第二节 化学平衡
学习目标 重点难点
1.了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。 2.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量。知道化学平衡常数的含义。能利用浓度商和化学平衡常数的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。 3.通过实验探究,理解浓度、压强、温度等对化学平衡状态的影响。 4.理解勒夏特列原理,能依据原理分析平衡移动的方向。 重 点 1.化学平衡常数。 2.从定性和定量两个角度判断化学平衡移动的方向。
难 点 1.反应条件对化学平衡的影响。 2.化学反应速率和平衡图像分析。
第1课时 化学平衡状态
新知探究(一)——化学平衡状态
1.可逆反应
(1)概念
在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法
用“ ”连接,把从左向右进行的反应称为正反应,把由右向左进行的反应称为逆反应。
(3)特征
双向性 指可逆反应分为方向相反的两个方向:正反应方向和逆反应方向
双同性 指正、逆反应是在相同条件下,同时进行
共存性 指反应物的转化率小于100%,反应物与生成物共存
2.化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中,合成氨反应如下:N2+3H22NH3。
(1)如图1所示,N2与H2随着反应的进行,其浓度逐渐 ,v正逐渐减小,而c(NH3)逐渐 ,v逆逐渐增大,t1时刻,它们的浓度不再改变,v正 v逆,反应达到平衡。
(2)如图2所示,随着NH3的分解,其浓度逐渐 ,v逆逐渐减小,而c(N2)、c(H2)逐渐 ,v正逐渐增大,t2时刻起,它们的浓度不再改变,v正 v逆,反应达到平衡。
[微点拨] 平衡的建立与途径无关。若只给出反应物,则是从正反应方向建立平衡;若只给出生成物,则是从逆反应方向建立平衡;若既给出反应物又给出生成物,则是从正、逆反应方向同时建立平衡。
3.化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应,当正、逆反应的速率 时,反应物和生成物的 均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态我们称之为化学平衡状态,简称化学平衡。
4.化学平衡状态的特征
[题点多维训练]
题点(一) 可逆反应
1.勒夏特列在研究高炉内发生的化学反应时认为,因为CO2+C 2CO是可逆反应,所以炉气中存在一定比例的CO是不可避免的。14CO2与碳在高温条件下发生反应14CO2+C 2CO,一段时间后反应达平衡状态,体系中含14C的粒子有 ( )
A.14CO2 B.14CO2、14CO
C.14CO2、14CO、14C D.14CO
2.某反应充分反应前后如图所示,图中涉及物质均为气体,关于该反应的下列说法中不正确的是 ( )
A.该反应可表示为2AB2(g)+B2(g) 2AB3(g)
B.若反应开始加入1 mol B2(g),则不可能生成2 mol AB3(g)
C.反应速率:v(AB2)=v(AB3)、2v(AB2)=v(B2)
D.相同时间内,若c(AB2)变化0.1 mol·L-1,则c(B2)变化为0.05 mol·L-1
题点(二) 化学平衡状态
3.在一定温度下,将2 mol SO2和1 mol O2充入一固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
4.在一定条件下,将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是 ( )
A.反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小
B.随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐增大
C.达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 mol·L-1
D.该反应建立平衡过程中v t(时间)图像为
5.在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中,发生反应: 2A(g)+B(s) C(g)+D(g),下列描述能表明反应已达到平衡状态的是 ( )
①容器内温度不变
②混合气体的密度不变
③混合气体的压强不变
④混合气体的平均相对分子质量不变
⑤C(g)的物质的量浓度不变
⑥容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1
⑦某时刻v(A)=2v(C)≠0
⑧单位时间内生成n mol D,同时生成2n mol A
A.①④⑤⑦⑧ B.①②⑤⑦⑧
C.①②④⑤⑧ D.①②③④⑤⑧
新知探究(二)——化学平衡状态的判断方法
导学设计
德国化学家哈伯(F.Haber,1868~1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。
哈伯于1908年申请专利“循环法”,在此基础上于1909年改进了合成工艺,使氨的产率达到8%。这是工业普遍采用的直接合成法,合成氨反应式如下:N2+3H22NH3。假设该反应在体积不变的密闭容器中发生。
1.单位时间内生成2a mol NH3,同时消耗a mol N2时,该反应是否达到平衡状态
2.容器内混合气体的密度不随时间变化时,该反应是否达到平衡状态
3.若气体的平均摩尔质量不再变化,该反应是否达到平衡状态
4.若混合气体颜色不再变化,该反应是否达到平衡状态
[系统融通知能]
1.判断依据
(1)v正=v逆
①同一物质:v正(X)=v逆(X);
②不同物质:等于X、Y的化学计量数之比。
(2)各组分的含量保持不变
①各组分的浓度不变;
②各组分的质量(物质的量)不变;
③反应物的转化率不变。
2.具体分析[mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)]
物理量 示例 是否已达平衡
混合体系中各成分的含量 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 是
各物质的质量或各物质的质量分数一定 是
各气体的体积或体积分数一定 是
正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了n mol B,同时消耗了p mol C 是
在单位时间内生成了n mol B,同时消耗了q mol D 不一定
压强 m+n≠p+q时,总压强不变(其他条件一定) 是
m+n=p+q时,总压强不变(其他条件一定) 不一定
混合气体的平均相对分子质量 当m+n≠p+q时,不变 是
当m+n=p+q时,不变 不一定
气体密度 密度不变 不一定
颜色 反应体系内有色物质的颜色保持不变 是
温度 绝热体系中温度不变 是
3.判断方法
确定反应 中的“变量” 即随反应的进行而变化的量,当变量不再变化时,表明反应已达平衡状态。而当“不变量”不变时,不能判断反应是否处于平衡状态
常见的变量 ①气体的颜色; ②对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强; ③对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量; ④对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。 在利用、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题
[微点拨] 不能作为平衡状态“标志”的四种情况
①反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。②恒温恒容下的气体体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。③全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
