2-3 化学平衡 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题二 化学反应及其规律 第三节 化学平衡 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于化学平衡的说法，正确的是（ ） A. 化学平衡是可逆反应进行到最大限度时的状态 B. 达到平衡时，反应物和生成物的浓度相等 C. 达到平衡时，正反应速率为0，逆反应速率也为0 D. 化学平衡状态一旦建立，就不会发生改变 2. 加工制造中合成氨工业的核心反应（N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ 催化剂△ 高温高压），该反应达到平衡的标志是（ ） A. N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1:3:2 B. 单位时间内消耗1mol N₂的同时生成2mol NH₃ C. 正反应速率与逆反应速率相等 D. 反应体系的温度保持不变 3. 下列因素中，能使可逆反应的化学平衡发生移动的是（ ） A. 加入催化剂（加工制造中常用MnO₂） B. 改变反应体系的压强（针对有气体参与的反应） C. 改变固体反应物的用量 D. 保持温度和体积不变，加入稀有气体 4. 加工制造中电镀液的平衡体系（如Cu²+ + 2OH⁻ ⇌ Cu(OH)₂↓），为避免生成沉淀影响电镀质量，可采取的措施是（ ） A. 增大Cu²+浓度 B. 加入酸调节pH，降低OH⁻浓度 C. 升高温度 D. 增大压强 5. 对于可逆反应2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃（放热反应，化工生产制硫酸），下列措施能使平衡向正反应方向移动的是（ ） A. 升高温度 B. 增大压强 C. 减小SO₃浓度 D. 加入催化剂 6. 下列关于化学平衡移动原理（勒夏特列原理）的说法，错误的是（ ） A. 勒夏特列原理适用于所有可逆反应 B. 平衡移动的结果是减弱外界条件的改变 C. 外界条件改变时，平衡一定发生移动 D. 勒夏特列原理是化工生产中调控平衡的理论依据 7. 加工制造中金属冶炼的可逆反应（Fe₃O₄ + 4CO ⇌ 3Fe + 4CO₂ 高温），为提高铁的产率，可采取的措施是（ ） A. 增大CO₂浓度 B. 减小CO浓度 C. 及时分离出CO₂ D. 升高温度 8. 对于有气体参与的可逆反应，增大压强使平衡向正反应方向移动的条件是（ ） A. 正反应是气体体积增大的反应 B. 逆反应是气体体积增大的反应 C. 反应前后气体体积不变 D. 反应物都是固体 9. 加工制造中，下列场景利用化学平衡移动原理的是（ ） A. 焊接时使用催化剂加快反应速率 B. 电镀时控制电镀液浓度，避免沉淀生成 C. 金属除锈时增大盐酸浓度加快速率 D. 钢铁储存时保持环境干燥减缓腐蚀 10. 可逆反应A(g) + B(g) ⇌ 2C(g)（反应前后气体体积不变），达到平衡后，增大压强，下列说法正确的是（ ） A. 平衡向正反应方向移动 B. 平衡向逆反应方向移动 C. 平衡不移动，但反应速率加快 D. 平衡不移动，反应速率也不变 11. 下列说法中，符合化工生产中平衡调控原则的是（ ） A. 合成氨时，高压有利于平衡正向移动，因此压强越大越好 B. 制硫酸时，低温有利于SO₂转化，因此温度越低越好 C. 平衡移动只能改变反应的限度，不能改变反应速率 D. 化工生产中，需兼顾平衡移动和反应速率，优化工艺条件 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 化学平衡的研究对象是______反应；化学平衡状态的特征可概括为______、______、______、______、______（即“逆、等、动、定、变”）。 2. 影响化学平衡的外界因素主要有______、______、______；催化剂只能改变______，不能使化学平衡发生移动。 3. 勒夏特列原理指出：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、温度、压强），平衡就会向______的方向移动。 4. 加工制造中，合成氨工业通过______（填“增大”或“减小”）压强、______（填“升高”或“降低”）温度（结合催化剂活性），使平衡向生成NH₃的方向移动，提高氨的产率；同时加入催化剂，加快反应速率，缩短生产周期。 5. 