2.2.1 化学平衡状态 化学平衡常数（知识解读）-2024-2025学年高二化学同步教学知识解读与分层特训（人教版2019选择性必修1）

第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数 课程学习目标 1．通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡。 2．知道化学平衡状态的特征，判断反应是否达到化学平衡状态。 3．了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。 学科核心素养 培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。 【新知学习】 一．可逆反应 概念 在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应 三特征 双向性 可逆反应分为方向相反的两个反应方向：正反应方向和逆反应方向 双同性 正、逆反应是在同一条件下，同时进行 共存性 反应物与生成物共存(反应物的转化率小于100%) 二．化学平衡 1．概念 在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 2．化学平衡的建立 化学平衡 状态的建立 条件 ①可逆反应；②封闭体系中；③一定的反应条件(温度、压强等) 途径 ①可加入反应物，从正反应开始；②可加入生成物，从逆反应开始；③也可同时加入反应物和生成物，从正、逆向同时开始 绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。 3．平衡特征 七大特征 化学平衡 逆(研究对象) 适用于可逆反应 动(动态特征) 建立平衡后，正、逆反应仍在进行，属于动态平衡，可用同位素示踪原子法证明 等(平衡实质) υ(正)＝v(逆)）≠0(正、逆反应速率相等，但不等于零) 定(平衡结果) 达平衡后，反应混合物中各组分的浓度或质量分数不变(不可理解为相等) 移(平衡移动) 化学平衡其存在是有条件的、暂时的，浓度、温度、压强条件变化时平衡会发生相应移动 同(等效平衡) 外界条件同，同一可逆反应从不同方向(正向、逆向、双向)达到的平衡状态相同 恒(定量特征) 一定温度下，化学平衡常数保持不变 【典例1】在一定温度下的定容密闭容器中进行反应：，不能说明该反应已达到化学平衡的是 A．的体积分数不随时间变化而变化 B．压强不随时间变化而变化 C．混合气体的密度不再发生改变 D．单位时间内生成，同时生成 【典例2】在恒温下，固定容积的密闭容器中，有可逆反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，可用来确定该反应已达到平衡状态的是(　　) A．容器内压强不随时间改变 B．SO3的消耗速率与SO2的生成速率相等 C．三种气体的分子数比为2∶2∶1 D．容器内混合气体的密度不随时间改变 三．化学平衡常数 1．概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，即化学平衡常数，用符号K表示。 2．化学平衡常数的表达式 当mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。3．化学平衡常数的意义 平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的)。 ①K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大。 ②当K＞105时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的越小。当K＜10－5时，该反应很难发生。 ③判断反应的ΔH：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应 4．影响因素 内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。 外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关。 5．浓度商 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为浓度商，常用Qc表示，即Qc＝。根据K与Qc判断判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行： ①Qc＜K，反应向正反应方向进行 ②Qc＝K，反应处于平衡状态 ③Qc＞K，反应向逆反应方向进行 【典例3】下列关于平衡常数的说法正确的是 A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度表示，生成物浓度用平衡浓度表示 B．可逆反应中，反应物的转化率增大，一定导致化学平衡常数增大 C．可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度 D．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关 【典例4】某温度下，在2 L的恒容密闭容器中充入气体A和气体B发生反应生成气体C，反应过程中各组分的物质的量随反应时间的变化如图所示。下列说法正确的是（ ） A．t1时刻反应达到平衡状态 B．B的平衡转化率为10% C．该反应的化学方程式可表示为：A+3B2C D．该温度下，反应的平衡常数为300 【易错提醒】 1．平衡常数K的书写 ①固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中(注意有机反应中的H2O则应写入)。 ②平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关，如N2＋3H22NH3，K＝a，则有： 2NH3N2＋3H2，K′＝；N2＋H2NH3，K″＝。 ③对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数。 2．K值的大小只能预示着某种可逆反应向某方向进行的最大程度，但不能预示反应达到平衡所需时间。 【知识进阶】 1．化学平衡状态的判断方法 （1）本质标志 正逆反应速率相等、各组分的量保持不变。 