mol+0.6 mol+0.8 mol+0.8 mol=2.6 mol，所以平衡混合气中Cl2的物质的量分数是×100%=30.8%。 13．(1) -92 161 (2)升高温度 缩小体积(或加压) 0.24mol·L-1·min-1 或0.005或 (3)HCOOH-2e-=CO2↑+2H+ 解析：（1） ①I： II： 根据盖斯定律I - II得 △H =； ②焓变=正反应活化能-逆反应活化能，若反应II逆反应活化能Ea(逆)为120 kJ·mol-1，则该反应的Ea(正)活化能为(41+120)=161kJ·mol-1。 （2） ①虚线A，反应速率加快，氢气平衡浓度增大，说明改变条件平衡逆向移动，改变的条件可能是升高温度；虚线B，反应速率加快，氢气平衡浓度减小，说明改变条件平衡正向移动，改变的条件可能是增大压强。 ②该反应在0—4min内消耗氢气的物质的量为(8-2.3)=5.7mol，根据方程式可知生成水的物质的量为1.9mol，H2O的平均反应速率为mol·L-1·min-1。 ③反应达到平衡状态，氢气的物质的量为2mol； 同温、同体积，压强比等于物质的量比，平衡时总压强为70MPaMPa； Kp=0.005MPa-2； （3） 该装置充电时，阳极HCOOH失电子生成CO2，阳极的电极反应式为HCOOH-2e-=CO2↑+2H+。 学科网（北京）股份有限公司 $$