电镀生产中，为维持电镀液中金属离子浓度稳定，需控制平衡体系（如Cu²+ + 2e⁻ ⇌ Cu），通常采取的措施是______，使平衡保持动态稳定。 6. 写出两个加工制造中应用化学平衡原理的实例：①______；②______。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 所有化学反应都能达到化学平衡状态。（ ） 2. 达到化学平衡时，反应物和生成物的浓度不再发生变化，但反应仍在进行。（ ） 3. 加工制造中使用的催化剂，能加快正反应速率，减慢逆反应速率，因此能改变平衡状态。（ ） 4. 增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。（ ） 5. 对于放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动；对于吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动。（ ） 6. 压强变化对固体或液体之间的可逆反应平衡无影响。（ ） 7. 化学平衡移动后，反应物的转化率一定增大。（ ） 8. 合成氨工业中，及时分离出生成的NH₃，能使平衡持续向正反应方向移动，提高原料利用率。（ ） 9. 电镀液中，金属离子浓度过高会导致平衡Cu²+ + 2OH⁻ ⇌ Cu(OH)₂↓正向移动，生成沉淀，因此需控制离子浓度在合理范围。（ ） 二、提升题（共30分） （一）平衡分析题（10分） 加工制造中，工业制乙醇的反应为C₂H₄(g) + H₂O(g) ⇌ C₂H₅OH(g)（放热反应，气体体积减小），回答下列问题： 1. 该反应达到平衡的标志有哪些？（写出2点即可）； 2. 若要提高C₂H₄的转化率，可采取哪些措施？（写出3点，结合勒夏特列原理说明）； 3. 工业生产中，为什么选择“适当高压、较低温度、加入催化剂”的工艺条件？（从平衡移动和反应速率两方面分析）； 4. 若平衡后，升高温度，该反应的平衡向哪个方向移动？正、逆反应速率如何变化？ （二）实验设计与分析题（10分） 加工制造中，电镀液的平衡稳定性直接影响镀件质量，某电镀液中存在平衡：Fe³+ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃（血红色，用于检验平衡移动），设计实验探究浓度对该平衡的影响： 1. 实验目的：探究反应物浓度对Fe³+ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃平衡的影响； 2. 实验原理：改变Fe³+或SCN⁻的浓度，观察溶液颜色变化，判断平衡移动方向； 3. 所需仪器和药品： 仪器：______、______、______、______、______； 药品：0.1mol/L FeCl₃溶液、0.1mol/L KSCN溶液、蒸馏水、试管、胶头滴管； 4. 实验步骤： ① 取一支试管，加入5mL 0.1mol/L FeCl₃溶液和5mL 0.1mol/L KSCN溶液，振荡，观察溶液颜色（血红色）； ② 取两支试管，分别编号为A、B，各加入2mL步骤①中的平衡溶液； ③ 向试管A中滴加3滴0.1mol/L FeCl₃溶液，振荡，观察颜色变化； ④ 向试管B中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液，振荡，观察颜色变化； ⑤ 向试管C（另取一支试管，加入2mL平衡溶液）中滴加5滴蒸馏水，振荡，观察颜色变化； 5. 实验现象与结论： ① 试管A中溶液颜色______，说明平衡向______方向移动； ② 试管B中溶液颜色______，说明平衡向______方向移动； ③ 试管C中溶液颜色______，说明平衡______； 6. 拓展应用：结合该实验原理，分析电镀生产中，为什么需定期补充电镀液中的金属离子（如Cu²+），避免浓度过低影响镀件质量。 （三）计算题（10分） 1. 合成氨工业中，反应N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃，在一定条件下达到平衡时，N₂的浓度为0.5mol/L，H₂的浓度为1.5mol/L，NH₃的浓度为1mol/L，计算： （1）该反应的平衡常数K（平衡常数表达式为K=[NH₃]²/([N₂][H₂]³)）； （2）若初始时N₂的浓度为1mol/L，H₂的浓度为3mol/L，无NH₃，计算N₂的转化率（写出计算过程）； 2. 