高中化学 课时作业10 等效平衡及转化率问题(含解析)新人教版选修4-新人教版高二选修4化学试题

课时作业10 等效平衡及转化率问题
基础训练
1．已知反应2SO 2(g)＋O 2(g)
2SO 3(g)
ΔH ＝－197 kJ·mol －1。

在容积相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，平衡时有关数据如下：
下列各式正确的是( ) A ．2n 1＞n 3 B ．Q 1＋Q 2＝197 C ．2p 1＜p 3
D ．α1＋α3＝1
解析：本题疑难之处是等效平衡的应用。

2 mol SO 3相当于2 mol SO 2、1 mol O 2，恒温恒容时，甲和乙完全等效，所以n 1＝n 2、p 1＝p 2(恒温恒容下气体的p 与n 成正比)；Q 1＝n 1
2×
197，则Q 2＝2－n 22×197，Q 1＋Q 2＝197；α1＝n 12、α2＝2－n 2
2，α1＋α2＝1；将丙分两步完成，
先将4 mol SO 3充入2倍于乙体积的容器，与乙完全等效，此时丙的压强p ′3＝p 2，然后将丙的体积压缩至与乙相同(压缩的瞬间p ″3＝2p 2)，增大压强，平衡向右移动，最终p 3＜2p 2、
n 3＞2n 2、α3＜α2、Q 3＜2Q 2。

由于n 1＝n 2，n 3＞2n 2，则2n 1＜n 3，A 项不正确；Q 1＋Q 2＝197，B
项正确；p 1＝p 2，p 3＜2p 2，故p 3＜2p 1，C 项错误；α1＋α3＜1，D 项错误。

答案：B
2．(2019年唐山一中调研)在一个真空固定体积的密闭容器内，充入10 mol N2和30 mol H2，发生合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，在一定温度下达到平衡，H2的转化率为25%。

若在同一容器中充入NH3，欲达到平衡时的各成份的百分含量与上述平衡时相同，则起始时充入的NH3的物质的量和达到平衡时NH3的转化率是( )
A．15 mol 25% B．20 mol 50%
C．20 mol 75% D．40 mol 80%
解析：恒温恒容下，若开始只充入NH3，欲达到平衡时的各成份的百分含量与原平衡相同，则二者为等效平衡，由于反应前后气体的化学计量数之和不相等，故平衡时对应组分的物质的量相等，需要氨气的物质的量＝10 mol×2＝20 mol，原平衡中参加反应的氢气为30 mol×25%＝7.5mol，由方程式可知平衡时氨气的物质的量＝7.5 mol×2/3＝5 mol，故若开始只充入NH3，氨气的转化率＝(20 mol－5 mol)/20 mol×100%＝75%，故选C。

答案：C
3．恒温恒压下，在容积可变的密闭容器中，反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后，再向容器中通入一定量的NO2，又达到平衡时，N2O4的体积分数( )
A．不变B．增大
C．减小D．无法判断
解析：恒温恒压下，平衡后充入NO2，由于反应物仅有一种，所以新平衡与原平衡是等效平衡，N2O4的体积分数不变。

答案：A
4．在一恒温、恒容的密闭容器中有如下平衡：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，已知H2和I2的起始浓度均是0.10 mol·L－1，达到平衡时HI的浓度为0.16 mol·L－1。

若H2和I2的起始浓度均变为0.20 mol·L－1，则平衡时H2的浓度是( )
A．0.16 mol·L－1 B.0.08 mol·L－1
C．0.04 mol·L－1 D．0.02 mol·L－1
解析：运用等效平衡规律处理。

假设第一种情况反应体系的体积为V L，第二种情况反应体系的体积为2V L，则在等温条件下，两者建立等效平衡。

其中H2的平衡浓度相同，为
0.02 mol·L－1(由第一种情况平衡时，HI的浓度为0.16mol·L－1，可推知H2的转化浓度为0.08 mol·L－1，则H2的平衡浓度为0.02 mol·L－1)。

这样，由第二种情况的体积为2V L压缩到V L时，平衡不移动，但H2、I2的HI的浓度均增大2倍，所以H2的平衡浓度为0.04 mol·L－1。

答案：C
5．(2019年山东烟台二中高二开学考试)体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，并达到平衡。