项目 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 正反应速率逆反应速率关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了m mol A 在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C 在单位时间内生成了n mol B的同时消耗了q mol D v正(A)∶v逆(B)＝m∶n （2）等价标志 项目 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)[只有A为有色气体] 是否平衡 混合体系中 各组分的含量 各物质的物质的量或物质的量的分数一定 各物质的质量或质量分数一定 各气体的体积或体积分数一定 总物质的量一定 A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等 气体的颜色不变 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变时，体系温度一定时 （3）特殊标志 项目 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其它条件一定) 当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其它条件一定) 混合气体的平均相对分子质量 当m＋n＝p＋q时，一定 当m＋n≠p＋q时，一定 密度 （体积不变） C(s)＋CO2(g)2CO(g) (ρ一定) N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (ρ一定) H2(g)＋I2(g)2HI(g) (ρ一定) 【易错提醒】 ❶审题时，一看题干条件：恒温恒容或恒温恒压或绝热容器；二看化学反应特点(物质状态、气体计量系数)：全部是气体参与，是等体积反应还是非等体积反应。 ❷判断可逆反应是否达到平衡时，容易犯以下错误：①若反应前后气体体积不变，则混合气体总体积、总压强、总物质的量、混合气体平均相对分子质量保持定值不能说明反应达到平衡状态；②若反应物和生成物的物质的量之比等于化学计算数之比，不能说明达到平衡状态；③若反应前后气体的密度一定，不能说明一定达到平衡状态。 2．化学平衡常数的计算 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。 分析三个量：起始量、变化量、平衡量。 （1）明确三个关系 ①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。 ②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。 ③各物质的转化量之比等于各物质的化学计量数之比。 （2）计算模式 对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L。 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 则有①平衡常数：K＝ 。 ②A的平衡浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③A的转化率：α(A)＝ ×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 ④A的体积分数：φ(A)＝ ×100%。 ⑤平衡压强与起始压强之比：＝ 。 ⑥混合气体的平均密度(混)＝ g·L－1。 ⑦混合气体的平均摩尔质量＝ g·mol－1。 ⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数，即产率＝ ×100%。 一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。 【效果检测】 1．当可逆反应在一定条件下达到平衡时，和的关系为 A． B． C． D． 2．在一密闭容器中，充入1molN2和3molH2混合气在一定条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，下列有关说法正确的是 A．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零 B．当符合3v正(N2)=v正(H2)时，反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，单位时间消耗amolN2，同时生成3amolH2 D．当N2、H2、NH3的分子数比为1：3：2，反应达到平衡状态 3．已知下列反应的平衡常数：H2(g) +S(s)=H2S(g)，K1；S(s)+ O2(g)=SO2(g)， K2 ；则反应H2(g) +SO2(g)=O2(g) +H2S(g)的平衡常数是 A．K1+K2 B．K1-K2 C．K1 ×K2 D．K1/K2 4．一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应：SiF4 (g) +2H2O(g) SiO2(s)+4HF(g)，下列能表明该反应已达到化学平衡状态的是 ①v正 (H2O) =2v逆(HF) ②SiF4的体积分数不再变化 ③容器内气体压强不再变化 ④4 molH-O键断裂的同时，有2molH- F 键断裂 ⑤混合气体的体积不再变化 A．①②③ B．②④⑤ C．②③ D．③④⑤ 5．在恒容密闭容器中反应：2NO(g)＋2CO(g) N2 (g)＋2CO 2 (g)   ΔH=-373.4 kJ·mol-1达到平衡状态，以下说法不正确的是 A．及时分离出CO2，使Q减小，Q＜K，因此平衡正向移动 B．及时分离出N2，使Q减小，Q＜K，因此平衡正向移动 C．加入催化剂可增大反应速率，从而增大一段时间内的反应物转化率 D．降低温度，使Q减小，Q＜K，因此平衡正向移动 6．下列说法正确的是 A．反应C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡 B．反应2A(？)+B(g)⇌2C(？)，若压强不再随时间变化能说明已达平衡，则A、C同时是气体 C．反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变 D．1molN2和3molH2反应，达平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为90%时，吸收热量Q2，则Q2等于Q1 7．对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，下列叙述正确的是 A．达到化学平衡时，NO的浓度保持不变 B．