第二单元 化学反应的方向和限度 第2课时（同步讲义）化学苏教版2019选择性必修1

专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度 第2课时 化学平衡状态 教学目标 1．了解化学反应的可逆性。 2．通过化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。 3．理解并会判断化学平衡状态的标志。 重点和难点 重点：化学反应的可逆性；化学平衡状态。 难点：判断化学平衡状态的依据和方法。 ◆知识点一 可逆反应 1．可逆反应的概念 可逆反应是指在_______条件下，既能向_______方向进行，又能向_______方向同时进行的化学反应。 2．可逆反应的特征 (1)同一条件下，正反应和逆反应_______发生、_______存在。 (2)反应_______进行到底，反应物_______实现完全转化。 (3)反应体系中，与化学反应有关的各种物质_______同一反应体系。 (4)反应达到限度时，反应_____________________。 3．常见的可逆反应举例 ①SO2＋H2OH2SO3 ②N2＋3H22NH3 ③Cl2＋H2OHCl＋HClO ④2SO2＋O22SO3 【特别提醒】 (1)可逆反应不等同于可逆过程，可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。 (2)可逆反应体系中， 反应物不能全部转化为生成物，生成物也不能完全转化为反应物。 (3)极值法确定浓度范围的方法 即学即练 1．下列有关可逆反应的说法不正确的是(　　) A．可逆反应分正反应和逆反应 B．H2＋I22HI与2HIH2＋I2是可逆反应 C．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应 D．可逆反应中反应物的转化率小于100 % 2．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0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　) A．SO2为0.4 mol·L－1、O2为0.2 mol·L－1 B．SO3为0.25 mol·L－1、O2为0.050 mol·L－1 C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D．SO3为0.3 mol·L－1 ◆知识点二 化学平衡状态 1．化学平衡状态的建立 在反应物转化为生成物的一瞬间，_______开始进行。 反应开始时，反应物的浓度_______，正反应速率_______，由于生成物浓度很小，逆反应速率_______。 随着反应的进行，反应物浓度逐渐_______，正反应速率随着反应物浓度的_______逐渐_______；生成物浓度逐渐_______，逆反应速率随着生成物浓度的_______不断_______。 当正反应速率与逆反应速率相等时，达到一种_______状态，反应物的浓度和生成物的浓度___________，正反应和逆反应都___________。 2．化学平衡状态 (1)化学平衡状态的概念 在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率_______时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度__________的状态。也就是在给定条件下，反应达到了最大“_______”，这种状态称为化学平衡状态，简称为化学平衡。 (2)化学平衡状态的特征 ①研究的对象是_______反应。 ②化学平衡的条件是v正和v逆_______。 ③化学平衡是一种_______平衡，此时反应并未_______。 ④当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为_______。 ⑤若外界条件改变，平衡可能___________，并在新条件下建立__________。 3．化学平衡状态的判断依据和方法 (1)本质特征 可逆反应达到平衡的本质特征是______________。 【举例】在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的标志是________。 ①单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B ②生成C的速率与C分解的速率相等 ③A、B、C的浓度不再变化 ④单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C (2)化学平衡状态的标志 可逆反应达到平衡后，其平衡结果的标志是反应混合物中各组分的含量___________。 【举例】在一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是_______。 混合气体的总物质的量　②B的物质的量浓度 ③容器内气体的压强　④混合气体的密度 【易错提醒】 (1)关于各组成成分的判断不适用于总质量、总物质的量、气体总体积等。 (2)化学平衡状态的标志为反应混合物中各组分的含量恒定不变，如2A(g)＋B(g)3C(g)，c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶1∶3，并未体现出恒定不变，因此不能作为化学平衡状态的判据。 即学即练 1．下列对于可逆反应2M(g)＋N(g)  2P(g)达到平衡时的说法正确的是(　　) A．M、N全部变成了P B．反应已经停止 C．反应混合物中各组分的浓度不再改变 D．v(M)∶v(N)＝2∶1 2．在200 ℃时，将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)充入到体积为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“<”)。 3．在1 273 K、100.0 kPa条件下，乙烷生成乙烯的反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)达到平衡后(　　) A．C2H6的浓度保持不变 B．C2H6仍在不断分解，其浓度不断减少 C．C2H6的分解速率小于生成速率 D．C2H4仍在不断生成，其浓度不断增加 一、化学反应的可逆性 可逆反应是指在相同条件下进行，正反应和逆反应同时进行的反应。因此，研究可逆反应，要抓住以下要点： （1）正反应和逆反应在相同条件下同时进行。 （2）不管反应进行到什么程度，整个反应体系中反应物和生成物同时存在。 （3）生成物的产率小于100%。 实践应用 1．在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是(　　) A．生成SO3 2 mol B．SO2和SO3共2 mol C．放出197 kJ热量 D．含氧原子共8 mol 2．在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是(　　) A．生成SO3 2 mol B．SO2和SO3共2 mol C．放出197 kJ热量 D．含氧原子共8 mol 二、化学平衡状态 化学平衡状态的重要特征 (1)正反应与逆反应速率相等：v正＝v逆 ①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率。 ②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。 (2)反应混合物中各组分的质量或浓度保持不变。 可逆反应具备这两个依据之一(同时另一条件肯定也满足)，则就达到了化学平衡状态，否则就没达到。 实践应用 1．在1 273 K、100.0 kPa条件下，乙烷生成乙烯的反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)达到平衡后(　　) A．C2H6的浓度保持不变 B．C2H6仍在不断分解，其浓度不断减少 C．C2H6的分解速率小于生成速率 D．C2H4仍在不断生成，其浓度不断增加 2．一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是(　　) A．d点　　　　B．b点　　　　C．c点　　　　D．a点 考点一 判断化学平衡状态的方法 【例1】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2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。 (2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________________________。 (4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。 解题要点 化学平衡状态的判断方法 (1)v正＝v逆： 以容积不变的密闭容器中的反应N2+3H22NH3为例： 在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应达到平衡状态。 ①同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率，如有m mol N2消耗同时生成m mol N2。 ②不同的物质：速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，即必须是一个v正一个是v逆，且两者之比等于化学计量数之比，如有m mol N≡N键断裂就有3m mol H-H键生成。 (2)对于体系中的各组成成分： 以容积不变的密闭容器中的反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例： 在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应一定达到平衡状态。 ①质量或质量分数不变。 ②物质的量、物质的量浓度、物质的量分数或体积分数不变。 (3)对于体系中的混合物 以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例： ①若m＋n≠p＋q，恒温恒容下气体的总物质的量不变、总压强不变、平均相对分子质量不变和恒温恒压下气体的密度不变都可以说明反应达到了平衡状态。 ②若m＋n＝p＋q，不管是否达到平衡状态，气体总体积、总压强、总物质的量始终保持不变，从而平均摩尔质量(相对分子质量)、气体密度总是保持不变(r＝m/n，ρ＝m/V)，因此这五项都不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据。 (4)对于有固体或液体物质参与的反应，如aA(s)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)： A．气体质量不变，达到平衡状态； B．若b≠c＋d，则气体的总物质的量、气体的平均相对分子质量、总压强、气体的平均密度不变均说明已达到平衡状态； C．若b＝c＋d，则气体的总物质的量、总压强不变不能判断是否达到平衡状态，气体的平均相对分子质量、气体的平均密度不变能说明已达到平衡。 【变式1-1】可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 【变式1-2】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________。 基础达标 1．模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于2HBr(g) H2(g)＋Br2(g)反应，下列四个图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是(　　) 2．下列关于可逆反应的叙述正确的是(　　) A．可逆反应是指既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应 B．2H2O2H2↑＋O2↑与2H2＋O22H2O互为可逆反应 C．对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率就会减小 D．密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)开始后，三种气体一定同时存在 3．已知298 K时，合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol－1，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 4．一定温度下，在恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知N2(g)、H2(g)、NH3(g)的起始浓度分别为0.2 mol·L－1、0.5 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，各物质的浓度不可能是(　　) A．c(N2)＝0.02 mol·L－1 B．c(H2)＝0.7 mol·L－1 C．c(NH3)＝0.3 mol·L－1 D．2c(N2)＋c(NH3)＝0.6 mol·L－1 5．一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若起始时X、Y、Z的浓度分别为c1 mol·L－1、c2 mol·L－1、c3 mol·L－1(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.08 mol·L－1，则下列判断错误的是(　　) A．c1∶c2＝1∶3 B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2 D．c1的取值范围为0<c1<0.14 6．恒温时向2 L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正反应速率a点比b点小 B．t0 min时该反应停止 C．t0 min时，c(Z)＝0.75 mol·L－1 D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到了化学平衡状态 7．（24-25高二上·辽宁·阶段练习）已知可逆反应：。下列说法正确的是( ) A．反应在任何时候都有 B．适当增大压强，活化分子的百分数增大，化学反应速率增大 C．在恒容的密闭体系中充入等物质的量的反应物，混合气体密度不变时反应达到平衡状态 D．恒温条件下，只缩小容器容积，氨的平衡转化率降低，平衡常数不变 8．