2.2 化学平衡 第1课时（讲义）化学人教版选择性必修1

本讲义聚焦化学平衡状态与化学平衡常数核心知识点，从可逆反应概念切入，构建平衡状态建立过程，通过“两看两标志”模型判定平衡，再引入平衡常数及三段式计算，形成连贯的学习支架。 该资料以科学思维为核心，设计“模型建构+分层训练”特色，如平衡状态判定模型、三段式计算模板，随学随练结合题型示例，课中助力教师高效教学，课后帮助学生查漏补缺，提升解决复杂问题的能力。

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 课标要点 1.掌握可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。 2.熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。 3.通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。 4.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。 5.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的关系。 学习重难点 重点：可逆反应及化学平衡状态的判断；化学平衡常数的定义及计算。 难点：化学平衡状态的判断；化学平衡常数的计算。 知识点 可逆反应 1．概念 在______________下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。 2．表示方法 采用“”连接，把从左向右进行的反应称为_______反应，把从右向左进行的反应称为_______反应。 3．特征 ①正、逆反应必须在同一条件下发生，在正反应进行的同时，逆反应也在进行。 ②可逆反应不能进行到底，也就是说可逆反应无论进行到何种程度，反应物和生成物均并存，即任何物质的物质的量都不可能为_______。 特别提醒 可逆反应的前提是正反应和逆反应的反应条件相同，若条件不同则不互为可逆反应。如电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水不互为可逆反应。 随学随练 1．可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在下列物质中的(　　) A．多余的氧气中 B．生成的三氧化硫中 C．氧气和二氧化硫中 D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中 2．下列有关可逆反应的说法不正确的是(　　) A．可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应 B．2HIH2＋I2是可逆反应 C．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应 D．可逆反应中反应物和生成物同时存在 知识点 化学平衡状态及其判定 1．化学平衡状态 (1)概念：化学平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率_______，反应混合物中各组分的浓度______________的状态。 (2)化学平衡状态的建立 ①可借助速率—时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。 以可逆反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)为例，若开始时只有反应物没有生成物，此时A和B的浓度最大，因此v(正)最大和 v(逆)为0。随着反应的进行，反应物不断减小而生成物不断增大，则v(正)逐渐减小而v(逆)逐渐增大。当反应进行到某一时刻时，v(正)= v(逆) ，即达到了化学平衡状态。如下图所示： ②可借助浓度——时间图像来理解化学平衡的建立与反应过程中物质浓度间的关系，如下图所示： (3)化学平衡状态的特征 ①逆：_______反应； ②等：正反应速率与逆反应速率_______，即v(正)=v(逆)≠0； ③动：达到平衡时，化学反应始终在进行，所以是化学反应是_______平衡； ④定：在一定条件下的平衡体系的混合物中，各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变。 ⑤变：任何化学平衡状态均是有条件的(与浓度、温度、压强等有关)。条件改变，化学平衡发生移动。 2．化学平衡状态的判定 (1)“两看” 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 有固体或液体参与，是等体积反应还是非等体积反应 (2)“两标志” 正、逆反应速率相等 同一物质表示的正、逆反应速率相等v正＝v逆，或者不同物质表示的正、逆速率(或变化的物质的量、浓度)之比等于化学计量数之比 变量不变 题目中的变量，指的是随着反应的进行而改变的量，(如某物质的质量、浓度、百分含量，n总(气体)、压强、气体密度、气体平均分子质量、颜色等)，当“变量”不再变化(保持恒定)时，证明可逆反应达到平衡，但“定量”无法证明。 (3)常见模型 化学反应模型 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 正、逆反应 速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时也生成了m mol A _______ 在单位时间内消耗了n mol B的同时也消耗了p mol C _______ v (A)： v (B)： v (C)： v (D)=m：n：p：q _______ 在单位时间内生成了n mol B的同时也消耗了q mol D，均指(逆) _______ 压强 m+n≠p+q，总压强一定(其他条件一定) _______ m+n=p+q，总压强一定(其他条件一定) _______ 混合物体系中各成分的含量 各物质的物质的量或物质的量分数一定 _______ 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 _______ 总体积、总压强、总物质的量一定 _______ 混合气体的平均相对分子质量() 一定，当m+n≠p+q时 _______ 一定，当m+n=p+q时 _______ 温度 当体系温度一定时(其他条件 不变) _______ 密度 只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中) _______ m＋n≠p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) _______ ③m＋n＝p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) _______ 颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变 _______ 特别提醒 ①前提是“一定条件下的可逆反应”； ②实质是“正反应速率和逆反应速率相等”； ③标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变”。 随学随练 1．煤的气化可获得清洁燃料，是实现煤的综合利用的一种重要途径，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。一定条件下，在容积不变的密闭容器中进行如下反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2 (g)。关于该反应达到化学平衡状态的叙述正确的是( ) A．H2O完全转化为CO和H2 B．H2的浓度保持不变 C．正、逆反应速率相等且均为零 D．H2O、CO的物质的量之比为1∶1 2．一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行反应A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)，当下列物理量不发生变化时，能说明该反应已达到平衡状态的是( ) ①混合气体的平均摩尔质量；②容器内气体的压强；③混合气体总物质的量；④B物质的量浓度 A．①④ B．只有②③ C．②③④ D．只有④ 知识点 化学平衡常数(重点) 1．化学平衡常数 (1)定义。在一定温度下，当一个可逆反应达到______________时，反应产物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的_______，称为化学平衡常数，用K表示。 (2)表达式。以化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例，K=(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。 (3)意义。平衡常数的大小反映化学反应______________；平衡常数的数值_______，说明正反应进行的程度_______。 K <10-5 10-5~105 >105 反应程度 很难进行 可逆反应 进行得较完全 (4)影响因素 ①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______________。 ②外因：在化学方程式一定的情况下，K只受_______影响。 特别提醒 1.固体和液体不列入平衡常数表达式。 2.平衡常数只跟温度有关，温度不变，则平衡常数不变。 2．根据盖斯定律进行化学平衡常数的有关计算 (1)正逆反应平衡常数的关系是：Kc正·Kc逆＝_______ (2)化学计量数变成n倍，平衡常数变为_______倍 (3)反应③＝反应①+反应②，则：△H3＝_____________________，K3＝______________ (4)反应③＝反应①－反应②，则：△H3＝______________，K3＝ (5)反应③＝a×反应①－×反应②，则：△H3＝______________，K3＝ 3．浓度商与化学平衡常数的关系 (1)浓度商的定义 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______________，常用_______表示，即 Qc=。 （2） Q与K关系 当反应中有关物质的浓度商_______平衡常数时，表明反应达到化学平衡状态。 4．化学平衡常数的应用 (1)判断反应进行的方向 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻 Qc=，当： Q＜K，反应向_______反应方向进行； Q＝K，反应处于_______状态； Q＞K，反应向_______反应方向进行。 (2)判断反应的热效应 ①温度升高：K值增大→正反应为_______反应；K值减小→正反应为_______反应。 ②温度降低：K值增大→正反应为_______反应；K值减小→正反应为_______反应。 随学随练 1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　) A．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变 C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值 D．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 2．某可逆反应aA＋bBcC在某温度下的平衡常数为K(K≠1)，反应热为ΔH。保持温度不变，将方程式的书写做如下改变，则ΔH和K数值的相应变化为(　　) A．写成2aA＋2bB2cC，ΔH值、K值均扩大了1倍 B．写成2aA＋2bB2cC，ΔH值扩大了1倍，K值保持不变 C．写成cCaA＋bB，ΔH值、K值变为原来的相反数 D．写成cCaA＋bB，ΔH值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数 2．在某温度下，可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的平衡常数为K，下列说法正确的是(　　) A．K越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大 B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大 C．K随反应物浓度的改变而改变 D．K随温度和压强的改变而改变 知识点 利用“三段式”法进行化学平衡计算 可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。 1．模式 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量/mol a b 0 0 转化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a－mx b－nx px qx 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转) 则有①平衡常数K＝。 ②平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。 ④平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。 ⑤平衡时和开始时的压强比：＝。 ⑥混合气体的密度：ρ(混)＝ g·L－1。 ⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量： ＝ g·mol－1。 ⑧生成物产率＝×100%。 2．基本步骤 ①确定反应物和生成物的初始加入量； ②确定反应过程的转化量(一般设某物质的转化量为x)； ③确定平衡量。 易错提醒 (1)浓度与物质的量混淆：平衡常数表达式需用浓度(mol/L)，若题目给物质的量，需先除以容器体积换算； (2)变化量符号与比例错误：变化量(Δn)与化学计量数成正比，需注意反应物取负、生成物取正，且比例严格匹配方程式系数； (3)平衡常数单位与温度忽略：K无单位(或按浓度幂次推导)，但仅与温度有关，温度不变K不变，温度变化需重新计算； (4)可逆反应完全转化误区：可逆反应不能进行到底，平衡时反应物/生成物浓度均不为0，变化量小于起始量； (5)压强/体积变化未关联浓度：若容器体积改变，需先更新起始浓度，再重新列三段式，不能直接用原浓度计算。 随学随练 1．将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2＋O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L－1。则此条件下的平衡常数K为(　　) A．4 B．0.25 C．0.4 D．0.2 2．在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)＝0.5 mol，下列说法不正确的是(　　) A．在该温度下，反应的平衡常数K＝1 B．平衡常数与反应温度无关 C．CO的平衡转化率为50% D．平衡时n(H2O)＝0.5 mol 3．H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 (1)平衡时CO2的浓度为________。 (2)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。 拓展 化学平衡的标志 1．速率标志 正、逆反应速率相等(即v正=v逆≠0)时，达到化学平衡状态。v正=v逆的具体含义有两个方面 (1)用同一种物质表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等； (2)用不同种物质表示反应速率时，速率不一定相等，但必须符合两个条件：一是表示两个不同的反应方向；二是速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比。 2．含量标志 混合体系中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度百分含量(体积分数、质量分数)、转化率或产率等不随时间变化而变化时达到化学平衡状态。 