[题点多维训练]
1.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 。
2.一定条件下,在容积不变的密闭容器中,发生反应A(g)+2B(g)3C(g) ΔH>0,下列情况能判断该反应达到平衡状态的是 ( )
A.容器中的压强保持不变
B.容器中混合气体的密度保持不变
C.容器中气体的平均摩尔质量保持不变
D.A、B、C的浓度保持不变
3.已知:N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0,现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是 ( )
4.下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是 ( )
反应条件 可逆反应 标志
A 恒温恒容 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 混合气体的密度不变
B 恒温恒压 NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g) NH3在混合气体中的百分含量不变
C 恒温恒容 H2(g)+I2(g) 2HI(g) HI的分压不变
D 恒温恒压 2NO2(g) N2O4(g) c(NO2)=2c(N2O4)
第1课时 化学平衡状态
新知探究(一)
2.(1)减小 增大 = (2)减小 增大 =
3.相等 浓度
[题点多维训练]
1.选C 14CO2与碳在高温条件下发生反应14CO2+C 2CO,一段时间后反应达平衡状态,含14C的二氧化碳和碳反应生成一氧化碳一定含14C,一氧化碳分解过程中14C可以存在于二氧化碳和碳中,则体系中含14C的粒子有14CO2、14CO、14C。
2.选 C 由图知反应可表示为2AB2(g)+B2(g) 2AB3(g),A正确;反应方程式中参加反应的B2(g)与生成的AB3(g)的化学计量数之比为1∶2,因反应为可逆反应,转化率达不到100%,所以开始加入1 mol B2(g),不可能生成2 mol AB3(g),B正确;化学反应速率之比等于参加反应的各物质的化学计量数之比,所以v(AB2)=v(AB3)、v(AB2)=2v(B2),C错误;相同时间内,c变化量(AB2)∶c变化量(B2)=2∶1,若c(AB2)变化0.1 mol·L-1,则c(B2)变化为0.05 mol·L-1,D正确。
3.选B 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充入一固定容积的密闭容器中,SO2和O2不可能完全转化为SO3,A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;由A项分析可知,2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)不可能完全转化为2 mol SO3(g),故放出的热量小于197 kJ,C错误;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。
4.选A 反应逆向进行,反应刚开始时,生成物浓度最大,生成物浓度为0,则正反应速率最小,故A正确;随着反应的进行,反应物浓度逐渐增大,故B错误;该反应为可逆反应,不能完全进行,达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度不等于0,故C错误;反应从逆反应开始,逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大,故D错误。
5.选D ①该容器为绝热容器,容器内温度不变,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态;②由于B为固态,根据质量守恒定律,达到平衡时混合气体的总质量不变,混合气体的密度不变,反应达到平衡状态;③该反应反应前后气体分子数不变,由于是绝热容器,建立平衡过程中容器温度变化,混合气体压强发生变化,达到平衡时温度不变,混合气体压强不变,反应达到平衡状态;④由于B为固态,根据质量守恒定律,达到平衡时混合气体总质量不变,混合气体的平均相对分子质量不变,反应达到平衡状态;⑤C(g)的物质的量浓度不变是化学平衡的特征标志,说明反应达到平衡状态;⑥达到平衡时A、C、D的浓度保持不变,但不一定等于2∶1∶1;⑦某时刻v(A)=2v(C)≠0,没有指明是正反应速率,还是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态;⑧单位时间内生成n mol D,一定消耗2n mol A,同时生成2n mol A,说明反应达到平衡状态。因此能说明反应达到平衡状态的有①②③④⑤⑧。
新知探究(二)
[导学设计]
1.提示:两反应速率均表示正反应速率,反应进行的任何阶段均成比例,不能判断反应是否达到平衡状态。
2.提示:因容器的体积不变,而混合气体的总质量不改变,则无论平衡与否,混合气体的密度均不变,不能由此判断反应是否达到平衡状态。
3.提示:M=,体系中气体总质量不变,随着反应进行,n在减小,所以M是变量。当M不变时,达到平衡状态。
4.提示:因为该反应中气体都是无色气体,所以颜色不再变化无法判断该反应是否达到平衡状态。
[题点多维训练]
1.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)是反应前后气体物质的量减小的可逆反应,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)是反应前后气体物质的量不变的可逆反应,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)是反应前后气体物质的量不变,但气体质量增加的可逆反应,因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态。
答案:(1)①③④ (2)⑤ (3)②④
2.选D 容器的体积不变,气体压强与气体的物质的量成正比,反应前后气体的物质的量不变,则压强始终不变,不能据此判断平衡状态,故A错误;容器体积不变,反应前后气体总质量不变,则气体密度始终不变,不能据此判断平衡状态,故B错误;反应前后气体总质量不变,气体总物质的量不变,则混合气体平均摩尔质量始终不变,不能据此判断平衡状态,故C错误;随着反应的进行,A、B的浓度减小,C的浓度增大,当A、B、C的浓度保持不变时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故D正确。
3.选B B项,对于一个特定反应,ΔH固定不变,不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据;C项,在t1时刻,2v正(N2O4)=v逆(NO2),反应达到平衡状态。
4.选C 该反应的反应物和生成物都是气体,气体的质量不变;反应在恒温恒容密闭容器中进行,气体的体积不变,则无论反应是否达到平衡,反应混合气体的密度始终不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,故A不符合题意;该反应中只有生成物是气体,二者的物质的量的比为定值,则无论反应是否达到平衡状态,NH3在混合气体中的百分含量始终不变,因此不能据此判断反应是否达到平衡状态,故B不符合题意;恒温恒容中,HI分压不变,说明平衡不再移动,反应达到平衡状态,故C符合题意;在任何时刻物质反应时转化浓度关系为Δc(NO2)=2Δc(N2O4),但反应达到平衡时浓度之间的关系与开始时加入反应物的多少及反应条件有关,不能据此判断反应是否达到平衡状态,故D不符合题意。
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第二节 化学平衡