（24-25安徽阜阳·阶段练习）CO2催化加氢被还原为甲醇(CH3OH)是人工合成淀粉的第一步。CO2催化加氢的主要反应为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。下列关于该反应的说法正确的是( ) A．消耗3 mol H2(g)的同时生成1 mol H2O(g)，此时该反应达到化学平衡状态 B．增大容器的体积，可加快反应速率 C．使用催化剂可以加快反应的正反应速率，减慢逆反应速率 D．该反应中每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子 9．（24-25辽宁大连·期末）保持温度恒定，向某恒容容器中按体积比1：3：1充入CO2、H2和Ar。同时发生反应I：及反应II：。已知分压=总压×物质的量分数。则下列不能作为反应I达到平衡状态的判据是( ) A．H2与H2O的总物质的量不再变化 B．容器的总压强不再改变 C．混合气体的平均摩尔质量不再变化 D．Ar的分压不再改变 10．恒温恒容条件下，将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L 的密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(s)，2 min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为1.2 mol·L－1。 (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)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是__________(填字母)。 A．压强不再变化 B．气体密度不再变化 C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1 D．A的百分含量保持不变 综合应用 11．向2 L恒容密闭容器中通入A、B气体各10 mol，在一定温度下进行反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(s)，下列说法不正确的是(　　) A．①体系气体密度不变；②B的体积分数不变；③2v逆(A)＝3v正(C)，三种现象均可以说明该反应达到平衡状态 B．①增加D的质量；②向体系中充入He；③抽出A减小体系压强，三种操作都不能增大逆反应速率 C．对于该反应，无论正反应还是逆反应，升高温度，反应速率均上升 D．某时刻四种物质的物质的量均为6 mol，则反应达到其限度时，2 mol·L－1<c(B)<4.5 mol·L－1 12．工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　) A．恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化 B．两个H—O键断裂的同时有两个C==O键断裂 C．在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化 D．混合气体的平均摩尔质量不再发生变化 13．向绝热恒容密闭容器中通入一定量的SO2和NO2，一定条件下发生反应：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＜0，测得SO3浓度随时间变化如表所示，下列说法不正确的是(　　) 反应时间/s 40 50 60 70 80 90 100 110 SO3浓度/(mol·L－1) 0.10 0.14 0.21 0.26 0.30 0.32 0.33 0.33 A．50 s时，SO3的生成速率为0.002 8 mol·L－1·s－1 B．40～90 s时间段：v正＞v逆 C．0～50 s的反应速率小于70～80 s的反应速率 D．110 s时，反应已达到平衡 14．某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A＋3B2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是(　　) ①原混合气体的体积为1.2V L　②原混合气体的体积为1.1V L　③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达平衡时气体B消耗掉0.05V L A．②③ B．②④ C．①③ D．①④ 15．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2＋O22SO3。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。 请回答下列问题： （1）判断该反应达到平衡状态的标志是________。(填字母) a．SO2和SO3浓度相等 b．SO2百分含量保持不变 c．容器中气体的压强不变 d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等 e．容器中混合气体的密度保持不变 （2）开始时，SO2的物质的量为_________，平衡时，O2的物质的量为_________。 拓展培优 16．在一密闭容器中进行反应：2X(g)＋Y(g)2Z(g)。已知反应过程中某一时刻X、Y、Z的浓度分别为0.3 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.4 mol·L－1，当反应达到平衡时，不可能存在的是(　　) A．c(X)＝0.5 mol·L－1 B．c(Y)＋c(X)＝0.5 mol·L－1 C．c(Y)＋c(Z)＝1.05 mol·L－1 D．c(X)＋c(Y)＋c(Z)＝0.75 mol·L－1 17．在一定体积的密闭容器中放入3 L气体R和5 L(相同条件下)气体Q，在一定条件下发生反应：2R(g)＋5Q(g)4X(g)＋nY(g)。反应完全后，体系温度恢复至起始温度，混合气体的压强是原来的90%，则化学方程式中的n值可能是(　　) A．2 B．3 C．4 D．5 18．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 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度 第2课时 化学平衡状态 教学目标 1．了解化学反应的可逆性。 2．通过化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。 3．理解并会判断化学平衡状态的标志。 重点和难点 重点：化学反应的可逆性；化学平衡状态。 难点：判断化学平衡状态的依据和方法。 ◆知识点一 可逆反应 1．可逆反应的概念 可逆反应是指在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向同时进行的化学反应。 2．可逆反应的特征 (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同存于同一反应体系。 (4)反应达到限度时，反应仍在进行，没有停止。 3．常见的可逆反应举例 ①SO2＋H2OH2SO3 ②N2＋3H22NH3 ③Cl2＋H2OHCl＋HClO ④2SO2＋O22SO3 【特别提醒】 (1)可逆反应不等同于可逆过程，可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。 (2)可逆反应体系中， 反应物不能全部转化为生成物，生成物也不能完全转化为反应物。 (3)极值法确定浓度范围的方法 即学即练 1．下列有关可逆反应的说法不正确的是(　　) A．可逆反应分正反应和逆反应 B．H2＋I22HI与2HIH2＋I2是可逆反应 C．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应 D．可逆反应中反应物的转化率小于100 % 答案 C 解析 可逆反应是指在同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的化学反应，反应中反应物的转化率小于100 %，A、B、D正确；C项两个反应不是在同一条件下进行的。 2．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0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　) A．SO2为0.4 mol·L－1、O2为0.2 mol·L－1 B．SO3为0.25 mol·L－1、O2为0.050 mol·L－1 C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D．SO3为0.3 mol·L－1 答案 D 解析 A项数据表明，题中0.2 mol·L－1的SO3完全转化成了SO2和O2，即平衡时，c(SO3)＝0，这是不可能的；SO3为0.25 mol·L－1，则O2应为0.075 mol·L－1，B项不可能；C项数据表明SO2、SO3均在原浓度基础上减少了0.05 mol·L－1，这也是不可能的；D项数据表明0.1 mol·L－1的SO2完全转化成了SO3，此时氧气和二氧化硫均有剩余，所以符合可逆反应的特点。 ◆知识点二 化学平衡状态 1．化学平衡状态的建立 在反应物转化为生成物的一瞬间，逆反应开始进行。 反应开始时，反应物的浓度最大，正反应速率最大，由于生成物浓度很小，逆反应速率很小。 随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率随着反应物浓度的下降逐渐变小；生成物浓度逐渐增大，逆反应速率随着生成物浓度的上升不断增大。 当正反应速率与逆反应速率相等时，达到一种平衡状态，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，正反应和逆反应都没有停止。 2．化学平衡状态 (1)化学平衡状态的概念 在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态。也就是在给定条件下，反应达到了最大“限度”，这种状态称为化学平衡状态，简称为化学平衡。 (2)化学平衡状态的特征 ①研究的对象是可逆反应。 ②化学平衡的条件是v正和v逆相等。 ③化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。 ④当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为恒定值。 ⑤若外界条件改变，平衡可能发生改变，并在新条件下建立新的平衡。 3．化学平衡状态的判断依据和方法 (1)本质特征 可逆反应达到平衡的本质特征是v正＝v逆≠0。 【举例】在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的标志是②③④。 ①单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B ②生成C的速率与C分解的速率相等 ③A、B、C的浓度不再变化 ④单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C (2)化学平衡状态的标志 可逆反应达到平衡后，其平衡结果的标志是反应混合物中各组分的含量保持不变。 【举例】在一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是②④。 混合气体的总物质的量　②B的物质的量浓度 ③容器内气体的压强　④混合气体的密度 【易错提醒】 (1)关于各组成成分的判断不适用于总质量、总物质的量、气体总体积等。 (2)化学平衡状态的标志为反应混合物中各组分的含量恒定不变，如2A(g)＋B(g)3C(g)，c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶1∶3，并未体现出恒定不变，因此不能作为化学平衡状态的判据。 即学即练 1．下列对于可逆反应2M(g)＋N(g)  2P(g)达到平衡时的说法正确的是(　　) A．M、N全部变成了P B．反应已经停止 C．反应混合物中各组分的浓度不再改变 D．v(M)∶v(N)＝2∶1 答案 C 解析 题给反应是可逆反应，所以反应物不可能完全转化为生成物，存在反应限度，故A错误；反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，故B错误；反应混合物中各成分的浓度不再改变是反应达到平衡状态的依据，故C正确；v(M)∶v(N)＝2∶1，未体现正、逆反应速率关系，故D错误。 2．在200 ℃时，将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)充入到体积为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“<”)。 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　< 解析 (1)根据c＝即可求出各自的浓度。 (3)该反应为等体积反应，反应前后物质的量不变，所以混合物总物质的量仍为3 mol。因为该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于c kJ。 3．在1 273 K、100.0 kPa条件下，乙烷生成乙烯的反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)达到平衡后(　　) A．C2H6的浓度保持不变 B．C2H6仍在不断分解，其浓度不断减少 C．C2H6的分解速率小于生成速率 D．C2H4仍在不断生成，其浓度不断增加 答案　A 解析　达到平衡后，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不再变化，但各物质仍在反应。 一、化学反应的可逆性 可逆反应是指在相同条件下进行，正反应和逆反应同时进行的反应。因此，研究可逆反应，要抓住以下要点： （1）正反应和逆反应在相同条件下同时进行。 （2）不管反应进行到什么程度，整个反应体系中反应物和生成物同时存在。 （3）生成物的产率小于100%。 实践应用 1．在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是(　　) A．生成SO3 2 mol B．SO2和SO3共2 mol C．放出197 kJ热量 D．含氧原子共8 mol 答案　B 解析　可逆反应存在反应限度，反应物不可能完全转化为生成物，当正、逆反应速率相等时，反应达到平衡状态，所以将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，SO2和O2不可能完全转化为SO3，放出的热量小于197 kJ，A、C错误；化学反应中原子守恒，所以化学平衡时SO2和SO3中硫原子的总物质的量等于反应初始时SO2的物质的量，B正确；化学反应中原子守恒，平衡时含有的氧原子的物质的量等于初始时SO2和O2中氧原子的总物质的量，为6 mol，D错误。 