在此过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率( )
A．等于p% B．大于p%
C．小于p% D．无法判断
解析：平衡后，欲保持乙的压强不变，就需要缩小体积，缩小体积时，乙的压强增大，平衡正向移动，所以，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率将大于甲的，即大于p%。

答案：B
6．在一个盛有催化剂的容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，已知加入1 mol N2和4 mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变，对①～③的状态，填写表中空白。

解析：此题为恒温恒压条件，运用把一边“归零”换算成同一半边，要两平衡等效只要各物质的物质的量之比相同即可。

以③为例：设NH3的起始状态物质的量为x mol
N 2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g)
起始1(mol): 1 4 0 起始2(mol): m n x
一边归零为(mol): m ＋x 2 n ＋3x
2
由恒温恒压规律可列式：m ＋
x 2n ＋
3x 2＝1
4
解得：x ＝2(n －4m )
答案：①1.5a ②0 0.5 ③2(n －4m ) (n －3m )a
提高训练
7．某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g)
2C(g)达到平衡时，A 、
B 和
C 的物质的量分别为4 mol 、2 mol 和4 mol 。

保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整，可使平衡右移的是( )
A ．均减半
B ．均加倍
C ．均增加1 mol
D ．均减小1 mol
解析：原平衡A 、B 、C 的物质的量之比为2∶1∶2，选项A 、B“均减半”“均加倍”，与原平衡比例一致，为恒温、恒压条件下的等效平衡，因此平衡不移动；C 可设想为两步加入，第一次加入1 mol A 、0.5 mol B 、1 mol C ，此时平衡不移动，第二次再加入0.5 mol B(此法与一次性各加入1 mol 等效)，增加反应物B 的浓度，平衡正向移动；D 中均减小1 mol ，也可设想为两步进行，先将A 减小1 mol 、B 减小0.05 mol 、C 减小1 mol ，此时平衡不移动，再将B 减小0.5 mol ，减小反应物B 的浓度，平衡逆向移动。

答案：C
8．在体积、温度都相同的条件下，反应2A(g)＋
2B(g) C(g)＋3D(g)分别从下列两
条途径建立平衡：
Ⅰ.A 、B 的起始物质的量均为2 mol ；
Ⅱ.C 、D 的起始物质的量分别为2 mol 和6 mol 。

以下叙述中不正确的是( )
A ．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同
B ．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的平均相对分子质量相同
C ．达平衡时，Ⅰ途径的反应速率v A 等于Ⅱ途径的反应速率v A
D ．达平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的1
2
解析：途径Ⅱ中2 mol C 和6 mol D 按方程式转化为A 、B ，相当于4 mol A 和4 mol B ，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，故在恒温、恒容条件下，途径Ⅰ和途径Ⅱ将建立等效平衡，A 、B 均正确；因为途径Ⅱ达平衡时各组分的浓度为途径Ⅰ的两倍，达平衡时途径Ⅰ的反应速率v A 小于途径Ⅱ的反应速率v A ，达到平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的1
2
，C 错误，D 正确。

答案：C
9．(2019年内蒙古赤峰市模拟)如图所示，左室容积为右室的两倍，温度相同，现分别按照如图所示的量充入气体，同时加入少量固体催化剂使两室内气体充分反应达到平衡，打开活塞，继续反应再次达到平衡，下列说法不正确的是( )
A ．第一次平衡时，SO 2的物质的量左室更多
B ．通入气体未反应前，左室压强和右室一样大
C ．第一次平衡时，左室内压强一定小于右室
D ．第二次平衡时，SO 2的总物质的量比第一次平衡时左室SO 2的物质的量的2倍还要多 解析：由于为恒容容器，1 mol Ar 对化学平衡无影响，容器中发生的反应为2SO 2(g)＋O 2(g)
2SO 3(g)。

