6.2.2 化学平衡状态及限度（精讲）
考点一 化学平衡状态
【例1-1】（2022陕西）在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：X(g)+2Y(g) 2Z(g)此反应达到平衡的标志是
A．容器内压强不随时间变化
B．容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2
C．容器内各物质的浓度随时间变化
D．单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ
【答案】A
【解析】A．该反应前后的化学计量数之和不相等，容器内的压强不随时间改变，能确定达到平衡，故A正确；
B．容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2时，不能说明正反应速率等于逆反应速率，不能确定达到平衡，故B错误；
C．容器内各物质的浓度随时间变化，说明正反应速率不等于逆反应速率，反应未达到平衡，故C错误；
D．单位时间内消耗0.1 mol X 为正速率，同时生成0.2 molZ为正速率，都是正速率不能说明达到平衡状态，故D错误；
故选A。
【例1-2】（2022吉林）将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(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：H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。能判断该反应已经达到化学平衡的有
① ②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
⑤密闭容器混合气体的总物质的量不变 ⑥密闭容器中CO2的体积分数不变
⑦混合气体总质量不变
A．3个 B．4个 C．5个 D．6个
【答案】C
【解析】】①v(NH3)正=2v(CO2)逆，表明正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，①正确；
②该反应为气体物质的量增大的反应，容器内压强为变量，当密闭容器中总压强不变时，表明达到平衡状态，②正确；
③H2NCOONH4(s)为固体，混合气体的质量为变量，混合气体的体积不变，则密闭容器中混合气体的密度为变量，当容器内混合气体的密度不变时，表明达到平衡状态，③正确；
④只有NH3(g)、CO2(g)为气体，且二者的物质的量之比始终为2∶l，则混合气体的平均相对分子质量始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，④错误；
⑤H2NCOONH4(s)为固体，混合气体的总物质的量为变量，当密闭容器混合气体的总物质的量不变时，表明达到平衡状态，⑤正确；
⑥只有NH3(g)、CO2(g)为气体，且二者的物质的量之比始终为2∶1，则密闭容器中CO2的体积分数始终不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，⑥错误；
⑦H2NCOONH4(s)为固体，混合气体的质量为变量，当混合气体的质量不变时，反应达到平衡状态，能判断反应是否达到平衡状态，⑦正确；
可见能够判断反应是否达到平衡状态的有①②③⑤⑦共5个，故合理选项是C。
【例1-3】（2022四川）在一密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中的某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.25 mol/L B．SO2、SO3均为0.15 mol/L
C．SO2为0.4 mol/L D．SO2为0.4 mol/L、O2为0.2 mol/L
【答案】A
【解析】A．SO2的浓度由0.2 mol/L变为0.25 mol/L，反应逆向进行，其浓度增大了0.05 mol/L，则会反应消耗SO3的浓度减小0.05 mol/L，还有剩余，因此可能处于平衡状态，A符合题意；
B．反应物、生成物的浓度不可能同时减小，只能一个减小，另外一个增大，若SO2、SO3均为0.15 mol/L，不符合S元素守恒，B错误；
C．SO3为0.4 mol/L，SO3的浓度增大，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若SO2、和O2完全反应，SO3的浓度为0.4 mol/L，达到平衡的实际浓度应该小于0.4 mol/L，C错误；
D．SO2和O2的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO3完全反应，则SO2和O2的浓度浓度分别为0.4 mo1/L、0.2mol/L，但是可逆反应SO3不可能完全转化，D错误；
故合理选项是A。
【一隅三反】
1．（2022山西）下列关于化学反应限度的说法中正确的是
A．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
B．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
C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【答案】B
【解析】A．化学平衡是动态平衡，当可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不为零，故A错误；
B．当可逆反应达到平衡状态时，各物质的浓度不再发生改变，反应达到化学反应限度，故B正确；
C．当反应达到平衡时，因正逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度都不再改变，但不一定相等，故C错误；
D．化学平衡为动态平衡，当外界条件发生变化时，平衡发生移动，故D错误；
答案选B。
2．（2022云南）在一密闭容器中，N2+3H22NH3反应达到平衡后，下列说法中正确的是
A．N2与H2不再化合，NH3不再分解
B．单位时间内，消耗1 mol N2的同时消耗3mol H2
C．容器内的总压强不随时间而变化
D．N2、H2、NH3的物质的量浓度相等
【答案】C
【解析】A．合成氨反应属于可逆反应，不可能出现N2与H2不再化合、NH3不再分解的情况，A不正确；
B．单位时间内，消耗1 mol N2的同时消耗3mol H2，反应进行的方向相同，不一定达平衡状态，B不正确；
C．反应前后气体的分子数不相等，达平衡前，容器内压强在不断改变，当容器内的总压强不随时间而变化时，反应达平衡状态，C正确；
D．N2、H2、NH3的物质的量浓度相等，可能是反应进行过程中的某个阶段，不一定是平衡状态，D不正确；
故选C。
3．（2022宁夏）在一定温度下的恒容密闭容器中，发生反应，下列能判断该反应已达到化学平衡状态的标志是
A．和的物质的量浓度之和不再变化 B．混合气体的分子总数不再变化
C．混合气体的密度不再变化 D．的物质的量不再变化
【答案】D
【解析】A．对于反应，达到平衡状态时，体系中各物质的浓度保持不变，但和的物质的量浓度之和不再变化时反应不一定达到平衡，故A不选；
B．该反应为分子数不变的反应，平衡前后分子总数始终不变，故B不选；
C．该反应在恒容密闭容器中进行，根据质量守恒，混合气体质量不变，根据，ρ在平衡前后始终不变，所以当密度不变时，反应不一定达平衡，故C不选；
D．根据定义，的物质的量不再变化时，该反应达到平衡状态，故D选；
故选D。
4．（2022重庆）下列说法中不正确的是
A．当可逆反应达到平衡时，就是此反应在该条件下能达到的限度
B．当可逆反应达到平衡时，此反应的正反应速率和逆反应速率相等
C．延长反应时间，不能使2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3
D．化学反应达到其限度后，反应就停止了
【答案】D
【解析】A．当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应在该条件下反应物的转化率最大，所以就是这个反应在该条件下所能达到的限度，A正确；
B．对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，B正确；
C．2SO2＋O22SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率不可能达到100%，即2 mol SO2与1 mol O2反应不会生成2 mol SO3，C正确；
D．化学反应达到其限度后，正反应速率等于逆反应速率，反应达到动态平衡状态，反应并没有停止，D错误；故答案为：D。
5．（2022内蒙古）以下情况中，可以证明可逆反应达到平衡状态的有个
Ⅰ.