加入合适的催化剂，可使平衡正向移动 C．达到化学平衡时，若增大容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．保持容器容积不变，向其中加入1molHe，化学反应速率增大 8．一定温度下，向恒容容器中充入1molA和2molB发生反应A(g)+2B(g)⇌3C(g)+D(s)。下列能判断该反应达到平衡状态的是 A．混合气体的平均相对分子质量不变 B．单位时间内消耗B的物质的量与生成C的物质的量之比为2：3 C．混合气体总的压强不再变化 D．反应物A和B的转化率相等 9．在160℃、200℃条件下，分别向两个容积为2L的刚性容器中充入2molCO和2mol，发生反应：   。实验测得两容器中CO或的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A．ac段的平均反应速率为 B．逆反应速率：c=d>b C．160℃时，该反应的平衡常数K=9 D．当容器中混合气体的密度不随时间变化时，该反应达到平衡状态 10．在恒容密闭容器中发生反应：，其反应速率与浓度关系式为(k为常数，只与温度有关，m、n为反应级数，均为正整数)，在某温度下测得有关数据如表所示： 序号 ① 0.05 0.20 0.207 ② 0.20 0.80 13.248 ③ 0.10 0.20 0.828 下列说法正确的是A． B． C．该反应的平衡常数表达式为 D．反应时，加入适宜的催化剂，和k均变大 11．对于反应        ，下列说法正确的是 A．其他条件相同，增大，的转化率上升 B．反应的平衡常数表示为 C．使用高效催化剂能降低反应的焓变 D．升高温度有利于提高的平衡转化率 12．一定温度下，把2.5 molA和2.5 molB混合盛入容积为2 L的密闭容器里，发生如下反应：3A(g)+B(g) ⇌xC(g)+2D(g)，经5s反应达平衡，在此5 s内C的平均反应速率为0.2 mol/(L·s)，同时生成1 molD，下列叙述中不正确的是 A．反应达到平衡状态时A的转化率为60% B．x=4 C．平衡时，相同条件下容器内气体的压强与起始时压强比为6：5 D．若混合气体的密度不再变化，则该可逆反应达到化学平衡状态 13．实验小组对可逆反应aX(g)+bY(g) ⇌pZ(g)进行探究。回答下列问题： (1)T℃时，起始向恒容密闭容器中充入X、Y，测得反应过程中X、Y、Z三种气体的物质的量浓度(c)与时间(t)的关系如图所示。 ①起始充入X的物质的量为_______。 ②a：b：p =_______。 ③Y的平衡转化率为_______。 ④内的反应速率_______。 ⑤下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______(填选项字母) A．容器内气体压强不再改变       B．混合气体密度不再改变       C．X的体积分数不再改变 (2)若在不同条件下进行上述反应，测得反应速率分别为①，②，③，其中反应速率最快的是_______(填序号)。 14．在容积为1L的密闭容器中发生如下反应：，开始时A为2mol、B为3mol，5min时测得C为1.5mol，用D表示的平均反应速率为0.1。求： (1)5min时B的物质的量浓度为___________。 (2)5min内A的平均反应速率v(A)=___________。 (3)x的值为___________，5min时容器中压强与起始压强之比为___________。 (4)若5min时该反应达到平衡，则平衡常数K=___________(计算结果保留两位有效数字)。 (5)下列可作为该反应达到平衡状态的标志的是___________(填正确答案标号)。 A．压强不再改变 B．C的百分含量保持不变 C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为1：2 D．气体密度不再变化 15．CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题。工业上有一种用CO2生产甲醇燃料的方法：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)   ∆H=-49.0 kJ/mol。将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的恒温刚性密闭容器中，测得的氢气物质的量随时间变化如图所示(实线)。 (1)下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是_______(填序号)。 A．v正(CO2)=3v逆(H2) B．混合气体的平均相对分子质量不变 C．n(CO2)：n(H2)保持不变 D．压强保持不变 (2)a点正反应速率_______(填大于、等于或小于)b点逆反应速率。 (3)平衡时CO2的转化率为_______，该条件下反应的平衡常数K=_______。 (4)若达到平衡后往容器中分别充入CO2、H2O各2 mol，请问v正_______v逆(填“大于”，“小于”或者“等于”)。 ( 1 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数 课程学习目标 1．通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡。 2．知道化学平衡状态的特征，判断反应是否达到化学平衡状态。 3．了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。 学科核心素养 培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。 【新知学习】 一．可逆反应 概念 在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应 三特征 双向性 可逆反应分为方向相反的两个反应方向：正反应方向和逆反应方向 双同性 正、逆反应是在同一条件下，同时进行 共存性 反应物与生成物共存(反应物的转化率小于100%) 二．化学平衡 1．概念 在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 2．化学平衡的建立 化学平衡 状态的建立 条件 ①可逆反应；②封闭体系中；③一定的反应条件(温度、压强等) 途径 ①可加入反应物，从正反应开始；②可加入生成物，从逆反应开始；③也可同时加入反应物和生成物，从正、逆向同时开始 绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。 