2.2 第2课时 化学平衡状态(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修1（苏教版）

第2课时　化学平衡状态 新知探究(一)——化学平衡状态 1.可逆反应 (1)含义 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化学反应。 (2)表示方法 可逆反应化学方程式常用“⇌”连接,把从左向右进行的反应称为正反应,把从右向左进行的反应称为逆反应。 (3)特点 ①同一条件下,正反应和逆反应同时发生、同时存在。 ②反应不能进行到底,反应物不能实现完全转化。 ③反应体系中,与化学反应有关的各种物质共存于同一反应体系。 ④反应达到限度时,反应仍在进行,没有停止。 2.化学平衡状态的建立 (1)化学平衡的建立过程 在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下: (2)平衡建立过程中的两种图示 3.化学平衡状态与特征 当外界条件不变时,可逆反应进行到一定程度,反应物和生成物的浓度不再随时间而发生变化,我们称之为化学平衡状态。 化学平衡状态有如下特征: [微点拨]　正逆反应速率相等是指同种物质消耗的速率等于生成的速率,若比较的是不同的物质,则反应速率与反应方程式的化学计量数成正比。 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)H2与O2点燃可以生成水,电解水又可以生成H2与O2,所以两个反应是可逆反应 (×) (2)二次电池充、放电发生的反应为可逆反应 (×) (3)可逆反应不能完全进行,存在一定的限度 (√) (4)已知N2+3H22NH3,若1 mol N2与3 mol H2充分反应,可得到2 mol NH3 (×) (5)只有可逆反应才存在平衡状态 (√) (6)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果 (√) (7)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等 (×) (8)化学反应达到化学平衡状态时,反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例 (×) 2.如图是可逆反应X+3Y⇌2Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是 (　　) A.t2~t3时,各物质的浓度不再发生变化 B.t2时,反应未达到限度 C.t2~t3时,反应已停止进行 D.t1时,反应只向正反应方向进行 解析:选A　t2~t3时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,各物质的浓度不再发生变化,A正确;t2时,正、逆反应的速率相等,反应达到平衡状态,即反应达到限度,B错误;t2~t3时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,但反应速率不为0,反应没有停止,C错误;t1时,正、逆反应速率均不为0,反应向正反应方向进行的同时也向逆反应方向进行,D错误。 3.在一密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.6 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.6 mol·L-1,当反应至正、逆反应速率相等时,可能存在的状态是 (　　) A.SO2为1.2 mol·L-1、O2为0.6 mol·L-1 B.SO2为0.75 mol·L-1 C.SO2、SO3均为0.45 mol·L-1 D.SO3为1.2 mol·L-1 解析:选B　由题意可知若SO3全部转化为SO2和O2,则SO2、O2的浓度分别为1.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1;若SO2和O2全部化合成SO3,则SO3的浓度为1.2 mol·L-1。因为该反应是可逆反应,三种物质必须同时存在(即可逆反应中的物质均不可能100%转化),因此,体系中SO3、SO2、O2的浓度范围分别是0~1.2 mol·L-1、0~1.2 mol·L-1、0~0.6 mol·L-1,很显然,A、D是不可能的;根据硫原子守恒,C项表示SO2和SO3同时消耗而减少,这是绝对不可能的。 4.一定温度下,在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中,M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。 请回答下列问题: (1)该反应的化学方程式为 　。 (2)在t2时刻存在的等量关系是　　　　　　,此时反应是否达到化学平衡状态?　　　　(填“是”或“否”)。  (3)在t3时刻v正　　　　(填“>”“<”或“=”)v逆,理由是 　。  解析:(1)当N减少4 mol时,M增加2 mol,所以化学方程式为2N⇌M。(2)t2时刻,n(M)=n(N)=4 mol,t2时刻后,N物质的量继续减少,M物质的量继续增加,故仍未达到平衡。 答案:(1)2N⇌M　(2)n(M)=n(N)　否 (3)=　M和N的物质的量不随时间改变发生变化,反应已达到平衡状态,故v正=v逆 新知探究(二)——化学平衡状态的判断 典例导学 　　[典例]　在恒温恒容的密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色,⑥各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。 (1)一定能证明2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)达到平衡状态的是　　　　(填序号,下同)。  (2)一定能证明I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)达到平衡状态的是　　　　。  (3)一定能证明A(s)+2B(g)⇌C(g)+D(g)达到平衡状态的是　　　　。  [解析]　(1)反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)是反应前后气体体积减小的可逆反应,因此混合气体的压强、总物质的量和平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。 (2)反应I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)是反应前后气体体积不变的可逆反应,由于碘是有色气体,则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。 (3)反应A(s)+2B(g)⇌C(g)+D(g)是反应前后气体体积不变,但气体质量增加的可逆反应,因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态。 [答案]　(1)①③④　(2)⑤　(3)②④ [系统融通知能] 1.判断依据 (1)本质特征:v(正)=v(逆)≠0。 (2)宏观表现:反应混合物中各组分含量保持不变。 2.判断方法 项目 mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g) 是否平衡 速率 v(正)=v(逆)≠0 平衡 百分含量 反应混合物中各成分浓度或百分含量不变 平衡 混合物体系中各成分 的含量 ①各物质的物质的量或物质的量浓度一定 平衡 ②各物质的质量或质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 ④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 压强 ①若m+n≠p+q时,总压强一定(其他条件一定) 平衡 ②m+n=p+q时,总压强一定(其他条件一定) 不一定平衡 平均相 对分子质量 ①一定,当m+n≠p+q时 平衡 ②一定,当m+n=p+q时 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化,绝热体系温度一定(其他条件一定) 平衡 密度 体系的密度一定 不一定 平衡 其他 如体系颜色不再变化 平衡 [题点多维训练] 1.一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应:NO2(g)+SO2(g)⇌SO3(g)+NO(g)　ΔH=-41.8 kJ·mol-1,下列能说明反应达到平衡状态的是 (　　) A.体系压强保持不变 B.混合气体颜色保持不变 C.SO3和NO的体积比保持不变 D.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 解析:选B　由于该反应为反应前后气体体积相等的反应,体系的压强始终保持不变,故压强不变反应不一定达到平衡,A项错误;SO3与NO的体积比始终保持1∶1,C项错误;消耗SO3和生成NO2都表示反应的逆反应速率,D项错误。 2.在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;⑦某种气体的百分含量 (1)能说明2NO2(g)⇌N2O4(g)达到平衡状态的是　　　　　　。  (2)能说明C(s)+CO2(g)⇌2CO(g)达到平衡状态的是　　　　　　。  (3)能说明NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是　　　　　　。  (4)能说明5CO(g)+I2O5(s)⇌5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是　　　　　　。  答案:(1)①③④⑤⑦　(2)①②③④⑦ (3)①②③　(4)②④⑦ [课时跟踪检测] 一、选择题 1.在一定条件下,使SO2和O2在一密闭容器中进行反应,下列说法中不正确的是 (　　) A.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零 B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零 C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变 D.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变 解析:选B　在一定条件下,反应开始时,反应物的浓度最大,正反应速率最大,生成物的浓度为零,逆反应速率为零,A正确;随着反应的进行,反应物的浓度降低,因可逆反应不能进行到底,则正反应速率最后不变但不为零,B错误,D正确;随着反应的进行,生成物的浓度增大,逆反应速率逐渐增大,最后不变,正、逆反应速率相等,C正确。 2.在一定条件下,将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是 (　　) A.反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小 B.随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐增大 C.达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 mol·L-1 D.该反应建立平衡过程中v⁃t(时间)图像为 解析:选A　由于该反应是从逆反应开始进行,故反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小,A项正确;随着反应的进行,生成物浓度逐渐减小,逆反应速率逐渐减小,反应物浓度逐渐增大,正反应速率逐渐增大,B项不正确;该反应不能进行彻底,故平衡时CO2的浓度不可能是0 mol·L-1,C项不正确;该反应是由逆反应开始建立的平衡,逆反应速率大于正反应速率,且逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大,达到平衡时正、逆反应速率相等,D项不正确。 3.一定温度下,在恒容密闭容器中充入CO和H2,发生反应:2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g)　ΔH<0。