6.2 化学平衡（四大题型）-【举一反三】2024-2025学年高一化学同步讲与练（沪科版2020必修第二册）

6.2 化学平衡 题型01 可逆反应 题型02 化学反应的限度 题型03 化学平衡状态的判断 题型04 化学反应条件的控制 题型01 可逆反应 知识积累 一、可逆反应 1．定义：在同一条件下，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。 2．表示：书写可逆反应的方程式不用“===”，而用“”连接。 3．特点：（1）双向性：正反应和逆反应； （2）双同性：同一条件，同时进行； （3）共存性：反应物与生成物共存。 思考与交流：新制氯水中含有哪些微粒？氯气的转化率有没有可能达到100%？ 【答案】Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-。可逆反应中，反应物与生成物共存，任何反应物的转化率都不可能达到100% 【例1】反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，18O存在于(　　) A.CO B.H2O C.CO2　CO D.CO　H2O　CO2 【答案】　D 【解析】　含18O的一氧化碳正向和H2O生成含18O的二氧化碳，同时含18O的二氧化碳又逆向和H2反应生成了一氧化碳和水，故最终CO、H2O和CO2中都含有了18O。 【变式1-1】下列关于化学平衡的说法中，不正确的是(　　) A．当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零 B．当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等 C．当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏 D．当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变 【答案】　A 【解析】　可逆反应达到平衡时，v正＝v逆≠0，化学平衡应为动态平衡。 【变式1-2】下列不属于可逆反应的是(　　) A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸 B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2 C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O D．SO2溶于水和H2SO3分解 【答案】　C 【解析】　可逆反应指在同一条件下，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，电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，反应条件不同，不是可逆反应 【变式1-3】下列反应体系中，不属于可逆反应的是(　　) A．氮气和氢气合成氨 B．二氧化硫与氧气化合生成三氧化硫 C．水电解生成氢气和氧气与氢气在氧气中燃烧生成水 D．密封容器内二氧化氮和四氧化二氮可以相互转化 【答案】C 【解析】分析：在相同条件下既能向正反应方向进行，也能向逆反应方向进行的反应属于可逆反应。 解析：A. 氮气和氢气合成氨的同时氨气又分解生成氮气和氢气，是可逆反应，A错误； B. 二氧化硫与氧气化合生成三氧化硫的同时三氧化硫分解生成氧气和二氧化硫，是可逆反应，B错误； C. 水电解生成氢气和氧气与氢气在氧气中燃烧生成水的反应条件不同，不是可逆反应，C正确； D. 密封容器内二氧化氮和四氧化二氮可以相互转化属于可逆反应，D不正确。答案选C。 题型02 化学反应的限度 知识积累 1．化学平衡状态的建立过程 加入反应物，从正反应方向开始 加入生成物，从逆反应方向开始 2．化学平衡状态的概念 一定条件下的可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。 3．化学平衡的基本特征 【答案】可逆 ＝ ≠ 保持不变 明辨是非 （1）平衡状态是一种静止的状态，反应物和生成物的浓度已经不再改变（ ） （2）化学平衡状态时，所有物质的速率都相等（ ） （3）化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零（ ） （4）化学平衡状态时，反应物与生成物的浓度/含量保持不变（ ） （5）化学平衡状态时，各物质的浓度之比等于化学计量数之比（ ） （6）当一个可逆反应达到平衡状态时，体系中只存在生成物（ ） （7）化学反应的限度不可以通过改变条件而改变（ ） （8）一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度（ ） 【答案】 （1）~（4）×××√ （5）~（8）×××√ 【例2】在一定温度下的恒容容器中，发生反应：2A(g)＋B(s)C(g)＋D(g)，下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是(　　) ①混合气体的压强不变 ②混合气体的密度不变 ③C(g)的物质的量浓度不变 ④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1 ⑤单位时间内生成n mol C，同时生成n mol D ⑥单位时间内生成n mol D，同时生成2n mol A A.①②⑤ B.②③⑤ C.②③⑥ D.①③⑥ 【答案】　C 【解析】　此反应为反应前后气体体积相等的反应，恒容条件下在达到平衡状态前后体系的压强始终不变，①不能作为平衡状态的判断标志；容积固定，因为此反应有固体参与，气体密度不变说明气体总质量不变，说明此反应达到平衡状态，②可作为平衡状态的判断标志；C(g)的浓度不变说明生成C(g)和消耗C(g)的量相等，说明反应达到平衡状态，③能作为平衡状态的判断标志；非平衡状态下，三种气体的浓度之比也可为2∶1∶1，④不能作为平衡状态的判断标志；单位时间内生成n mol C和n mol D均表示正反应速率，⑤不能作为平衡状态的判断标志；单位时间内生成n mol D，即消耗2n mol A，同时生成2n mol A，表明此时v正(A)＝v逆(A)，⑥能作为平衡状态的判断标志。 