某电镀液中存在平衡Cu²+ + 2OH⁻ ⇌ Cu(OH)₂↓，已知平衡时[Cu²+]=0.2mol/L，[OH⁻]=1×10⁻⁵mol/L，计算该反应的平衡常数K（K=[1]/([Cu²+][OH⁻]²)），若加入酸使[OH⁻]降至1×10⁻⁶mol/L，判断平衡移动方向（写出计算过程）； 3. 可逆反应2NO₂ ⇌ N₂O₄（放热反应），在体积为1L的密闭容器中达到平衡时，NO₂的浓度为0.2mol/L，N₂O₄的浓度为0.4mol/L，计算平衡常数K，若升高温度，K值会增大还是减小？说明理由（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. A 2. C 3. B 4. B 5. C 6. C 7. C 8. B 9. B 10. C 11. D （二）填空题 1. 可逆；逆；等；动；定；变 2. 浓度；温度；压强；反应速率 3. 减弱这种改变 4. 增大；降低（或适当升高，结合催化剂活性温度） 5. 定期补充金属离子（或控制阳极溶解速率与阴极析出速率相等） 6. 合成氨工业中增大压强提高氨产率；电镀时控制离子浓度避免沉淀生成（合理即可） （三）判断题 1. ×（只有可逆反应才能达到平衡） 2. √ 3. ×（催化剂同等程度改变正逆反应速率，平衡不移动） 4. √ 5. √ 6. √ 7. ×（平衡移动可能使转化率增大或减小） 8. √ 9. √ 二、提升题 （一）平衡分析题 1. 平衡标志：① 正反应速率等于逆反应速率；② C₂H₄、H₂O、C₂H₅OH的浓度不再变化；③ 反应体系的压强不再变化（写出2点即可）； 2. 措施：① 增大H₂O(g)的浓度，平衡正向移动，提高C₂H₄转化率；② 增大压强，反应正向气体体积减小，平衡正向移动；③ 降低温度，反应放热，平衡正向移动；④ 及时分离出C₂H₅OH，平衡正向移动（写出3点，结合原理即可）； 3. 工艺条件分析：① 适当高压：平衡正向移动（气体体积减小），提高产率，且加快反应速率；② 较低温度：平衡正向移动（放热反应），但温度过低反应速率慢，需兼顾催化剂活性，选择“较低温度”；③ 加入催化剂：加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不影响平衡移动； 4. 平衡移动方向：逆反应方向；速率变化：正、逆反应速率均增大，且逆反应速率增大的幅度大于正反应速率。 （二）实验设计与分析题 3. 仪器：试管；胶头滴管；量筒；烧杯；玻璃棒（合理即可）； 4. 实验现象与结论： ① 加深；正反应； ② 加深；正反应； ③ 变浅（稀释）；不移动（或浓度降低导致颜色变浅，但平衡未发生移动）； 5. 拓展应用：电镀液中金属离子（如Cu²+）浓度过低，会使平衡Cu²+ + 2e⁻ ⇌ Cu逆向移动，镀件表面析出的金属层变薄、不均，影响镀件质量；定期补充金属离子，可使平衡正向移动，维持离子浓度稳定，保证镀层均匀致密。 （三）计算题 1. 解：（1）K=[NH₃]²/([N₂][H₂]³)=(1mol/L)²/(0.5mol/L×(1.5mol/L)³)=1/(0.5×3.375)=1/1.6875≈0.59（L²/mol²）； （2）设N₂的转化浓度为x，则： N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ 初始浓度（mol/L）：1 3 0 转化浓度（mol/L）：x 3x 2x 平衡浓度（mol/L）：1-x 3-3x 2x 代入K表达式：(2x)²/((1-x)(3-3x)³)=0.59，解得x≈0.5mol/L（近似计算）； N₂的转化率=（转化浓度/初始浓度）×100%=(0.5mol/L/1mol/L)×100%=50%； 答：（1）K≈0.59（L²/mol²）；（2）N₂转化率为50%。 2. 解：（1）K=1/([Cu²+][OH⁻]²)=1/(0.2mol/L×(1×10⁻⁵mol/L)²)=1/(2×10⁻¹¹)=5×10¹⁰（L³/mol³）； （2）加入酸后，[OH⁻]=1×10⁻⁶mol/L，此时浓度商Q=1/(0.2×(1×10⁻⁶)²)=1/(2×10⁻¹³)=5×10¹²； 因为Q>K，平衡向逆反应方向移动； 答：K=5×10¹⁰（L³/mol³），平衡向逆反应方向移动。 3. 解：（1）K=[N₂O₄]/[NO₂]²=0.4mol/L/(0.2mol/L)²=0.4/0.04=10（L/mol）； （2）K值会减小；理由：反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，平衡常数K减小； 答：K=10（L/mol），升高温度K值减小。 学科网（北京）股份有限公司 $