《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

[例] 有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。一定温度下,在甲中加入$2\ mol\ {N_{2}}$、$3\ mol\ {H_{2}}$,反应${N_{2}(g) + 3H_{2}(g)⇌ 2NH_{3}(g)}$达到平衡时,生成${NH_{3}}$的物质的量为$m\ mol$。
(1)在相同温度下,在乙中加入$4\ mol\ {N_{2}}$、$6\ mol\ {H_{2}}$,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成${NH_{3}}$的物质的量D(填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成${NH_{3}}$的物质的量E。
A.小于$m\ mol$
B.等于$m\ mol$
C.在$m～2m\ mol$之间
D.等于$2m\ mol$
E.大于$2m\ mol$
(2)相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入$1\ mol\ {NH_{3}}$,要使乙中反应达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同,则起始时应加入0.5$ mol\ {N_{2}}$和0$ mol\ {H_{2}}$。

答案： [例][答案]
(1)DE
(2)0.5 0
[解析]
(1)由于甲容器恒容，而乙容器恒压，若它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的$NH_3$的物质的量应该等于$2nmol$。若甲、乙两容器的容积始终相等，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中生成$NH_3$的物质的量的大于$2nmol$。
(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投料量是甲的一半才行，故乙中应该投入$N_2$为$0.5mol$，$H_2$为$0mol$。

1. 在一个$1\ L$的密闭容器中加$2\ mol\ A$和$1\ mol\ B$发生反应:$2A(g) + B(g)⇌_{3}C(g) + D(s)$,达到平衡时$ C$的浓度为$1.2\ mol· L^{-1}$,$ C$的体积分数为$a\%$。维持容器的体积和温度不变,按下列配比作为起始物质,达到平衡后,$ C$的浓度仍是$1.2\ mol· L^{-1}$,$ C$的体积分数仍为$a\%$的是(D)

A.$6\ mol\ C+2\ mol\ D$
B.$4\ mol\ A+2\ mol\ B$
C.$1\ mol\ A+0.5\ mol\ B+1.5\ mol\ C$
D.$3\ mol\ C+5\ mol\ D$

答案： 1.D 在一个$1L$的密闭容器中加$2mol A$和$1mol B$发生反应：$2A(g)+B(g)\rightleftharpoons 3C(g)+D(s)$，达到平衡时C的浓度为$1.2mol· L^{-1}$，C的体积分数为$a\%$。维持容器的体积和温度不变，只要所加的物质完全转化为反应物且与$2mol A$和$1mol B$相同，反应达到平衡后C的浓度仍是$1.2mol· L^{-1}$，C的体积分数仍为$a\%$。开始时加入$6mol C$、$2mol D$，按化学计量数全部折算成反应物，相当于加入$4mol A$和$2mol B$，是原加入A和B的量的$2$倍，但平衡不移动，C的浓度是$2.4mol· L^{-1}$，A不符合题意；开始时加入$4mol A$、$2mol B$，相当于在加入$2mol A$和$1mol B$达到平衡后，再加入$2mol A$和$1mol B$，平衡不移动，但是平衡时C的浓度大于$1.2mol· L^{-1}$，B不符合题意；开始时加入$1mol A$、$0.5mol B$和$1.5mol C$，缺少D物质，无等效量，C不符合题意；D为固体不算体积，开始加入$3mol C$和$5mol D$，按化学计量数把生成物转化为反应物，相当于加入$2mol A$和$1mol B$，与原平衡等效，D符合题意。

2. 在一个活塞式的反应容器中,通入$2\ mol\ {SO_{2}}$和$1\ mol\ {O_{2}}$,于$500\ ^{\circ} C$下发生化合反应并达到平衡,在保持恒温恒压的条件下,再通入$2\ mol\ {SO_{2}}$和$1\ mol\ {O_{2}}$,下列叙述中完全正确的是 (D)

A.开始时$v( 正)$增大,$v( 逆)$减小,平衡向正反应方向移动,再次平衡后${SO_{3}}$的百分含量增加
B.开始时$v( 正)$增大,$v( 逆)$不变,平衡向正反应方向移动,再次平衡后${SO_{3}}$的百分含量增加
C.开始时$v( 正)$增大,$v( 逆)$增大,平衡向正反应方向移动,再次平衡后${SO_{3}}$的百分含量增加
D.开始时$v( 正)$增大,$v( 逆)$减小,平衡向正反应方向移动,再次平衡后${SO_{3}}$的百分含量与原平衡相等

答案： 2.D 恒温恒压的条件下，只要开始时加入反应物的物质的量之比与原平衡起始态相等，平衡等效，即达到平衡状态时各组分的百分含量相等。平衡后等比例加入反应物，正反应速率增大后逐渐减小，逆反应速率减小后逐渐增大，平衡正向移动，达到新的平衡后，$SO_3$的百分含量保持不变，故D正确。

3. (2023·山东青岛高二检测)恒温恒容条件下,发生反应:$3A(g) + B(g)⇌_{2}C(g)\ \ \ \Delta H = -Q\ kJ/mol$。在$3$个密闭容器中,按下列方式投入反应物:
Ⅰ.$3\ mol\ A$,$1\ mol\ B$;Ⅱ.$6\ mol\ A$,$2\ mol\ B$;Ⅲ.$4\ mol\ C$
则在保持恒温恒容反应达到平衡时,下列选项正确的是 (C)