下列图像符合实际且t0时达到平衡状态的是 (　　) 解析:选D　该反应中气体总质量、容器容积为定值,则密度始终不变,题图A不符合实际,错误;初始CH3OH的体积分数应该为0,题图B与实际不符,错误;混合气体总质量为定值,反应过程中混合气体的物质的量逐渐减小,则混合气体的平均摩尔质量逐渐增大,题图C与实际不符,错误;反应过程中压强逐渐减小,当压强不再变化时(t0时),表明反应达到平衡状态,D正确。 4.一定条件下,可逆反应2A(g)⇌B(g)+3C(g),在下列四种状态中处于平衡状态的是 (　　) 选项 正反应速率 逆反应速率 A v(A)=2 mol·L-1·min-1 v(B)=2 mol·L-1·min-1 B v(A)=2 mol·L-1·min-1 v(C)=2 mol·L-1·min-1 C v(A)=1 mol·L-1·min-1 v(B)=2 mol·L-1·min-1 D v(A)=1 mol·L-1·min-1 v(C)=1.5 mol·L-1·min-1 解析:选D　利用速率之比等于反应方程式中化学计量数之比可知D正确。 5.羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防止某些害虫和真菌的危害。在一定温度下,某一容积不变的密闭容器中发生反应:CO(g)+H2S(g)⇌COS(g)+H2(g)。下列叙述不能说明反应达到化学平衡状态的是 (　　) A.COS的生成速率与H2S的生成速率相等 B.单位时间内消耗a mol CO,同时消耗a mol H2 C.容器内气体的总压强不再变化 D.CO的浓度不再变化 解析:选C　COS的生成速率与H2S的生成速率相等,根据化学方程式可判断正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故A正确;单位时间内消耗a mol CO,同时消耗a mol H2,根据化学方程式可判断正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故B正确;反应前后气体的物质的量不变,则压强始终不变,不能据此判断反应已达平衡状态,故C错误;CO的浓度不再变化,说明反应达到平衡状态,故D正确。 6.现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列有关说法正确的是 (　　) A.达到化学平衡时,N2将完全转化为氨 B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等 C.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化 D.达到化学平衡时,正、逆反应速率都为零 解析:选C　达到化学平衡时,各组分的浓度不再变化。 7.将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。不可以判断该分解反应已经达到平衡的是 (　　) A.v(NH3)生成=2v(CO2)消耗 B.密闭容器中总压强不变 C.密闭容器中混合气体的密度不变 D.密闭容器中氨气的体积分数不变 解析:选D　A项,表示正逆反应速率相等;B项,反应正向进行则压强增大,总压强不变时,说明反应已达平衡状态;C项,混合气体的密度ρ=,反应正向进行时,m(气)增大,V(容器)不变,气体的密度增大,因此密度不变能说明反应达到平衡;D项,反应物是固体,NH3的体积分数始终为。 8.将FeSO4(s)置于2 L恒容密闭容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)。下列能判断该反应达到平衡状态的个数为 (　　) ①Fe2O3(s)的浓度不再变化　②c(SO2)不再变化 ③=1　④v正(SO2)=v逆(SO3) ⑤混合气体的密度不变　⑥压强不变 A.2　　　　　　　 B.3 C.4 D.5 解析:选C　①Fe2O3(s)为固体,浓度不发生变化,不能判断该反应达到平衡状态;②c(SO2)不再变化,能判断该反应达到平衡状态;③结合系数关系,为定值,=1不能判断该反应达到平衡状态;④v正(SO2)=v逆(SO3)说明正逆反应速率相等,能判断该反应达到平衡状态;⑤该反应为气体物质的量增大的反应,混合气体的密度不变,能判断该反应达到平衡状态;⑥该反应为气体物质的量增大的反应,压强不变能判断该反应达到平衡状态。 9.已知:K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,若溶液中存在Fe2+,将产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,其中能说明溶液中存在可逆反应“2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2”的是 (　　) 实验编号 实验操作 实验现象 ① 滴入KSCN溶液 溶液变红色 ② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 ③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成 ④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 A.① B.②和④ C.③和④ D.①和② 解析:选A　将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,I-过量,若不是可逆反应,Fe3+全部转化为Fe2+,则溶液中无Fe3+,故只需证明溶液中含Fe3+,即可证明此反应为可逆反应。向混合溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,说明含有Fe3+,故①正确;I-过量,向溶液中滴入AgNO3溶液,肯定有黄色沉淀生成,故②错误;无论是否存在可逆,溶液中均存在Fe2+,滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成,故③错误;无论是否存在可逆反应,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色,故④错误。 10.碳单质可应用于脱硝。