3．平衡特征 七大特征 化学平衡 逆(研究对象) 适用于可逆反应 动(动态特征) 建立平衡后，正、逆反应仍在进行，属于动态平衡，可用同位素示踪原子法证明 等(平衡实质) υ(正)＝v(逆)）≠0(正、逆反应速率相等，但不等于零) 定(平衡结果) 达平衡后，反应混合物中各组分的浓度或质量分数不变(不可理解为相等) 移(平衡移动) 化学平衡其存在是有条件的、暂时的，浓度、温度、压强条件变化时平衡会发生相应移动 同(等效平衡) 外界条件同，同一可逆反应从不同方向(正向、逆向、双向)达到的平衡状态相同 恒(定量特征) 一定温度下，化学平衡常数保持不变 【典例1】在一定温度下的定容密闭容器中进行反应：，不能说明该反应已达到化学平衡的是 A．的体积分数不随时间变化而变化 B．压强不随时间变化而变化 C．混合气体的密度不再发生改变 D．单位时间内生成，同时生成 【答案】B 【分析】 反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些会发生变化的量也不发生变化，由此进行判断。 【解析】 A．该反应达到平衡状态时，各种气体的物质的量浓度不变，B的体积分数为，所以B的体积分数不随时间变化而变化能说明该反应达到平衡状态，故A不选； B．该反应是反应前后气体体积没有变化的反应，容器中的压强始终不发生变化，所以不能证明达到了平衡状态，故B选； C．该容器的体积保持不变，根据质量守恒定律知，反应前后混合气体的质量会变，所以容器内气体的密度会变，当容器中气体的密度不再发生变化时，能表明达到化学平衡状态，故C不选； D．单位时间内生成2n mol B，同时生成n molC，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D不选； 综上所述，答案为B。 【典例2】在恒温下，固定容积的密闭容器中，有可逆反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，可用来确定该反应已达到平衡状态的是(　　) A．容器内压强不随时间改变 B．SO3的消耗速率与SO2的生成速率相等 C．三种气体的分子数比为2∶2∶1 D．容器内混合气体的密度不随时间改变 【答案】A　 【解析】 该反应为气体体积增大的反应，压强为变量，当容器内压强不随时间改变时，该反应达到平衡状态， A正确； SO3的消耗速率与SO2的生成速率相等，表示的都是正反应速率，无法判断平衡状态， B错误；三种气体的分子数比为2∶2∶1，无法判断各组分的浓度是否继续变化，则无法判断是否达到平衡状态， C错误；该反应中混合气体的密度为定值，无法根据容器内混合气体的密度判断平衡状态， D错误。 三．化学平衡常数 1．概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，即化学平衡常数，用符号K表示。 2．化学平衡常数的表达式 当mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。 3．化学平衡常数的意义 平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。 ①K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大。 ②当K＞105时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当K＜10－5时，该反应很难发生。 ③判断反应的ΔH：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应 4．影响因素 内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。 外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关。 5．浓度商 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为浓度商，常用Qc表示，即Qc＝。根据K与Qc判断判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行： ①Qc＜K，反应向正反应方向进行 ②Qc＝K，反应处于平衡状态 ③Qc＞K，反应向逆反应方向进行 【典例3】下列关于平衡常数的说法正确的是 A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度表示，生成物浓度用平衡浓度表示 B．可逆反应中，反应物的转化率增大，一定导致化学平衡常数增大 C．可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度 D．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关 【答案】C 【解析】 A.在平衡常数表达式中，反应物浓度和生成物浓度都应用平衡浓度表示，故A错误； B.同一反应，平化学衡常数只受温度影响，反应物的转化率增大，平衡常数不一定改变，故B错误； C.平衡常数越大，说明可逆反应进行的程度越大，故C正确； D.同一反应，化学平衡常数只受温度影响，与反应物浓度、体系的压强、催化剂等无关，故D错误； 答案选C。 【典例4】某温度下，在2 L的恒容密闭容器中充入气体A和气体B发生反应生成气体C，反应过程中各组分的物质的量随反应时间的变化如图所示。下列说法正确的是（ ） A．t1时刻反应达到平衡状态 B．B的平衡转化率为10% C．该反应的化学方程式可表示为：A+3B2C D．该温度下，反应的平衡常数为300 【答案】C 【解析】 A．t1时刻三种物质的物质的量相等，但由于此时可后各种物质的物质的量仍然发生变化，故该时刻反应达到平衡状态，A错误； B．反应开始时n(B)=2.0 mol，平衡时n(B)=0.2 mol，所以B的平衡转化率为×100%=90.0%，B错误； C．根据图示可知A、B的物质的量在减少，C的物质的量在增加，说明A、B是反应物，C是生成物，在前10 min内三种物质的物质的量改变为△n(A)：△n(B)：△n(C)=0.6 mol：1.8 mol：1.2 mol=1：3：2，10 min后三种物质都存在，且物质的量不再发生变化，说明该反应为可逆反应，三种物质的物质的量变化比等于化学方程式中该物质的化学计量数的比，故该反应方程式为：A+3B2C，C正确； D．