3．特殊标志 (1)混合气体的平均相对分子质量。反应物与生成物均为气体时,若反应前后气体的物质的量不相等,平均相对分子质量不再发生变化时达到平衡状态。若有固体或液体纯物质参与,无论反应前后气体的物质的量是否相等,只要其平均相对分子质量不再发生变化即达到平衡状态(只有一种气体参与反应的除外) (2)混合气体的密度。等温等压下,反应前后各成分均为气体,反应前后物质的量不等,当密度不变时达到平衡状态。有固体或液体纯物质参与,无论等温等容还是等温等压,当密度不变时达到平衡状态。 (3)混合气体的压强。恒温恒容条件下,反应前后气体的物质的量不相等,压强不再发生变化时达到平衡状态。 (4)总物质的量。反应前后物质的量发生变化的反应当总物质的量不变时达到平衡状态。 (5)体系的颜色。对于有颜色变化的体系,颜色不再发生变化时达到平衡状态 活学活用 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) 2．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(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)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是(　　) A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1 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 拓展 压强平衡常数(Kp) 1．Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。 2．计算技巧： 第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度； 第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数； 第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)； 第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。 活学活用 1．在温度为T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得总压力为p，则该反应的平衡常数Kp为(　　) A.p B.p2 C.p2 D.p 2．在容积恒为2 L的密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和2 mol CO(g)，在一定温度下发生反应 CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)，测得容器内的压强随时间的变化如下表所示 t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 p/kPa P0 － 0.8P0 － － 0.7P0 0.7P0 0.7P0 在此条件，0～4 min的v(CH3OH)＝______kPa·min－1，该反应的平衡常数Kp＝______(kPa)－1 (以分压表示，分压＝总压×物质的量分数) 3．N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)，将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率随温度的变化如图所示。 图K24-4 图中a点对应温度下，已知N2O4的起始压强为108 kPa，则该温度下反应的平衡常数Kp=　　kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。  拓展 速率常数和平衡常数的关系 1．速率常数含义 速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。 化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。 2．速率方程 一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。 对于反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g) 则v正＝k正ca(A)·cb(B)(其中k正为正反应的速率常数)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆为逆反应的速率常数)。 如反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c2(NO)·c(O2)。 3．速率常数与化学平衡常数之间的关系 一定温度下，可逆反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，达到平衡状态时，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)，因平衡时v正＝v逆，则k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·ch(H)，＝＝K 活学活用 1．在一定温度下的可逆反应X(g)2Y(g)  >0，v正=k正c(X)，v逆=k逆c2(Y)(k为速率常数)，若在该温度下的k正=10k逆，下列说法错误的是( ) A．该温度下的平衡常数为10 B．升高温度，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数 C．有利于测定X的相对分子质量的条件为高温低压 D．恒压条件下，向平衡体系中充入惰性气体He，X的转化率增大 2．已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0中，v正＝k正c(N2O4)，v逆＝k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K＝10，则k正＝________k逆。升高温度，k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。 3．对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，速率方程v=k[c(A)]m[c(B)]n，k为速率常数(只受温度影响)，m+n为反应级数。已知H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)，CO的瞬时生成速率=k[c(H2)]m[c(CO2)]。一定温度下，控制CO2起始浓度为0.25mol·L-1，改变H2起始浓度，进行以上反应的实验，得到CO的起始生成速率和H2起始浓度呈如图所示的直线关系。 (1)该反应的反应级数为__________。 (2)速率常数k=__________。 (3)当H2的起始浓度为0.2mol·L-1，反应进行到某一时刻时，测得CO2的浓度为0.2mol·L-1，此时CO的生成瞬时速率v=__________mol·L-1·s-1。 题型 可逆反应的理解 ▌例1 在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3浓度分别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1，达到平衡时浓度可能是(　　) A．SO2、O2分别为0.4 mol·L－1、0.2 mol·L－1 B．SO2为0.25 mol·L－1 C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D．SO2为0.24 mol·L－1，SO3为0.14 mol·L－1 解题贴士 (1)双向：向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行。 (2)双同：由正反应和逆反应2个反应组成，分别用v(正)和v(逆)来衡量各自反应进行的快慢，并同时进行。 (3)共存：反应不能进行到底，反应物和生成物同时存在。 (4)相反：正反应和逆反应的热效应相反。 (5)限度：若条件保持一定，最终都会建立一个化学平衡状态，即可逆反应在一定条件下有限度，任一组分的转化率都小于100%，即不能全部转化。 ▌对点练1-1 对于可逆反应M + N Q 达到平衡时，下列说法正确的是(　　) A．M、N、Q 三种物质的量浓度一定相等 B．M、N 全部变成了 Q C．反应混合物各成分的百分含量不再变化 D．反应已经停止 ▌对点练1-2 一定条件下，对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1。下列判断正确的是(　　) A．c1∶c2=3∶1 B．达到平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．X、Y的转化率不相等 D．c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L-1 题型 化学平衡状态的判定 ▌例2 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达到平衡状态( ) ①混合气体的压强 ②混合气体的密度 ③B的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥v(C)与v(D)的比值 ⑦混合气体的总质量 ⑧混合气体的总体积 ⑨C、D的分子数之比为1：1 A．①③④⑤ B．③④⑤⑧⑨ C．②③⑤⑦ D．②③④⑤⑥ 解题贴士 (1)动态标志：v正＝v逆≠0 ①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 ②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。 (2)静态标志：各种“量”不变 ①各物质的质量、物质的量或浓度不变。 ②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 ③压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。 ④绝热容器中温度不变。 ⑤密度不变(注意容器中的气体质量或体积变化)。 ⑥平均相对分子质量不变(注意气体质量或气体物质的量变化)。 总结：若给出的标志由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若给出的标志为“不变量”，则不能作为平衡标志。 ▌对点练2-1 在恒温下的密闭容器中，有可逆反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH＜0，不能说明反应已达到平衡状态的是( ) A．正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等 B．反应器中压强不随时间变化而变化 C．混合气体颜色深浅保持不变 D．混合气体平均相对分子质量保持不变 ▌对点练2-2 一定温度下，反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的焓变为。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 题型 化学平衡常数的理解 ▌例3 下列关于平衡常数K的说法中，正确的是(　　) ①平衡常数K只与反应本身及温度有关　②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K　③加入催化剂不改变平衡常数K　④平衡常数K只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关 A．①② B．②③ C．③④ D．①③ 解题贴士 1.理解化学平衡常数的概念：对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)来说，平衡常数的表达式为K＝ 。 2.易错点： ①固体和液体不列入平衡常数表达式。 ②平衡常数只跟温度有关，温度不变，则平衡常数不变。 ▌对点练3-1 已知，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数为K，则2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的平衡常数为( ) A． B．-K C．K2 D．-K2 ▌对点练3-2 向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比[]，随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( ) A．该反应的平衡常数表达式： B．投料比： C．点a、b、c对应的平衡常数： D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 题型 化学平衡常数的相关计算 ▌例4 加热N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为( ) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 解题贴士 牢记化学平衡常数K的表达式： 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在达到平衡时，化学平衡常数K＝。 注意代入数据时，固体和液体不列入平衡常数表达式。 ▌对点练4-1 已知反应X(g)＋Y(g) R(g)＋Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830 ℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y，反应初始4 s内v(X)＝0.005 mol/(L·s)。下列说法正确的是(　　) 温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200 平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4 A．4 s时容器内c(Y)＝0.76 mol/L B．830 ℃达平衡时，X的转化率为80% C．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动 D．1 200 ℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数K＝0.4 ▌对点练4-2 在一定温度下，将2molA和2molB两种气体相混合于体积为2L的某密闭容器中(容积不变)，发生如下反应：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，ΔH<0，2min末反应达到平衡状态(温度不变)，生成了0.8molD，并测得C的浓度为0.4mol·L-1，请填写下列空白： (1)x的值等于_______。 (2)该反应的化学平衡常数K=_______，升高温度时K值将_______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)A物质的转化率为_______。 (4)若维持温度不变，在原平衡混合物的容器中再充入3molC和3molD，欲使达到新的平衡时，各物质的物质的量分数与原平衡相同，则至少应再充入B的物质的量为_______mol。达到新平衡时A的物质的量为n(A)=_______mol 基础通关 1．有关化学平衡状态的特征，下列说法正确的是(　　) A．所有的化学反应都存在化学平衡状态 B．平衡时反应已达到最大限度，反应停止了 C．平衡时各组分的浓度相等 D．化学平衡状态是一种动态平衡 2．关于平衡常数K，下列说法中正确的是(　　) A．K值越大，反应越容易进行 B．对任一给定的可逆反应，温度升高，K值增大 C．对同一可逆反应，K值越大，反应物的转化率越高 D．加入催化剂或增大反应物浓度，K值将增大 3．下列有关平衡常数的说法中，正确的是(　　) A．改变条件，反应物的转化率增大，平衡常数一定增大 B．