① ②1个键断裂的同时，有6个键断裂
Ⅱ.
③恒温恒容时，气体的压强不再改变
④恒温恒压时，气体的密度不再改变
Ⅲ.
⑤恒温恒容时，气体的密度不再改变
⑥恒温恒容时，气体的平均相对分子质量不再改变
Ⅳ.
⑦恒温恒容时，气体的平均相对分子质量不再改变
⑧恒温恒压时，的体积分数不再改变
Ⅴ.
⑨
⑩恒容绝热时，压强不再改变
恒容绝热时，平衡常数不再改变
A．6 B．7 C．8 D．9
【答案】B
【解析】Ⅰ．
①反应任意时刻均存在，因此时，正逆反应速率不等，反应未达到平衡。
②1个键断裂的同时，一定有6个N-H键形成，若同时有6个键断裂，则说明正逆反应速率相等，反应处于平衡状态。
Ⅱ．
③该反应为气体非等体积变化，反应正向进行过程中，气体的物质的量将减小，恒温恒容时，气体的物质的量之比等于气体的压强之比，当气体的压强不再改变时，说明气体的物质的量不变，反应处于平衡状态。
④参加反应的物质均为气体，因此反应过程中气体的总质量不变。恒温恒压时，气体的物质的量之比等于容器体积之比，因此该反应正向进行过程中，容器体积将减小，当气体的密度()不再改变时，说明反应处于平衡状态。
Ⅲ．
⑤反应物中有固体参与，因此反应正向进行过程中，气体的质量将增大，恒温恒容时，当气体的密度()不再改变时，说明反应处于平衡状态。
⑥设起始加入1mol水蒸气和足量固体碳，则起始气体摩尔质量为18g/mol，设水蒸气的转化量为xmol，则反应过程中气体的平均相对分子质量=，因此恒温恒容时，气体的平均相对分子质量不再改变时，说明反应处于平衡状态。
Ⅳ．
⑦产物中CO2与NH3的比例固定，因此气体的平均相对分子质量固定，不能说明反应处于平衡状态。
⑧反应过程中，的体积分数始终为，因此无法根据的体积分数判断反应是否处于平衡状态。
Ⅴ．
⑨反应物的起始量及转化率未知，因此无法根据物质的浓度之比判断反应是否处于平衡状态。
⑩恒容绝热时，随反应的进行，温度将变化，温度变化会引起压强变化，因此当压强不再改变时，反应处于平衡状态。
恒容绝热时，随反应的进行，温度将变化，平衡常数只受温度影响，当平衡常数不再改变时，说明温度不变，反应处于平衡状态。
综上所述，可证明可逆反应达到平衡状态的有②③④⑤⑥⑩ ，故答案为B。
考点二 化学反应条件的控制与优化
【例2-1】（2022·上海）合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO ，其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)2]Ac·CO ΔH<0。
(1)必须除去原料气中CO的原因为_______。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的生产适宜条件应是_______。
(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是_______。
【答案】(1)防止合成塔中的催化剂中毒
(2)低温、高压
(3)高温、低压
【解析】（1）用氢气和氮气合成氨气，需要在高温高压催化剂条件下进行，而CO在反应体系中的影响就是针对催化剂，如果不除去的话，会造成催化剂中毒；
（2）要使生产适宜，即控制条件让反应正向移动，该反应为放热反应，且系数和减少，故低温、高压使平衡正向移动，即适宜条件为低温、高压；
（3）要实现醋酸二氨合铜溶液再生，即使平衡逆向移动即可，该反应为放热反应，且系数和减少，故高温、低压使平衡逆向移动，即适宜条件为高温、低压。
【例2-2】（2022·云南）通过控制其他实验条件不变，来研究原料粒度、提取时间和提取温度对青蒿素提取率的影响，其结果如下图所示，采用的最佳原料粒度、提取时间和提取温度分别为___________。
【答案】50目(40~60目)、100min、50℃
【解析】根据原料的粒度对青蒿素提取率的影响可知，50目时提取率最高；根据提取时间对青蒿素提取率的影响可知，时间为100分钟时提取率接近100%，再延长时间，对提取率影响不大；根据提取温度对青蒿素提取率的影响可知，温度为50℃提取率最高。故答案为：50目(40~60目)、100min、50℃。
【一隅三反】
1．（2022浙江）图为工业合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是
A．物质B是未反应完全的氮气和氢气，通过循环投料，可以提高原料利用率
B．物质A是空气，其中的O2在吸收塔中氧化NO，使之能被水充分吸收生成硝酸
C．为提高原料价格更高的的转化率，应向合成塔通入过量的空气以提高N2浓度
D．尾气中的氮氧化物可使用碱性的Na2CO3溶液吸收，或使用NH3将氮氧化物还原为N2
【答案】C
【解析】A．物质B可以循环利用，合成氨反应是可逆反应，因此是未反应完全的氮气和氢气，通过循环投料，提高原料利用率，A正确；
B．根据以上分析可知物质A是空气，其中的在吸收塔中氧化，使之能被水充分吸收生成硝酸，B正确；
C．为提高原料价格更高的的转化率，可以及时分离氨气，氢气和氮气循环利用，空气中含有氧气等杂质，不应向合成塔通入过量的空气以提高氢气的转化率，C错误；
D．硝酸的酸性强于碳酸，因此尾气中的氮氧化物可使用碱性的溶液吸收，另外氮氧化合物具有氧化性，可以使用将氮氧化物还原为，D正确；
答案选C。
2．（2022·北京）合成氨中的原料气进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，发生的反应为：，。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是
A．低温和高压 B．高温和低压
C．加快原料气的通入速率 D．吸收效果与铜氨溶液的浓度无关
【答案】A
【解析】A．低温平衡正向移动，高压平衡正向移动，有利于铜氨液吸收CO，选项A正确；
B．高温低压，平衡逆向移动，不利于铜氨液吸收CO，选项B错误；
C．加快原料气的通入速率，接触时间短，不利于铜氨液吸收CO，选项C错误；
D．吸收效果与铜氨溶液的浓度有关，增大浓度平衡正向移动，选项D错误；
答案选A。
3．（2022江西）在合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量NH3、CO的混合气)需经过铜氨溶液除去其中的CO，其反应为：[Cu(NH3)2]++CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+ △H＜0，则铜氨溶液吸收CO适宜的生产条件是