学习目标 重点难点 1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。 2.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量。知道化学平衡常数的含义。能利用浓度商和化学平衡常数的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。 3.通过实验探究，理解浓度、压强、温度等对化学平衡状态的影响。 4.理解勒夏特列原理，能依据原理分析平衡移动的方向。 重 点 1.化学平衡常数。
2.从定性和定量两个角度判断化学平衡移动的方向。
难 点 1.反应条件对化学平衡的影响。
2.化学反应速率和平衡图像分析。
第1课时 化学平衡状态
新知探究(一) 化学平衡状态
新知探究(二) 化学平衡状态的
判断方法
课时跟踪检测
目录
新知探究(一) 化学平衡状态
1.可逆反应
(1)概念:在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法:用“ ”连接，把从左向右进行的反应称为正反应，把由右向左进行的反应称为逆反应。
(3)特征
双向性 指可逆反应分为方向相反的两个方向:正反应方向和逆反应方向
双同性 指正、逆反应是在相同条件下，同时进行
共存性 指反应物的转化率小于100%，反应物与生成物共存
2.化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下:N2+3H2 2NH3。
(1)如图1所示，N2与H2随着反应的进行，其浓度逐渐 ，v正逐渐减小，而c(NH3)逐渐 ，v逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v正 v逆，反应达到平衡。
(2)如图2所示，随着NH3的分解，其浓度逐渐 ，v逆逐渐减小，而c(N2)、c(H2)逐渐 ，v正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正 v逆，反应达到平衡。
减小
增大
减小
增大
=
=
[微点拨] 平衡的建立与途径无关。若只给出反应物，则是从正反应方向建立平衡；若只给出生成物，则是从逆反应方向建立平衡；若既给出反应物又给出生成物，则是从正、逆反应方向同时建立平衡。
3.化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率 时，反应物和生成物的 均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
相等
浓度
4.化学平衡状态的特征
[题点多维训练]
√
题点(一) 可逆反应
1.勒夏特列在研究高炉内发生的化学反应时认为，因为CO2+C 2CO是可逆反应，所以炉气中存在一定比例的CO是不可避免的。14CO2与碳在高温条件下发生反应14CO2+C 2CO，一段时间后反应达平衡状态，体系中含14C的粒子有( )
A.14CO2 B.14CO2、14CO
C.14CO2、14CO、14C D.14CO
解析: 14CO2与碳在高温条件下发生反应14CO2+C 2CO，一段时间后反应达平衡状态，含14C的二氧化碳和碳反应生成一氧化碳一定含14C，一氧化碳分解过程中14C可以存在于二氧化碳和碳中，则体系中含14C的粒子有14CO2、14CO、14C。
√
2.某反应充分反应前后如图所示，图中涉及物质均为气体，关于该反应的下列说法中不正确的是 ( )
A.该反应可表示为2AB2(g)+B2(g) 2AB3(g)
B.若反应开始加入1 mol B2(g)，则不可能生成2 mol AB3(g)
C.反应速率:v(AB2)=v(AB3)、2v(AB2)=v(B2)
D.相同时间内，若c(AB2)变化0.1 mol·L-1，则c(B2)变化为0.05 mol·L-1
解析:由图知反应可表示为2AB2(g)+B2(g) 2AB3(g)，A正确；反应方程式中参加反应的B2(g)与生成的AB3(g)的化学计量数之比为1∶2，因反应为可逆反应，转化率达不到100%，所以开始加入1 mol B2(g)，不可能生成2 mol AB3(g)，B正确；化学反应速率之比等于参加反应的各物质的化学计量数之比，所以v(AB2)=v(AB3)、v(AB2)=2v(B2)，C错误；相同时间内，c变化量(AB2)∶c变化量(B2)
=2∶1，若c(AB2)变化0.1 mol·L-1，则c(B2)变化为0.05 mol·L-1，D正确。
题点(二) 化学平衡状态
3.在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一固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
√
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充入一固定容积的密闭容器中，SO2和O2不可能完全转化为SO3，A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；由A项分析可知，2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)不可能完全转化为2 mol SO3(g)，故放出的热量小于197 kJ，C错误；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。
4.在一定条件下，将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中，进行反应:
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是 ( )
A.反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小
B.随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大
C.达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 mol·L-1
D.该反应建立平衡过程中v t(时间)图像为
解析:反应逆向进行，反应刚开始时，生成物浓度最大，生成物浓度为0，则正反应速率最小，故A正确；随着反应的进行，反应物浓度逐渐增大，故B错误；该反应为可逆反应，不能完全进行，达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度不等于0，故C错误；反应从逆反应开始，逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，故D错误。
√
5.在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中，发生反应: 2A(g)+B(s) C(g)+D(g)，下列描述能表明反应已达到平衡状态的是 ( )
①容器内温度不变 ②混合气体的密度不变
③混合气体的压强不变 ④混合气体的平均相对分子质量不变
⑤C(g)的物质的量浓度不变
⑥容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1
⑦某时刻v(A)=2v(C)≠0
⑧单位时间内生成n mol D，同时生成2n mol A
A.①④⑤⑦⑧ B.①②⑤⑦⑧
C.①②④⑤⑧ D.①②③④⑤⑧
√
解析:①该容器为绝热容器，容器内温度不变，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；②由于B为固态，根据质量守恒定律，达到平衡时混合气体的总质量不变，混合气体的密度不变，反应达到平衡状态；③该反应反应前后气体分子数不变，由于是绝热容器，建立平衡过程中容器温度变化，混合气体压强发生变化，达到平衡时温度不变，混合气体压强不变，反应达到平衡状态；④由于B为固态，根据质量守恒定律，达到平衡时混合气体总质量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，反应达到平衡状态；⑤C(g)的物质的量浓度不变是化学平衡的特征标志，说明反应达到平衡状态；⑥达到平衡时A、C、D的浓度保持不变，但不一定等于2∶1∶1；⑦某时刻v(A)=2v(C)≠0，没有指明是正反应速率，还是逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态；⑧单位时间内生成n mol D，一定消耗2n mol A，同时生成2n mol A，说明反应达到平衡状态。因此能说明反应达到平衡状态的有①②③④⑤⑧。