2．在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是(　　) A．生成SO3 2 mol B．SO2和SO3共2 mol C．放出197 kJ热量 D．含氧原子共8 mol 答案　B 解析　可逆反应存在反应限度，反应物不可能完全转化为生成物，当正、逆反应速率相等时，反应达到平衡状态，所以将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，SO2和O2不可能完全转化为SO3，放出的热量小于197 kJ，A、C错误；化学反应中原子守恒，所以化学平衡时SO2和SO3中硫原子的总物质的量等于反应初始时SO2的物质的量，B正确；化学反应中原子守恒，平衡时含有的氧原子的物质的量等于初始时SO2和O2中氧原子的总物质的量，为6 mol，D错误。 二、化学平衡状态 化学平衡状态的重要特征 (1)正反应与逆反应速率相等：v正＝v逆 ①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率。 ②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。 (2)反应混合物中各组分的质量或浓度保持不变。 可逆反应具备这两个依据之一(同时另一条件肯定也满足)，则就达到了化学平衡状态，否则就没达到。 实践应用 1．在1 273 K、100.0 kPa条件下，乙烷生成乙烯的反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)达到平衡后(　　) A．C2H6的浓度保持不变 B．C2H6仍在不断分解，其浓度不断减少 C．C2H6的分解速率小于生成速率 D．C2H4仍在不断生成，其浓度不断增加 答案　A 解析　达到平衡后，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不再变化，但各物质仍在反应。 2．一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是(　　) A．d点　　　　B．b点　　　　C．c点　　　　D．a点 答案 A 解析 由图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d点正、逆反应速率相等，由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知，图中处于化学平衡状态的点是d点，选项A正确。 考点一 判断化学平衡状态的方法 【例1】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2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。 (2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________________________。 (4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。 答案　(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦ 解题要点 化学平衡状态的判断方法 (1)v正＝v逆： 以容积不变的密闭容器中的反应N2+3H22NH3为例： 在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应达到平衡状态。 ①同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率，如有m mol N2消耗同时生成m mol N2。 ②不同的物质：速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，即必须是一个v正一个是v逆，且两者之比等于化学计量数之比，如有m mol N≡N键断裂就有3m mol H-H键生成。 (2)对于体系中的各组成成分： 以容积不变的密闭容器中的反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例： 在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应一定达到平衡状态。 ①质量或质量分数不变。 ②物质的量、物质的量浓度、物质的量分数或体积分数不变。 (3)对于体系中的混合物 以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例： ①若m＋n≠p＋q，恒温恒容下气体的总物质的量不变、总压强不变、平均相对分子质量不变和恒温恒压下气体的密度不变都可以说明反应达到了平衡状态。 ②若m＋n＝p＋q，不管是否达到平衡状态，气体总体积、总压强、总物质的量始终保持不变，从而平均摩尔质量(相对分子质量)、气体密度总是保持不变(r＝m/n，ρ＝m/V)，因此这五项都不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据。 (4)对于有固体或液体物质参与的反应，如aA(s)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)： A．气体质量不变，达到平衡状态； B．若b≠c＋d，则气体的总物质的量、气体的平均相对分子质量、总压强、气体的平均密度不变均说明已达到平衡状态； C．若b＝c＋d，则气体的总物质的量、总压强不变不能判断是否达到平衡状态，气体的平均相对分子质量、气体的平均密度不变能说明已达到平衡。 【变式1-1】可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 答案　C 解析　可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，而3v正(N2)＝v正(H2)并未反映出v正＝v逆的关系，即A项不正确；在N2与H2合成NH3的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率，二要注意不同物质的速率之比等于化学计量数之比。 【变式1-2】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________。 答案　(1)①③④　(2)⑤　(3)②④ 解析　混合气体的密度是混合气体的总质量与容器容积的比值，混合气体的平均相对分子质量是混合气体的总质量与总物质的量的比值，混合气体颜色的深浅与有色气体的浓度有关系。在任何时刻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)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。 基础达标 1．模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于2HBr(g) H2(g)＋Br2(g)反应，下列四个图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是(　　) 答案 C 解析 只有C项说明三种物质共存，是可逆反应。 