课时 1 化学平衡状态

一、刷基础

1.向 $ {\rm V\mathrm{L}} $ 恒温恒容密闭容器中充入等物质的量的 $ {\rm \mathrm{X}} $ 、 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 发生反应: $ {\rm \mathrm{X}(\mathrm{g})+3\mathrm{Y}(\mathrm{g})⇌2\mathrm{Z}(\mathrm{g}).} $ ,以 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 表示的反应速率 $ {v}_{正} $ 、 $ {v}_{逆} $ 与时间 $ t $ 的关系如图所示(图中阴影区域 $ {\rm AKO} $ 的面积数值记作 $ {\rm S} $ ),下列说法不正确的是(      )

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A. $ {v}_{逆} $ 逐渐增大是因为 $ {\rm c(\mathrm{Z})} $ 逐渐增大

B. $ {\rm S} $ 表示的是到达平衡时 $ {\rm n(\mathrm{Y})} $ 的变化

C. $ {\rm K} $ 点时 $ {v}_{正}={v}_{逆} $ ,反应从开始到 $ {t}_{0} $ 时间段内 $ {\rm v(\mathrm{Y})=\dfrac{S}{{t}_{0}}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}} $

D.混合气体的平均摩尔质量不变,能说明该反应已经达到平衡状态

答案:B
解析:

随着反应进行, $ {\rm c(\mathrm{Z})} $ 逐渐增大,逆反应的反应物浓度增大,则以 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 表示的逆反应速率 $ {v}_{逆} $ 逐渐增大, $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确; $ {\rm S} $ 表示的是从反应开始到平衡时 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的浓度净减少量,不是表示 $ {\rm n(\mathrm{Y})} $ 的变化,而是表示 $ {\rm c(\mathrm{Y})} $ 的变化, $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误;反应从开始到 $ {t}_{0} $ 时间段内, $ {\rm \mathrm{\Delta }c(\mathrm{Y})=S\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ,所以 $ {\rm v(\mathrm{Y})=\dfrac{\mathrm{\Delta }c(\mathrm{Y})}{\mathrm{\Delta }t}=\dfrac{S\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}}{{t}_{0}\mathrm{s}}=\dfrac{S}{{t}_{0}}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}} $ , $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确; $ {\rm \overline{M}=\dfrac{{m}_{总}}{{n}_{总}}} $ ,气体总质量不变,总物质的量不断变化,则混合气体的平均摩尔质量随着反应的进行逐渐变化,属于变量,故混合气体的平均摩尔质量不变时,反应达到平衡状态, $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。


2.一定温度下,在 $ {\rm 2\mathrm{L}} $ 恒容密闭容器中加入一定量的 $ {\rm {\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}(\mathrm{s})} $ 发生反应: $ {\rm {\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4}(\mathrm{s})⇌{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{g}).} $ 和 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{g})⇌\mathrm{C}\mathrm{O}(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g}).} $ ,下列能说明两反应达到平衡状态的是(      )

$ {\rm ①v({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}):v(\mathrm{C}\mathrm{O})=1:1} $ ②每生成 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ 的同时消耗 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{O}} $ ③容器内气体的压强保持不变 $ {\rm ④{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 的体积分数保持不变 ⑤混合气体的密度保持不变 ⑥混合气体的平均摩尔质量保持不变

A.②③④⑤

B.①③⑤⑥

C.①②③④

D.③④⑤⑥

答案:D
解析:

$ {\rm v({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3})} $ 和 $ {\rm v(\mathrm{C}\mathrm{O})} $ 的大小无必然联系, $ {\rm v({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}):v(\mathrm{C}\mathrm{O})=1:1} $ 不能说明反应的正、逆反应速率相等,无法判断是否达到平衡状态,①错误;每生成 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3}} $ (第一个反应正方向)的同时消耗 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{O}} $ (第二个反应逆方向)只能说明第一个反应的正反应速率与第二个反应的逆反应速率相等,不能说明每个反应的正、逆反应速率相等,无法确保两反应均达平衡状态,②错误;两个反应均是气体物质的量增大的反应,一定温度下,在 $ {\rm 2\mathrm{L}} $ 恒容密闭容器中压强不变说明气体总物质的量恒定,表明两反应均达到平衡状态,③正确;一定温度下,在 $ {\rm 2\mathrm{L}} $ 恒容密闭容器中 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 的体积分数不变说明第二个反应正、逆反应速率相等,则第二个反应达到平衡状态, $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 的浓度不再变化,则第一个反应也达到平衡状态,④正确;第一个反应气体的质量不断发生变化,恒容密闭容器中混合气体的体积不变,则混合气体密度不变说明第一个反应达到平衡状态,甲酸浓度恒定,则第二个反应也达到了平衡状态,⑤正确;平均摩尔质量 $ =\dfrac{总质量}{总物质的量} $ ,第一个反应的反应物为固体,两个反应均为气体物质的量增大的反应,混合气体平均摩尔质量为变量,则混合气体平均摩尔质量不变时,两反应均达到了平衡状态,⑥正确。综上,③④⑤⑥正确,选 $ {\rm \mathrm{D}} $ 。


3.一定条件下,将 $ {\rm 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{X}} $ 和 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{Y}} $ 混合于 $ {\rm 2\mathrm{L}} $ 恒容的密闭容器中,发生反应: $ {\rm 3\mathrm{X}(\mathrm{g})+\mathrm{Y}(\mathrm{g})⇌\mathrm{Z}(\mathrm{s})+4\mathrm{W}(\mathrm{g}).} $ 。 $ 2 \min $ 末该反应达到平衡,生成 $ {\rm \mathrm{W}} $ 的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断不正确的是(      )

