化学竞赛习题
4 热力学平衡
1．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
试分析和回答下列问题：
（1）可认定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是 （选填序号）。 A 体系的压强不再发生变化 B v正(CO)＝v逆(H2O)
C 生成n molCO的同时生成n mol H2
D 1mol H－H键断裂的同时断裂2mol H－O键
（2）若上述化学平衡状态从正反应开始建立，达到平衡后，给平衡体系加压（缩小容积、其它条件不变。下同)，则容器内气体的平均相对分子质量面将 （填写不变、变小、变大）。
（3）若上述化学平衡状态从正、逆两反应同时建立[即起始时同时投放C(s)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)]，达到平衡后，试讨论：
①容积内气体混合物的平均相对分子质量M的取值范围是 。
②若给平衡体系加压，请参照起始投放的气体物质的平均相对分子质量（设定为M1），分别给出M的变化（请填写条件和结论）：
； ； 。
2．恒温恒容下，将2molA气体和2mol B气体通入体积为2L的密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)。2min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2mol B，并测得C的浓度为1.2mol/L。
（1）从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为 。 （2）x＝ 。
（3）A的转化率与B的转化率之比为 。
（4）下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是 （填各项代号）。 A 压强不再变化 B 气体密度不再变化
C 气体平均式量不再变化D A的消耗速率与B的消耗速率之比为2︰1
（5）若向原平衡混合物的容器中再充入2molA气体和2molB气体，原原温度下达到新的平衡，此时B的物质的量n（B） 。
（6）欲使反应达到平衡时C的物质的量分数与上述平衡相等，起始加入的A、B物质的量n(A)、n(B)之间应满足的关系为 。
3．在实验室中作小型实验：把物质A、B按一定比例充入一个表面积为300cm、容积为2L的球形容器，使压强为p，然后将整个容器用加热器加热到280℃时，发生如下反应：3A（g）＋3B（g）????2C（g）＋2D（g）；ΔH＝－180kJ/mol
（1）若平均每分钟生成0.5mol的C，则此反应速率可表示为v(C)＝
2
（2）若容器表面向外散热速率平均为400J/(min·cm)，为了维持恒温280℃，平均每分钟需用加热器提供 kJ的热量；
280oC2
21
化学竞赛习题
（3）若将小型实验扩大为工业生产：将反应容器的容积扩大到原来的10倍，做成“相似体”，且将A、B按原比例向其中充入，并使压强仍为p，然后加热到280℃，则达到平衡时，C的体积分数与实验室的小型实验相比，将 （填“减小”、“增大”或“不变”）。
4．开口向上竖直放置的玻璃管内，用高度h cm的水银柱封闭着长为L1的气柱。气柱由NO2和N2O4组成，经测知NO2︰N2O4＝m︰1，设大气压强等于高为H0 cm的水银产生的压强，现使玻璃管以加速度a竖直向上加速运动，如右图所示，发现气柱长度未变，求此时气柱内NO2与N2O4物质的量比？（设温度不变）
5．在相同温度、压强条件下，气体扩散速度与气体密度的平方根成反比。在298K、1.076
×10Pa条件下，在容积相同的容器中，相同时间内扩散出氧气和四氧化二氮气体的体积比为3︰2，求该温度压强条件下四氧化二氮气体的解离度。
6．在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按氮气与氢气力1︰3（体积比），塔
7
中的压强为1.62×10Pa，又知从塔出来的气体中，氨气占25%（体积百分组成）。求：
（1）在合成塔出来的混合气中、氮气和氢气的体积百分组成； （2）合成塔出来气体的压强。
7．在等温等容条件下，某气体反应aA（g）＋bB（g）gC（g）＋hD（g），达平衡。现考虑达平衡的两条途径Ⅰ和Ⅱ：
Ⅰ：A、B起始时的物质量分别为amol，bmol Ⅱ：A、B起始时的物质量分别为2amol，2bmol
试问，当a＋b＝g＋h时，两条途径最终实现的平衡态是否相同？为什么？
22
化学竞赛习题
8.如图所示，当关闭K时，向A中充入1mol X、1mol Y，向B中充入2mol X、2mol Y，起始时，V（A）＝V（B）＝aL。在相同温度和催化剂存在的条件下，两容器中各自发生下列反应：2X（g）＋2Y（g）Z（g）＋2W（g） ΔH＜0，达到平衡（Ⅰ）时，V（B）＝0.8aL。请回答：
（1）用中X的转化率α(X)B为 ；
（2）A中W和B中W的物质的量比较：n(W)A n(W)B（填大于、小于、等于）； （3）打开K，过一段时间重新达平衡（Ⅱ）时，B的体积为 （用α的代数式表示，连通管中气体体积不计）。
9．在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板两侧分别进行如图所示的可逆反应：
各物质的起始加入量如下：A、B和C均为4.0mol，D为6.5mol、F为2.0mol，设E为xmol。当x在一定范围内变化时，均可以调节反应器的温度，使两侧反应均达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置。请回答以下问题：
（1）若x等于4.5，则右侧反应在起始时向哪个方向移动欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大取值应在什么范围?