2．下列关于可逆反应的叙述正确的是(　　) A．可逆反应是指既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应 B．2H2O2H2↑＋O2↑与2H2＋O22H2O互为可逆反应 C．对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率就会减小 D．密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)开始后，三种气体一定同时存在 答案　D 解析　只有在相同条件下，正、逆反应同时进行的化学反应才是可逆反应，故A错误；2H2O2H2↑＋O2↑与2H2＋O22H2O的反应条件不同，所以这两个反应不互为可逆反应，故B错误；对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率可能增大，也可能不变，故C错误；可逆反应不能进行到底，反应开始后一定会有生成物产生，同时反应物必然有剩余，故D正确。 3．已知298 K时，合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol－1，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)　ΔH＝－92.0 kJ·mol－1，该热化学反应方程式的意义是指在1个大气压、25 ℃时，1 mol N2和3 mol H2完全反应生成2 mol NH3所放出的热量为92.0 kJ。由于该反应是可逆反应，不能进行彻底，所以放出的热量一定小于92.0 kJ。 4．一定温度下，在恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知N2(g)、H2(g)、NH3(g)的起始浓度分别为0.2 mol·L－1、0.5 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，各物质的浓度不可能是(　　) A．c(N2)＝0.02 mol·L－1 B．c(H2)＝0.7 mol·L－1 C．c(NH3)＝0.3 mol·L－1 D．2c(N2)＋c(NH3)＝0.6 mol·L－1 答案　A 解析　由于起始浓度N2(g)∶H2(g)<1∶3，则假设H2(g)完全转化，由变化的浓度与化学计量数成正比，则剩余的c(N2)＝(0.2－) mol·L－1≈0.03 mol·L－1，反应后c(NH3)＝(0.2＋×2) mol· L－1≈0.5 mol·L－1，假设NH3(g)完全转化，反应后c(N2)＝(0.2＋0.1) mol·L－1＝0.3 mol·L－1，c(H2)＝(0.5＋0.3) mol·L－1＝0.8 mol·L－1。0.03 mol·L－1<c(N2)<0.3 mol·L－1，则c(N2)不可能是0.02 mol·L－1，A符合题意；0<c(H2)<0.8 mol·L－1，则c(H2)＝0.7 mol·L－1可能存在，B不符合题意；0<c(NH3)<0.5 mol·L－1，则c(NH3)＝0.3 mol·L－1可能存在，C不符合题意；0.06 mol·L－1<2c(N2)＋c(NH3)<1.1 mol·L－1，则2c(N2)＋c(NH3)＝0.6 mol·L－1可能存在，D不符合题意。 5．一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若起始时X、Y、Z的浓度分别为c1 mol·L－1、c2 mol·L－1、c3 mol·L－1(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.08 mol·L－1，则下列判断错误的是(　　) A．c1∶c2＝1∶3 B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2 D．c1的取值范围为0<c1<0.14 答案　B 解析　反应化学方程式中反应物X、Y的化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y必然以物质的量之比为1∶3消耗，因为达平衡时X和Y的浓度之比为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A项正确；平衡时Y和Z的生成速率之比等于化学方程式中二者的化学计量数之比，故Y和Z的生成速率之比为3∶2，B项错误；平衡时消耗的X和Z的物质的量之比和化学方程式中二者的化学计量数之比相等，故平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2，C项正确；运用极限法，假设起始时Z的浓度为0，则c1的最大值为0.14，而c1>0，又是可逆反应，则0＜c1＜0.14，D项正确。 6．恒温时向2 L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正反应速率a点比b点小 B．t0 min时该反应停止 C．t0 min时，c(Z)＝0.75 mol·L－1 D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到了化学平衡状态 答案　C 解析　反应开始加入一定量的气体X和Y，则反应2X(g)＋Y(g)3Z(g)从正反应方向开始进行，随着反应的进行，正反应速率越来越小，到平衡时达到最小值，则根据图示可知，a点的正反应速率大于b点的正反应速率，A错误；可逆反应从b点开始达到平衡，化学平衡为动态平衡，此时反应仍在进行，正反应速率等于逆反应速率，B错误；从图像中可以看出，从反应开始到平衡，参加反应的Y的物质的量为0.5 mol，根据物质反应转化关系可知，生成的Z的物质的量为1.5 mol，由于容器的容积是2 L，因此t0 min时，c(Z)＝＝0.75 mol·L－1，C正确；该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，体系的压强始终不变，因此不能根据压强不变判断反应是否达到平衡状态，D错误。 7．（24-25高二上·辽宁·阶段练习）已知可逆反应：。下列说法正确的是( ) A．反应在任何时候都有 B．适当增大压强，活化分子的百分数增大，化学反应速率增大 C．在恒容的密闭体系中充入等物质的量的反应物，混合气体密度不变时反应达到平衡状态 D．恒温条件下，只缩小容器容积，氨的平衡转化率降低，平衡常数不变 答案 D 解析 A．由化学方程式可知，各物质反应速率之比等于化学计量数之比，即，故A错误；B．适当增大压强，活化分子的百分数不变，有效碰撞增多，化学反应速率增大，故B错误；C．气体密度等于气体总质量与总体积之比，总质量、总体积均为定值，密度始终不变，故C错误；D．只缩小容器容积，压强增大，平衡逆向移动，氨的平衡转化率降低，温度不变，平衡常数不变，故D正确；故选D。 8．（24-25安徽阜阳·阶段练习）CO2催化加氢被还原为甲醇(CH3OH)是人工合成淀粉的第一步。CO2催化加氢的主要反应为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。下列关于该反应的说法正确的是( ) A．消耗3 mol H2(g)的同时生成1 mol H2O(g)，此时该反应达到化学平衡状态 B．增大容器的体积，可加快反应速率 C．