新知探究(二) 化学平衡状态的
判断方法
导学设计
德国化学家哈伯(F.Haber，1868~1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。哈伯于1908年申请专利“循环法”，在此基础上于1909年改进了合成工艺，使氨的产率达到8%。这是工业普遍采用的直接合成法，合成氨反应式如下:
N2+3H2 2NH3。
假设该反应在体积不变的
密闭容器中发生。
1.单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2时，该反应是否达到平衡状态
提示:两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例，不能判断反应是否达到平衡状态。
2.容器内混合气体的密度不随时间变化时，该反应是否达到平衡状态
提示:因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变，不能由此判断反应是否达到平衡状态。
3.若气体的平均摩尔质量不再变化，该反应是否达到平衡状态
提示:M=，体系中气体总质量不变，随着反应进行，n在减小，所以M是变量。当M不变时，达到平衡状态。
4.若混合气体颜色不再变化，该反应是否达到平衡状态
提示:因为该反应中气体都是无色气体，所以颜色不再变化无法判断该反应是否达到平衡状态。
1.判断依据
(1)v正=v逆
①同一物质:v正(X)=v逆(X)；
②不同物质:等于X、Y的化学计量数之比。
(2)各组分的含量保持不变
①各组分的浓度不变；
②各组分的质量(物质的量)不变；
③反应物的转化率不变。
[系统融通知能]
2.具体分析[mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)]
物理量 示例 是否已达平衡
混合体系中各成分的 含量 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 是
各物质的质量或各物质的质量分数一定 是
各气体的体积或体积分数一定 是
正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了p mol C 是
在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D 不一定
压强 m+n≠p+q时，总压强不变(其他条件一定) 是
m+n=p+q时，总压强不变(其他条件一定) 不一定
混合气体的平均 相对分子质量 是
不一定
气体密度 密度不变 不一定
颜色 反应体系内有色物质的颜色保持不变 是
温度 绝热体系中温度不变 是
续表
3.判断方法
确定反应 中的“变量” 即随反应的进行而变化的量，当变量不再变化时，表明反应已达平衡状态。而当“不变量”不变时，不能判断反应是否处于平衡状态
常见的变量
[微点拨] 不能作为平衡状态“标志”的四种情况
①反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。②恒温恒容下的气体体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不随时间而变化，如2HI(g) H2(g)+I2(g)。③全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间而变化，如2HI(g) H2(g)+I2(g)。④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
[题点多维训练]
1.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)。
①③④
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)是反应前后气体物质的量减小的可逆反应，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。
1.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。
(2)一定能证明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是 。
解析:反应I2(g)+H2(g) 2HI(g)是反应前后气体物质的量不变的可逆反应，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。
⑤
(3)一定能证明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是 。
解析:反应A(s)+2B(g) C(g)+D(g)是反应前后气体物质的量不变，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。
②④
√
2.一定条件下，在容积不变的密闭容器中，发生反应A(g)+2B(g)==3C(g) ΔH>0，下列情况能判断该反应达到平衡状态的是 ( )
A.容器中的压强保持不变
B.容器中混合气体的密度保持不变
C.容器中气体的平均摩尔质量保持不变
D.A、B、C的浓度保持不变
解析:容器的体积不变，气体压强与气体的物质的量成正比，反应前后气体的物质的量不变，则压强始终不变，不能据此判断平衡状态，故A错误；容器体积不变，反应前后气体总质量不变，则气体密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故B错误；反应前后气体总质量不变，气体总物质的量不变，则混合气体平均摩尔质量始终不变，不能据此判断平衡状态，故C错误；随着反应的进行，A、B的浓度减小，C的浓度增大，当A、B、C的浓度保持不变时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确。
3.已知:N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0，现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是 ( )
解析:B项，对于一个特定反应，ΔH固定不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据；C项，在t1时刻，2v正(N2O4)=v逆(NO2)，反应达到平衡状态。
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4.下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是 ( )
反应条件 可逆反应 标志
A 恒温恒容 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 混合气体的密度不变
B 恒温恒压 NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g) NH3在混合气体中的百分含量不变
C 恒温恒容 H2(g)+I2(g) 2HI(g) HI的分压不变
D 恒温恒压 2NO2(g) N2O4(g) c(NO2)=2c(N2O4)
解析:该反应的反应物和生成物都是气体，气体的质量不变；反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，则无论反应是否达到平衡，反应混合气体的密度始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，故A不符合题意；该反应中只有生成物是气体，二者的物质的量的比为定值，则无论反应是否达到平衡状态，NH3在混合气体中的百分含量始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，故B不符合题意；恒温恒容中，HI分压不变，说明平衡不再移动，反应达到平衡状态，故C符合题意；在任何时刻物质反应时转化浓度关系为Δc(NO2)=2Δc(N2O4)，但反应达到平衡时浓度之间的关系与开始时加入反应物的多少及反应条件有关，不能据此判断反应是否达到平衡状态，故D不符合题意。