（2）若x分别为4.5和5.0时，则在这两种情况下，当反应达到平衡时，A的物质的量是否相等?
10．玻璃球甲和乙的容积各等于1L，中间用细管连接（如右图所示，细管体积计算时可不计），两球内盛Amol的N2O4，当温度高于295K时，N2O4部分分解，存在平衡：N2O4（g）2NO2（g）
（1）如果把两只玻璃球同时浸入350K的水中，在达到平衡时，
5
N2O4已有60％分解，其体内压强为1.163×10Pa，求Amol N2O4等于多少克？
（2）若将甲球浸入300K的水中，乙球仍浸在350K水中，测得平衡状态下甲球内压强
5
1.018×10Pa，而乙球内NO2与N2O4的体积比为3︰1，求两球在不同温度下甲球里含NO2多少mol？
23
化学竞赛习题
11．如右图所示，打开两个容器间的活塞K，使两种气体混合，充分反应，平衡状态时（温度不变），A管中汞液面比B管中汞液面高7.1cm，（反应开始时高10cm），设此温度时产物为气态，汞蒸气压忽略不计，体系容积为定值。
求NO2转化为N2O4的转化率。
12．如右图所示，可沿缸壁自由活动的活塞将圆筒形缸分隔成A、B两部分，气缸的底部通过装有阀门K的细管和一密闭容器C相连，活塞与气缸的顶部间连有一弹簧，当活塞位于气缸底部时，弹簧恰好无形变。
开始时，B内有一定量的NO，A为真空，C内有同温同压下的O2，B部分高h1＝0.lm，B的容积是C的2倍。此时弹簧对活塞的作用力正好等于活塞的重力，现将阀门打开，并将装置倒置，当达到新平衡时，B部分高为h2，整个过程恒温。
（1）写出装置中发生的化学反应方程式。 （2）分析h2的大小。 13．已知物质的量各为1mol的A、B两物质反应方程式为A（g）＋B（g）2AB（g）－Q。假设该反应不完全，且两种物质的转化率随温度变化的现律是成正比，已知在27℃时，A的转化率为15％。现将各1mol的两种物质放在被活塞封闭的圆柱形金属气缸内，活塞与气缸底部之间用一轻弹簧相连接，如右图所示，活塞与缸壁间无摩擦而且不漏气，已知活塞重为G，
5
截面积为S，当大气压P0＝1.0×10Pa，周围环境的温度为27℃时，气缸内气体的压强P1
5
＝1.2×10Pa，此时弹簧恰好是原长L。。再将一个重为3G的物体轻轻放活塞上，使活塞缓慢下降（气体等温），待稳定后，活塞下降L0/4。然后再对气体加热，使活塞上升到离气缸底部5L0/4，变化过程中弹簧处于弹性限度内。求：
（1）活塞在等温时下降，A、B、AB各气体质量的变化。
24
化学竞赛习题
（2）弹簧的倔强系数K与活塞重G，弹簧原长L0的关系。 （3）加热后新生成的AB气体的物质的量（与原27℃相比）。 14．在一侧置的敞口容器上加一密闭很好的活塞，如右图所示，活塞与在一光滑导轨上静止的金属棒连接，导轨宽为d，导轨间有大小为B方向垂直向里的磁场，导轨另一端有一电阻为R的电阻，金属棒电阻r，活塞距容器底h，在容器内加入2︰1的SO2与O2与催化剂，已知生成SO3，平衡时SO2转化率为a，求到反应平衡过程中通过电阻R的电量。
15.在一个容积固定的绝热透明反应器中，有一可左右滑动的密封导热隔板，当提起一下销钉，两侧分别进行如图所示的可逆反应。
各物质的起始加入量 物 质 物质的量（mol） H2 2.0 Br2(g) 2.0 HBr 5.0 X 设x Y 8.0 Z 0.50 R 1.5 当x在一定范围内变化时，均可以通过隔板调节反应器左右两侧的温度，使两侧反应都达到平衡。在整个反应过程中隔板始终左滑，一段时间后，隔板恰好处于反应器在端1/3
25