【变式2-1】下列关于化学反应限度的说法中正确的是(　　) A．改变外界条件不能改变化学反应的限度 B．当某反应在一定条件下达到反应限度时即达到了化学平衡状态 C．当某反应体系中气体的压强不再改变时，该反应一定达到反应限度 D．当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等 【答案】B 【解析】 A、改变影响化学平衡的条件，化学平衡被破坏，平衡移动，即改变化学反应的限度，故A 错误； B、在一定条件下的可逆反应经过一定的时间后，正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这种表面上静止的“平衡状态”就是这个可逆反应所能达到的限度，故B正确； C、体系压强可能自始至终都不发生变化，故C错误； D、反应达到限度时，正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应物和生成物的浓度不一定相等，故D错误； 故选B。 【变式2-2】已知299 K时，合成氨反应 N2(g ) + 3H2 ( g )2NH3( g ) △H = －92.0 kJ/mol，将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量为（忽略能量损失） A．一定大于92.0 kJ B．一定等于92.0 kJ C．一定小于92.0 kJ D．不能确定 【答案】C 【解析】 N2 (g ) + 3H2 ( g )2NH3 ( g ) △H = －92.0 kJ/mol指299K，1molN2与3molH2完全反应生成2molNH3放出92.0kJ的热量；由于该反应为可逆反应，反应物的转化率小于100%，将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量一定小于92.0kJ，答案选C。 【变式2-3】在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是(　　) A．化学方程式：2MN B．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡 C．t3时，正反应速率大于逆反应速率 D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍 【答案】D 【解析】 A.由图像可知N为反应物，M为生成物，然后找出在相同时间段内变化的M、N的物质的量之比(与是否达平衡无关)以确定M、N在化学方程式中的化学计量数之比，即该反应的化学方程式是：2NM；A项错误； B.t2时刻M、N的物质的量相等，但此时M、N的物质的量仍在发生变化，反应未达到平衡状态，因此正反应速率不等于逆反应速度，反应未到达平衡状态，B项错误； C.t3时刻及t3时刻之后，M、N的物质的量不再改变，证明已达平衡状态，此时正、逆反应速率相等。C项错误； D．t1时刻，N的物质的量为6mol，M的物质的量为3mol，在相同的体积下，N的浓度为M浓度的2倍，D项正确； 题型03 化学平衡状态的判断 知识积累 1．速率相等： ①同种物质—— v正(A) = v逆(A) ②不同物质—— v正(A) : v逆(B) = a : b（化学计量数之比） 2．变量不变： ①各组分的物质的量、质量、浓度、百分含量等保持不变。 ②总压强、总物质的量、混合气体的r、体系的密度、颜色等，根据具体情况分析。 思考与交流：判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？ 1．在体积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2(g)2NO(g) + O2(g) （1）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2（　　） （2）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO（　　） （3）用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态（　　） （4）单位时间内消耗2n mol NO2的同时，生成2n mol NO2（　　） （5）单位时间内断开n mol NO中的N—O键的同时生成2n mol O＝O键（　　） （6）NO2减少的化学反应速率和NO减少的化学反应速率相等（　　） 【答案】 （1）√； （2）×； （3）×； （4）√； （5）×； （6）√ 2．在两个恒容容器中各发生如下反应 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H2(g) + I2(g)2HI(g) ①气体的总物质的量不变 ②气体的总质量不变 ③气体的总压强不变 ④气体的密度不变 ⑤气体的平均相对分子质量不变 ⑥混合气体的颜色不变 ⑦体系的温度不变 【答案】√，×，√，×，√，×，√ ×，√，×，√，√，√，√ 【例3】可逆反应2SO2+ O22SO3达到平衡的标志是 ①消耗2 mol SO2的同时生成2 mol SO3 ② SO2、O2与SO3的物质的量之比为2∶1∶2 ③反应混合物中，SO3的质量分数不再改变 A．①② B．①③ C．只有③ D．只有① 【答案】C 【解析】 ①消耗2molSO2的同时生成2molSO3，即V正（SO2）=V正（SO3），速率同向，不能确定是否达到平衡，故①错误； ②SO2、O2与SO3的物质的量之比为2：1：2，这与反应的初始物质的量以及反应的转化程度有关，不能确定是否达到平衡，故②错误； ③反应混合物中，SO3的质量分数不再改变，即各物质的浓度保持不变，能确定是否达到平衡，故③正确； 故选：C。 