根据图示可知平衡时n(A)=0.6 mol，n(B)=0.2 mol，n(C)=1.2 mol，由于容器的容积是2 L，故平衡时各种物质的浓度c(A)=0.3 mol/L，c(B)=0.1 mol/L，c(C)=0.6 mol/L，故该温度下的化学平衡常数K==1200，D错误； 故答案为C。 【易错提醒】 1．平衡常数K的书写 ①固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中(注意有机反应中的H2O则应写入)。 ②平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关，如N2＋3H22NH3，K＝a，则有： 2NH3N2＋3H2，K′＝；N2＋H2NH3，K″＝。 ③对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数。 2．K值的大小只能预示着某种可逆反应向某方向进行的最大程度，但不能预示反应达到平衡所需时间。 【知识进阶】 1．化学平衡状态的判断方法 （1）本质标志 正逆反应速率相等、各组分的量保持不变。 项目 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 正反应速率逆反应速率关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了m mol A √ 在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C √ 在单位时间内生成了n mol B的同时消耗了q mol D × v正(A)∶v逆(B)＝m∶n √ （2）等价标志 项目 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)[只有A为有色气体] 是否平衡 混合体系中 各组分的含量 各物质的物质的量或物质的量的分数一定 √ 各物质的质量或质量分数一定 √ 各气体的体积或体积分数一定 √ 总物质的量一定 不一定 A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等 √ 气体的颜色不变 √ 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变时，体系温度一定时 √ （3）特殊标志 项目 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其它条件一定) √ 当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其它条件一定) 不一定 混合气体的平均相对分子质量 当m＋n＝p＋q时，一定 不一定 当m＋n≠p＋q时，一定 √ 密度 （体积不变） C(s)＋CO2(g)2CO(g) (ρ一定) √ N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (ρ一定) 不一定 H2(g)＋I2(g)2HI(g) (ρ一定) 不一定 【易错提醒】 ❶审题时，一看题干条件：恒温恒容或恒温恒压或绝热容器；二看化学反应特点(物质状态、气体计量系数)：全部是气体参与，是等体积反应还是非等体积反应。 ❷判断可逆反应是否达到平衡时，容易犯以下错误：①若反应前后气体体积不变，则混合气体总体积、总压强、总物质的量、混合气体平均相对分子质量保持定值不能说明反应达到平衡状态；②若反应物和生成物的物质的量之比等于化学计算数之比，不能说明达到平衡状态；③若反应前后气体的密度一定，不能说明一定达到平衡状态。 2．化学平衡常数的计算 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。 分析三个量：起始量、变化量、平衡量。 （1）明确三个关系 ①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。 ②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。 ③各物质的转化量之比等于各物质的化学计量数之比。 （2）计算模式 对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L。 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 则有①平衡常数：K＝。 ②A的平衡浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③A的转化率：α(A)＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 ④A的体积分数：φ(A)＝×100%。 ⑤平衡压强与起始压强之比：＝。 ⑥混合气体的平均密度(混)＝ g·L－1。 ⑦混合气体的平均摩尔质量＝ g·mol－1。 ⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数，即产率＝×100%。 一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。 【效果检测】 1．当可逆反应在一定条件下达到平衡时，和的关系为 A． B． C． D． 【答案】D 【分析】 当可逆反应在一定条件下达到平衡时，说明正反应速率等于逆反应速率，且反应速率不为零。 【解析】 A．v逆>v正，逆反应速率大于正反应速率，反应尚未达到平衡，A错误； B．v逆<v正，正反应速率大于逆反应速率，反应尚未达到平衡，B错误； C．v逆=v正=0，说明反应已经停止，并不是平衡状态，C错误； D．v逆=v正≠0，说明反应达到平衡状态，D正确； 故答案选D。 2．在一密闭容器中，充入1molN2和3molH2混合气在一定条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，下列有关说法正确的是 A．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零 B．当符合3v正(N2)=v正(H2)时，反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，单位时间消耗amolN2，同时生成3amolH2 D．当N2、H2、NH3的分子数比为1：3：2，反应达到平衡状态 【答案】C 【解析】 A．当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不为0，A错误； B．当符合：3υ正(N2)=υ正(H2)时，都指正反应方向，不能判断反应达到平衡，B错误； C．