反应：2NO2(g)⇌N2O4(g)　ΔH<0，增加c(N2O4)，该反应的平衡常数增大 C．对于给定的可逆反应，温度一定时，其正、逆反应的平衡常数相等 D．平衡常数为K＝的反应，化学方程式为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 4．已知下列反应的平衡常数： ①SO2(g) + O2(g) SO3(g) K1 ； ②NO(g) + O2(g)NO2(g) K2。 则反应SO2(g) + NO2(g)SO3(g) + NO(g)的平衡常数为 A．K1 + K2 B．K2﹣K1 C． D．K1 × K2 5．850K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.0020 mol• L-1、0.0025 mol• L-1、0.0020 mol• L-1.则该温度下反应的2SO2+O22SO3平衡常数为(　　) A．25 B．0.0025 C．40 D．400 6．在一定温度下的恒容密闭容器中，以下说法能表明反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达平衡的是(　　) A．混合气体的压强不变 B．混合气体的密度不变 C．每消耗2 mol B，同时生成1 mol C D．C和D的浓度比不变 7．在恒温恒容密闭容器中充入一定量的NO和NH3，在一定条件下发生反应：6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g)。下列不能说明该反应已达到平衡状态的是( ) A．反应速率 B．容器内压强不再随时间变化而发生变化 C．容器内气体的平均相对分子质量不再改变 D．容器内 8．在恒温，体积为2L的密闭容器中加入1molCO2和3molH2，发生如下的反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。能判断反应已经达到平衡状态的是( ) A．容器中CO、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1：3：1：1 B．容器内混合气体密度保持不变 C．v正(H2)=3v逆(H2O) D．CH3OH(g)和H2O(g)体积分数之比保持不变 9．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的真空密闭容器中(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)下列不能判断该分解反应已经达到平衡状态的是(　　) A．v正(NH3)=2v逆(CO2) B．密闭容器中总压强不变 C．密闭容器中氨气的体积分数不变 D．密闭容器中混合气体的密度不变 10．一定温度下的定容密闭容器中发生反应：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)，能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．v(B)∶v(C)∶v(D)＝2∶1∶1 B．Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝1∶2∶1∶1 C．混合气体的平均相对分子质量不再改变 D．混合气体总物质的量不再改变 11．一定条件下，在体积为1 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X(g)＋Y(g) Z(g)，下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是(　　) A．X的百分含量不再发生变化 B．c(X)∶c(Y)∶c(Z)＝2∶1∶1 C．容器内原子总数不再发生变化 D．同一时间内消耗2n mol X的同时生成n mol Z 12．在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应mA(气)＋nB(气)pC(气)＋qD(气)当m、n、p、q为任意整数时，不能作为达到平衡的标志是(　　) A．体系的压强不再改变 B．体系的温度不再改变 C．各组分的浓度不再改变 D．各组分的质量分数不再改变 13．已知：X(g)+2Y(g) 3Z(g)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)下列说法不正确的是(　　) A．升高反应温度，正、逆反应速率均增大 B．达到化学平衡时，X、Y、Z的质量不再发生变化 C．达到化学平衡时，反应放出的总热量可达a kJ D．X和Y充分反应生成Z的物质的量不可能达到3 mol 14．一定条件下，将NO2与SO2以体积比为1∶2置于密闭容器中，发生反应：NO2(g)＋SO2(gSO3(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 15．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)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是(　　) A．单位时间内消耗1 mol H2O的同时生成1 mol的H2 B．两个H—O断裂的同时有两个C==O断裂 C．反应容器内的气体密度不再发生变化 D．混合气体的平均相对分子质量不发生变化 16．在25℃时，恒容密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和2min后达到平衡的浓度如表所示，下列说法不正确的是( ) 物质 X Y Z 初始浓度(mol·L－1) 1 2 0 平衡浓度(mol·L－1) 0.5 0.5 1 A．反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g) B．Y的平衡转化率为75% C．反应前后气体总压强之比为3∶2 D．化学平衡常数为4 17．已知某化学反应的平衡常数表达式为，在不同温度下该反应的平衡常数如下表所示，下列有关叙述不正确的是( ) T/°C 700 800 830 1000 1200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 A．若在1L的密闭容器中通入CO和H2O各1mol，5min后温度升高到830°C，此时测得CO为0.4 moL，则该反应未达到平衡状态 B．上述反应的正反应是吸热反应 C．该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) D．若平衡浓度符合5c(CO2)·c(H2)=3c(CO)·c(H2O)，则此时的温度为1000°C 18．(2026·辽宁七校协作体高二联考)将2molCH4和2molCO2置于固定容积为2L的密闭容器中，恒温下发生如下反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，反应进行到20s末，达到平衡，测得CO的物质的量浓度是0.1mol·L-1。下列说法错误的是( ) A．20s内CO2的平均反应速率为0.025 mol·L-1· s-1 B．平衡时，容器内混合气体的平均相对分子质量约为28.6 C．CH4的平衡转化率为5% D．容器内压强不再变化，说明可逆反应达到了平衡 19．(2026·广东肇庆高二阶段检测)在一定温度下，将1molA和2molB放入容积为2L的某密闭容器中发生反应：A(g)+2B(g)2C(g)+D(s)，2min后达到平衡，测得容器内C的浓度为0.25mol/L，则下列叙述不正确的是( ) A．平衡时D的物质的量为0.25mol B．平衡时A的转化率为25% C．平衡时B的体积分数为50% D．初始时的压强与平衡时的压强之比为12:11 20．在一个恒容密闭容器中发生反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其平衡常数K和温度(T)的关系如表所示： T/℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式为K= 。 (2)在830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，保持温度不变，反应达到平衡后，其平衡常数 (选填“大于”“等于”或“小于”)1.0。 (3)在1200℃时，在某时刻反应混合物中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1、4mol·L-1、4mol·L-1，则此时反应 (选填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“达到平衡”)。 素养提升 21．在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示： 物质 X Y Z 初始浓度/mol·L－1 0.1 0.2 0 平衡浓度/mol·L－1 0.05 0.05 0.1 下列说法错误的是(　　) A．反应达到平衡时，X的转化率为50% B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)2Z(g)，其平衡常数为1 600 C．反应前后压强之比为2∶3 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 22．(2026·辽宁锦州高二阶段检测)t℃时，在两个起始容积都为1L的恒温密闭容器中发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＜0，实验测得；。为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是( ) 容器 物质的起始浓度/(mol/L) 物质的平衡浓度/(mol/L) c(H2) c(I2) c(HI) c(I2) Ⅰ(恒容) 0.1 0.1 0 0.07 Ⅱ(恒压) 0 0 0.8 A．平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比小于1：4 B．平衡时，容器Ⅱ中c(I2)=0.28mol/L C．t℃时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为 D．平衡时，向容器Ⅰ中再通入0.1molH2、0.1molI2和0.2molHI，此时v正＞v逆 23．一定条件下在容积不变的容器中充入和发生如下反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)，其他条件不变时，分别探究温度和催化剂的比表面积对上述反应的影响。实验测得与时间的关系如图所示。已知： ⅰ．起始投料比均为2：3；ⅱ．比表面积：单位质量的物质具有的总面积。 下列说法不正确的是 A．Ⅰ、Ⅱ曲线证明催化剂比表面积对上述反应有影响 B．Ⅱ中的平衡转化率为50% C．在Ⅲ的条件下，该反应的平衡常数 D．min，Ⅲ中平均反应速率 24．T℃时，向2L的恒容密闭容器中加入H2和CO2共5mol发生反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，下图为H2和CO2按不同投料比反应达平衡时的相关数据，其中曲线a、b表示反应物转化率，曲线c表示CH4的体积分数，下列分析不正确的是( ) A．曲线a表示CO2的平衡转化率 B．当，平衡时H2O(g)体积分数最大 C．T℃时，该反应的平衡常数为25 D．M点对应的CH4的体积分数小于23.5% 25．在容积固定的密闭容器中，起始时充入0.2molSO2，0.1molO2，反应体系起始总压强0.1MPa，反应在一定温度下达到平衡时，SO2的转化率为90%，该反应的压强平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平衡浓度计算；分压＝总压×物质的量分数)。 26．SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反应为SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器中发生上述反应，SO2的转化率与温度T的关系如下图所示： 若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 27．500 ℃时，向容积为2 L的密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2，模拟合成氨的反应，容器内的压强随时间的变化如下表所示： 时间/min 0 10 20 30 40 ＋∞ 压强/MPa 20 17 15 13.2 11 11 ①达到平衡时N2的转化率为________。 ②用压强表示该反应的平衡常数Kp＝________(Kp等于平衡时生成物分压幂的乘积与反应物分压幂的乘积的比值，某物质的分压等于总压×该物质的物质的量分数)。 迁移创新 28．温度为T1时，将气体X和气体Y各1.6mol充入10L恒容密闭容器中，发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表，下列说法正确的是(　　) t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 1.2 1.1 1.0 1.0 A．反应0～4min平均速率v(Z)=0.25 mol·L－1·min－1 B．T1时，反应的平衡常数K1=1.2 C．其他条件不变，9min后，向容器中再充入1.6molX，平衡向正反应方向移动，再次达到平衡时X的浓度减小，Y的转化率增大 D． 其他条件不变，若降温到T2达到平衡时，平衡常数K2=4，则此反应的△H＜0 29．利用CO2合成甲醇也是有效利用CO2资源的重要途径。将原料气充入某一恒容密闭容器中，只发生CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH，在不同催化剂作用下，反应tmin时CO2的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( ) A．使用催化剂Ⅰ时，d点未达到平衡 B．c点转化率比a点低的原因一定是催化剂活性降低 C．温度下的反应速率大于温度下的反应速率 D．若a点时，，则此条件下反应已达到最大限度 30．(1)一步完成的反应称为基元反应，只由基元反应构成的化学反应称为简单反应，两个及以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应，复杂反应的速率取决(等)于慢的基元反应速率。基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，其中k为速率常数。已知反应NO2+CO=NO+CO2 ，在不同温度下反应机理不同。 ①温度高于490K时，上述反应为简单反应，请写出其速率方程_______________。 ②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，其速率方程v=k·c2(NO2)，已知慢的基元反应的反应物和产物为NO、NO2 、NO3，用方程式表示反应历程。 第一步：__________________________________(慢反应)。 第二步：_____________________________________(快反应)。 (2)N2O4(g) 2NO2(g) ΔH =+57 kJ·mol－1 该反应是高中和大学化学学习的经典素材。 ②T1K时，向1L真空容器中加入1molN2O4 ，达到平衡时NO2的平衡产率为20%，则该温度下的平衡常数K=________,达到平衡时吸收的热量为______kJ。某温度下，该反应达到平衡，NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，平衡常数KP=________KPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 ③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2温度下，若k1=k2 ，则T2________T1(填“高于”或“低于”)。 (3)复杂反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)由两个基元反应构成，2NO(g)=N2O2(g) (快速平衡)N2O2(g) +O2(g)=2NO2(g)(慢反应)，已知快反应为放热反应，其正、逆反应速率常数分别为k1和k2慢反应正、逆反应速率常数分别为k3和k4。若v正=k·c2(NO)·c(O2) 则k=__________________(用k1、k2、k3表示)； 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 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 课标要点 1.掌握可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。 2.熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。 3.通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。 4.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。 5.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的关系。 学习重难点 重点：可逆反应及化学平衡状态的判断；化学平衡常数的定义及计算。 难点：化学平衡状态的判断；化学平衡常数的计算。 知识点 可逆反应 1．概念 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反应。 2．表示方法 采用“”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．特征 ①正、逆反应必须在同一条件下发生，在正反应进行的同时，逆反应也在进行。 ②可逆反应不能进行到底，也就是说可逆反应无论进行到何种程度，反应物和生成物均并存，即任何物质的物质的量都不可能为0。 特别提醒 可逆反应的前提是正反应和逆反应的反应条件相同，若条件不同则不互为可逆反应。如电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水不互为可逆反应。 随学随练 1．可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在下列物质中的(　　) A．多余的氧气中 B．生成的三氧化硫中 C．氧气和二氧化硫中 D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中 【答案】D 【解析】 18O2的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含有18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使得SO2和O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。 2．下列有关可逆反应的说法不正确的是(　　) A．可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应 B．2HIH2＋I2是可逆反应 C．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应 D．可逆反应中反应物和生成物同时存在 【答案】C 【解析】C项中两个反应是在不同的条件下进行的，故不能称之为可逆反应，C项不正确。 知识点 化学平衡状态及其判定 1．化学平衡状态 (1)概念：化学平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 (2)化学平衡状态的建立 ①可借助速率—时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。 以可逆反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)为例，若开始时只有反应物没有生成物，此时A和B的浓度最大，因此v(正)最大和 v(逆)为0。随着反应的进行，反应物不断减小而生成物不断增大，则v(正)逐渐减小而v(逆)逐渐增大。当反应进行到某一时刻时，v(正)= v(逆) ，即达到了化学平衡状态。如下图所示： ②可借助浓度——时间图像来理解化学平衡的建立与反应过程中物质浓度间的关系，如下图所示： (3)化学平衡状态的特征 ①逆：可逆反应； ②等：正反应速率与逆反应速率相等，即v(正)=v(逆)≠0； ③动：达到平衡时，化学反应始终在进行，所以是化学反应是动态平衡； ④定：在一定条件下的平衡体系的混合物中，各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变。 ⑤变：任何化学平衡状态均是有条件的(与浓度、温度、压强等有关)。条件改变，化学平衡发生移动。 2．化学平衡状态的判定 (1)“两看” 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 有固体或液体参与，是等体积反应还是非等体积反应 (2)“两标志” 正、逆反应速率相等 同一物质表示的正、逆反应速率相等v正＝v逆，或者不同物质表示的正、逆速率(或变化的物质的量、浓度)之比等于化学计量数之比 变量不变 题目中的变量，指的是随着反应的进行而改变的量，(如某物质的质量、浓度、百分含量，n总(气体)、压强、气体密度、气体平均分子质量、颜色等)，当“变量”不再变化(保持恒定)时，证明可逆反应达到平衡，但“定量”无法证明。 (3)常见模型 化学反应模型 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 正、逆反应 速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时也生成了m mol A 平衡 在单位时间内消耗了n mol B的同时也消耗了p mol C 平衡 v (A)： v (B)： v (C)： v (D)=m：n：p：q 平衡 在单位时间内生成了n mol B的同时也消耗了q mol D，均指(逆) 不一定平衡 压强 m+n≠p+q，总压强一定(其他条件一定) 平衡 m+n=p+q，总压强一定(其他条件一定) 不一定平衡 混合物体系中各成分的含量 各物质的物质的量或物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 混合气体的平均相对分子质量() 一定，当m+n≠p+q时 平衡 一定，当m+n=p+q时 不一定平衡 温度 当体系温度一定时(其他条件 不变) 平衡 密度 只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中) 不一定平衡 m＋n≠p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) 平衡 ③m＋n＝p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) 不一定平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变 平衡 特别提醒 ①前提是“一定条件下的可逆反应”； ②实质是“正反应速率和逆反应速率相等”； ③标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变”。 随学随练 1．煤的气化可获得清洁燃料，是实现煤的综合利用的一种重要途径，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。一定条件下，在容积不变的密闭容器中进行如下反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2 (g)。关于该反应达到化学平衡状态的叙述正确的是( ) A．H2O完全转化为CO和H2 B．H2的浓度保持不变 C．正、逆反应速率相等且均为零 D．H2O、CO的物质的量之比为1∶1 【答案】B 【解析】A．可逆反应中H2O不可能完全转化为CO和H2，A错误；B．反应在容积不变的密闭容器中进行 ，H2浓度保持不变，说明已经平衡，B正确；C．化学反应达到平衡时，反应仍在进行，故正逆反应速率相等但不为零，C错误；D．H2O、CO的物质的量由各成分的起始的量决定，H2O、CO的物质的量之比为1∶1难以判断是否处于平衡状态，D错误；故选B。 2．一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行反应A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)，当下列物理量不发生变化时，能说明该反应已达到平衡状态的是( ) ①混合气体的平均摩尔质量；②容器内气体的压强；③混合气体总物质的量；④B物质的量浓度 A．①④ B．只有②③ C．②③④ D．只有④ 【答案】A 【解析】①由于A为固体，建立平衡过程中气体的质量变化，混合气体的物质的量不变，混合气体的平均摩尔质量变化，则混合气体的平均摩尔质量不变说明反应达到平衡状态，①符合题意；②该反应是反应前后气体体积不变的反应，容器内气体的压强始终不变，因此不能根据容器内气体的压强不变确定反应是否达平衡状态，②不符合题意；③该反应是反应前后气体体积不变的反应，反应前后混合气体总物质的量始终不变，因此不能据此判断反应是否达平衡状态，③不符合题意；④当反应达到平衡时，B的物质的量不变，由于容器的容积不变，则此时B的浓度不变，故可根据B物质的量浓度不变判断反应是否达到平衡状态，④符合题意；故选A。 知识点 化学平衡常数(重点) 1．化学平衡常数 (1)定义。在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，反应产物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，称为化学平衡常数，用K表示。 (2)表达式。以化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例，K=(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。 (3)意义。平衡常数的大小反映化学反应可能进行的程度；平衡常数的数值越大，说明正反应进行的程度越大。 K <10-5 10-5~105 >105 反应程度 很难进行 可逆反应 进行得较完全 (4)影响因素 ①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。 ②外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。 特别提醒 1.固体和液体不列入平衡常数表达式。 2.平衡常数只跟温度有关，温度不变，则平衡常数不变。 2．根据盖斯定律进行化学平衡常数的有关计算 (1)正逆反应平衡常数的关系是：Kc正·Kc逆＝1 (2)化学计量数变成n倍，平衡常数变为n次方倍 (3)反应③＝反应①+反应②，则：△H3＝△H1+△H2，K3＝K1·K2 (4)反应③＝反应①－反应②，则：△H3＝△H1－△H2，K3＝ (5)反应③＝a×反应①－×反应②，则：△H3＝a△H1－ △H2，K3＝ 3．浓度商与化学平衡常数的关系 (1)浓度商的定义 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Q表示，即 Qc=。 （2） Q与K关系 当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到化学平衡状态。 4．化学平衡常数的应用 (1)判断反应进行的方向 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻 Qc=，当： Q＜K，反应向正反应方向进行； Q＝K，反应处于平衡状态； Q＞K，反应向逆反应方向进行。 (2)判断反应的热效应 ①温度升高：K值增大→正反应为吸热反应；K值减小→正反应为放热反应。 ②温度降低：K值增大→正反应为放热反应；K值减小→正反应为吸热反应。 随学随练 1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　) A．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变 C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值 D．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 【答案】D 2．某可逆反应aA＋bBcC在某温度下的平衡常数为K(K≠1)，反应热为ΔH。保持温度不变，将方程式的书写做如下改变，则ΔH和K数值的相应变化为(　　) A．写成2aA＋2bB2cC，ΔH值、K值均扩大了1倍 B．写成2aA＋2bB2cC，ΔH值扩大了1倍，K值保持不变 C．写成cCaA＋bB，ΔH值、K值变为原来的相反数 D．写成cCaA＋bB，ΔH值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数 【答案】D 【解析】A、B项ΔH值扩大1倍，K变为原来的平方；C项K值变为原来的倒数。 2．在某温度下，可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的平衡常数为K，下列说法正确的是(　　) A．K越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大 B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大 C．K随反应物浓度的改变而改变 D．K随温度和压强的改变而改变 【答案】A 【解析】K越大，表示反应达到平衡时，反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，反之，反应物的转化率越小，K只与温度有关，与浓度、压强无关。 知识点 利用“三段式”法进行化学平衡计算 可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。 1．模式 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量/mol a b 0 0 转化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a－mx b－nx px qx 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转) 则有①平衡常数K＝。 ②平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。 ④平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。 ⑤平衡时和开始时的压强比：＝。 ⑥混合气体的密度：ρ(混)＝ g·L－1。 ⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量： ＝ g·mol－1。 ⑧生成物产率＝×100%。 2．基本步骤 ①确定反应物和生成物的初始加入量； ②确定反应过程的转化量(一般设某物质的转化量为x)； ③确定平衡量。 易错提醒 (1)浓度与物质的量混淆：平衡常数表达式需用浓度(mol/L)，若题目给物质的量，需先除以容器体积换算； (2)变化量符号与比例错误：变化量(Δn)与化学计量数成正比，需注意反应物取负、生成物取正，且比例严格匹配方程式系数； (3)平衡常数单位与温度忽略：K无单位(或按浓度幂次推导)，但仅与温度有关，温度不变K不变，温度变化需重新计算； (4)可逆反应完全转化误区：可逆反应不能进行到底，平衡时反应物/生成物浓度均不为0，变化量小于起始量； (5)压强/体积变化未关联浓度：若容器体积改变，需先更新起始浓度，再重新列三段式，不能直接用原浓度计算。 随学随练 1．将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2＋O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L－1。