【变式3-1】在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，当下列物理量不再发生变化时，表明反应已达平衡的是 ①混合气体的密度 ②混合气体的压强 ③B的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量 A．①② B．②③ C．①③ D．①④ 【答案】C 【解析】 ①A是固体，反应两边气体的质量不相等，而体积不变，若混合气体的密度不变，说明达到了平衡状态； ②反应两边气体的化学计量数都是2，总的气体物质的量不会变化，混合气体的压强也不会发生变化，压强不变不能说明反应达到平衡状态； ③B的物质的量浓度是化学反应处于平衡状态的特征； ④反应两边气体的化学计量数都是2，总的气体物质的量不会变化，不能说明反应达到平衡状态； 综上所述，表明反应已达平衡的是①③，答案选C。 【变式3-2】一定温度下的恒容密闭容器中，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是（ ） A．容器内n(A2):n(B2):n(AB)＝1:1:2 B．容器内气体的密度不随时间变化 C．容器内气体的总压强不随时间变化 D．单位时间内生成2n mol AB，同时生成n mol A2 【答案】D 【解析】 A、平衡时各种物质的浓度不再发生变化，但各种的浓度之间不一定满足某种关系，A不能说明； B、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，B不能说明； C、该反应是体积不变的可逆反应，所以容器内气体的压强始终是不变的，C不能说明； D、单位时间内生成2n mol AB，同时生成n mol A2，反应速率的方向相反，且满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，可以说明反应达到平衡状态； 答案选D。 【变式3-3】可逆反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是(   ) ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．①④⑥ B．②③⑤ C．①③④ D．①②③④⑤⑥ 【答案】A 【解析】 ①单位时间内生成n mol O2，同时生成2n molNO2，说明反应v正=v逆，达到平衡状态，故①正确； ②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO，两者均表示正反应速率，不能说明达到平衡状态，故②错误； ③无论反应是否达到平衡状态，反应速率之比都等于化学计量数之比，不能说明达到平衡状态，故③错误； ④混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，反应达到平衡状态，故④正确； ⑤混合气体的体积不变，质量不变，气体的密度始终不变，不能作平衡状态的标志，故⑤错误； ⑥反应前后气体的化学计量数之和不相等，混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明气体的物质的量不变，能够说明反应达到平衡状态，故⑥正确； 达到平衡状态的标志有①④⑥，故选A。 题型04 知识积累 一、控制化学反应条件的意义 促进有利反应，抑制有害反应。 二、控制化学反应条件的方法 改变化学反应速率，改变可逆反应进行的程度。 三、合成氨工业反应条件的控制 合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。 四、煤燃烧反应条件的控制 1．将固体煤粉碎以增大接触面积，同时空气适当过量，以提高转化率。 2．炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。 【例4】工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)是一个放热的可逆反应，反应条件是高温、高压，并且需要合适的催化剂。已知形成1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键放出的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ。则： (1)若1 mol氮气完全反应生成氨气可放出的能量为________ kJ。 (2)如果将1 mol氮气和3 mol氢气混合，使充分反应，反应放出的能量总小于上述数值，为什么？___________。 (3)实验室模拟工业合成氨时，在容积为2 L的密闭容器内，反应经过10分钟后，生成10 mol 氨气，则用氮气表示的化学反应速率是________ mol·L−1·min−1。 (4)一定条件下，当合成氨的反应达到化学平衡时，下列说法正确的是________。 a．正反应速率和逆反应速率相等 b．正反应速率最大，逆反应速率为0 c．氮气的转化率达到最大值 d．氮气和氢气的浓度相等 e．N2、H2和NH3的体积分数相等 f．反应达到最大程度 (5)根据题目所给条件，判断影响该反应速率的因素有________、________、__________。 【答案】92 该反应是可逆反应，1 mol氮气和3 mol 氢气不能完全反应，放出的能量总是小于92 kJ 0.25 acf 温度 压强 催化剂 【解析】 （1）由化学方程式3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)可知，1mol氮气完全反应需要消耗3 mol氢气，可生成2 mol 氨气。拆开3 mol H—H键和1 mol N≡N键需要吸收的能量为436 kJ×3＋946 kJ＝2254 kJ，但是生成2 mol氨气即生成6 mol N—H键可放出能量391 kJ×6＝2346 kJ，因此放出的能量为2346 kJ－2254 kJ＝92 kJ。 （2）由于该反应是可逆反应，1 mol氮气和3 mol氢气不能完全反应，因此放出的能量总是小于92 kJ 。 （3）Δc(NH3)＝10 mol÷2 L＝5 mol·L－1，v(NH3)＝5 mol·L－1÷10 min＝0.5 mol·L－1·min－1，反应速率之比是化学计量数之比，则v(N2)＝1/2v(NH3)＝0.25 mol·L－1·min－1。 （4）a．反应达到化学平衡时正反应速率和逆反应速率相等，a正确； b．反应达到化学平衡时正反应速率和逆反应速率相等，但不为0，b错误； c．反应达到化学平衡时氮气的转化率达到最大值，c正确； d．反应达到化学平衡时氮气和氢气的浓度不再发生变化，但二者不一定相等，d错误； e．反应达到化学平衡时N2、H2和NH3的体积分数不再发生变化，但不一定相等，e错误； f．反应达到化学平衡时即表明反应达到最大程度，f正确； 答案选acf； （5）根据题意“反应条件是高温、高压，并且需要合适的催化剂”可知该反应的速率受温度、压强和催化剂的影响。 【变式4-1】以下是反应：2SO2＋O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。 压强 转化率 温度 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa 400 ℃ 99.2% 99.6% 99.7% 99.9% 500 ℃ 93.5% 96.9% 97.8% 99.3% 600 ℃ 73.7% 85.8% 89.5% 96.4% 试回答下列问题： (1)提高该化学反应限度的途径： 。 (2)要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是 。 【答案】　(1)由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等 (2)500 ℃、0.1 MPa 【解析】在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。前者研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和化学反应限度都存在一定的影响。因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可以达到较大的反应限度，从而获得较大的产率。 【变式4-2】在2 L密闭容器中，800 ℃时，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表所示。 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO) /mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 (1)上图中，A点处v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)图中表示NO2变化的曲线是________。用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________________。 (3)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填字母，下同)。 a.v(NO2)＝2v(O2) b.容器内压强保持不变 c.v逆(NO)＝2v正(O2) d.容器内的密度保持不变 (4)下列能使该反应的反应速率增大的是________。 a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度 c.增大O2的浓度 d.选择高效的催化剂 【答案】　(1)大于　(2)b　1.5×10－3 mol·L－1·s－1　(3)bc　(4)bcd 【解析】　(1)图中表明A点的反应时间小于1 s，表中表明在0～1 s内n(NO)呈减小状态，则反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)在向右进行，v(正)＞v(逆)。 (2)上述反应向右进行，则c(NO)由逐渐减小到保持不变。表中表明，上述反应从开始到平衡，n(NO)减小0.020 mol－0.007 mol＝0.013 mol，则n(NO2)增加0.013 mol。上述反应容器的容积为2 L，则平衡时c(NO2)为0.006 5 mol·L－1，则表示NO2变化的曲线是b。表中表明，在0～2 s内n(NO)减小0.020 mol－0.008 mol＝0.012 mol，则n(O2)减小0.006 mol，容器容积为2 L，则c(O2)减小0.003 mol·L－1，反应时间为2 s，根据v＝计算得v(O2)＝1.5×10－3 mol·L－1·s－1。 (3)化学平衡状态中正、逆反应速率相等，v正(NO2)＝2v逆(O2)体现了上述反应中正、逆反应速率相等，v(NO2)＝2v(O2)则不可以。上述反应，在达到平衡之前气体总物质的量不守恒，则在恒温、恒容下气体总压强不守恒；在达到平衡之后气体总物质的量守恒，则在恒温、恒容下气体总压强守恒。总之，上述反应的容器内压强保持不变，说明反应已经到达平衡。上述反应，在达到平衡前后气体质量守恒，由于容器容积不变，则容器内的密度不变不能说明反应达到平衡。 (4)其他条件一定，升高温度或增大反应物的浓度或使用催化剂，都能使化学反应速率增大；反之，可使化学反应速率减小。 【变式4-3】甲、乙两个研究小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度，在一定条件下会达到“平衡状态”。 (Ⅰ)甲组：取5 mL 0.1 mol·L－1的KI溶液于试管中，滴加0.1 mol·L－1的FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2I－＋2Fe3＋===2Fe2＋＋I2。