课时跟踪检测
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一、选择题
1.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.2H2O 2H2↑+O2↑与2H2+O2 2H2O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
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；两个反应发生的反应条件不同，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。
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2.对于某一可逆反应，在不同条件下的平衡状态中，正、逆反应速率的关系是 ( )
解析:四个选项中，只有选项A始终都满足v(正)=v(逆)，即反应处于平衡状态。
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3.已知298 K时，合成氨反应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(假定测量过程中没有能量损失) ( )
A.一定小于92.0 kJ B.一定大于92.0 kJ
C.一定等于92.0 kJ D.无法确定
解析:1 mol N2不能完全转化，放出的热量一定小于92.0 kJ。
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4.(2025·沈阳高二检测)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其分解:H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。下列叙述不能判断该反应已经达到平衡状态的是 ( )
A.密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中c(NH3)不变
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解析:容器内始终为物质的量之比为2∶1的NH3和CO2的混合气体，平均相对分子质量为定值，故A正确；该正反应是气体分子数增多的反应，所以未平衡时容器内压强会发生变化，当压强不变时说明反应达到平衡，故B错误；反应物为固体，则未平衡时气体的质量发生变化，容器恒容，所以混合气体的密度会发生变化，当密度不变时说明反应达到平衡，故C错误；反应达到平衡时各物质的浓度不再改变，所以密闭容器中c(NH3)不变可以说明反应达到平衡，故D错误。
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5.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
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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。
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6.将5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合发生反应，一段时间后溶液颜色不再改变。将所得溶液分成两份，一份加淀粉，溶液变蓝；一份加KSCN，溶液变红。下列说法不正确的是 ( )
A.加淀粉溶液变蓝，表明Fe3+与I-反应生成I2
B.加KSCN溶液变红，表明该反应存在限度
C.溶液的颜色不再变化，表明该反应达到平衡状态
D.溶液的颜色不再变化，表明Fe2+、Fe3+、I2、I-的物质的量浓度均相等
解析:淀粉遇碘变蓝，由加淀粉溶液变蓝，表明Fe3+与I-反应生成I2，A正确；氯化铁少量，加KSCN溶液变红，表明该反应存在限度，B正确；溶液的颜色不再变化，可知浓度不变，表明该反应达到平衡状态，C正确；溶液的颜色不再变化，可知浓度不变，但Fe2+、Fe3+、I2、I-的物质的量浓度不一定相等，与起始量、转化率有关，D错误。
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7.将FeSO4(s)置于2 L恒容密闭容器中，升高温度发生分解反应:
2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)。下列能判断该反应达到平衡状态的个数为 ( )
①Fe2O3(s)的浓度不再变化 ②c(SO2)不再变化
③=1 ④v正(SO2)=v逆(SO3)
⑤混合气体的密度不变 ⑥压强不变
A.2 B.3 C.4 D.5
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解析:①Fe2O3(s)为固体，浓度不发生变化，不能判断该反应达到平衡状态；②c(SO2)不再变化，能判断该反应达到平衡状态；③结合系数关系，为定值，=1不能判断该反应达到平衡状态；④v正(SO2)=v逆(SO3)说明正逆反应速率相等，能判断该反应达到平衡状态；⑤该反应为气体物质的量增大的反应，混合气体的密度不变，能判断该反应达到平衡状态；⑥该反应为气体物质的量增大的反应，压强不变能判断该反应达到平衡状态。
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8.一定温度下，某恒容容器内进行可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)。下列说法正确的是 ( )
A.化学反应的限度与反应时间的长短有关
B.达到化学平衡状态时，C的生成速率是A的生成速率的2倍
C.达到化学平衡状态时，容器内A、B、C的分子数比一定为1∶3∶2
D.充入1 mol A和3 mol B，达到化学平衡状态时可生成2 mol C
解析:反应转化的限度与反应时间无关，与反应物自身的性质有关系，A错误；平衡时C的生成速率是A的生成速率的2倍，B正确；平衡状态时，容器内A、B、C的分子数比不一定为1∶3∶2，C错误；反应为可逆反应，则充入1 mol A和3 mol B，达到化学平衡状态时生成C小于2 mol，D错误。
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9.一定温度下，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)， 开始时向容器中加入足量的 A 和 2 mol B，反应到 t1 时刻达到平衡状态，下列说法不正确的是 ( )
A.0~t1 时间内，混合气体的密度不发生改变
B.0~t1 时间内，v正(B)∶v逆(C)>2∶1
C.达到平衡后，v逆(C)=v正(D)
D.容器中压强始终保持不变
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解析:容器容积不变，反应中A为固体，随反应进行，混合气体的质量增大，混合气体的密度增大，达到平衡状态后不再变化，A错误；速率之比等于化学计量数之比，而在0~t1时间内，正反应速率大于逆反应速率，所以v正(B)∶v逆(C)
>2∶1，B正确；达到平衡后，用同一物质表示，正、逆反应速率相等，若用不同物质表示，应满足一种物质表示正反应速率，一种物质表示逆反应速率，且正、逆反应速率之比等于化学计量数之比，故达到平衡后，v逆(C)=v正(D)，C正确；容器容积不变，反应前后气体的物质的量不变，所以容器中压强始终保持不变，D正确。