A．低温和高压 B．低温和低压 C．高温和高压 D．高温和低压
【答案】A
【解析】A．低温平衡正向移动，高压平衡正向移动，故A正确；
B．低温平衡正向移动，低压平衡逆向移动，故B错误；
C．高温使平衡逆向移动，高压平衡正向移动，故C错误；
D．高温低压，平衡逆向移动，故D错误；
故选A。
考点三 化学反应速率图像问题
【例3】（2022辽宁）一定温度下，在2 L的密闭容器中发生反应：，反应过程中B、C的物质的量随时间变化的关系如图甲所示；反应达到平衡后，在t1 min、t2 min、t3 min、t4 min分别只改变一种反应条件，逆反应速率随时间变化的关系如图乙所示。下列有关说法正确的是
A．0～2 min内，v(B)= 0.1 mol/(L·min)
B．t1 min时，改变的条件可能是升高温度
C．t3 min时，改变的条件可能是增大压强，此时c(B)不变
D．t4 min时，可能是使用了催化剂，此时c(B)不变
【答案】D
【解析】A．在0～2 min内，用B的浓度变化表示反应速率v(B)= =0.05 mol/(L·min)，A错误；
B．根据图象可知：在t1 min时，v逆突然降低，若改变的条件是升高温度，则反应速率应该比原来增大，因此改变条件不可能是升高温度，B错误；
C．根据图象可知：在t3 min时，v逆突然降低，且一直保持不变。若改变的条件是增大压强，则反应速率应该增大，且c(B)也增大，与图象不吻合，C错误；
D．根据图象可知：在t4 min时，v逆突然增大，且一直保持不变，说明反应速率加快，但平衡不发生移动，此时c(B)不变，改变的条件可能是使用了催化剂，D正确；
故合理选项是D。
【一隅三反】
1．（2022四川）某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B，一定温度下发生反应：A (g)+xB(g)2C(g)，达到平衡后，只改变反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。下列说法中正确的是
A．8min时表示正反应速率等于逆反应速率
B．前20min A的反应速率为1.00mol/(L·min )
C．反应方程式中的x=1，30min时表示增大压强
D．40min时改变的条件是升高温度，且正反应为放热反应
【答案】D
【解析】A.由图象可知反应从正反应方向开始，在20min时反应达到平衡状态，在20min以前反应没有达到平衡状态，由于反应物的浓度逐渐减小，生成物的浓度逐渐增大，可知正反应速率大于逆反应速率，A错误；
B.由图象可知在前20min内C的浓度变化了2.00mol/L，v(C)=2mol/L÷20min=0.1mol/(L min)，根据v(A):v(C)=1:2，可知：v(A)= 0.1mol/(L min)÷2=0.05mol/(L min)，B错误；
C．根据图1可知在30-40min内反应物、生成物的浓度都降低，说明扩大了容器的容积，减小了体系的压强，而此时由图象2可看出v(正)、v(逆)都减小，但减小后的v(正)= v(逆)，说明减小了压强，平衡不移动，1+x=2，则x=1，C错误；
D．根据图象可知，40min时正、逆反应速率都增大，由于该反应是体积不变的反应，所以改变的外界条件只能是升高温度；由于升高温度后，逆反应速率大于正反应速率，根据平衡移动原理，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，说明逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，D正确；
本题合理选项是D。
2．（2022·重庆）向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：，在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．0～10 min内v(A)=0.02mol/(L·min)
B．x∶y=1∶2
C．0～10 min随反应进行，容器内压强变小
D．第10 min和第16 min改变的条件都可能是升温
【答案】C
【解析】A. 由图可知，0～10min内，A的浓度由0.45mol/L减小为0.25mol/L，，故A正确；
B. 0～10min内，A的浓度由0.45mol/L减小为0.25mol/L，C的浓度由0增大为0.4mol/L，浓度变化量之比等于化学计量数之比，则x：y=0.2mol/L：0.4mol/L=1：2，故B正确；
C. 气体物质的量之比等于压强之比，x：y=1：2，可知0～10min随反应进行，容器内压强变大，故C错误；
D. 第10min时未达到平衡，突然改变条件加快反应速率，第16min改变条件使平衡逆向移动，则第10min和第16min改变的条件都可能是升温，故D正确；故选C。
3．（2022江苏）已知反应：A(s)＋3B(g)2C(g) ΔH<0，在体积为10L的密闭容器中发生反应的过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．X曲线表示B的物质的量随时间变化的关系
B．第t1 min时说明反应达到了平衡
C．前4 min，用C表示反应速率为v(C)=0.1 mol·L-1·min-1
D．第10 min时，可能采取了降温
【答案】D
【解析】根据图象，在7min时达到平衡，X变化物质的量为0.6mol，Y的物质的量变化了0.9mol，根据化学反应方程式，推出X曲线为C，Y的曲线为B。
A、根据上述分析，X曲线表示C的物质的量随时间变化的关系，故A说法错误；
B、根据图象，7min达到平衡，故B说法错误；
C、根据化学反应速率的定义，v(C)=0.4mol/(10L×4min)=0.01 mol·L-1·min-1，故C说法错误；
D、10min后，X物质的量增大，Y的物质的量降低，说明平衡向正反应方向进行，改变的条件可能是降温，故D说法正确。
4．（2021春·云南玉溪·高二校考阶段练习）用来表示可逆反应2A(g)＋B(g) 2C(g)ΔH<0的正确图象为
A．B．C．D．
【答案】A