向容积为2 L的密闭容器中加入碳(足量)和NO,模拟发生脱硝 反应:C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g),测得不同温度下,NO的物质的量随时间的变化如图所示,T1时,下列条件能说明反应已经达到平衡状态的是 (　　) A.v(NO)正=2v(N2)正 B.气体的密度不再发生变化 C.容器内的气体的压强不再发生变化 D.N2和CO2的物质的量之比不再发生变化 解析:选B　v(NO)正和v(N2)正表示反应的同一个方向,不能判断反应是否达平衡状态,A项错误;恒容下,该反应气体的质量会改变,则气体的密度也改变,当密度不变时,反应达平衡状态,B项正确;该反应前后体积不变,在容器内的气体的压强一直不会发生变化,无法判断是否达平衡状态,C项错误;N2和CO2为产物,物质的量之比一直不会发生变化,无法判断是否达平衡状态,D项错误。 11.(2024·海南卷)已知298 K,101 kPa时,CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行,CO2的初始浓度为0.4 mol·L-1,c(CO2)⁃t关系如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.T1>T2 B.T1下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15 mol·L-1 C.使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大 D.使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同 解析:选D　二氧化碳的平衡浓度T1>T2,该反应为放热反应,温度越高,平衡时二氧化碳浓度越大,故T1>T2,A项正确;T1下反应达到平衡时CO2浓度的变化量为0.15 mol·L-1,由方程式可知,CO2和CH3OH的浓度变化量相等,故平衡时c(CH3OH)=0.15 mol·L-1,B项正确;分析图像可知,该反应存在两个变量:催化剂和温度,在T1温度下,催化剂2条件下反应先达到平衡,说明催化剂2条件下的反应速率大于催化剂1条件下的反应速率,反应活化能越低,反应速率越快,因此使用催化剂1的反应活化能大于催化剂2的,C项正确;T1和T2下,分别使用催化剂2、3,反应同时达到平衡,说明反应速率相同,又温度升高反应速率变快,T1>T2,因此催化效果:催化剂2<催化剂3,反应活化能不同,故反应历程不同,D项错误。 二、非选择题 12.(10分)在200 ℃时,将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)充入到容积为V L的密闭容器中,发生反应:I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)　ΔH=-c kJ·mol-1 (1)反应刚开始时,由于c(H2)=　　　　,c(I2)=　　　　,而c(HI)=　　　　,所以化学反应速率　　　　最大,而　　　　最小(为零)。  (2)随着反应的进行,反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)　　　　,c(I2)　　　　,而c(HI)　　　　,从而化学反应速率v正　　　　,而v逆　　　　(以上填“增大”“减小”或“不变”)。  (3)当反应进行到v正与v逆　　　　时,此可逆反应就达到了平衡。若保持外界条件不变时,反应混合物的总物质的量为　　　　mol,此时放出的热量Q　　　　c kJ(填“=”“>”或“<”)。  解析:(1)根据定义c=即可求出各自的浓度。浓度越大,反应速率越大。因此刚开始时正反应速率最大,逆反应速率最小。(3)该反应在反应前后分子数相等,混合物总物质的量始终为3 mol;该反应为可逆反应,不可能进行完全,放出的热量小于c kJ。 答案:(1) mol·L-1　 mol·L-1　0　v正　v逆　(2)减小　减小　增大　减小　增大 (3)相等　3　< 13.(8分)(2025·邯郸九校联盟)某温度时,在容积为5 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示(注:A的转化率=×100%)。 (1)该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　。  (2)该反应是从　　　　　(填“正反应”“逆反应”或“正、逆反应同时”)开始的;反应开始至2 min末,用X表示的化学反应速率为　　　　　　　,此时Z与Y的物质的量之比为　　　　　　。  (3)该反应从开始到达平衡时,Z的转化率与Y的转化率之比为　　　　　　　。  (4)4 min时,v(X)∶v(Y)∶v(Z)=　　　　　　;下列哪些数据在反应开始至反应达到平衡时,一直保持不变的是　　　　　　(填字母)。  a.压强 b.密度 c.相对平均式量 d.反应物的浓度 答案:(1)2Z+Y⇌3X　(2)正、逆反应同时　0.04 mol·L-1·min-1　13∶8　(3)6∶5　(4)3∶1∶2　abc 14.(8分)汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质,是造成城市空气污染的主要因素之一。在恒温恒容的密闭容器中,充入物质的量均为1 mol的CO和NO混合气体,发生如下反应:2CO(g)+2NO(g)⇌2CO2(g)+N2(g),t0时达到平衡,测得反应过程中CO2的体积分数与时间的关系如图所示。 (1)a处v正　　　　(填“>”“<”或“=”)b处v逆。  (2)平衡时CO的物质的量为　　　　。  (3)能说明上述反应达到平衡状态的是　　　　　(填字母)。  A.CO的浓度与CO2的浓度均不再变化 B.混合气体密度保持不变 C.反应容器内压强保持不变 D.CO和NO的浓度之比保持不变 解析:(1)随着反应的进行,反应物浓度降低,正反应速率减慢,a处v正>b处v正;b处反应达到平衡,b处v正=b处v逆,所以a处v正>b处v逆。 (2) 由图像知,t0时CO2的体积分数为50%, 则×100%=50%,解得x=0.4 mol,则平衡时CO的物质的量为1-0.4×2=0.2 mol。 答案:(1)>　(2)0.2 mol　(3)AC 1 / 163 学科网（北京）股份有限公司 $$