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10.一定温度下，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
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解析:由于起始浓度c(N2)∶c(H2)<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)= mol·L-1≈0.03 mol·L-1，生成c(NH3)=mol·L-1≈0.53 mol·L-1，假设NH3(g)完全转化，生成c(N2)=(0.2+0.1)mol·L-1=0.3 mol·L-1，生成c(H2)=(0.5+0.3)mol·L-1=0.8 mol·L-1。0.03 mol·L-114
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11.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。已知SiHCl3(g)在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。向容积为1 L的恒容密闭容器中充入2 mol SiHCl3(g)，测得相同时间内反应体系中SiHCl3(g)的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示，已知:b点之前未达到平衡，b点之后(包括b点)达到平衡。
下列说法错误的是( )
A.a点SiHCl3的转化率为15%
B.若达到b点所用时间为t1 min，0~t1 min内，
v(SiH2Cl2)= mol·L-1·min-1
C.a点SiCl4的物质的量浓度为0.15 mol·L-1
D.a点的正反应速率大于c点的逆反应速率
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解析:向容积为1 L的恒容密闭容器中充入2 mol SiHCl3(g)，a点SiHCl3的物质的量分数为85%，设SiHCl3消耗了2x mol，利用三段式分析如下:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始/mol 2 0 0
转化/mol 2x x x
a点/mol 2-2x x x
×100%=85%，x=0.15，SiHCl3的转化率为15%，A项正确；
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b点SiHCl3的物质的量分数为78%，设此时SiHCl3转化了2y mol，利用三段式分析如下:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始/mol 2 0 0
转化/mol 2y y y
t1时/mol 2-2y y y
×100%=78%，y=0.22，0~t1 min内用SiH2Cl2表示该反应的平均反应速率为= mol·L-1·min-1，B项正确；结合A，SiCl4的物质的量浓度为0.15 mol·L-1，C项正确；根据温度越高，反应速率越快，根据b点之前未达到平衡，b点之后(包括b点)达到平衡，a、c两点正反应速率va(正)14
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二、非选择题
12.(8分)(2025·邯郸九校联盟)某温度时，在容积为5 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示(注:A的转化率=×100%)。
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)该反应是从 (填“正反应”“逆反应”或“正、逆反应同时”)开始的；反应开始至2 min末，用X表示的化学反应速率为 ，此时Z与Y的物质的量之比为 。
2Z+Y 3X
正、逆反应同时
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(3)该反应从开始到达平衡时，Z的转化率与Y的转化率之比为 。
(4)4 min时，v(X)∶v(Y)∶v(Z)= ；下列哪些数据在反应开始至反应达到平衡时，一直保持不变的是 (填字母)。
a.压强 b.密度
c.相对平均式量 d.反应物的浓度
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3∶1∶2
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13.(6分)汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质，是造成城市空气污染的主要因素之一。在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的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。
解析: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。
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13.(6分)汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质，是造成城市空气污染的主要因素之一。在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的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。
(2)CO的平衡转化率为 。
解析: 2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)
初始/mol a a 0 0
转化/mol 2x 2x 2x x
平衡/mol a-2x a-2x 2x x
=0.5，x=0.4a，CO的平衡转化率为×100%=80%。
80%
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13.(6分)汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质，是造成城市空气污染的主要因素之一。在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的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。
(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
AC
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解析: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。
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14.(8分)在化学反应的研究和实际应用中，人们除了选择合适的化学反应以实现新期待的物质转化或能量转化，还要关注化学反应进行的快慢和程度，以提高生产效率。
(1)控制条件，让反应在恒容密闭容器中进行如下反应:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。用传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表。
前2 s内的平均反应速率v(N2)= ，从表格看，已达到化学平衡的时间段为 。
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时间/s 0 1 2 3 4 5