为了证明该反应具有一定的限度，他们设计了如下实验：①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量的黄色沉淀(AgI)生成，证明反应物没有反应完全；②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到了I2，即有I2生成。结合①②的结论，他们得出结论：该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。 (1)指导老师指出上述实验中①不合理，你认为原因是________________________________，改进的方法是____________________________________。 (2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简单的方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是_____________________________________。 (Ⅱ)乙组：取4 mL 1 mol·L－1的CaCl2溶液于试管中，发现滴入1 mol·L－1的Na2SO4溶液6 mL后已经观察不到有白色沉淀产生了，发生的反应是Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓＋2NaCl。请设计一个简单的实验，确认上述反应具有可逆性和反应限度，简要列出实验步骤和结论： ________________________________________________________________________。 【答案】　Ⅰ.(1)该反应中KI相对过量，故不能直接检验是否存在I－　取少量反应液，滴加KSCN，若出现红色，则证明还有Fe3＋未完全反应 (2)取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝色，说明生成了I2 Ⅱ.取上层清液少许置于试管中，滴加1 mol·L－1的Na2CO3溶液，若产生白色沉淀，则说明反应有一定的可逆性和反应限度 【解析】　甲组实验①不合理，因为所加的I－是过量的，不能检验I－存在证明反应的可逆性，只能证明少量反应物Fe3＋是否剩余及是否生成了I2来证明，因此，用KSCN溶液、淀粉溶液(或CCl4萃取)等合理方法。乙组从反应物的量的角度考虑，Na2SO4溶液相对过量，若反应无可逆性，则Ca2＋沉淀完全，若反应有一定可逆性和反应限度，则Ca2＋没有完全沉淀，故可用Na2CO3来证明Ca2＋即可。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 6.2 化学平衡 题型01 可逆反应 题型02 化学反应的限度 题型03 化学平衡状态的判断 题型04 化学反应条件的控制 题型01 可逆反应 知识积累 一、可逆反应 1．定义：在同一条件下，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。 2．表示：书写可逆反应的方程式不用“===”，而用“”连接。 3．特点：（1）双向性：正反应和逆反应； （2）双同性：同一条件，同时进行； （3）共存性：反应物与生成物共存。 思考与交流：新制氯水中含有哪些微粒？氯气的转化率有没有可能达到100%？ 【答案】Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-。可逆反应中，反应物与生成物共存，任何反应物的转化率都不可能达到100% 【例1】反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，18O存在于(　　) A.CO B.H2O C.CO2　CO D.CO　H2O　CO2 【变式1-1】下列关于化学平衡的说法中，不正确的是(　　) A．当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零 B．当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等 C．当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏 D．当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变 【变式1-2】下列不属于可逆反应的是(　　) A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸 B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2 C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O D．SO2溶于水和H2SO3分解 【变式1-3】下列反应体系中，不属于可逆反应的是(　　) A．氮气和氢气合成氨 B．二氧化硫与氧气化合生成三氧化硫 C．水电解生成氢气和氧气与氢气在氧气中燃烧生成水 D．密封容器内二氧化氮和四氧化二氮可以相互转化 题型02 化学反应的限度 知识积累 1．化学平衡状态的建立过程 加入反应物，从正反应方向开始 加入生成物，从逆反应方向开始 2．化学平衡状态的概念 一定条件下的可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。 3．