A.容器Ⅰ与容器Ⅱ中,$ C$的浓度$2c_{Ⅰ}\lt c_{Ⅱ}$,平衡常数$K_{Ⅰ}=K_{Ⅱ}$,转化率$\alpha_{Ⅰ}\gt\alpha_{Ⅱ}$
B.容器Ⅰ与容器Ⅲ中,$ B$的体积分数$V_{Ⅰ}\%\gt V_{Ⅲ}\%$,反应的能量变化$2Q_{Ⅰ}=Q_{Ⅲ}$,平衡常数$K_{Ⅰ}{}^{2}=\dfrac{1}{K_{Ⅲ}}$
C.容器Ⅱ与容器Ⅲ为等效平衡,$ B$的体积分数$V_{Ⅱ}\%=V_{Ⅲ}\%$,转化率$\alpha_{Ⅲ}+\alpha_{Ⅱ}=1$,反应的能量变化$Q_{Ⅱ}+Q_{Ⅲ}=2Q$
D.容器Ⅰ容器Ⅱ容器Ⅲ中,平衡常数关系为$K_{Ⅰ}{}^{2}=K_{Ⅱ}=\dfrac{1}{K_{Ⅲ}}$

答案： 3.C 容器Ⅰ与容器Ⅱ中，容器Ⅱ相当于容器Ⅰ加压，使体积变为原来的一半，平衡正向移动，转化率$\alpha_1＜\alpha_{Ⅱ}$，A不正确；容器Ⅰ与容器Ⅲ中，反应的能量变化$Q_Ⅰ+\frac{1}{2}Q_{Ⅲ}＜Q$，平衡常数$K_Ⅰ=\frac{1}{K_{Ⅲ}}$，B不正确；容器Ⅱ与容器Ⅲ为等效平衡，容器Ⅱ从反应物开始，容器Ⅲ从生成物开始，达到平衡时各物质的浓度相同，所以B的体积分数相同，两容器中反应物的转化率之和为$1$，两反应的能量和等于完全反应时放出能量的数值$2Q$，C正确；平衡常数与反应温度有关，与反应时的用量无关，容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的温度相同，则平衡常数关系为$K_Ⅰ=K_Ⅱ=\frac{1}{K_{Ⅲ}}$，D不正确。

4. 初始温度为$t\ ^{\circ} C$,向三个密闭的容器中按不同方式投入反应物,发生如下反应:
${4HCl(g) + O_{2}(g)⇌ 2Cl_{2}(g) + 2H_{2}O(g)}\ \ \ \Delta H = -116\ kJ· mol^{-1}$
测得反应的相关数据如表:
下列说法正确的是 (B)


A.反应${4HCl(g) + O_{2}(g)⇌ 2Cl_{2}(g) + 2H_{2}O(l)}$的$\Delta H\gt -116\ kJ· mol^{-1}$
B.$a\gt1$,$b\gt2$
C.$p_{2}=1.6×10^{5}\ Pa$,$p_{3}=4×10^{5}\ Pa$
D.$\alpha_{1}(HCl)+\alpha_{2}({Cl_{2}})\gt1$

答案： 4.B 反应：$4HCl(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2Cl_2(g)+2H_2O(g)\ \ \Delta H=-116kJ· mol^{-1}$，气态水转化为液态水时放热，故反应$4HCl(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2Cl_2(g)+2H_2O(l)\ \ \Delta H＜-116kJ· mol^{-1}$，故A错误；假设容器Ⅳ为恒温恒容，容器Ⅱ为绝热恒容，两者都是逆向反应建立的平衡，容器Ⅱ是绝热的，温度降低，不利于反应逆向进行，相比于容器Ⅳ达到平衡时，消耗的$Cl_2$更少，所以$a＞1$，假设容器Ⅴ为恒温恒容，容器Ⅲ的类型为恒温恒压，两者都是正向进行的平衡，由于容器Ⅴ为恒容容器，所以反应开始后，容器Ⅴ中压强逐渐小于容器Ⅲ中压强，压强越小，越不利于反应正向进行，所以平衡时，容器Ⅴ中的$Cl_2$的物质的量小于容器Ⅲ中的，故$b＞2$，故B正确；根据阿伏加德罗定律，温度相同、体积相同时，容器内的气体压强之比等于气体的物质的量之比，则$\frac{4mol+1mol}{2mol+2mol}=\frac{2×10^5Pa}{p_2}$，解得$p_2=1.6×10^5Pa$，由于容器Ⅲ体积和加入气体的物质的量都是容器Ⅰ的$2$倍，所以$p_3=2×10^5Pa$，故C错误；假设容器Ⅳ为恒温恒容，容器Ⅱ为绝热恒容，两者都是逆向反应建立的平衡，容器Ⅱ是绝热的，温度降低，不利于反应逆向进行，故$\alpha_1(HCl)+\alpha_2(Cl_2)＜1$，故D错误。