c(NO)/(×10-4 mol·L-1) 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00
c(CO)/(×10-3 mol·L-1) 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70
1.875×10-4 mol·L-1·s-1
4~5 s
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解析:前2 s内Δc(NO)=-7.5×10-4 mol·L-1，根据化学方程式可知，Δc(N2)=3.75×10-4 mol·L-1，则结合速率公式可知v(N2)==1.875×10-4 mol·L-1·s-1；4 s后CO和NO的浓度保持不变，则说明反应到4 s时达到平衡状态。
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(2)已知NO2是红棕色气体，N2O4是无色气体。在一定温度下，某固定容积的密闭容器中充入一定量的NO2气体后，发生反应:2NO2(g) N2O4(g)，反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图，下列叙述正确的是 (填字母)。
a.t1时，反应未达到平衡，NO2的浓度在减小
b.t2时，反应达到平衡，反应不再进行
c.t2~t3，各物质的浓度不再变化
d.t2~t3，各物质的浓度相等
e.O~t2，N2O4的浓度增大
f.反应过程中气体的颜色不变
g.建立平衡过程中，混合气体的平均相对分子质量增大
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aceg
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解析:t1时，正反应速率大于逆反应速率，则反应未达到平衡，反应向正反应方向进行，所以NO2的浓度在减小，故a正确；t2时，正、逆反应速率相等，反应达平衡状态，化学平衡为动态平衡，反应没有停止，故b错误；t2~t3为平衡状态，各物质的浓度不再变化，但浓度不一定相等，故c正确，d错误；O~t2正反应速率大于逆反应速率，反应未达到平衡，反应向正反应方向进行，所以N2O4的浓度增大，故e正确；反应过程中，N2O4的浓度增大，气体的颜色变浅，故f错误；建立平衡过程中，N2O4浓度增大，NO2浓度减小，混合气体平均相对分子质量增大，g正确。
14课时跟踪检测(七) 化学平衡状态
一、选择题
1.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
2.对于某一可逆反应,在不同条件下的平衡状态中,正、逆反应速率的关系是 ( )
3.已知298 K时,合成氨反应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(假定测量过程中没有能量损失) ( )
A.一定小于92.0 kJ B.一定大于92.0 kJ
C.一定等于92.0 kJ D.无法确定
4.(2025·沈阳高二检测)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其分解:H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。下列叙述不能判断该反应已经达到平衡状态的是 ( )
A.密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中c(NH3)不变
5.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
6.将5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合发生反应,一段时间后溶液颜色不再改变。将所得溶液分成两份,一份加淀粉,溶液变蓝;一份加KSCN,溶液变红。下列说法不正确的是 ( )
A.加淀粉溶液变蓝,表明Fe3+与I-反应生成I2
B.加KSCN溶液变红,表明该反应存在限度
C.溶液的颜色不再变化,表明该反应达到平衡状态
D.溶液的颜色不再变化,表明Fe2+、Fe3+、I2、I-的物质的量浓度均相等
7.将FeSO4(s)置于2 L恒容密闭容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)。下列能判断该反应达到平衡状态的个数为 ( )
①Fe2O3(s)的浓度不再变化 ②c(SO2)不再变化 ③=1 ④v正(SO2)=v逆(SO3)
⑤混合气体的密度不变 ⑥压强不变
A.2 B.3 C.4 D.5
8.一定温度下,某恒容容器内进行可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)。下列说法正确的是 ( )
A.化学反应的限度与反应时间的长短有关
B.达到化学平衡状态时,C的生成速率是A的生成速率的2倍
C.达到化学平衡状态时,容器内A、B、C的分子数比一定为1∶3∶2
D.充入1 mol A和3 mol B,达到化学平衡状态时可生成2 mol C
9.一定温度下,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), 开始时向容器中加入足量的 A 和 2 mol B,反应到 t1 时刻达到平衡状态,下列说法不正确的是 ( )
A.0~t1 时间内,混合气体的密度不发生改变
B.0~t1 时间内,v正(B)∶v逆(C)>2∶1
C.达到平衡后,v逆(C)=v正(D)
D.容器中压强始终保持不变
10.一定温度下,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
11.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。已知SiHCl3(g)在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。向容积为1 L的恒容密闭容器中充入2 mol SiHCl3(g),测得相同时间内反应体系中SiHCl3(g)的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示,已知:b点之前未达到平衡,b点之后(包括b点)达到平衡。
下列说法错误的是 ( )
A.a点SiHCl3的转化率为15%
B.若达到b点所用时间为t1 min,0~t1 min内,v(SiH2Cl2)= mol·L-1·min-1
C.a点SiCl4的物质的量浓度为0.15 mol·L-1
D.a点的正反应速率大于c点的逆反应速率
二、非选择题
12.(8分)(2025·邯郸九校联盟)某温度时,在容积为5 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示注:A的转化率=×100%。
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)该反应是从 (填“正反应”“逆反应”或“正、逆反应同时”)开始的;反应开始至2 min末,用X表示的化学反应速率为 ,此时Z与Y的物质的量之比为 。
(3)该反应从开始到达平衡时,Z的转化率与Y的转化率之比为 。
(4)4 min时,v(X)∶v(Y)∶v(Z)= ;下列哪些数据在反应开始至反应达到平衡时,一直保持不变的是 (填字母)。
a.压强 b.密度
c.相对平均式量 d.反应物的浓度
13.(6分)汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质,是造成城市空气污染的主要因素之一。在恒温恒容的密闭容器中,充入等物质的量的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)CO的平衡转化率为 。
(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