化学平衡的基本特征 【答案】可逆 ＝ ≠ 保持不变 明辨是非 （1）平衡状态是一种静止的状态，反应物和生成物的浓度已经不再改变（ ） （2）化学平衡状态时，所有物质的速率都相等（ ） （3）化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零（ ） （4）化学平衡状态时，反应物与生成物的浓度/含量保持不变（ ） （5）化学平衡状态时，各物质的浓度之比等于化学计量数之比（ ） （6）当一个可逆反应达到平衡状态时，体系中只存在生成物（ ） （7）化学反应的限度不可以通过改变条件而改变（ ） （8）一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度（ ） 【答案】 （1）~（4）×××√ （5）~（8）×××√ 【例2】在一定温度下的恒容容器中，发生反应：2A(g)＋B(s)C(g)＋D(g)，下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是(　　) ①混合气体的压强不变 ②混合气体的密度不变 ③C(g)的物质的量浓度不变 ④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1 ⑤单位时间内生成n mol C，同时生成n mol D ⑥单位时间内生成n mol D，同时生成2n mol A A.①②⑤ B.②③⑤ C.②③⑥ D.①③⑥ 【变式2-1】下列关于化学反应限度的说法中正确的是(　　) A．改变外界条件不能改变化学反应的限度 B．当某反应在一定条件下达到反应限度时即达到了化学平衡状态 C．当某反应体系中气体的压强不再改变时，该反应一定达到反应限度 D．当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等 【变式2-2】已知299 K时，合成氨反应 N2(g ) + 3H2 ( g )2NH3( g ) △H = －92.0 kJ/mol，将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量为（忽略能量损失） A．一定大于92.0 kJ B．一定等于92.0 kJ C．一定小于92.0 kJ D．不能确定 【变式2-3】在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是(　　) A．化学方程式：2MN B．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡 C．t3时，正反应速率大于逆反应速率 D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍 题型03 化学平衡状态的判断 知识积累 1．速率相等： ①同种物质—— v正(A) = v逆(A) ②不同物质—— v正(A) : v逆(B) = a : b（化学计量数之比） 2．变量不变： ①各组分的物质的量、质量、浓度、百分含量等保持不变。 ②总压强、总物质的量、混合气体的r、体系的密度、颜色等，根据具体情况分析。 思考与交流：判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？ 1．在体积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2(g)2NO(g) + O2(g) （1）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2（　　） （2）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO（　　） （3）用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态（　　） （4）单位时间内消耗2n mol NO2的同时，生成2n mol NO2（　　） （5）单位时间内断开n mol NO中的N—O键的同时生成2n mol O＝O键（　　） （6）NO2减少的化学反应速率和NO减少的化学反应速率相等（　　） 【答案】 （1）√； （2）×； （3）×； （4）√； （5）×； （6）√ 2．在两个恒容容器中各发生如下反应 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H2(g) + I2(g)2HI(g) ①气体的总物质的量不变 ②气体的总质量不变 ③气体的总压强不变 ④气体的密度不变 ⑤气体的平均相对分子质量不变 ⑥混合气体的颜色不变 ⑦体系的温度不变 【答案】√，×，√，×，√，×，√ ×，√，×，√，√，√，√ 【例3】可逆反应2SO2+ O22SO3达到平衡的标志是 ①消耗2 mol SO2的同时生成2 mol SO3 ② SO2、O2与SO3的物质的量之比为2∶1∶2 ③反应混合物中，SO3的质量分数不再改变 A．①② B．①③ C．只有③ D．只有① 【变式3-1】在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，当下列物理量不再发生变化时，表明反应已达平衡的是 ①混合气体的密度 ②混合气体的压强 ③B的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量 A．①② B．②③ C．①③ D．①④ 【变式3-2】一定温度下的恒容密闭容器中，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是（ ） A．容器内n(A2):n(B2):n(AB)＝1:1:2 B．容器内气体的密度不随时间变化 C．容器内气体的总压强不随时间变化 D．单位时间内生成2n mol AB，同时生成n mol A2 【变式3-3】可逆反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是(   ) ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．①④⑥ B．②③⑤ C．①③④ D．①②③④⑤⑥ 题型04 知识积累 一、控制化学反应条件的意义 促进有利反应，抑制有害反应。 二、控制化学反应条件的方法 改变化学反应速率，改变可逆反应进行的程度。 三、合成氨工业反应条件的控制 合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。 