单位时间内消耗a mol N2同时生成3a mol H2，则正逆反应速率相等，说明该反应已达到平衡状态，C正确； D．当体系达平衡状态时，N2、H2和NH3的物质的量浓度之比可能为1：3：2，也可能不是1：3：2，与各物质的初始浓度及转化率有关化学平衡是动态平衡，D错误； 答案选C。 3．已知下列反应的平衡常数：H2(g) +S(s)=H2S(g)，K1；S(s)+ O2(g)=SO2(g)， K2 ；则反应H2(g) +SO2(g)=O2(g) +H2S(g)的平衡常数是 A．K1+K2 B．K1-K2 C．K1 ×K2 D．K1/K2 【答案】D 【解析】 根据平衡常数的定义可知，K1=、K2=，H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数K==； 故答案为D。 4．一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应：SiF4 (g) +2H2O(g) SiO2(s)+4HF(g)，下列能表明该反应已达到化学平衡状态的是 ①v正 (H2O) =2v逆(HF) ②SiF4的体积分数不再变化 ③容器内气体压强不再变化 ④4 molH-O键断裂的同时，有2molH- F 键断裂 ⑤混合气体的体积不再变化 A．①②③ B．②④⑤ C．②③ D．③④⑤ 【答案】C 【解析】 当2v正(H2O)=v逆(HF)，反应达到平衡状态，故①错误；SiF4的体积分数不再变化，说明各物质的物质的量浓度不再变化，反应达到平衡状态，故②正确；容器内气体压强不再变化，说明气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，故③正确；平衡时应有4 mol H- O键断裂的同时，有4 mol H- F键断裂，故④错误；该反应是在容积不变的密闭容器中进行，混合气体的体积不会变化，故⑤错误。能说明反应达到平衡状态的是②③。 5．在恒容密闭容器中反应：2NO(g)＋2CO(g) N2 (g)＋2CO 2 (g)   ΔH=-373.4 kJ·mol-1达到平衡状态，以下说法不正确的是 A．及时分离出CO2，使Q减小，Q＜K，因此平衡正向移动 B．及时分离出N2，使Q减小，Q＜K，因此平衡正向移动 C．加入催化剂可增大反应速率，从而增大一段时间内的反应物转化率 D．降低温度，使Q减小，Q＜K，因此平衡正向移动 【答案】D 【解析】 A．及时分离出CO2，使生成物CO2浓度减小，N2、反应物的浓度都不变，则Q减小，Q<K，平衡正向移动，故A项正确； B．及时分离出N2，使c(N2)减小，而其它物质的浓度不变，则Q减小，Q<K，平衡正向移动，故B项正确； C．反应达到平衡前加入催化剂，可增大反应速率，提高一段时间内的反应物的转化率，但对平衡转化率不产生影响，故C项正确； D．降低温度，瞬间反应物和生成物的浓度不变，Q不变，但正、逆反应速率都减小，且逆反应速率减小更多，所以正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故D项错误； 答案选D。 6．下列说法正确的是 A．反应C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡 B．反应2A(？)+B(g)⇌2C(？)，若压强不再随时间变化能说明已达平衡，则A、C同时是气体 C．反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变 D．1molN2和3molH2反应，达平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为90%时，吸收热量Q2，则Q2等于Q1 【答案】A 【解析】 A．碳的质量不再改变，说明各物质质量都不再改变，反应已经达到平衡状态，A正确； B．若A、C都不是气体，压强不再随时间变化也能说明已达平衡，B错误； C．其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率增大，C错误； D．相同温度和压强下，将氨气完全转化为氮气和氢气，也是1mol氮气和3mol氢气，所以二者等效平衡，设生成氨气的反应热为+Q，氨气分解生成氮气和氢气的反应热为-Q，即有3mol氢气消耗放出Q热量，消耗n(H2)=3mol10%=0.3mol，放出的热量Q1=0.1Q，则消耗2mol氨气生成氮气和氢气时吸收Q热量，则消耗n(NH3)=2mol90%=1.8mol，吸收热量Q2=0.9Q，Q2不等于Q1，D错误； 答案选A。 7．对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，下列叙述正确的是 A．达到化学平衡时，NO的浓度保持不变 B．加入合适的催化剂，可使平衡正向移动 C．达到化学平衡时，若增大容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．保持容器容积不变，向其中加入1molHe，化学反应速率增大 【答案】A 【解析】 A．达到化学平衡时，各组分的浓度保持不变，故A正确； B．加入合适的催化剂，只改变反应速率，不影响平衡移动，故B错误； C．达到化学平衡时，若增大容器体积，反应体系中各组分的浓度都减小，则正逆反应速率都减小，故C错误； D．保持容器容积不变，向其中加入1molHe，各组分的浓度不变，化学反应速率不变，故D错误； 答案选A。 8．一定温度下，向恒容容器中充入1molA和2molB发生反应A(g)+2B(g)⇌3C(g)+D(s)。下列能判断该反应达到平衡状态的是 A．混合气体的平均相对分子质量不变 B．单位时间内消耗B的物质的量与生成C的物质的量之比为2：3 C．混合气体总的压强不再变化 D．反应物A和B的转化率相等 【答案】A 【解析】 A．反应中有固体生成，当气体的总质量不变时达到平衡状态，此时混合气体的平均相对分子质量不变，可以判断达平衡，A正确； B．消耗B与生成C均为正反应方向，不能判断达平衡，B错误； C．反应前后气体分子数相同，恒容条件下混合气体总的压强一直不变，不能判断达平衡，C错误； D．A和B按系数比投料，转化率一直相等，不能判断达平衡，D错误； 故选A。 9．在160℃、200℃条件下，分别向两个容积为2L的刚性容器中充入2molCO和2mol，发生反应：   。实验测得两容器中CO或的物质的量随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A．ac段的平均反应速率为 B．逆反应速率：c=d>b C．160℃时，该反应的平衡常数K=9 D．当容器中混合气体的密度不随时间变化时，该反应达到平衡状态 【答案】C 【解析】 A．ac段，时间从2min变成10min，的物质的量0.4mol变成1.2mol，该反应容器容积为2L，所以的平均反应速率为，A错误； B．图示分别为160℃、200℃条件下的两个平衡，由图可知ac线先达到平衡，即该平衡反应速率快，为200℃条件下达到的平衡，则bd线为160℃条件下达到的平衡，所以c的速率最快，B错误； C．依据题目信息， CO和起始浓度均为，结合图示，160℃条件下，的浓度变化值为，列出平衡三段式进行计算： 平衡常数： 所以160℃时，该反应的平衡常数K=9，C正确； D．该反应所有反应物均为气体，依据质量守恒定律，气体总质量保持不变，而反应容器也是固定为2L，则密度一直保持不变，不能作为判断是否达到平衡状态的标准，D错误； 故合理选项为C。 10．在恒容密闭容器中发生反应：，其反应速率与浓度关系式为(k为常数，只与温度有关，m、n为反应级数，均为正整数)，在某温度下测得有关数据如表所示： 序号 ① 0.05 0.20 0.207 ② 0.20 0.80 13.248 ③ 0.10 0.20 0.828 下列说法正确的是A． B． C．该反应的平衡常数表达式为 D．反应时，加入适宜的催化剂，和k均变大 【答案】A 【分析】 根据表中数据可知，第①、③组数据可知，c(NO)第③组是第①组的2倍，而反应速率第③组是第①组的4倍，故m=2，第①、②组数据可知，c(NO)第②组是第①组的4倍，c(H2)第②组是第①组的4倍，而反应速率第②组是第①组的64倍，结合m=2，则n=1，据此分析解题。 【解析】 A．由分析可知，m=2，n=1，故，A正确； B．由分析可知，m=2，n=1，带入第①组可知，0.052×0.2k=0.207，解得k=414，B错误； C．根据平衡常数的定义可知，该反应的平衡常数表达式为，C错误； D．反应时，加入适宜的催化剂，反应速率加快，故k变大，但催化剂不影响，D错误； 故答案为：A。 11．对于反应        ，下列说法正确的是 A．其他条件相同，增大，的转化率上升 B．反应的平衡常数表示为 C．使用高效催化剂能降低反应的焓变 D．升高温度有利于提高的平衡转化率 【答案】A 【解析】 A．其他条件相同，增大，相当于增大氧气的浓度，的转化率上升，故A正确； B．反应的平衡常数表示为，故B错误； C．使用高效催化剂能加快反应速率，不能改变反应的焓变，故C错误； D．正反应放热，升高温度平衡逆向移动，的平衡转化率降低，故D错误； 选A。 12．一定温度下，把2.5 molA和2.5 molB混合盛入容积为2 L的密闭容器里，发生如下反应：3A(g)+B(g) ⇌xC(g)+2D(g)，经5s反应达平衡，在此5 s内C的平均反应速率为0.2 mol/(L·s)，同时生成1 molD，下列叙述中不正确的是 A．反应达到平衡状态时A的转化率为60% B．x=4 C．平衡时，相同条件下容器内气体的压强与起始时压强比为6：5 D．若混合气体的密度不再变化，则该可逆反应达到化学平衡状态 【答案】D 【解析】 A．反应达到平衡状态时，根据方程式可知，参与反应的A的物质的量为：n(A)=n(D)=×1mol=1.5mol ，则A的转化率为=60%，A正确； B．5s内(D)==mol•L-1•s-1=0.1mol•L-1•s-1，相同时间内其反应速率之比等于计量数之比，(C)：(D)=x：2=0.2mol/(L．s)：0.1mol•L-1•s-1=2：1，x=4，A正确； C．恒温恒容条件下，气体物质的量之比等于其压强之比，开始时混合气体总物质的量=(2.5+2.5)mol=5mol，平衡时生成1molD，生成n(C)=0.2mol/(L．s)×5s×2L=2mol，剩余n(A)=2.5mol-×1mol=1mol、剩余n(B)=2.5mol-×1mol=2mol，所以平衡时气体总物质的量=(2+1+1+2)mol=6mol，则达到平衡状态时容器内气体的压强与起始时压强比=6mol：5mol=6：5，C正确； D．已知反应物和生成物均为气体，容器的体积不变，即反应过程中混合气体的密度始终保持不变，则若混合气体的密度不再变化，不能说明该可逆反应达到化学平衡状态，D错误； 故答案为：D。 13．实验小组对可逆反应aX(g)+bY(g) ⇌pZ(g)进行探究。回答下列问题： (1)T℃时，起始向恒容密闭容器中充入X、Y，测得反应过程中X、Y、Z三种气体的物质的量浓度(c)与时间(t)的关系如图所示。 ①起始充入X的物质的量为_______。 ②a：b：p =_______。 ③Y的平衡转化率为_______。 ④内的反应速率_______。 ⑤下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______(填选项字母) A．容器内气体压强不再改变       B．混合气体密度不再改变       C．X的体积分数不再改变 (2)若在不同条件下进行上述反应，测得反应速率分别为①，②，③，其中反应速率最快的是_______(填序号)。 【答案】(1)     1.0mol     1:2:3     50%     0.0375mol/(L·min)     C (2)② 【解析】 (1) ①由题干图示信息可知，起始充入X的物质的量浓度为0.1mol/L，则起始充入X的物质的量为n=cV=0.1mol/L×10L=1.0mol，故答案为：1.0mol； ②根据反应的变化量之比等于化学计量系数之比，则a：b：p =(0.1-0.05)：(0.2-0.1)：(0.15-0)=1:2:3，故答案为：1:2:3； ③由题干图示信息可知，Y的平衡转化率为=50%，故答案为：50%； ④由题干图示信息可知，内的反应速率=0.0375mol/(L·min)，故答案为：0.0375mol/(L·min)； ⑤A．由上述分析可知，方程式为X(g)+2Y(g) ⇌3Z(g)，则反应过程中容器的压强始终保持不变，则容器内气体压强不再改变不能说明反应达到平衡状态，A不合题意；      B．反应过程中，容器内混合气体的密度始终保持不变，则混合气体密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，B不合题意；      C．化学平衡的特征之一为各组分的浓度、百分含量保持不变，则X的体积分数不再改变说明反应达到平衡状态，C符合题意； 故答案为：C； (2) 由上述分析可知，方程式为X(g)+2Y(g) ⇌3Z(g)，根据反应速率之比等于化学计量数之比，则①，②当时，，③当时，，则可知其中反应速率最快的是②，故答案为：②。 14．