【解析】A．已知可逆反应2A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH<0，正反应放热，升温则平衡左移，C的质量分数减小，但反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，选项A正确；
B．图示升温反应速率减小，与温度升高反应速率增大不相符，选项B错误；
C．反应2A(g)＋B(g) 2C(g)是气体分子总数减少的反应，增压则平衡右移，即增压，正反应速率增加得更快，而选项C中图示：增压，逆反应速率增加得更快，则平衡左移，选项C错误；
D．可逆反应2A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH<0，正反应放热，升温则平衡左移，A的转化率变小，在选项D的图中，作一条等压辅助线与2条曲线产生2个交点，可得温度越高A的转化率越大，选项D错误；
答案选A。
考点四 化学反应速率综合运用
【例4-1】（2022春·云南楚雄·高一校考阶段练习）化学反应原理是研究、解决化学问题的重要方法。完成下列填空：
(1)反应2SO2+O22SO3的能量变化如图所示，则生成2molSO3_______(填“放出”或“吸收”)的能量为_______(填标号)
A． B． C． D．
(2)断开气态物质中1mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量称为键能。如表所示是一些共价键的键能。
共价键 H-H N≡N N-H
键能() 436 M 391
已知反应得到1mol气态放出的热量为46kJ，则上表中M的值为_______。
(3)在2L容器中投入2mol和bmol，发生反应2SO2+O2=2SO3，下图是部分反应物与生成物随时间的变化曲线。
①0～10min内，v(O2)=_______。
②反应达到最大限度的时间是_______min，在该条件下，的最大转化率为_______。
③下列条件能够加快反应速率的是_______(填标号)。
A．升高温度
B．保持体积不变，再充入一定量的氧气
C．保持压强不变，充入He使容积增大
D．保持体积不变，充入He使压强增大
④下列情况能说明该反应达到化学平衡的是_______。
A．v(SO3)=v(SO2)
B．混合气体的密度保持不变
C．体系内气体的颜色不再发生改变
D．混合气体的总物质的量不再改变
E.、、的物质的量之比等于2：1：2
(4)一种室温下“可呼吸”的Na-CO2电池装置如图所示，电池的总反应为3CO2+4Na=2Na2CO3+C。
①电极a为_______极(填“正”或“负")。
②电极b发生的电极反应为_______。
【答案】(1) 放出 B
(2)946
(3) 0.025mol/(L·min) 25 70% AB D
(4) 负 3CO2+4e－＝2CO+C
【解析】（1）根据图象可知反应物总能量高于生成物总能量，属于放热反应，生成2molSO3放出的能量为，答案选B。
（2）反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，已知反应得到1mol气态放出的热量为46kJ，则3×436+M－6×391＝－92，解得M＝946；
（3）①在2L容器中投入2mol和bmol，发生反应2SO2+O2=2SO3，根据图象可知0～10min内生成三氧化硫1mol，则消耗二氧化硫1mol，氧气0.5mol，则v(O2)=＝0.025mol/(L·min)。
②根据图象可知25min时浓度不再发生变化，则反应达到最大限度的时间是25min，在该条件下消耗二氧化硫是1.4mol，所以的最大转化率为。
③A.升高温度能够加快反应速率；
B.保持体积不变，再充入一定量的氧气，反应物浓度增大，能够加快反应速率；
C.保持压强不变，充入He使容积增大，浓度减小，反应速率减小；
D.保持体积不变，充入He使压强增大，反应物浓度不变，反应速率不变；
答案选AB。
④A.v(SO3)=v(SO2)没有指明反应的方向，不一定处于平衡状态；
B.反应前后混合气体的质量和容器容积均不变，密度始终不变，即混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态；
C.三种气体的是无色的，则体系内气体的颜色不再发生改变不能说明反应达到平衡状态；
D.正反应体积减小，混合气体的总物质的量不再改变，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态；
E.、、的物质的量之比等于2：1：2，不能说明正逆反应速率相等，不一定处于平衡状态；
答案选D。
（4）①电极a生成钠离子，发生失去电子的氧化反应，为负极。
②电极b是正极，二氧化碳得到电子转化为碳酸根离子和单质碳，发生的电极反应为3CO2+4e－＝2CO+C。
【一隅三反】
1．（2022四川）根据化学反应速率和化学反应限度的知识回答下列问题：
Ⅰ．某温度时，在2 L容器中发生A、B两种物质间的转化反应，A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示：
(1)该反应的化学方程式为_______。
(2)反应开始至4 min时，A的平均反应速率为_______。
(3)4 min时，反应是否达平衡状态？_______(填“是”或“否”)，8 min时，v正_______(填“>”“<”或“=”)v逆。
Ⅱ．氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，该反应为放热反应，且每生成2 mol NH3，放出92.4 kJ的热量。当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件(不改变N2、H2和NH3的量)，反应速率与时间的关系如图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为（4）_______。
(5)在一定温度下，向一个容积为1 L的容器中通入2 mol氮气和8 mol氢气及固体催化剂，使之反应。已知平衡时容器内气体的压强为起始时的80%。
①N2的转化率为_______。
②反应达到平衡时，放出的热量_______(填字母，下同)。
A．小于92.4 kJ
B．等于92.4 kJ
C．大于92.4 kJ
D．可能大于、小于或等于92.4 kJ