使用催化剂可以加快反应的正反应速率，减慢逆反应速率 D．该反应中每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子 答案 D 解析 A．描述的是同一方向的反应速率，未体现正逆反应速率相等，无法判断是否达到平衡，A错误；B．增大容器体积会降低各物质浓度，导致正、逆反应速率均减慢，B错误；C．催化剂同等加快正、逆反应速率，而非仅加快正反应，C错误；D．CO2中C的化合价从+4降至-2，每生成1mol CH3OH转移6mol电子，D正确；故选D。 9．（24-25辽宁大连·期末）保持温度恒定，向某恒容容器中按体积比1：3：1充入CO2、H2和Ar。同时发生反应I：及反应II：。已知分压=总压×物质的量分数。则下列不能作为反应I达到平衡状态的判据是( ) A．H2与H2O的总物质的量不再变化 B．容器的总压强不再改变 C．混合气体的平均摩尔质量不再变化 D．Ar的分压不再改变 答案 D 【分析】设初始投入的CO2、H2和Ar分别为1mol,3mol和1mol，反应I：中改变值为x，及反应II：中改变值为y。则CO2、CO、CH3OH、H2O和H2的物质的量分别为(1-x-y)mol、xmol、ymol、(x+y)mol、(3-x-3y)mol，混合气体共(5-2y)mol； 解析 A．反应I中H2与H2O的总物质的量变化为0，但反应II中H2减少3ymol、H2O增加ymol，总减少2ymol。当总物质的量不变时，即y确定时，甲醇的浓度不再改变，反应II达到平衡，则二氧化碳、氢气、水和甲醇的浓度不再改变，根据平衡常数的定义和计算式可知，CO的浓度也不再改变，则反应I也平衡，因此A可作为判据，A不符合；B．容器的总压强不再改变反应，说明总物质的量不变，结合选项A可知，反应II和反应I均平衡，B不符合；C．气体总质量守恒，混合气体的平均摩尔质量不变，说明气体总物质的量不变，结合选项A可知，反应II和反应I均平衡，C不符合；D．设初始压强为P0，则Ar的分压，始终恒定，则与反应进程无关，D符合；综上，选D。 10．恒温恒容条件下，将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L 的密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(s)，2 min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为1.2 mol·L－1。 (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)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是__________(填字母)。 A．压强不再变化 B．气体密度不再变化 C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1 D．A的百分含量保持不变 答案 (1)0.6 mol·L－1·min－1　(2)3　(3)B、D 解析 (1)v(C)＝＝0.6 mol·L－1·min－1。 (2)　　　　　　2A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(s) 起始/mol·L－1 1 1 0 转化/mol·L－1 0.8 0.4 1.2 平衡/mol·L－1 0.2 0.6 1.2 由此可知，2∶1∶x＝0.8∶0.4∶1.2＝2∶1∶3，所以x＝3。 (3)A项，x＝3，该反应前后气体的物质的量不变，无论反应是否达到平衡，压强均不会变化；B项，气体的密度不再变化，而气体的体积不变，说明气体的质量不再发生变化，由于D为固体，故气体的质量不再发生变化时能说明反应已达到平衡状态；C项，A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致，不能说明反应已达到平衡；D项，A的百分含量保持不变，说明反应已达到平衡。 综合应用 11．向2 L恒容密闭容器中通入A、B气体各10 mol，在一定温度下进行反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(s)，下列说法不正确的是(　　) A．①体系气体密度不变；②B的体积分数不变；③2v逆(A)＝3v正(C)，三种现象均可以说明该反应达到平衡状态 B．①增加D的质量；②向体系中充入He；③抽出A减小体系压强，三种操作都不能增大逆反应速率 C．对于该反应，无论正反应还是逆反应，升高温度，反应速率均上升 D．某时刻四种物质的物质的量均为6 mol，则反应达到其限度时，2 mol·L－1<c(B)<4.5 mol·L－1 答案　A 解析　该反应是气体质量减小的反应，在恒容密闭容器中混合气体的密度减小，则体系气体密度不变、2v逆(A)＝3v正(C)均说明正、逆反应速率相等，反应均已达到平衡，假设一段时间后B反应了x mol，则有 3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(s) 起始/mol　　10　　　10　　　0　　　0 转化/mol　　3x　　　x　　　　2x　　2x 剩余/mol　　10－3x　10－x　　2x　　2x B的体积分数为＝＝50%，B的体积分数始终不变，故不能确定反应达到平衡，故A错误；固体的浓度为定值，则增加固体D的质量、在恒容密闭容器中充入氦气，体系中气体物质的浓度不发生变化，化学反应速率不变，抽出气体A减小体系压强，反应物浓度减小，化学反应速率减小，所以三种操作都不能增大逆反应速率，故B正确；升高温度，正、逆反应速率均上升，故C正确；由题意可知，假设四种物质的物质的量均为6 mol，根据方程式可知，当6 mol A完全反应时，消耗2 mol B，此时剩余4 mol B，B的物质的量浓度最小，c(B)＝＝2 mol·L－1，当6 mol C完全反应时，生成3 mol B，n(B)＝3 mol＋6 mol＝9 mol，此时B的物质的量浓度最大，c(B)＝＝4.5 mol·L－1，因为是可逆反应，不可能完全转化，所以2 mol·L－1<c(B)<4.5 mol·L－1，故D正确。 12．工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　) A．恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化 B．两个H—O键断裂的同时有两个C==O键断裂 C．在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化 D．混合气体的平均摩尔质量不再发生变化 答案　B 解析　该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，恒温恒容条件下，混合气体的压强不变，无法说明反应达到平衡状态，A项错误；两个H—O键断裂表示的是正反应速率，两个C==O键断裂表示的是逆反应速率，正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，B项正确；在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，则混合气体的密度始终不变，所以反应容器内的气体密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，C项错误；该反应是反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，根据＝可知，混合气体的平均摩尔质量始终不发生变化，所以混合气体的平均摩尔质量不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。 