四、煤燃烧反应条件的控制 1．将固体煤粉碎以增大接触面积，同时空气适当过量，以提高转化率。 2．炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。 【例4】工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)是一个放热的可逆反应，反应条件是高温、高压，并且需要合适的催化剂。已知形成1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键放出的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ。则： (1)若1 mol氮气完全反应生成氨气可放出的能量为________ kJ。 (2)如果将1 mol氮气和3 mol氢气混合，使充分反应，反应放出的能量总小于上述数值，为什么？___________。 (3)实验室模拟工业合成氨时，在容积为2 L的密闭容器内，反应经过10分钟后，生成10 mol 氨气，则用氮气表示的化学反应速率是________ mol·L−1·min−1。 (4)一定条件下，当合成氨的反应达到化学平衡时，下列说法正确的是________。 a．正反应速率和逆反应速率相等 b．正反应速率最大，逆反应速率为0 c．氮气的转化率达到最大值 d．氮气和氢气的浓度相等 e．N2、H2和NH3的体积分数相等 f．反应达到最大程度 (5)根据题目所给条件，判断影响该反应速率的因素有________、________、__________。 【变式4-1】以下是反应：2SO2＋O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。 压强 转化率 温度 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa 400 ℃ 99.2% 99.6% 99.7% 99.9% 500 ℃ 93.5% 96.9% 97.8% 99.3% 600 ℃ 73.7% 85.8% 89.5% 96.4% 试回答下列问题： (1)提高该化学反应限度的途径： 。 (2)要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是 。 【变式4-2】在2 L密闭容器中，800 ℃时，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表所示。 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO) /mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 (1)上图中，A点处v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)图中表示NO2变化的曲线是________。用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________________。 (3)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填字母，下同)。 a.v(NO2)＝2v(O2) b.容器内压强保持不变 c.v逆(NO)＝2v正(O2) d.容器内的密度保持不变 (4)下列能使该反应的反应速率增大的是________。 a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度 c.增大O2的浓度 【变式4-3】甲、乙两个研究小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度，在一定条件下会达到“平衡状态”。 (Ⅰ)甲组：取5 mL 0.1 mol·L－1的KI溶液于试管中，滴加0.1 mol·L－1的FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2I－＋2Fe3＋===2Fe2＋＋I2。为了证明该反应具有一定的限度，他们设计了如下实验：①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量的黄色沉淀(AgI)生成，证明反应物没有反应完全；②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到了I2，即有I2生成。结合①②的结论，他们得出结论：该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。 (1)指导老师指出上述实验中①不合理，你认为原因是________________________________，改进的方法是____________________________________。 (2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简单的方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是_____________________________________。 (Ⅱ)乙组：取4 mL 1 mol·L－1的CaCl2溶液于试管中，发现滴入1 mol·L－1的Na2SO4溶液6 mL后已经观察不到有白色沉淀产生了，发生的反应是Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓＋2NaCl。请设计一个简单的实验，确认上述反应具有可逆性和反应限度，简要列出实验步骤和结论： ________________________________________________________________________。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$