(6)若该反应在绝热条件下进行，下列能证明反应已达化学平衡的为_______。
A．压强不变
B．体系的温度不变
C．N2、H2、NH3的分子数之比为1:3:2
D．混合气体的质量不变
【答案】（1） 2AB
（2）0.05mol/(L min)
否 =
t2-t3 t4-t5
50% B
AB
【解析】Ⅰ．(1)从图象可以看出，在反应过程中，A的物质的量减小，为反应物，B的物质的量增加，为生成物。从开始到4min时，A的物质的量从0.8mol减小到0.4mol，减小了0.4mol，B的物质的量从0.2mol增加到0.4mol，增加了0.2mol。A和B变化的物质的量之比为0.4mol:0.2mol=2:1，变化的物质的量之比等于方程式的系数比，同时可以从图象中看出，8min后，A和B的物质的量不再变化，说明该反应是可逆反应，8min后，反应达到了平衡状态，则反应的化学方程式为：2A B。
(2)从开始到4min时，消耗的A的物质的量为0.4mol，容器体积为2L，则消耗的A的物质的量浓度为0.2mol/L，用A表示的反应速率为=0.05mol/(L min)。
(3)4min时，A和B的物质的量仍在变化，所以没有达到平衡状态。8min时，A和B的物质的量不再变化，达到了平衡状态，则v正=v逆。
Ⅱ．(1)正逆反应速率相等时，反应达到平衡状态，所以处于化学平衡状态的时间段为t2-t3和t4-t5。
(2)①起始时容器中共有气体10mol，平衡时压强为开始时的80%，在恒温恒容的容器中，压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气的总的物质的量为10mol×80%=8mol，比起始时减小了2mol，根据合成氨反应的方程式可知，反应中变化的物质的量即为生成氨气的物质的量，所以生成氨气2mol，则消耗了1mol氮气，所以氮气的转化率为=50%。
②已知每生成2 mol NH3，放出92.4 kJ的热量。该反应中生成了2 mol NH3，所以放出92.4 kJ的热量，故选B。
(3)A．该反应前后气体系数之和不相等，即反应前后气体物质的量有变化，所以反应前后压强会发生变化，当压强不变时，反应达到了化学平衡，故A选；
B．该反应在绝热条件下进行，当体系温度不变时，反应达到了化学平衡，故B选；
C．N2、H2、NH3的分子数之比为1:3:2，和反应是否平衡无关，故C不选；
D．反应物和生成物均为气体，混合气的总质量一直不变，所以混合气体质量不变不能证明反应达到了化学平衡，故D不选；故选AB。
2．（2022春·辽宁朝阳·高一校联考阶段练习）以生产甲醇()是实现“碳中和”的重要途径。其原理是。
(1)该反应的能量变化如图1所示，该反应为___________(填“放热”或“吸热”)反应。
(2)恒容容器中，对于上述反应，下列措施能加快反应速率的是___________(填字母)。
A．升高温度 B．充入He
C．加入合适的催化剂 D．降低压强
(3)在体积为2L的密闭容器中，充入1mol和3mol，测得，的物质的量随时间变化如图2。从反应开始到3min末，用浓度变化表示的平均反应速率___________；反应达到平衡状态，此时的转化率为___________。
(4)用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图3。
①则电极c是___________(填“正极”或“负极”)，电极d的电极反应式为___________。
②若线路中转移1mol电子，则该燃料电池理论上消耗的在标准状况下的体积为___________L。
【答案】(1)放热
(2)AC
(3) 0.25mol·(L·min) 1 75%
(4) 负极 O2+4e-+4H＋=2H2O 5.6
【解析】（1）根据图示，CO2(g)、H2(g)总能量大于CH3OH(g)、H2O(g)的总能量，该反应为放热反应。
（2）A．升高温度，反应速率一定加快，故选A；
B．恒容容器中，充入He，反应物浓度不变，反应速率不变，故不选B；
C．催化剂能加快反应速率，故选C；
D．降低压强，反应速率减慢，故不选D；
选AC。
（3）从反应开始到3min末，反应消耗0.5molCO2，所以同时消耗氢气的物质的量为1.5mol，用H2浓度变化表示的平均反应速率v(H2)=mol·(L·min) 1；反应达到平衡状态时，反应消耗0.75molCO2，所以同时消耗氢气的物质的量为2.25mol，此时H2的转化率为75%。
（4）①根据图示，电子由c流出，则电极c是负极，d是正极，氧气在正极得电子发生还原反应，电极d的电极反应式O2+4e-+4H＋=2H2O。
②正极反应式为O2+4e-+4H＋=2H2O，若线路中转移1mol电子，消耗0.25mol氧气，消耗的O2在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L。
3．（2022春·广西玉林·高一校联考期中）如图所示的过程是目前直接利用太阳能的研究热点。人们把通过人工光化学手段合成燃料的过程叫做人工光合作用。
(1)在上图1构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为_______能。
图1
(2)人工光合作用得到的乙醇可添加到汽油中，已知汽车尾气中NO生成过程的键能变化如图2所示，则图3中能正确表示该反应能量变化的是_______(填“a”或“b”)。
(3)人工光合作用的途径之一就是在催化剂光照条件下，将CO2和H2O转化为CH3OH，该反应的化学方程式为：2CO2(g)+4H2O(g)2CH3OH(g)+3O2(g)。一定条件下，在2L恒容密闭容器中充入0.50molCO2和1.00mol水蒸气进行上述反应，测得n(CH3OH)随时间的变化如下表所示：
时间/min 0 1 2 3 4 5 6
n(CH3OH)/mol 0.00 0.040 0.070 0.090 0.100 0.100 0.100
①用CH3OH表示0～3min内该反应的平均反应速率为_______。
②第4分钟时v逆(CH3OH)_______(填“大于”“小于”或“等于”)第3分钟时v正(CH3OH)。
③能说明该反应已达到平衡状态的是_______。
a.v正(H2O)=2v逆(CO2)
b.n(CH3OH)：n(O2)=2：3
c.容器内密度保持不变
d.容器内压强保持不变
④计算上述反应中CO2的平衡转化率为_______%。