14.(8分)在化学反应的研究和实际应用中,人们除了选择合适的化学反应以实现新期待的物质转化或能量转化,还要关注化学反应进行的快慢和程度,以提高生产效率。
(1)控制条件,让反应在恒容密闭容器中进行如下反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。用传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表。
时间/s 0 1 2 3 4 5
c(NO)/ (×10-4 mol·L-1) 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00
c(CO)/ (×10-3 mol·L-1) 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70
前2 s内的平均反应速率v(N2)= ,从表格看,已达到化学平衡的时间段为 。
(2)已知NO2是红棕色气体,N2O4是无色气体。在一定温度下,某固定容积的密闭容器中充入一定量的NO2气体后,发生反应:2NO2(g)N2O4(g),反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图,下列叙述正确的是 (填字母)。
a.t1时,反应未达到平衡,NO2的浓度在减小
b.t2时,反应达到平衡,反应不再进行
c.t2~t3,各物质的浓度不再变化
d.t2~t3,各物质的浓度相等
e.O~t2,N2O4的浓度增大
f.反应过程中气体的颜色不变
g.建立平衡过程中,混合气体的平均相对分子质量增大
课时跟踪检测(七)
1.选D 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;两个反应发生的反应条件不同,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。
2.选A 四个选项中,只有选项A始终都满足v(正)=v(逆),即反应处于平衡状态。
3.选A 1 mol N2不能完全转化,放出的热量一定小于92.0 kJ。
4.选A 容器内始终为物质的量之比为2∶1的NH3和CO2的混合气体,平均相对分子质量为定值,故A正确;该正反应是气体分子数增多的反应,所以未平衡时容器内压强会发生变化,当压强不变时说明反应达到平衡,故B错误;反应物为固体,则未平衡时气体的质量发生变化,容器恒容,所以混合气体的密度会发生变化,当密度不变时说明反应达到平衡,故C错误;反应达到平衡时各物质的浓度不再改变,所以密闭容器中c(NH3)不变可以说明反应达到平衡,故D错误。
5.选 C 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。
6.选D 淀粉遇碘变蓝,由加淀粉溶液变蓝,表明Fe3+与I-反应生成I2,A正确;氯化铁少量,加KSCN溶液变红,表明该反应存在限度,B正确;溶液的颜色不再变化,可知浓度不变,表明该反应达到平衡状态,C正确;溶液的颜色不再变化,可知浓度不变,但Fe2+、Fe3+、I2、I-的物质的量浓度不一定相等,与起始量、转化率有关,D错误。
7.选C ①Fe2O3(s)为固体,浓度不发生变化,不能判断该反应达到平衡状态;②c(SO2)不再变化,能判断该反应达到平衡状态;③结合系数关系,为定值,=1不能判断该反应达到平衡状态;④v正(SO2)=v逆(SO3)说明正逆反应速率相等,能判断该反应达到平衡状态;⑤该反应为气体物质的量增大的反应,混合气体的密度不变,能判断该反应达到平衡状态;⑥该反应为气体物质的量增大的反应,压强不变能判断该反应达到平衡状态。
8.选B 反应转化的限度与反应时间无关,与反应物自身的性质有关系,A错误;平衡时C的生成速率是A的生成速率的2倍,B正确;平衡状态时,容器内A、B、C的分子数比不一定为1∶3∶2,C错误;反应为可逆反应,则充入1 mol A和3 mol B,达到化学平衡状态时生成C小于2 mol,D错误。
9.选A 容器容积不变,反应中A为固体,随反应进行,混合气体的质量增大,混合气体的密度增大,达到平衡状态后不再变化,A错误;速率之比等于化学计量数之比,而在0~t1时间内,正反应速率大于逆反应速率,所以v正(B)∶v逆(C)>2∶1,B正确;达到平衡后,用同一物质表示,正、逆反应速率相等,若用不同物质表示,应满足一种物质表示正反应速率,一种物质表示逆反应速率,且正、逆反应速率之比等于化学计量数之比,故达到平衡后,v逆(C)=v正(D),C正确;容器容积不变,反应前后气体的物质的量不变,所以容器中压强始终保持不变,D正确。
10.选A 由于起始浓度c(N2)∶c(H2)<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)= mol·L-1≈0.03 mol·L-1,生成c(NH3)=mol·L-1≈0.53 mol·L-1,假设NH3(g)完全转化,生成c(N2)=(0.2+0.1)mol·L-1=0.3 mol·L-1,生成c(H2)=(0.5+0.3)mol·L-1=0.8 mol·L-1。0.03 mol·L-111.选D 向容积为1 L的恒容密闭容器中充入2 mol SiHCl3(g),a点SiHCl3的物质的量分数为85%,设SiHCl3消耗了2x mol,利用三段式分析如下:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始/mol 2 0 0
转化/mol 2x x x
a点/mol 2-2x x x
×100%=85%,x=0.15,SiHCl3的转化率为15%,A项正确;b点SiHCl3的物质的量分数为78%,设此时SiHCl3转化了2y mol,利用三段式分析如下:
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始/mol 2 0 0
转化/mol 2y y y
t1时/mol 2-2y y y
×100%=78%,y=0.22,0~t1 min内用SiH2Cl2表示该反应的平均反应速率为= mol·L-1·min-1,B项正确;结合A,SiCl4的物质的量浓度为0.15 mol·L-1,C项正确;根据温度越高,反应速率越快,根据b点之前未达到平衡,b点之后(包括b点)达到平衡,a、c两点正反应速率va(正)12.(1)2Z+Y 3X (2)正、逆反应同时 0.04 mol·L-1·min-1 13∶8 (3)6∶5 (4)3∶1∶2 abc
13.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 a a 0 0
转化/mol 2x 2x 2x x
平衡/mol a-2x a-2x 2x x
=0.5,x=0.4a,CO的平衡转化率为×100%=80%。
(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。
答案:(1)> (2)80% (3)AC
14.解析:(1)前2 s内Δc(NO)=-7.5×10-4 mol·L-1,根据化学方程式可知,Δc(N2)=3.75×10-4 mol·L-1,则结合速率公式可知v(N2)==1.875×10-4 mol·L-1·s-1;4 s后CO和NO的浓度保持不变,则说明反应到4 s时达到平衡状态。(2)t1时,正反应速率大于逆反应速率,则反应未达到平衡,反应向正反应方向进行,所以NO2的浓度在减小,故a正确;t2时,正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,化学平衡为动态平衡,反应没有停止,故b错误;t2~t3为平衡状态,各物质的浓度不再变化,但浓度不一定相等,故c正确,d错误;O~t2正反应速率大于逆反应速率,反应未达到平衡,反应向正反应方向进行,所以N2O4的浓度增大,故e正确;反应过程中,N2O4的浓度增大,气体的颜色变浅,故f错误;建立平衡过程中,N2O4浓度增大,NO2浓度减小,混合气体平均相对分子质量增大,g正确。
答案:(1)1.875×10-4 mol·L-1·s-1 4~5 s (2)aceg
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