则此条件下的平衡常数K为(　　) A．4 B．0.25 C．0.4 D．0.2 【答案】A 【解析】　　　　　　　　2SO2＋O22SO3 初始/mol 4 2 0 转化/mol 2 1 2 平衡/mol 2 1 2 平衡时各自的浓度c(SO2)＝0.5 mol·L－1，c(O2)＝0.25 mol·L－1，c(SO3)＝0.5 mol·L－1，K＝＝4。 2．在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)＝0.5 mol，下列说法不正确的是(　　) A．在该温度下，反应的平衡常数K＝1 B．平衡常数与反应温度无关 C．CO的平衡转化率为50% D．平衡时n(H2O)＝0.5 mol 【答案】B 【解析】 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 起始/mol 1 1 0 0 转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 由化学方程式及以上数据判断可得A、C、D项正确；平衡常数与反应温度有关，B项错误。 3．H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 (1)平衡时CO2的浓度为________。 (2)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。 【答案】(1)0.036 mol·L－1　(2)2.5　0.002 85 【解析】对于反应 H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g) 初始/mol 0.40 0.10 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x 反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则＝0.02，x＝0.01。 H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%。钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c(H2S)＝0.156 mol·L－1，c(CO2)＝0.036 mol·L－1，c(COS)＝c(H2O)＝0.004 mol·L－1，则K＝≈0.002 85。 拓展 化学平衡的标志 1．速率标志 正、逆反应速率相等(即v正=v逆≠0)时，达到化学平衡状态。v正=v逆的具体含义有两个方面 (1)用同一种物质表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等； (2)用不同种物质表示反应速率时，速率不一定相等，但必须符合两个条件：一是表示两个不同的反应方向；二是速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比。 2．含量标志 混合体系中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度百分含量(体积分数、质量分数)、转化率或产率等不随时间变化而变化时达到化学平衡状态。 3．特殊标志 (1)混合气体的平均相对分子质量。反应物与生成物均为气体时,若反应前后气体的物质的量不相等,平均相对分子质量不再发生变化时达到平衡状态。若有固体或液体纯物质参与,无论反应前后气体的物质的量是否相等,只要其平均相对分子质量不再发生变化即达到平衡状态(只有一种气体参与反应的除外) (2)混合气体的密度。等温等压下,反应前后各成分均为气体,反应前后物质的量不等,当密度不变时达到平衡状态。有固体或液体纯物质参与,无论等温等容还是等温等压,当密度不变时达到平衡状态。 (3)混合气体的压强。恒温恒容条件下,反应前后气体的物质的量不相等,压强不再发生变化时达到平衡状态。 (4)总物质的量。反应前后物质的量发生变化的反应当总物质的量不变时达到平衡状态。 (5)体系的颜色。对于有颜色变化的体系,颜色不再发生变化时达到平衡状态 活学活用 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。 2．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(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)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是(　　) A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1 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 【答案】C 【解析】该反应为有固体参与的非等体积反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作为化学反应是否达到平衡状态的标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解反应，所以NH3、CO2的体积分数始终为定值，NH3为，CO2为。 拓展 压强平衡常数(Kp) 1．Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。 2．计算技巧： 第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度； 第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数； 第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)； 第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。 活学活用 1．在温度为T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得总压力为p，则该反应的平衡常数Kp为(　　) A.p B.p2 C.p2 D.p 【答案】C 【解析】　　NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g) 开始时 0 0 平衡时 p p 则该反应的平衡常数Kp＝p(H2S)·p(NH3)＝p·p＝p2。 2．在容积恒为2 L的密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和2 mol CO(g)，在一定温度下发生反应 CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)，测得容器内的压强随时间的变化如下表所示 t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 p/kPa P0 － 0.8P0 － － 0.7P0 0.7P0 0.7P0 在此条件，0～4 min的v(CH3OH)＝______kPa·min－1，该反应的平衡常数Kp＝______(kPa)－1 (以分压表示，分压＝总压×物质的量分数) 【答案】33.3%　 【解析】根据题意可列出三段式： 　　　 2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g) 起始/mol: 2 3 0 0 转化/mol: 2x 2x x 2x 平衡/mol: 2－2x 3－2x x 2x 反应达到平衡，此时压强p＝0.9p0，则有＝＝＝0.9，解得x＝0.5，故NO的转化率α(NO)≈33.3%，由分压公式p∞＝p可知，p(H2)＝p，p(NO)＝p，p(N2)＝p，p(H2O)＝p，则Kp＝＝＝。 3．N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)，将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率随温度的变化如图所示。 图K24-4 图中a点对应温度下，已知N2O4的起始压强为108 kPa，则该温度下反应的平衡常数Kp=　　kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。  【答案】115.2 【解析】四氧化二氮的转化率是0.4，设原来四氧化二氮的物质的量为x mol，转化的物质的量为0.4x mol，已知N2O4的起始压强p0为108 kPa，则有 N2O4(g) 2NO2(g) 起始(mol)　　　 x　　　　　0 反应(mol)　　　0.4x　　　 0.8x 平衡(mol)　　　0.6x　　　 0.8x 则混合气体的物质的量=(0.6x+0.8x) mol=1.4x mol，相同条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，所以反应后压强=108 kPa×=151.2 kPa，二氧化氮的平衡分压=151.2 kPa×=86.4 kPa，四氧化二氮的平衡分压=151.2 kPa×=64.8 kPa，化学平衡常数Kp== kPa=115.2 kPa。 拓展 速率常数和平衡常数的关系 1．速率常数含义 速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。 化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。 2．速率方程 一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。 对于反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g) 则v正＝k正ca(A)·cb(B)(其中k正为正反应的速率常数)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆为逆反应的速率常数)。 如反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c2(NO)·c(O2)。 3．速率常数与化学平衡常数之间的关系 一定温度下，可逆反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，达到平衡状态时，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)，因平衡时v正＝v逆，则k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·ch(H)，＝＝K 活学活用 1．在一定温度下的可逆反应X(g)2Y(g)  >0，v正=k正c(X)，v逆=k逆c2(Y)(k为速率常数)，若在该温度下的k正=10k逆，下列说法错误的是( ) A．该温度下的平衡常数为10 B．升高温度，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数 C．有利于测定X的相对分子质量的条件为高温低压 D．恒压条件下，向平衡体系中充入惰性气体He，X的转化率增大 【答案】C 【解析】A．反应达到平衡时，正逆反应速率相等，v正=k正c(X)=v逆=k逆c2(Y)，K=，故A正确；B．该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则k正增大的倍数大于k逆增大的倍数，故B正确；C．有利于测定X的相对分子质量即要求平衡逆向移动，低压不利于平衡逆向移动，故C错误；D．恒压条件下，向平衡体系中充入惰性气体He,相当于减小压强，平衡正向移动，X的转化率增大，故D正确。；C。 2．已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0中，v正＝k正c(N2O4)，v逆＝k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K＝10，则k正＝________k逆。升高温度，k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。 【答案】10　大于 【解析】当反应达到平衡时，v正＝v逆，即 k正·c(N2O4)＝k逆·c2(NO2)，k正＝＝k逆·K＝10k逆；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。 3．对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，速率方程v=k[c(A)]m[c(B)]n，k为速率常数(只受温度影响)，m+n为反应级数。已知H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)，CO的瞬时生成速率=k[c(H2)]m[c(CO2)]。一定温度下，控制CO2起始浓度为0.25mol·L-1，改变H2起始浓度，进行以上反应的实验，得到CO的起始生成速率和H2起始浓度呈如图所示的直线关系。 (1)该反应的反应级数为__________。 (2)速率常数k=__________。 (3)当H2的起始浓度为0.2mol·L-1，反应进行到某一时刻时，测得CO2的浓度为0.2mol·L-1，此时CO的生成瞬时速率v=__________mol·L-1·s-1。 【答案】(1)2     (2)15     (3)0.45 【解析】(1)控制CO2起始浓度为0.25mol·L-1，根据CO的起始生成速率=k[c(H2)]m[c(CO2)]和H2起始浓度呈直线关系可知，m=1，该反应的反应级数为1+1=2；(2)将图象上的点(0.4，1.5)代入v= k[c(H2)][c(CO2)]中有：1.5=0.4×k×0.25，解得k=15；(3)由于CO2起始浓度为0.25mol•L-1，反应进行到某一时刻时，测得CO2的浓度为0.2mol•L-1，△c(CO2)=(0.25-0.2)mol/L=0.05mol/L，△c(H2)=△c(CO2)=0.05mol/L，H2的瞬时浓度为c(H2)=(0.2-0.05)mol/L=0.15mol/L，此时CO的生成瞬时速率v=15×0.15×0.2=0.45。 题型 可逆反应的理解 ▌例1 在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3浓度分别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1，达到平衡时浓度可能是(　　) A．SO2、O2分别为0.4 mol·L－1、0.2 mol·L－1 B．SO2为0.25 mol·L－1 C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D．SO2为0.24 mol·L－1，SO3为0.14 mol·L－1 【答案】B 【解析】本题可用极限法。可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立。A项，0.2 mol·L－1 SO3全部转化时，SO2和O2浓度才是0.4 mol·L－1、0.2 mol·L－1；B项，SO2的浓度应在0～0.4 mol·L－1之间；根据S元素守恒，SO2和SO3浓度之和应为0.4 mol·L－1，C、D两项都不正确。 解题贴士 (1)双向：向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行。 (2)双同：由正反应和逆反应2个反应组成，分别用v(正)和v(逆)来衡量各自反应进行的快慢，并同时进行。 (3)共存：反应不能进行到底，反应物和生成物同时存在。 (4)相反：正反应和逆反应的热效应相反。 (5)限度：若条件保持一定，最终都会建立一个化学平衡状态，即可逆反应在一定条件下有限度，任一组分的转化率都小于100%，即不能全部转化。 ▌对点练1-1 对于可逆反应M + N Q 达到平衡时，下列说法正确的是(　　) A．M、N、Q 三种物质的量浓度一定相等 B．M、N 全部变成了 Q C．反应混合物各成分的百分含量不再变化 D．