(4)用人工光合作用得到的甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池，则氧气应通入该燃料电池的_______极(填“正”或“负”)，通入CH3OH的一极的电极反应式为_______。
【答案】(1)热
(2)b
(3) 0.015mol L-1 min-1 小于 ad 20
(4) 正 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
【解析】（1）根据图1的构想，燃烧产物转化为燃料的过程中太阳能转化为化学能，在燃料转化为燃烧产物的过程中化学能转化为热能，故太阳能最终转化为热能；答案：热。
（2）根据图示，断裂1molN2和1molO2中的化学键吸收的能量为946kJ+498kJ=1444kJ，形成2molNO中的化学键放出的能量为2×632kJ=1246kJ＜1444kJ，故N2和O2生成NO的反应为吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，选b；
（3）①0～3min内用CH3OH表示的平均反应速率v(CH3OH)===0.015mol/(L min)；答案为：0.015mol/(L min)。
②建立平衡的过程中正反应速率减小，逆反应速率增大；根据表中数据，3min时反应没有达到平衡，CH3OH表示的正反应速率大于逆反应速率；4min时反应已经达到平衡状态，CH3OH表示的正反应速率等于逆反应速率；第4分钟时v逆(CH3OH)小于第3分钟时v正(CH3OH)；答案为：小于。
③a．v正(H2O)=2v逆(CO2)说明正、逆反应速率相等，是反应达到平衡状态的本质标志，a项选；
b．从正反应开始建立平衡，建立平衡的过程中n(CH3OH)：n(O2)始终等于2：3，n(CH3OH)：n(O2)=2：3不能说明反应达到平衡状态，b项不选；
c．建立平衡的过程中气体的总质量始终不变，容器的容积不变，容器内气体的密度始终不变，容器内密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，c项不选；
d．建立平衡的过程中气体总物质的量减小，在恒温恒容容器中，容器内的压强减小，容器内压强保持不变能说明反应达到平衡状态，d项选；
答案选ad。
④根据表中数据，平衡时CH3OH物质的量为0.100mol，从起始到平衡生成CH3OH物质的量为0.100mol，则消耗CO2物质的量为0.100mol，则CO2的平衡转化率=20%；答案为：20。
（4）甲醇、氧气和稀硫酸制作的燃料电池中，氧气应通入该燃料电池的正极；通入CH3OH的一极为负极，CH3OH发生失电子的氧化反应生成CO2，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；答案为：正；CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。6.2.2 化学平衡状态及限度（精讲）
考点一 化学平衡状态
【例1-1】（2022陕西）在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：X(g)+2Y(g) 2Z(g)此反应达到平衡的标志是
A．容器内压强不随时间变化
B．容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2
C．容器内各物质的浓度随时间变化
D．单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ
【例1-2】（2022吉林）将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(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：H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。能判断该反应已经达到化学平衡的有
① ②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
⑤密闭容器混合气体的总物质的量不变 ⑥密闭容器中CO2的体积分数不变
⑦混合气体总质量不变
A．3个 B．4个 C．5个 D．6个
【例1-3】（2022四川）在一密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中的某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.25 mol/L B．SO2、SO3均为0.15 mol/L
C．SO2为0.4 mol/L D．SO2为0.4 mol/L、O2为0.2 mol/L
【一隅三反】
1．（2022山西）下列关于化学反应限度的说法中正确的是
A．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
B．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
C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
2．（2022云南）在一密闭容器中，N2+3H22NH3反应达到平衡后，下列说法中正确的是
A．N2与H2不再化合，NH3不再分解
B．单位时间内，消耗1 mol N2的同时消耗3mol H2
C．容器内的总压强不随时间而变化
D．N2、H2、NH3的物质的量浓度相等
3．（2022宁夏）在一定温度下的恒容密闭容器中，发生反应，下列能判断该反应已达到化学平衡状态的标志是
A．和的物质的量浓度之和不再变化 B．混合气体的分子总数不再变化
C．混合气体的密度不再变化 D．的物质的量不再变化
4．（2022重庆）下列说法中不正确的是
A．当可逆反应达到平衡时，就是此反应在该条件下能达到的限度
B．当可逆反应达到平衡时，此反应的正反应速率和逆反应速率相等
C．延长反应时间，不能使2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3
D．化学反应达到其限度后，反应就停止了
5．（2022内蒙古）以下情况中，可以证明可逆反应达到平衡状态的有个
Ⅰ.