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A.当混合气体的密度不再改变时,该反应达到平衡状态

B. $ 0\sim 2 \min $ 用 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 表示的反应速率为 $ {\rm 0.05\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $

C.反应过程中 $ {\rm \mathrm{X}} $ 和 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的转化率之比为 $ 3:1 $

D.其他条件不变,若起始投料变为 $ {\rm 6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{X}} $ 和 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{Y}} $ ,则达平衡时 $ {\rm \mathrm{W}} $ 的体积分数不变

答案:C
解析:

由题给方程式知 $ {\rm \mathrm{Z}} $ 为固体,未达到平衡时,气体的总质量在变,在恒容容器中,气体的体积不变,混合气体的密度 $ =\dfrac{混合气体的质量}{混合气体的体积} $ ,故未达到平衡时气体的密度在变,当气体密度不再改变时,可说明该反应达到平衡状态, $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确;由题图中数据知, $ {\rm 0\sim 2 \min \mathrm{W}} $ 的物质的量的变化量为 $ 0.8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ,根据物质的量变化量之比等于对应的化学计量数之比可得 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的物质的量变化量为 $ \dfrac{0.8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{4}=0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ ,则 $ 0\sim 2 \min $ , $ {\rm v(\mathrm{Y})=\dfrac{\dfrac{0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{2\mathrm{L}}}{2 \min }=0.05\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $ , $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确;起始投入 $ {\rm \mathrm{X}} $ 和 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的物质的量之比为 $ 3:1 $ ,反应过程中 $ {\rm \mathrm{X}} $ 和 $ {\rm \mathrm{Y}} $ 的物质的量变化量之比为 $ 3:1 $ ,则转化率之比为 $ 1:1 $ , $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误;其他条件不变,若起始投料变为 $ {\rm 6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{X}} $ 和 $ {\rm 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{Y}} $ ,相当于在原平衡基础上加压,而该反应为反应前后气体分子数不变的反应,加压时平衡不移动,故达平衡时 $ {\rm \mathrm{W}} $ 的体积分数不变, $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。


4.对 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{x}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 和 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ 进行回收利用是节能减排的重要课题。

(1) 某温度下,向恒容密闭容器中充入 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 发生反应: $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})⇌{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{N}\mathrm{O}(\mathrm{g}).} $ 。下列能说明反应达到平衡状态的是      (填序号)。

$ \mathrm{a} $ .混合气体的密度保持不变

$ {\rm \mathrm{b}.{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的物质的量保持不变

$ \mathrm{c} $ .容器内混合气体原子总数不变

$ \mathrm{d} $ .每生成 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ 的同时消耗 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{N}\mathrm{O}} $

(2) 在容积为 $ {\rm 2\mathrm{L}} $ 的密闭容器中充入 $ {\rm 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 和 $ {\rm 9\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ ,发生反应 $ {\rm 2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+6{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})⇌{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g}).} $ ,测得 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})} $ 的物质的量随时间变化如图所示。

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① $ 0\sim 5 \min $ 内, $ {\rm v({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=} $      $ {\rm \mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $ 。

② 反应达到平衡状态时, $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})} $ 的体积分数为     $ \% $ (保留1位小数)。

③ $ a $ 、 $ b $ 、 $ c $ 三点中达到平衡状态的是    点, $ a $ 点的正反应速率    (填“ $ > $ ”“ $ < $ ”或“ $ = $ ”) $ b $ 点的逆反应速率。

答案:

(1) $ \mathrm{b}\mathrm{d} $

(2) ① 0.25

② 17.9

③ $ c $ ; $ > $

解析:

(1) 混合气体总质量不变、容器容积不变,混合气体的密度是恒量,混合气体的密度保持不变,反应不一定平衡, $ \mathrm{a} $ 错误; $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 是反应物,随着反应进行逐渐减少,当其物质的量不变的时候可以证明反应达到平衡状态, $ \mathrm{b} $ 正确;根据质量守恒定律,混合气体原子总数是恒量,容器内混合气体原子总数不变,反应不一定平衡, $ \mathrm{c} $ 错误;每生成 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ (正向)的同时消耗 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{N}\mathrm{O}} $ (逆向), $ {\rm {v}_{正}({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}):{v}_{逆}(\mathrm{N}\mathrm{O})=1:1} $ ,反应达到平衡状态, $ \mathrm{d} $ 正确。

(2) ① $ 0~5 \min $ 内, $ {\rm \mathrm{\Delta }n({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}-0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}=2.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ , $ {\rm v({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2})=\dfrac{2.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{2\mathrm{L}×5 \min }=0.25\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $ 。

② 反应达到平衡状态时,消耗 $ {\rm 2.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 、 $ {\rm 7.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ ,生成 $ {\rm 1.25\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})} $ 和 $ {\rm 3.75\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{g})} $ ,剩余 $ {\rm 0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ 和 $ {\rm 1.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{H}}_{2}(\mathrm{g})} $ , $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_{3}(\mathrm{g})} $ 的体积分数为 $ \dfrac{1.25}{0.5+1.5+1.25+3.75}×100\%\approx 17.9\% $ 。

③ $ c $ 点后各物质浓度不再改变, $ a $ 、 $ b $ 、 $ c $ 三点中达到平衡状态的是 $ c $ 点; $ a $ 点二氧化碳的浓度大于 $ b $ 点, $ a $ 点的正反应速率 $ > b $ 点的正反应速率, $ b $ 点后,二氧化碳的物质的量继续减少,反应正向进行, $ b $ 点的正反应速率 $ > b $ 点的逆反应速率,所以 $ a $ 点的正反应速率 $ > b $ 点的逆反应速率。