在容积为1L的密闭容器中发生如下反应：，开始时A为2mol、B为3mol，5min时测得C为1.5mol，用D表示的平均反应速率为0.1。求： (1)5min时B的物质的量浓度为___________。 (2)5min内A的平均反应速率v(A)=___________。 (3)x的值为___________，5min时容器中压强与起始压强之比为___________。 (4)若5min时该反应达到平衡，则平衡常数K=___________(计算结果保留两位有效数字)。 (5)下列可作为该反应达到平衡状态的标志的是___________(填正确答案标号)。 A．压强不再改变 B．C的百分含量保持不变 C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为1：2 D．气体密度不再变化 【答案】(1)2 (2) (3)     1     11：10 (4)0.28 (5)AB 【解析】 【分析】 5min时测得C为1.5mol，用D表示的平均反应速率为0.1，由化学反应速率之比等于化学计量数之比可得：：0.1=3：x，解得x=1；若5min时该反应达到平衡，平衡时A、B、C、D的浓度为=1.5mol/L、=2mol/L、=1.5mol/L、=0.5mol/L，反应的平衡常数K=≈0.28。 (1) 由分析可知，5min时B的物质的量浓度为2mol/L，故答案为：2mol/L； (2) 由化学反应速率之比等于化学计量数之比可得：v(A)= v(D)= 0.1，故答案为：0.1； (3) 由分析可知，x=1；由容器中压强与起始压强之比等于容器中物质的量与起始物质的量之比可得：5min时容器中压强与起始压强之比为(1.5mol/L+2mol/L+1.5mol/L+0.5mol/L)：5mol/L=11：10，故答案为：1；11：10； (4) 由分析可知，反应的平衡常数K为0.28，故答案为：0.28； (5) A．该反应是气体体积增大的反应，压强不再改变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确； B．C的百分含量保持不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确； C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为1：2不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否已达到平衡，故错误； D．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量不变，恒容密闭容器中气体的密度始终不变，则气体的密度保持不变不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否已达到平衡，故错误； 故选AB。 15．CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题。工业上有一种用CO2生产甲醇燃料的方法：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)   ∆H=-49.0 kJ/mol。将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的恒温刚性密闭容器中，测得的氢气物质的量随时间变化如图所示(实线)。 (1)下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是_______(填序号)。 A．v正(CO2)=3v逆(H2) B．混合气体的平均相对分子质量不变 C．n(CO2)：n(H2)保持不变 D．压强保持不变 (2)a点正反应速率_______(填大于、等于或小于)b点逆反应速率。 (3)平衡时CO2的转化率为_______，该条件下反应的平衡常数K=_______。 (4)若达到平衡后往容器中分别充入CO2、H2O各2 mol，请问v正_______v逆(填“大于”，“小于”或者“等于”)。 【答案】(1)BD (2)大于 (3)     33.3%     0.5 (4)大于 【解析】 (1) A．在任何时刻都存在3v正(CO2)=v正(H2)，若v正(CO2)=3v逆(H2)，则v正(H2)= 3v正(CO2)=9v逆(H2)，反应正向进行，正、逆反应速率不等，反应未达到平衡，A错误； B．由于体系内全为气体，反应前后物质的量发生变化，故当混合气体的平均相对分子质量不变，此时反应达到平衡，B正确； C．n(CO2)：n(H2)保持不变，反应可能处于平衡状态，也可能为处于非平衡状态，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误； D．反应为恒容，且前后气体系数不同，故压强不变可以作为平衡判断的标志，D正确； 故合理选项是BD； (2) )由图中可知：a点、b以后H2的物质的量还在减小，反应还在向正向进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当到c点时正反应速率最小，逆反应速率最大，此时正反应速率和逆反应速率相等，可知a点正反应速率大于b点的逆反应速率； (3) 由图中可知：平衡时氢气的物质的量为2 mol ，反应消耗H2的物质的量是8 mol-2 mol=6 mol，则根据物质反应转化关系可知反应消耗CO2的物质的量是2 mol，由于开始时加入CO2的物质的量为6 mol，则CO2的平衡转化率为； 根据方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)中物质反应转化关系可知：每有3 mol H2反应会消耗1 mol CO2，反应产生CH3OH、H2O(g)的物质的量都是1 mol，从反应开始至平衡时共消耗6 mol H2，则平衡时n(CO2)=6 mol-2 mol=4 mol，n(H2)=8 mol-6 mol=2 mol，n(CH3OH)= n(H2O)=2 mol，由于容器的容积是2 L，故各种气体的平衡浓度分别是c(CO2)=2 mol/L，c(H2)=1 mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=1 mol/L，则该温度下的化学平衡常数K=； (4) 若达到平衡后往容器中分别充入CO2、H2O各2 mol，此时Qc=，反应向右进行，v正＞v逆； ( 1 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$