A 项，若右室的容积与左室相等，左室和右室在相同条件达到的平衡状
态相同，含有的SO 2物质的量相等，右室在此平衡时将体积缩小为1
2，增大压强，平衡向正反
应方向移动，SO 2物质的量减少，第一次平衡时，SO 2物质的量左室更多，A 项正确；B 项，通入气体未反应前，左室气体总物质的量为2 mol ＋1 mol ＋1 mol ＝4 mol ，右室气体总物质的
量为2 mol，左室容积为右室的两倍，温度相同，则左室压强和右室一样大，B项正确；C项，左室从正反应开始建立平衡，左室平衡时压强小于左室起始压强，右室从逆反应开始建立平衡，右室平衡时压强大于右室起始时压强，左室与右室起始压强相等，则第一次平衡时左室内压强一定小于右室，C项正确；D，若在容积为2倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2，相同条件下达到平衡时SO2物质的量为左室SO2物质的量的2倍，打开活塞相当于容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入2 mol SO2、1 mol O2、2 mol SO3(g)、1 mol Ar，等效于容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2、1 mol Ar，相对于2倍左室容积的容器缩小体积，增大压强，平衡向正反应方向移动，SO2物质的量减小，即第二次平衡时，SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2物质的量的2倍要少，D项错误。

答案：D
10．Ⅰ.恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下反应：
A(g)＋B(g) C(g)
(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B，到达平衡后，生成a mol C，这时A的物质的量为________mol。

(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B，到达平衡后，生成C的物质的量为________mol。

(3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C，到达平衡后，A和C的物质的量分别是y mol和3a mol，则x＝________mol，y＝________mol。

平衡时，B的物质的量________(选填一个编号)。

甲．大于2 mol
乙．等于2 mol
丙．小于2 mol
丁．可能大于、等于或小于2 mol
作出此判断的理由是________________________________________________________________________________ _______________________________。

(4)若在(3)的平衡混合物中再加入 3 mol C，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是
________。

Ⅱ.若维持温度不变，在一个与(1)反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生下述反应。

(5)开始时放入1 mol A和1 mol B到达平衡后生成b mol C。

将b与(1)小题中的a进行比较________(选填一个编号)。

甲．a＜b
乙．a＞b
丙．a＝b
丁．不能比较a和b的大小
作出此判断的理由是________________________________________________________________________________ _________________________________。

解析：Ⅰ.(1)A(g) ＋B(g) C(g)
起始量(mol) 1 1 0
变化量 a a a
平衡后 1－a 1－a a
A的物质的量为(1－a)mol。

(2)在恒温、恒压下，若投入3 mol A和3 mol B，则所占体积为(1)中体积的3倍，由于A、B的投放比例与(1)相同，所达到的平衡状态与(1)相同，C的物质的量为(1)的3倍，即3a mol。

(3)由于达到平衡时C的物质的量为3a mol，说明所达到的平衡状态与(2)中平衡为同一平衡，则若把C的起始量完全转化为A和B，A、B的物质的量应与(2)完全相等。

A(g) ＋B(g) C(g)
起始量(mol) x 2 1
将C完全转化x＋1 3 0
平衡后(mol) y (3－3a) 3a
根据题意有：x＋1＝3，x＝2mol，y＝(3－3a)mol，显然平衡时，B的物质的量也为(3－3a)mol。

若投入A、B、C三种物质后，平衡不移动，C的物质的量不变，即3a＝1 mol时，B 的物质的量为2 mol；若平衡向右移动，则3a＞1 mol，B的平衡量小于2 mol；若平衡向左移动，则3a＜1 mol，B的平衡量大于2 mol。

(4)在(3)的平衡中，再加入3 mol C，所达到的平衡状态与(1)、(2)、(3)皆为等效平衡
状态，因此C的物质的量分数为a
2－a。

Ⅱ.(5)中容器容积不变，而(1)中容器的容积缩小，所以(5)容器中的压强小于(1)容器中的压强，有利于逆向反应，故反应达到平衡后a＞b。

答案：(1)1－a(2)3a
(3)2 3－3a丁若3a＞1，B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，B的物质的量等于2 mol；若3a＜1，B的物质的量大于2 mol
(4)a
2－a
(5)乙因为(5)中容器容积不变，而(1)中容器的容积缩小，所以(5)容器中的压强小于(1)容器中的压强，有利于逆向反应，故反应达到平衡后a＞b
11. (2019年宝鸡模拟)在T℃条件下，向1 L固定体积的密闭容器M中加入2 mol X 和1 mol Y，发生如下反应：2X(g)＋Y(g) a Z(g)＋W(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0，a为正整数)。