反应已经停止 【答案】C 【解析】根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但反应不停止，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；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。A．反应平衡时各物质的浓度是否相等取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度，所以平衡时M、N、Q三种物质的量浓度不一定相等，故A错误；B．该反应是可逆反应，所以反应物不可能完全转化为生成物，存在反应限度，故B错误；C．反应混合物各成分的百分含量不再变化是化学平衡状态的判断依据，故C正确；D．反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但反应速率不为0，反应不停止，故D错误；故选C。 ▌对点练1-2 一定条件下，对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1。下列判断正确的是(　　) A．c1∶c2=3∶1 B．达到平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．X、Y的转化率不相等 D．c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L-1 【答案】D 【解析】平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比也为1∶3，故c1∶c2=1∶3，A、C两项不正确；速率之比等于化学计量数之比，达到平衡时，vY(生成)∶vZ(生成)=3∶2，B项不正确；由可逆反应的特点可知0<c1<0.14 mol·L-1，D项正确。 题型 化学平衡状态的判定 ▌例2 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达到平衡状态( ) ①混合气体的压强 ②混合气体的密度 ③B的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥v(C)与v(D)的比值 ⑦混合气体的总质量 ⑧混合气体的总体积 ⑨C、D的分子数之比为1：1 A．①③④⑤ B．③④⑤⑧⑨ C．②③⑤⑦ D．②③④⑤⑥ 【答案】C 【解析】①该反应的反应前后气体体积不变，所以无论该反应是否达到平衡状态，混合气体的压强始终不变，所以不能根据混合气体的压强判断反应是否达到平衡状态，①不选；②A为固体，随着反应进行，气体质量改变，体积不变，故当混合气体的密度不变时，该反应达到平衡状态，②选；③B的物质的量浓度不变时，B的物质的量不变，反应达到化学平衡，③选；④该反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应，混合气体的物质的量始终不变，所以不能根据混合气体总物质的量判断反应是否达到平衡状态，④不选；⑤A为固体，随着反应进行，混合气体的质量改变，该反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应，混合气体的物质的量始终不变，该反应是一个反应前后混合气体的平均相对分子质量改变的反应，当混合气体的平均相对分子质量不变时，该反应达到平衡状态，⑤选；⑥正逆反应速率相等时，反应达到平衡，虽然v(C)与v(D)的比值不变，但由于未说明二者表示的是正速率还是逆速率，所以不能判断是否达到平衡状态，⑥不选；⑦A为固体，随着反应进行，混合气体的质量改变，当混合气体的总质量不变时，反应达到化学平衡，⑦选；⑧容器的容积不变，混合气体的总体积始终不变，故混合气体的总体积不能说明反应达到平衡，⑧不选；⑨C、D的分子数之比为1：1，无法判断各组分的浓度是否不再变化，则无法判断是否达到平衡状态，⑨不选；符合题意的是②③⑤⑦，故选C。 解题贴士 (1)动态标志：v正＝v逆≠0 ①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 ②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。 (2)静态标志：各种“量”不变 ①各物质的质量、物质的量或浓度不变。 ②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 ③压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。 ④绝热容器中温度不变。 ⑤密度不变(注意容器中的气体质量或体积变化)。 ⑥平均相对分子质量不变(注意气体质量或气体物质的量变化)。 总结：若给出的标志由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若给出的标志为“不变量”，则不能作为平衡标志。 ▌对点练2-1 在恒温下的密闭容器中，有可逆反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH＜0，不能说明反应已达到平衡状态的是( ) A．正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等 B．反应器中压强不随时间变化而变化 C．混合气体颜色深浅保持不变 D．混合气体平均相对分子质量保持不变 【答案】A 【解析】A项，正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率等于2 ： 1时，反应达到平衡状态，故A符合题意；B项，反应前后气体的化学计量数之和不相等，当达到平衡时，气体的压强不变，故B不符合题意；C项，混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，达到平衡状态，故C不符合题意；D项，反应前后气体的化学计量数之和不相等，当达到平衡时，气体的物质的量不变，则混合气体的平均摩尔质量不再改变，故D不符合题意；故选A。 ▌对点练2-2 一定温度下，反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的焓变为。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 【答案】D 【解析】①反应混合物的质量始终保持不变，但体积会发生变化，气体密度保持不变，说明达到平衡状态，故选；②ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志，故不选；③该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确，故不选；④N2O4的转化率先增大，后保持不变，说明达到平衡状态，故选；综上所述，①④正确，故选D。 题型 化学平衡常数的理解 ▌例3 下列关于平衡常数K的说法中，正确的是(　　) ①平衡常数K只与反应本身及温度有关　②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K　③加入催化剂不改变平衡常数K　④平衡常数K只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关 A．①② B．②③ C．③④ D．①③ 【答案】D 【解析】平衡常数K是一个温度常数，只与反应本身及温度有关，催化剂不能改变化学平衡，故加入催化剂不改变平衡常数K。 解题贴士 1.理解化学平衡常数的概念：对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)来说，平衡常数的表达式为K＝ 。 2.易错点： ①固体和液体不列入平衡常数表达式。 ②平衡常数只跟温度有关，温度不变，则平衡常数不变。 ▌对点练3-1 已知，2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数为K，则2NO2(g)2NO(g)+O2(g)的平衡常数为( ) A． B．-K C．K2 D．-K2 【答案】A 【解析】2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)的平衡常数为，2NO2(g)⇌2NO(g)+O2(g)的平衡常数，故选A。 ▌对点练3-2 向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比[]，随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( ) A．该反应的平衡常数表达式： B．投料比： C．点a、b、c对应的平衡常数： D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 【答案】D 【解析】由题图可知，投料比不变时，随温度的升高CH4的平衡转化率增大，所以该反应为吸热反应；在相同的温度下，投料比减小，相当于在CH4的投料量不变的情况下增大H2O的投料量，当反应物不止一种时，其他条件不变，增大其中一种气态反应物的投料量会增大其他反应物的平衡转化率，同时降低自身平衡转化率，故投料比x越小，CH4的平衡转化率越大，故投料比：。A．平衡常数等于生成物浓度系数次方之积与反应物浓度系数次方之积的比；该反应的平衡常数表达式：，A错误；B．投料比x越小，CH4的平衡转化率越大，故投料比：，B错误；C．由分析可知，该反应为吸热反应，随温度升高，平衡常数增大，又由点b、c温度相同，则平衡常数：Ka<Kb=Kc，C错误；D．该反应为反应前后气体分子数改变的反应，恒温恒容条件下，随反应进行容器内压强改变，当压强不变时，反应达到平衡状态，D正确；故选D。 题型 化学平衡常数的相关计算 ▌例4 加热N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为( ) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 【答案】B 【解析】题设中有两个反应，可理解为先发生反应①，其中生成的N2O3有一部分再发生分解反应②，且在两个反应中都有O2生成，再由已知条件列方程组求解。设反应①中生成N2O3物质的量浓度为x，反应②中生成N2O物质的量浓度为y。则： N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g) 起始浓度/(mol·L−1) 4 0 0 转化浓度/(mol·L−1) x x x 平衡浓度/(mol·L−1) 4−x x x N2O3(g) N2O(g)＋O2(g) 起始浓度/(mol·L−1) x 0 0 转化浓度/(mol·L−1) y y y 平衡浓度/(mol·L−1) x−y y y 依题意O2的平衡浓度为x＋y＝4.5 mol·L−1，N2O3的平衡浓度为x−y＝1.7 mol·L−1，解得x＝3.1 mol·L−1 ，y＝1.4 mol·L−1，N2O5的平衡浓度为4 mol·L−1−3.1 mol·L−1＝0.9 mol·L−1，N2O的平衡浓度为1.4 mol·L−1，则反应①的平衡常数K＝(1.7×4.5)/0.9＝8.5。 解题贴士 牢记化学平衡常数K的表达式： 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在达到平衡时，化学平衡常数K＝。 注意代入数据时，固体和液体不列入平衡常数表达式。 ▌对点练4-1 已知反应X(g)＋Y(g) R(g)＋Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830 ℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y，反应初始4 s内v(X)＝0.005 mol/(L·s)。下列说法正确的是(　　) 温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200 平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4 A．4 s时容器内c(Y)＝0.76 mol/L B．830 ℃达平衡时，X的转化率为80% C．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动 D．1 200 ℃时反应R(g)＋Q(g)X(g)＋Y(g)的平衡常数K＝0.4 【答案】B 【解析】反应初始4 s内X的平均反应速率v(X)＝0.005 mol/(L·s)，根据速率之比等于化学计量数之比，可知v(Y)＝v(X)＝0.005 mol/(L·s)，则4 s内Δc(Y)＝0.005 mol·L－1·s－1×4 s＝0.02 mol/L，Y的起始浓度为＝0.4 mol/L，故4 s时c(Y)＝0.4 mol/L－0.02 mol/L＝0.38 mol/L，A项错误；设平衡时A的浓度变化量为x，则： 　　　　　　　X(g)　＋　Y(g)　 　R(g)＋Q(g) 开始(mol/L): 0.1 0.4 0 0 变化(mol/L): x x x x 平衡(mol/L): 0.1－x 0.4－x x x 故＝1．0，解得x＝0.08，所以平衡时X的转化率为×100%＝80%，B项正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C项错误；1 200 ℃时反应X(g)＋Y(g) R(g)＋Q(g)的平衡常数值为0.4，所以1 200 ℃时反应R(g)＋Q(g) X(g)＋Y(g)的平衡常数的值为＝2.5，D项错误。 ▌对点练4-2 在一定温度下，将2molA和2molB两种气体相混合于体积为2L的某密闭容器中(容积不变)，发生如下反应：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，ΔH<0，2min末反应达到平衡状态(温度不变)，生成了0.8molD，并测得C的浓度为0.4mol·L-1，请填写下列空白： (1)x的值等于_______。 (2)该反应的化学平衡常数K=_______，升高温度时K值将_______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)A物质的转化率为_______。 (4)若维持温度不变，在原平衡混合物的容器中再充入3molC和3molD，欲使达到新的平衡时，各物质的物质的量分数与原平衡相同，则至少应再充入B的物质的量为_______mol。达到新平衡时A的物质的量为n(A)=_______mol 【答案】2 减小 60% 3 2.6 【解析】 (1)C的浓度为0.4mol·L-1，因为容器体积是2L因此C为0.8mol，与D产量相同，故反应中的计量数相同，x是2。 (2)列式求算： 由平衡常数计算公式。因为该反应ΔH<0，是放热反应，故升高温度反应逆向进行，K值减小。 (3) A物质的转化率=。 (4)与原平衡等效，则A与B的物质的量之比为1：1，将3molC和3molD完全转化为A和B，得到4.5molA和1.5molB，加上原来的物质的量之后，A为6.5mol，B为3.5mol，要使A、B的物质的量相等，还需要加入3molB，达到新平衡后，A的物质的量分数与原来相同，为20%，新平衡时A的物质的量为13mol×20%=2.6mol。 基础通关 1．有关化学平衡状态的特征，下列说法正确的是(　　) A．所有的化学反应都存在化学平衡状态 B．平衡时反应已达到最大限度，反应停止了 C．平衡时各组分的浓度相等 D．化学平衡状态是一种动态平衡 【答案】D 【解析】只有可逆反应才存在化学平衡状态，A项错误；达到平衡状态时，反应达到最大限度，但反应并没有停止，B项错误；平衡时各组分浓度保持不变，但不一定相等，C项错误；达到化学平衡状态时，反应并没有停止，是一种动态平衡，D项正确。 2．关于平衡常数K，下列说法中正确的是(　　) A．K值越大，反应越容易进行 B．对任一给定的可逆反应，温度升高，K值增大 C．对同一可逆反应，K值越大，反应物的转化率越高 D．加入催化剂或增大反应物浓度，K值将增大 【答案】C 【解析】对于给定的可逆反应，化学平衡常数越大，反应进行的程度越大，但反应不一定容易进行，A项错误，C项正确；化学平衡常数与催化剂和反应物浓度无关，只与温度有关，与温度的关系视具体反应而定，B、D项错误。 3．下列有关平衡常数的说法中，正确的是(　　) A．改变条件，反应物的转化率增大，平衡常数一定增大 B．反应：2NO2(g)⇌N2O4(g)　ΔH<0，增加c(N2O4)，该反应的平衡常数增大 C．