① ②1个键断裂的同时，有6个键断裂
Ⅱ.
③恒温恒容时，气体的压强不再改变
④恒温恒压时，气体的密度不再改变
Ⅲ.
⑤恒温恒容时，气体的密度不再改变
⑥恒温恒容时，气体的平均相对分子质量不再改变
Ⅳ.
⑦恒温恒容时，气体的平均相对分子质量不再改变
⑧恒温恒压时，的体积分数不再改变
Ⅴ.
⑨
⑩恒容绝热时，压强不再改变
恒容绝热时，平衡常数不再改变
A．6 B．7 C．8 D．9
考点二 化学反应条件的控制与优化
【例2-1】（2022·上海）合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO ，其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)2]Ac·CO ΔH<0。
(1)必须除去原料气中CO的原因为_______。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的生产适宜条件应是_______。
(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是_______。
【例2-2】（2022·云南）通过控制其他实验条件不变，来研究原料粒度、提取时间和提取温度对青蒿素提取率的影响，其结果如下图所示，采用的最佳原料粒度、提取时间和提取温度分别为___________。
【一隅三反】
1．（2022浙江）图为工业合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是
A．物质B是未反应完全的氮气和氢气，通过循环投料，可以提高原料利用率
B．物质A是空气，其中的O2在吸收塔中氧化NO，使之能被水充分吸收生成硝酸
C．为提高原料价格更高的的转化率，应向合成塔通入过量的空气以提高N2浓度
D．尾气中的氮氧化物可使用碱性的Na2CO3溶液吸收，或使用NH3将氮氧化物还原为N2
2．（2022·北京）合成氨中的原料气进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，发生的反应为：，。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是
A．低温和高压 B．高温和低压
C．加快原料气的通入速率 D．吸收效果与铜氨溶液的浓度无关
3．（2022江西）在合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量NH3、CO的混合气)需经过铜氨溶液除去其中的CO，其反应为：[Cu(NH3)2]++CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+ △H＜0，则铜氨溶液吸收CO适宜的生产条件是
A．低温和高压 B．低温和低压 C．高温和高压 D．高温和低压
考点三 化学反应速率图像问题
【例3】（2022辽宁）一定温度下，在2 L的密闭容器中发生反应：，反应过程中B、C的物质的量随时间变化的关系如图甲所示；反应达到平衡后，在t1 min、t2 min、t3 min、t4 min分别只改变一种反应条件，逆反应速率随时间变化的关系如图乙所示。下列有关说法正确的是
A．0～2 min内，v(B)= 0.1 mol/(L·min)
B．t1 min时，改变的条件可能是升高温度
C．t3 min时，改变的条件可能是增大压强，此时c(B)不变
D．t4 min时，可能是使用了催化剂，此时c(B)不变
【一隅三反】
1．（2022四川）某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B，一定温度下发生反应：A (g)+xB(g)2C(g)，达到平衡后，只改变反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。下列说法中正确的是
A．8min时表示正反应速率等于逆反应速率
B．前20min A的反应速率为1.00mol/(L·min )
C．反应方程式中的x=1，30min时表示增大压强
D．40min时改变的条件是升高温度，且正反应为放热反应
2．（2022·重庆）向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B，发生如下反应：，在一定条件下，容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．0～10 min内v(A)=0.02mol/(L·min)
B．x∶y=1∶2
C．0～10 min随反应进行，容器内压强变小
D．第10 min和第16 min改变的条件都可能是升温
3．（2022江苏）已知反应：A(s)＋3B(g)2C(g) ΔH<0，在体积为10L的密闭容器中发生反应的过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．X曲线表示B的物质的量随时间变化的关系
B．第t1 min时说明反应达到了平衡
C．前4 min，用C表示反应速率为v(C)=0.1 mol·L-1·min-1
D．第10 min时，可能采取了降温
4．（2021春·云南玉溪·高二校考阶段练习）用来表示可逆反应2A(g)＋B(g) 2C(g)ΔH<0的正确图象为
A．B．C．D．
考点四 化学反应速率综合运用
【例4-1】（2022春·云南楚雄·高一校考阶段练习）化学反应原理是研究、解决化学问题的重要方法。完成下列填空：
(1)反应2SO2+O22SO3的能量变化如图所示，则生成2molSO3_______(填“放出”或“吸收”)的能量为_______(填标号)
A． B． C． D．
(2)断开气态物质中1mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量称为键能。如表所示是一些共价键的键能。