当反应达到平衡后，反应放出的热量为Q1 kJ，物质X的转化率为α；若平衡后再升高温度，混合气体的平均相对分子质量减小，则
(1)化学计量数a的值为________。

(2)下列说法中能说明该反应达到了化学平衡状态的是________。

A．容器内压强一定
B.容器内气体的密度一定
C．容器内Z分子数一定
D.容器内气体的质量一定
(3)温度维持T℃不变，若起始时向容器M中加入的物质的量如下列各项，则反应达到平
衡后放出的热量仍为Q1 kJ的是________(稀有气体不参与反应)。

A．2 mol X、1 mol Y、1 mol Ar
B．a mol Z、1 mol W
C．1 mol X、0.5 mol Y、0.5a mol Z、0.5 mol W
D．2 mol X、1 mol Y、1 mol Z
(4)温度维持T℃不变，若起始时向容器M中加入4 mol X和6 mol Y，若达到平衡时容器内的压强减小了10%，则反应中放出的热量为________kJ。

(5)温度维持T℃不变，若在一个和原容器体积相等的恒压容器N 中，加入2 mol X和1 mol Y发生如上反应并达平衡，则________(选填M或N)容器中的反应先达到平衡状态，容器中X的质量分数M________N(选填“＞”“＜”“＝”符号)。

(6)已知：该反应的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃200 250 300 350
平衡常数K9.94 5.2 1 0.5
若在某温度下，2 mol X和1 mol Y在容器M中反应达平衡， X的平衡转化率为50%，则该温度为________℃。

解析：(1)由于反应物和生成物均为气体，气体的总质量不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，说明平衡向气体体积增大的方向移动，因此a等于1。

(2)恒容，且是反应前后气体体积不等的反应，故压强不变，可以作为平衡的标志，A正确；由于反应物和生成物均为气体，气体的总质量固定，容器体积固定，所以密度一定，B、D错误；C项中Z分子数一定，说明平衡不移动，正确。

(3)A项，充入“惰性气体”，不影响平衡的移动，正确；B项，从逆反应方向建立平衡，需要吸收能量，错误；C项，不能确定平衡建立的方向，若逆向建立平衡，则吸热，若正向建立平衡，则Q2<Q1，错误；D项，增加Z的量，相当于平衡逆向移动，放出热量少，错误。

(4)压强减少10%，说明气体的总物质的量减少10%，即1 mol，由2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(g)，可知当有2 mol X反应时，气体的总物质的量减少1 mol，说明有2 mol X参加反应，则放出热量为Q kJ。

(5)由于这是气体体积减小的反应，所以恒压条件下，气体的体积减小，相对于原平衡，相当于加压，平衡正向移动，X的体积分数减小，化学反应速率加快，先达到平衡。

(6)由题X的平衡转化率为50%，
则平衡时c(X)＝1 mol·L－1，c(Y)＝0.5 mol·L－1，c(Z)＝c(W)＝0.5 mol·L－1，K＝c（Z）·c（W）
＝0.5，则温度为350℃。

c2（X）·c（Y）
答案：(1)1 (2)AC (3)A (4)Q (5)N ＞(6)350
探究创新
12．有两个密闭容器A和B，A容器内有一个移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容。

起始时向这两个容器中分别充入等量的体积比为2∶1的SO2和O2的混合气体，并使A和B的容积相等，在保持400 ℃的条件下使之发生如下反应：2SO2＋O2 2SO3。

(1)达到平衡时所需要的时间A容器比B容器____________，A容器中SO2的转化率比B 容器________。

(2)达到(1)所述平衡后，若向两容器中通入数量不多的等量氩气，A容器化学平衡________移动，B容器化学平衡________移动。

(3)达到(1)所述平衡后，若向两容器中通入等量的原反应气体，达到平衡时，A容器SO3物质的量分数______；B容器中SO3的物质的量分数________。

(填“增大”“减小”“不变”)
答案：(1)短大(2)逆向不(3)不变增大
.
专业.。