13．向绝热恒容密闭容器中通入一定量的SO2和NO2，一定条件下发生反应：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＜0，测得SO3浓度随时间变化如表所示，下列说法不正确的是(　　) 反应时间/s 40 50 60 70 80 90 100 110 SO3浓度/ (mol·L－1) 0.10 0.14 0.21 0.26 0.30 0.32 0.33 0.33 A．50 s时，SO3的生成速率为0.002 8 mol·L－1·s－1 B．40～90 s时间段：v正＞v逆 C．0～50 s的反应速率小于70～80 s的反应速率 D．110 s时，反应已达到平衡 答案　A 解析　化学反应速率是平均速率，不是瞬时速率，因此不能计算50 s时SO3的生成速率，A错误；根据速率与时间关系可知：在90 s后，SO3的浓度还在增大，说明此时反应正向进行，未达到平衡状态，故在40～90 s时间段：v正＞v逆，B正确。 14．某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A＋3B2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是(　　) ①原混合气体的体积为1.2V L　②原混合气体的体积为1.1V L　③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达平衡时气体B消耗掉0.05V L A．②③ B．②④ C．①③ D．①④ 答案 A 解析 设起始A和B的体积分别为a、b 　　　　　 　A　　＋　　3B  2C 起始的体积(L) a b 0 转化的体积(L) 0.05V 0.15V 10%V 平衡时体积(L) a－0.05V b－0.15V 10%V a－0.05V＋b－0.15V＋10%V＝V a＋b＝1.1V。 15．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2＋O22SO3。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。 请回答下列问题： （1）判断该反应达到平衡状态的标志是________。(填字母) a．SO2和SO3浓度相等 b．SO2百分含量保持不变 c．容器中气体的压强不变 d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等 e．容器中混合气体的密度保持不变 （2）开始时，SO2的物质的量为_________，平衡时，O2的物质的量为_________。 答案 （1）bc （2）0.95mol 0.25mol 解析 (1)由定义判断b正确；由于恒温恒容下的非等体积反应，压强不变说明气体的总物质的量不变，反应达平衡，c正确；由ρ＝中m和V都是定值，故ρ也始终不变，无法判断是否达到平衡，e错误；SO2和SO3的浓度大小关系不能作为平衡判定标志，a错；d中SO3的生成速率和SO2的消耗速率任意时间点都相等，d错。 (2)由信息知消耗氧气的物质的量：0.7 mol－＝0.45 mol；反应达平衡时SO2和SO3的总物质的量为：＝0.95 mol，因为SO2和SO3的消耗和生成关系为1∶1，所以初始SO2的总量也是0.95 mol；平衡时，O2的物质的量为：=0.25mol。 拓展培优 16．在一密闭容器中进行反应：2X(g)＋Y(g)2Z(g)。已知反应过程中某一时刻X、Y、Z的浓度分别为0.3 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.4 mol·L－1，当反应达到平衡时，不可能存在的是(　　) A．c(X)＝0.5 mol·L－1 B．c(Y)＋c(X)＝0.5 mol·L－1 C．c(Y)＋c(Z)＝1.05 mol·L－1 D．c(X)＋c(Y)＋c(Z)＝0.75 mol·L－1 答案　C 解析　不确定下一时刻反应进行的方向，因此需要考虑反应进行的方向并结合极限思想解答。若该时刻后反应正向进行且Y全部转化为Z，则 　　　　　　　　2X(g)＋Y(g)2Z(g) 某时刻/(mol·L－1) 0.3　　　0.1　　0.4 转化/(mol·L－1) 0.2　　　0.1　　0.2 平衡/(mol·L－1) 0.1　　　0　　　0.6 若反应逆向进行，且Z全部转化为X和Y，则 　　　　　　　　2X(g)＋Y(g)2Z(g) 某时刻/(mol·L－1)　0.3　　0.1　　0.4 转化/(mol·L－1)　　0.4　　0.2　　0.4 平衡/(mol·L－1)　　0.7　　0.3　　0 平衡时0.1 mol·L－1＜c(X)＜0.7 mol·L－1，可能等于0.5 mol·L－1，故A不选；平衡时0.1 mol·L－1＜c(Y)＋c(X)＜1.0 mol·L－1，c(Y)＋c(X)可能等于0.5 mol·L－1，故B不选；平衡时0.3 mol·L－1＜c(Y)＋c(Z)＜0.6 mol·L－1，不可能等于1.05 mol·L－1，故C选；平衡时0.7 mol·L－1＜c(X)＋c(Y)＋c(Z)＜1.0 mol·L－1,0.75 mol·L－1介于0.7 mol·L－1和1.0 mol·L－1之间，故D不选。 17．在一定体积的密闭容器中放入3 L气体R和5 L(相同条件下)气体Q，在一定条件下发生反应：2R(g)＋5Q(g)4X(g)＋nY(g)。反应完全后，体系温度恢复至起始温度，混合气体的压强是原来的90%，则化学方程式中的n值可能是(　　) A．2 B．3 C．4 D．5 答案：A 解析：体系温度恢复至起始温度，混合气体的压强是原来的90%，说明反应后气体的总物质的量减小，则化学方程式中反应物的化学计量数之和大于生成物的化学计量数之和，即2＋5>4＋n，n<3。 18．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 答案　(1)>　(2)0.2 mol　(3)AC 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)　　　 2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g) 初始/mol　　1　　　　1　　　　0　　　　0 转化/mol　　2x　　　　2x　　　2x　　　　x 平衡/mol　　1－2x　　1－2x　　2x　　　　x ＝0.5，x＝0.4，n(CO)＝0.2 mol。 (3)反应达到平衡状态，各物质的浓度保持不变，CO的浓度与CO2的浓度均不再变化，说明反应一定达到平衡状态，故A选；反应前后气体总质量不变，容器体积不变，密度是恒量，混合气体密度保持不变，反应不一定平衡，故B不选；反应前后气体物质的量不同，容器体积不变，压强是变量，反应容器内压强保持不变，反应一定达到平衡状态，故C选；若投料比等于化学计量数之比，则CO和NO的浓度之比是恒量，CO和NO的浓度之比保持不变，反应不一定平衡，故D不选。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$