共价键 H-H N≡N N-H
键能() 436 M 391
已知反应得到1mol气态放出的热量为46kJ，则上表中M的值为_______。
(3)在2L容器中投入2mol和bmol，发生反应2SO2+O2=2SO3，下图是部分反应物与生成物随时间的变化曲线。
①0～10min内，v(O2)=_______。
②反应达到最大限度的时间是_______min，在该条件下，的最大转化率为_______。
③下列条件能够加快反应速率的是_______(填标号)。
A．升高温度
B．保持体积不变，再充入一定量的氧气
C．保持压强不变，充入He使容积增大
D．保持体积不变，充入He使压强增大
④下列情况能说明该反应达到化学平衡的是_______。
A．v(SO3)=v(SO2)
B．混合气体的密度保持不变
C．体系内气体的颜色不再发生改变
D．混合气体的总物质的量不再改变
E.、、的物质的量之比等于2：1：2
(4)一种室温下“可呼吸”的Na-CO2电池装置如图所示，电池的总反应为3CO2+4Na=2Na2CO3+C。
①电极a为_______极(填“正”或“负")。
②电极b发生的电极反应为_______。
【一隅三反】
1．（2022四川）根据化学反应速率和化学反应限度的知识回答下列问题：
Ⅰ．某温度时，在2 L容器中发生A、B两种物质间的转化反应，A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示：
(1)该反应的化学方程式为_______。
(2)反应开始至4 min时，A的平均反应速率为_______。
(3)4 min时，反应是否达平衡状态？_______(填“是”或“否”)，8 min时，v正_______(填“>”“<”或“=”)v逆。
Ⅱ．氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，该反应为放热反应，且每生成2 mol NH3，放出92.4 kJ的热量。当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件(不改变N2、H2和NH3的量)，反应速率与时间的关系如图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为（4）_______。
(5)在一定温度下，向一个容积为1 L的容器中通入2 mol氮气和8 mol氢气及固体催化剂，使之反应。已知平衡时容器内气体的压强为起始时的80%。
①N2的转化率为_______。
②反应达到平衡时，放出的热量_______(填字母，下同)。
A．小于92.4 kJ
B．等于92.4 kJ
C．大于92.4 kJ
D．可能大于、小于或等于92.4 kJ
(6)若该反应在绝热条件下进行，下列能证明反应已达化学平衡的为_______。
A．压强不变
B．体系的温度不变
C．N2、H2、NH3的分子数之比为1:3:2
D．混合气体的质量不变
2．（2022春·辽宁朝阳·高一校联考阶段练习）以生产甲醇()是实现“碳中和”的重要途径。其原理是。
(1)该反应的能量变化如图1所示，该反应为___________(填“放热”或“吸热”)反应。
(2)恒容容器中，对于上述反应，下列措施能加快反应速率的是___________(填字母)。
A．升高温度 B．充入He
C．加入合适的催化剂 D．降低压强
(3)在体积为2L的密闭容器中，充入1mol和3mol，测得，的物质的量随时间变化如图2。从反应开始到3min末，用浓度变化表示的平均反应速率___________；反应达到平衡状态，此时的转化率为___________。
(4)用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图3。
①则电极c是___________(填“正极”或“负极”)，电极d的电极反应式为___________。
②若线路中转移1mol电子，则该燃料电池理论上消耗的在标准状况下的体积为___________L。
3．（2022春·广西玉林·高一校联考期中）如图所示的过程是目前直接利用太阳能的研究热点。人们把通过人工光化学手段合成燃料的过程叫做人工光合作用。
(1)在上图1构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为_______能。
图1
(2)人工光合作用得到的乙醇可添加到汽油中，已知汽车尾气中NO生成过程的键能变化如图2所示，则图3中能正确表示该反应能量变化的是_______(填“a”或“b”)。
(3)人工光合作用的途径之一就是在催化剂光照条件下，将CO2和H2O转化为CH3OH，该反应的化学方程式为：2CO2(g)+4H2O(g)2CH3OH(g)+3O2(g)。一定条件下，在2L恒容密闭容器中充入0.50molCO2和1.00mol水蒸气进行上述反应，测得n(CH3OH)随时间的变化如下表所示：
时间/min 0 1 2 3 4 5 6
n(CH3OH)/mol 0.00 0.040 0.070 0.090 0.100 0.100 0.100
①用CH3OH表示0～3min内该反应的平均反应速率为_______。
②第4分钟时v逆(CH3OH)_______(填“大于”“小于”或“等于”)第3分钟时v正(CH3OH)。
③能说明该反应已达到平衡状态的是_______。
a.v正(H2O)=2v逆(CO2)
b.n(CH3OH)：n(O2)=2：3
c.容器内密度保持不变
d.容器内压强保持不变
④计算上述反应中CO2的平衡转化率为_______%。
(4)用人工光合作用得到的甲醇、氧气和稀硫酸制作燃料电池，则氧气应通入该燃料电池的_______极(填“正”或“负”)，通入CH3OH的一极的电极反应式为_______。