对于给定的可逆反应，温度一定时，其正、逆反应的平衡常数相等 D．平衡常数为K＝的反应，化学方程式为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 【答案】D 【解析】改变条件，反应物的转化率增大，若温度不变，则平衡常数不变，A项错误；增加c(N2O4)，温度不变，K不变，B项错误；对于给定的可逆反应，温度一定时，其正、逆反应的平衡常数互为倒数，C项错误；CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)的平衡常数表达式为K＝，D项正确。 4．已知下列反应的平衡常数： ①SO2(g) + O2(g) SO3(g) K1 ； ②NO(g) + O2(g)NO2(g) K2。 则反应SO2(g) + NO2(g)SO3(g) + NO(g)的平衡常数为 A．K1 + K2 B．K2﹣K1 C． D．K1 × K2 【答案】C 【解析】反应①的化学平衡常数，反应②的化学平衡常数，反应SO2(g) + NO2(g)SO3(g) + NO(g)的平衡常数为=，故选C。 5．850K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.0020 mol• L-1、0.0025 mol• L-1、0.0020 mol• L-1.则该温度下反应的2SO2+O22SO3平衡常数为(　　) A．25 B．0.0025 C．40 D．400 【答案】D 【解析】对于反应2SO2+O2 2SO3，当反应达到平衡后测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.0020 mol• L-1、0.0025 mol• L-1、0.0020 mol• L-1，，故选D。 6．在一定温度下的恒容密闭容器中，以下说法能表明反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达平衡的是(　　) A．混合气体的压强不变 B．混合气体的密度不变 C．每消耗2 mol B，同时生成1 mol C D．C和D的浓度比不变 【答案】B 【解析】该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，容器内混合气体的压强不随反应的进行而变化，不能作为平衡标志，A项错误；根据密度的定义式知，混合气体的密度随反应的进行而变化，当密度不变时，反应已达平衡，B项正确；消耗2 mol B和生成1 mol C，均为正反应，不能作为平衡标志，C项错误；随着反应的进行，C和D的浓度比始终不变，不能作为平衡标志，D项错误。 7．在恒温恒容密闭容器中充入一定量的NO和NH3，在一定条件下发生反应：6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g)。下列不能说明该反应已达到平衡状态的是( ) A．反应速率 B．容器内压强不再随时间变化而发生变化 C．容器内气体的平均相对分子质量不再改变 D．容器内 【答案】D 【解析】A．反应速率说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，A不选；B．该反应是气体体积增大的反应，反应过程中压强不断增大，当容器内压强不再随时间变化而发生变化时，反应达到平衡，B不选；C．该反应过程中气体物质的量增大，气体总质量不变，气体的平均相对分子质量减小，当容器内气体的平均相对分子质量不再改变时，说明反应达到平衡，C不选；D．容器内，不能说明各物质的物质的量不再变化，不能说明反应达到平衡，D选；故选D。 8．在恒温，体积为2L的密闭容器中加入1molCO2和3molH2，发生如下的反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。能判断反应已经达到平衡状态的是( ) A．容器中CO、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1：3：1：1 B．容器内混合气体密度保持不变 C．v正(H2)=3v逆(H2O) D．CH3OH(g)和H2O(g)体积分数之比保持不变 【答案】C 【解析】A．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比也可能为1：3：1：1，该反应可能达到平衡状态，也可能没有达到平衡状态，与反应初始浓度和转化率有关，故A错误；B．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应中，前后气体质量不变，固定容积，体积不变，故密度不是变量，不能判断化学平衡状态，故B错误；C．v正(H2)=3v逆(H2O)，方向相反，化学反应速率之比等于计量数之比，能判断平衡状态，故C正确；D．随着反应的进行，产生的CH3OH(g)和H2O(g)一样多，故体积分数之比保持不变，不能据此判断化学平衡状态，故D错误；故选C。 9．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的真空密闭容器中(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)下列不能判断该分解反应已经达到平衡状态的是(　　) A．v正(NH3)=2v逆(CO2) B．密闭容器中总压强不变 C．密闭容器中氨气的体积分数不变 D．密闭容器中混合气体的密度不变 【答案】C 【解析】该反应为反应前后气体体积不等的可逆反应，当密闭容器中总压强不变时，可以说明该反应已达到平衡状态；反应物不是气体，在密闭容器中只有生成物氨气和二氧化碳是气体，且是按比例生成的，因此它们的体积分数在任何时候都是不变的，所以氨气的体积分数不变不能说明反应达到平衡状态；在恒容密闭容器中，若此反应未达到平衡，则混合气体的密度发生改变，当混合气体的密度不变时，反应达到平衡状态。 10．一定温度下的定容密闭容器中发生反应：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)，能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．v(B)∶v(C)∶v(D)＝2∶1∶1 B．Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝1∶2∶1∶1 C．混合气体的平均相对分子质量不再改变 D．混合气体总物质的量不再改变 【答案】C 【解析】在反应的任意状态总有v(B)∶v(C)∶v(D)＝2∶1∶1，故用不同物质的化学反应速率判断平衡时，不能只注意化学反应速率之比等于化学计量数之比，还要考虑化学反应速率的方向，故A、B项错误；本题易忽略固体A的质量，仅考虑到公式＝中气体的n总不变就认为始终不变，实际上气体的m总在变化，当m总不变时反应达到平衡，故C项正确，D项错误。 11．一定条件下，在体积为1 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X(g)＋Y(g) Z(g)，下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是(　　) A．X的百分含量不再发生变化 B．c(X)∶c(Y)∶c(Z)＝2∶1∶1 C．容器内原子总数不再发生变化 D．同一时间内消耗2n mol X的同时生成n mol Z 【答案】A 【解析】反应过程中原子个数守恒，所以C不合题意；消耗2n mol X与生成n mol Z是同一反应方向，也不能说明反应已达平衡；浓度之比为2∶1∶1，不能说明浓度保持不变。 12．在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应mA(气)＋nB(气)pC(气)＋qD(气)当m、n、p、q为任意整数时，不能作为达到平衡的标志是(　　) A．体系的压强不再改变 B．体系的温度不再改变 C．各组分的浓度不再改变 D．各组分的质量分数不再改变 【答案】A 【解析】平衡状态的直接标志是各组分的浓度不再改变，则各组分的质量分数不再改变，C、D正确；间接标志是体系的温度不再改变，故B正确。但因m＋n与p＋q的相对大小不确定，故A无法确定。若m＋n＝p＋q，则压强始终不变化，则A不能作为达到平衡的标志，因此选A。 13．已知：X(g)+2Y(g) 3Z(g)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)下列说法不正确的是(　　) A．升高反应温度，正、逆反应速率均增大 B．达到化学平衡时，X、Y、Z的质量不再发生变化 C．达到化学平衡时，反应放出的总热量可达a kJ D．X和Y充分反应生成Z的物质的量不可能达到3 mol 【答案】D 【解析】A项，升高反应温度，正、逆反应速率均增大，正确；B项，达到化学平衡时，正、逆反应速率相等，X、Y、Z的质量不再发生变化，正确；C项，达到化学平衡时，如果消耗1 mol X，则反应放出的总热量可达a kJ，正确；D项，如果X和Y的起始量比较多，X和Y充分反应生成Z的物质的量可能达到3 mol，错误。 14．一定条件下，将NO2与SO2以体积比为1∶2置于密闭容器中，发生反应：NO2(g)＋SO2(gSO3(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 【答案】B 【解析】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，故不能以压强不变作为判断反应是否达到平衡状态的标志，A错误；SO3与NO的体积比始终保持1∶1不变，C错误；消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应，D错误。 15．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)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是(　　) A．单位时间内消耗1 mol H2O的同时生成1 mol的H2 B．两个H—O断裂的同时有两个C==O断裂 C．反应容器内的气体密度不再发生变化 D．混合气体的平均相对分子质量不发生变化 【答案】B 【解析】单位时间内消耗1 mol的H2O，表示的是正反应速率，生成1 mol的H2表示的也是正反应速率，无法说明反应达到平衡状态，A项错误；两个H—O断裂表示的是正反应速率，两个C==O断裂表示的是逆反应速率，且正、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；该反应是气体的总物质的量不变的可逆反应，根据M＝，混合气体的相对分子质量始终不发生变化，所以相对分子质量不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。 16．在25℃时，恒容密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和2min后达到平衡的浓度如表所示，下列说法不正确的是( ) 物质 X Y Z 初始浓度(mol·L－1) 1 2 0 平衡浓度(mol·L－1) 0.5 0.5 1 A．反应可表示为X(g)+3Y(g)2Z(g) B．Y的平衡转化率为75% C．反应前后气体总压强之比为3∶2 D．化学平衡常数为4 【答案】D 【解析】A．由题中表格可以得到从初始到平衡，X的浓度减小了0.5mol/L，Y的浓度减小了1.5mol/L，Z的浓度增加了1mol/L，所以反应的方程式为X(g)+3Y(g)2Z(g) ，A正确；B．Y的平衡转化率为，B正确；C．反应前后气体总压强之比等于反应前后气体的物质的量之比为，C正确；D．化学平衡常数为，D错误；故选D。 17．已知某化学反应的平衡常数表达式为，在不同温度下该反应的平衡常数如下表所示，下列有关叙述不正确的是( ) T/°C 700 800 830 1000 1200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 A．若在1L的密闭容器中通入CO和H2O各1mol，5min后温度升高到830°C，此时测得CO为0.4 moL，则该反应未达到平衡状态 B．上述反应的正反应是吸热反应 C．该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) D．若平衡浓度符合5c(CO2)·c(H2)=3c(CO)·c(H2O)，则此时的温度为1000°C 【答案】B 【解析】A．根据题意列三段式， ，830°C，K=1.00，所以，则该反应未达到平衡状态，A正确； B．由表格信息可知升高温度，K减小，正反应为放热反应，B错误；C．由电离平衡常数表达式可知该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，C正确；D．平衡浓度符合5c(CO2)·c(H2)=3c(CO)·c(H2O)，求得，则此时的温度为1000°C，D正确；故选B。 18．(2026·辽宁七校协作体高二联考)将2molCH4和2molCO2置于固定容积为2L的密闭容器中，恒温下发生如下反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，反应进行到20s末，达到平衡，测得CO的物质的量浓度是0.1mol·L-1。下列说法错误的是( ) A．20s内CO2的平均反应速率为0.025 mol·L-1· s-1 B．平衡时，容器内混合气体的平均相对分子质量约为28.6 C．CH4的平衡转化率为5% D．容器内压强不再变化，说明可逆反应达到了平衡 【答案】A 【解析】将2molCH4和2molCO2置于固定容积为2L的密闭容器中，平衡时测得CO的物质的量浓度是0.1mol·L-1，可列出三段式：。 A项，CO2的转化浓度为，平均反应速率，不是0.025 mol·L-1· s-1 ，A错误；B项，气体总质量为，平衡时总气体物质的量为，平均摩尔质量为，对应平均相对分子质量约为28.6，B正确；C项，CH4的转化量为0.1mol，初始量为2mol，平衡转化率为，C正确；D项，该反应为气体分子数增大的反应，固定容积下压强与气体总物质的量正相关，压强不变时说明气体总物质的量不变，反应达到平衡，D正确；故选A。 19．(2026·广东肇庆高二阶段检测)在一定温度下，将1molA和2molB放入容积为2L的某密闭容器中发生反应：A(g)+2B(g)2C(g)+D(s)，2min后达到平衡，测得容器内C的浓度为0.25mol/L，则下列叙述不正确的是( ) A．平衡时D的物质的量为0.25mol B．平衡时A的转化率为25% C．平衡时B的体积分数为50% D．初始时的压强与平衡时的压强之比为12:11 【答案】C 【解析】A项，根据题干，容积为2L，C的浓度为0.25mol/L，生成C的物质的量，根据反应的系数关系，生成0.5mol C的同时生成0.25mol D，平衡时D的物质的量为0.25mol，A正确； B项，根据题意列出三段式： 平衡时A的转化率为，B正确； C项，体积分数为气体物质的量分数，D为固体不计入气体总物质的量，平衡时气体总物质的量为，B的体积分数为，不是50%，C错误； D项，同温同体积时，压强之比等于气体总物质的量之比，初始气体总物质的量为3mol，平衡时为2.75mol，二者比值为3：2.75=12：11，D正确；故选C。 20．在一个恒容密闭容器中发生反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其平衡常数K和温度(T)的关系如表所示： T/℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式为K= 。 (2)在830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，保持温度不变，反应达到平衡后，其平衡常数 (选填“大于”“等于”或“小于”)1.0。 (3)在1200℃时，在某时刻反应混合物中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1、4mol·L-1、4mol·L-1，则此时反应 (选填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“达到平衡”)。 【答案】(1) (2)等于 (3)向逆反应方向进行 【解析】(1)平衡常数是指在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡状态时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，故该反应的平衡常数表达式为； (2)化学平衡常数仅仅是温度的函数，在830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，保持温度不变，反应达到平衡后，其平衡常数等于1.0； (3)在1200℃时，某时刻反应混合物中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1、4mol·L-1、4mol·L-1，此时，则此时反应向逆反应方向进行。 素养提升 21．在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示： 物质 X Y Z 初始浓度/mol·L－1 0.1 0.2 0 平衡浓度/mol·L－1 0.05 0.05 0.1 下列说法错误的是(　　) A．反应达到平衡时，X的转化率为50% B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)2Z(g)，其平衡常数为1 600 C．反应前后压强之比为2∶3 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 【答案】C 【解析】X、Y、Z的浓度变化量分别为0.05 mol·L－1、0.15 mol·L－1、0.1 mol·L－1，且X、Y的浓度减小，Z的浓度增大，所以该反应的化学方程式为X(g)＋3Y(g)2Z(g)；X的转化率为×100%＝50%，平衡常数K＝＝1 600；平衡常数只受温度的影响，不受压强和浓度的影响；反应前后压强之比为3∶2。 22．(2026·辽宁锦州高二阶段检测)t℃时，在两个起始容积都为1L的恒温密闭容器中发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＜0，实验测得；。为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是( ) 容器 物质的起始浓度/(mol/L) 物质的平衡浓度/(mol/L) c(H2) c(I2) c(HI) c(I2) Ⅰ(恒容) 0.1 0.1 0 0.07 Ⅱ(恒压) 0 0 0.8 A．平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比小于1：4 B．平衡时，容器Ⅱ中c(I2)=0.28mol/L C．t℃时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为 D．平衡时，向容器Ⅰ中再通入0.1molH2、0.1molI2和0.2molHI，此时v正＞v逆 【答案】B 【解析】A项，该反应为气体分子总数不变的反应，平衡时容器Ⅰ总物质的量恒为0.2mol，容器Ⅱ总物质的量恒为0.8mol，两容器恒温，且Δn=0时恒压容器Ⅱ体积保持起始1L不变，压强之比等于物质的量之比为1:4，A错误；B项，反应前后气体分子数不变，容器Ⅱ起始0.8mol/L HI等效于0.4mol/L H2和0.4mol/L I2，与容器Ⅰ投料比相同，属于等效平衡，平衡时I2浓度为容器Ⅰ的4倍，即，B正确；C项，平衡时正逆反应速率相等，即，平衡常数，不是，C错误；D项，容器Ⅰ原平衡中c(H2)=0.07mol/L、c(I2)=0.07mol/L、c(HI)=0.06mol/L，通入气体后c(H2)=0.17mol/L、c(I2)=0.17mol/L、c(HI)=0.26mol/L，浓度商，反应逆向进行，v正 ＜v逆，D错误；故选B。 23．一定条件下在容积不变的容器中充入和发生如下反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)，其他条件不变时，分别探究温度和催化剂的比表面积对上述反应的影响。实验测得与时间的关系如图所示。已知： ⅰ．起始投料比均为2：3；ⅱ．比表面积：单位质量的物质具有的总面积。 下列说法不正确的是 A．Ⅰ、Ⅱ曲线证明催化剂比表面积对上述反应有影响 B．Ⅱ中的平衡转化率为50% C．在Ⅲ的条件下，该反应的平衡常数 D．min，Ⅲ中平均反应速率 【答案】C 【解析】A．实验为其他条件不变时，分别探究温度和催化剂的比表面积对上述反应的影响；Ⅰ、Ⅱ反应速率不同，但平衡时c(CO)相同，可知平衡未发生移动，故反应温度相同，催化剂的比表面积不同，A正确；B．起始投料比均为2：3；初始情况下c(CO)=4.00×10−3mol/L，则c(NO)=6.00×10−3mol/L，由图可知Δc(CO)=Δc(NO)=3.00×10−3mol/L，故α(NO)==50%，，B正确；C．在Ⅲ的条件下可得： ，C错误；D．结合C分析可知，min，Ⅲ中平均反应速率，D正确；故选C。 24．T℃时，向2L的恒容密闭容器中加入H2和CO2共5mol发生反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，下图为H2和CO2按不同投料比反应达平衡时的相关数据，其中曲线a、b表示反应物转化率，曲线c表示CH4的体积分数，下列分析不正确的是( ) A．曲线a表示CO2的平衡转化率 B．当，平衡时H2O(g)体积分数最大 C．T℃时，该反应的平衡常数为25 D．M点对应的CH4的体积分数小于23.5% 【答案】C 【解析】A．越大，CO2转化率越高，故曲线a表示的平衡转化率，A正确；B．按照化学计量数之比投入物质时，达到平衡，产物的体积分数最大，则当，平衡时体积分数最大，B正确；C．当，起始通入n(H2)= 4mol，n(CO2)=1mol，反应物转化率相等，为80%，可列三段式：， T℃时该反应的平衡常数为：，C错误；D．根据上述三段式，当时，的体积分数约为：=23.5%，当投料比等于系数比时，产物在平衡体系中的体积分数最大，故M点时，甲烷的体积分数小于23.5%，D正确；故选C。 25．在容积固定的密闭容器中，起始时充入0.2molSO2，0.1molO2，反应体系起始总压强0.1MPa，反应在一定温度下达到平衡时，SO2的转化率为90%，该反应的压强平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平衡浓度计算；分压＝总压×物质的量分数)。 【答案】2.43×104 【解析】根据题意，列出“三段式”： 根据＝得p(平)＝MPa＝MPa，p(SO3)＝×MPa＝0.06MPa，p(SO2)＝×MPa＝MPa，p(O2)＝×MPa＝MPa，Kp＝＝＝2.43×104。 26．SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反应为SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器中发生上述反应，SO2的转化率与温度T的关系如下图所示： 若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 【答案】 【解析】据图可知M点SO2的转化率为50%，不妨设初始投料为2 mol SO2和2 mol Cl2，则列三段式有 　　　 SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g) 起始/mol　2　　　 2　　　　0 转化/mol　1　　　 1　　　　1 平衡/mol　1　　　 1　　　　1 相同条件下气体压强之比等于物质的量之比， 所以p(SO2)＝p(Cl2)＝p(SO2Cl2)＝ p，所以Kp＝＝。 27．500 ℃时，向容积为2 L的密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2，模拟合成氨的反应，容器内的压强随时间的变化如下表所示： 时间/min 0 10 20 30 40 ＋∞ 压强/MPa 20 17 15 13.2 11 11 ①达到平衡时N2的转化率为________。 ②用压强表示该反应的平衡常数Kp＝________(Kp等于平衡时生成物分压幂的乘积与反应物分压幂的乘积的比值，某物质的分压等于总压×该物质的物质的量分数)。 【答案】①90%　②48 MPa－2　③A 【解析】假设到平衡时氮气转化浓度为x mol/L，则有 根据压强比等于物质的量比分析，有关系式：＝，解x＝0.45； ①达到平衡时N2的转化率为0.45/0.5×100%＝90%； ②用压强表示该反应的平衡常数Kp＝＝48 MPa－2。 迁移创新 28．温度为T1时，将气体X和气体Y各1.6mol充入10L恒容密闭容器中，发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表，下列说法正确的是(　　) t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 1.2 1.1 1.0 1.0 A．反应0～4min平均速率v(Z)=0.25 mol·L－1·min－1 B．T1时，反应的平衡常数K1=1.2 C．其他条件不变，9min后，向容器中再充入1.6molX，平衡向正反应方向移动，再次达到平衡时X的浓度减小，Y的转化率增大 D． 其他条件不变，若降温到T2达到平衡时，平衡常数K2=4，则此反应的△H＜0 【答案】D 【解析】A项，由表中数据可求得前4min内消耗Y为0.10mol，v(Y)=，所以v (Z)=2 v (Y)=0.05mol/(L·min)，A错误；B项，由表中数据可知7min时反应到达平衡，反应的三段式为 X(g) + Y(g) 2Z(g) 起始浓度(mol/L) 0.16    0.16      0 变化量(mol/L) 0.06    0.06    0.12 平衡浓度(mol/L) 0.1    0.1    0.12 所以平衡常数K=，B错误；C项，其他条件不变，9min时是平衡状态，再充入1.6molX，平衡向正反应方向移动，再次达到平衡时Y的转化率增大，由于X加入量大于平衡移动消耗量，所以再次达到平衡时，X的浓度增大，C错误；D项，T1时，平衡常数K=1.44，降温到T2达到平衡时，平衡常数K2=4，说明降低温度平衡正向移动，使K增大，所以该反应正向为放热反应， D正确；故选D。 29．利用CO2合成甲醇也是有效利用CO2资源的重要途径。将原料气充入某一恒容密闭容器中，只发生CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH，在不同催化剂作用下，反应tmin时CO2的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( ) A．使用催化剂Ⅰ时，d点未达到平衡 B．c点转化率比a点低的原因一定是催化剂活性降低 C．温度下的反应速率大于温度下的反应速率 D．若a点时，，则此条件下反应已达到最大限度 【答案】B 【解析】A．使用催化剂I时，CO2的转化率随温度升高先增大后减小。温度低于T4时，该反应未达平衡，温度升高，CO2的转化率随着反应速率增大而增大；温度高于T4时，可能是催化剂活性降低，也可能是平衡逆向移动，导致CO2的转化率减小，因此d点未达到平衡，故A正确；B．c点转化率比a点低的原因可能是催化剂活性降低，也可能是平衡逆向移动，故B错误；C．温度T4高于T3，升高温度反应速率加快，故温度下的反应速率大于温度下的反应速率，故C正确；D．由于，若a点时，，则v(CH3OH)正=v(CH3OH)逆，a点处于平衡状态，反应已达到最大限度，故D正确；故选B。 30．(1)一步完成的反应称为基元反应，只由基元反应构成的化学反应称为简单反应，两个及以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应，复杂反应的速率取决(等)于慢的基元反应速率。基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，其中k为速率常数。已知反应NO2+CO=NO+CO2 ，在不同温度下反应机理不同。 ①温度高于490K时，上述反应为简单反应，请写出其速率方程_______________。 ②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，其速率方程v=k·c2(NO2)，已知慢的基元反应的反应物和产物为NO、NO2 、NO3，用方程式表示反应历程。 第一步：__________________________________(慢反应)。 第二步：_____________________________________(快反应)。 (2)N2O4(g) 2NO2(g) ΔH =+57 kJ·mol－1 该反应是高中和大学化学学习的经典素材。 ②T1K时，向1L真空容器中加入1molN2O4 ，达到平衡时NO2的平衡产率为20%，则该温度下的平衡常数K=________,达到平衡时吸收的热量为______kJ。某温度下，该反应达到平衡，NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，平衡常数KP=________KPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 ③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2温度下，若k1=k2 ，则T2________T1(填“高于”或“低于”)。 (3)复杂反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)由两个基元反应构成，2NO(g)=N2O2(g) (快速平衡)N2O2(g) +O2(g)=2NO2(g)(慢反应)，已知快反应为放热反应，其正、逆反应速率常数分别为k1和k2慢反应正、逆反应速率常数分别为k3和k4。若v正=k·c2(NO)·c(O2) 则k=__________________(用k1、k2、k3表示)； 【答案】(1)v=k·c(NO2)·c(CO) 2NO2=NO+ NO3 NO3+2CO=NO+CO2 (2)0.2 11.4 50 高于 (3)K=k1k3/k2 【解析】(1)①基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，则温度高于490K时，简单反应NO2+CO=NO+CO2的速率方程为v=k·c(NO2)·c(CO)；②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，根据速率方程v=k·c2(NO2)可知，慢反应的反应物为NO2，结合产物氮氧化物可知，其慢反应为：2NO2=NO+ NO3，因总反应为NO2+CO=NO+CO2，则快反应为NO3+2CO=NO+CO2 (2)设转化的N2O4为x mol/L，则： 因达到平衡时NO2的平衡产率为20%，因理论上1mol/L N2O4产生NO2 2mol/L，若NO2平均产率为20%，则：，则x=，该温度下的平衡常数K=；达到平衡时吸收的热量为为标准焓变的20%，即57 kJ·mol－1×20%=11.4 kJ·mol－1；某温度下，该反应达到平衡，NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，则混合气体的摩尔质量为34.5×2g/mol=69g/mol,则： 根据十字相乘法可知平衡后两种气体的物质的量之比n (NO2):n(N2O4)=23：23=1:1，因平衡NO2与N2O4的混合气体总压强为100KPa，平衡常数KP= =50 Kpa，③若v(N2O4)=k1·c(N2O4) v(NO2)=k2·c(NO2)，T2温度下，若k1=k2，则平衡产率为50%，与T1温度相比，平衡向正反应方向移动，则T2> T1， (3)由基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)可知，快速平衡2NO(g)=N2O2(g)的正反应速率v快正=k1·c2(NO)①，逆反应速率v快逆=k2·c(N2O2)②，慢反应为N2O2(g)+O2(g)=2NO2(g)，则v慢正= k3·c(N2O2)·c(O2)，则反应速率v正= ·c2(NO) c(O2)，所以K=k1k3/k2。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $