2026人教版高中化学选择性必修1--第二章　第二节　第1课时　化学平衡状态（含解析）

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2026人教版高中化学选择性必修1
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
基础过关练
题组一　化学平衡状态的理解与应用
1.(2025吉林通化五中月考)高炉炼铁过程中涉及反应C+CO2 2CO,该反应达到化学平衡状态时,下列说法错误的是 (　　)
A.反应达到了该条件下的最大限度
B.CO2的浓度保持不变
C.正、逆反应速率相等
D.增加高炉高度可以有效降低废气中CO的含量,减少污染
2.(易错题)(2025山东济宁嘉祥一中月考)在一密闭容器中进行反应:2X(g)+Y(g) 2Z(g)。已知反应过程中某一时刻X、Y、Z的浓度分别为0.3 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.4 mol·L-1。当反应达到平衡时,不可能存在的是 (　　)
A.c(X)=0.5 mol·L-1
B.c(Y)+c(X)=0.5 mol·L-1
C.c(Y)+c(Z)=0.85 mol·L-1
D.c(X)+c(Y)+c(Z)=0.75 mol·L-1
3.(2024江苏苏州月考)向容积为1 L的密闭容器中通入一定量N2O4和NO2的混合气体,发生反应N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0。体系中各物质浓度随时间的变化如图所示。
下列有关说法正确的是 (　　)
A.64 s时,反应达到化学平衡状态
B.达到化学平衡前,混合气体的颜色逐渐变深
C.容器中气体的总物质的量浓度最多为2.6 mol·L-1
D.若该容器与外界无热传递,则反应达到平衡前,容器内气体的温度逐渐升高
题组二　化学平衡状态的判断
4.(2025河南平顶山月考)将固体NH4I置于恒容密闭容器中,在一定温度下只发生反应:NH4I(s) NH3(g)+HI(g),下列能表明该反应已达到平衡状态的是 (　　)
A.容器内混合气体的密度保持不变
B.容器内物质的总质量保持不变
C.单位时间内产生的NH3和HI的物质的量相等
D.c(HI)∶c(NH3)=1∶1
5.(2025重庆一中月考)一定温度下,在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应:SiF4(g)+2H2O(g) SiO2(s)+4HF(g),下列不能表明该反应达到化学平衡状态的是 (　　)
A.SiF4的体积分数不再变化
B.容器内气体压强不再变化
C.4 mol H—O键断裂的同时,有2 mol H—F键断裂
D.混合气体的密度不再变化
6.(2024天津名校联考)以下可逆反应,在给定的条件下一定达到了化学平衡状态的是(　　)
A.2HBr(g) Br2(g)+H2(g)(在恒容条件下,气体颜色不再改变)
B.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)(在恒容容器中,容器内压强不再改变)
C.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(在恒压条件下,总质量不再改变)
D.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(在混合气体中NH3的体积分数为33.3%)
能力提升练
题组一　化学平衡状态的综合判断
1.(2025福建三明一中月考)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是 (　　)
①v正(NH3)=2v逆(CO2)
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密闭容器中混合气体的总物质的量不变
⑥密闭容器中NH3的体积分数不变
⑦混合气体总质量不变
A.①②③④⑤⑦　　　　　B.①③⑤⑥
C.①②③⑤⑦　　　　　D.全部
2.(创新题·新考法)(2025广西南宁三中月考)向一个2 L的绝热刚性容器中通入3 mol SO2和3 mol NO2,在一定条件下发生反应SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g),正反应速率随时间变化的关系如图所示,下列结论错误的是 (　　)
A.m点时反应达到了平衡状态
B.该反应是放热反应
C.体系压强不再变化,说明反应达到平衡
D.从反应开始至达到平衡,逆反应速率逐渐增大
3.(2024福建福州期中)当反应容器内气体密度不随时间变化时,无法说明下列可逆反应一定达到平衡的是 (　　)
A.在恒温、恒容容器中:A(s)+B(g) C(g)
B.在恒温、恒压容器中:A(g)+B(g) C(g)
C.在恒容、绝热容器中:A(g)+B(g) 2C(g)
D.在恒压、绝热容器中:A(g)+B(g) 2C(g)
题组二　化学平衡状态的相关计算
4.(2025四川泸州二中月考)在5 L密闭容器中投入1 mol NH3和1 mol O2,在恒温恒容条件下发生反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g),2 min后NO的物质的量增加了0.4 mol,下列说法错误的是 (　　)
A.开始时刻与2 min末容器内压强之比为9∶10
B.2 min内O2的平均反应速率:v(O2)=0.05 mol/(L·min)
C.2 min内NH3的转化率是40%
D.当容器内混合气体密度不再发生变化时反应不一定平衡
5.(2024河北石家庄外国语学校月考)恒温下,将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中,发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
(1)若反应进行到某时刻t时,nt(N2)=13 mol,nt(NH3)=6 mol,则a=　　　　。
(2)反应达平衡时,混合气体的体积为716.8 L(标准状况下),其中NH3的含量(体积分数)为25%,平衡时NH3的物质的量为　　　　。
(3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比n(始)∶n(平)=　　　　。(写出最简整数比,下同)
(4)达到平衡时,N2和H2的转化率之比α(N2)∶α(H2)=　　　　;平衡混合气体中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=　　　　。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D　化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的最大程度(破题关键),增加高炉高度不能改变平衡体系中CO的含量,A正确、D错误;达到化学平衡状态时,CO2的消耗速率与生成速率相等,即正、逆反应速率相等,则c(CO2)保持不变,B、C正确。
2.C　若反应正向进行,假设能完全反应,则
　　　　　　　　2X(g)+Y(g) 2Z(g)
c某时刻/(mol·L-1) 0.3 0.1 0.4
c终/(mol·L-1) 0.1 0 0.6
若反应逆向进行,假设能完全反应,则
　　　　　　　　2X(g)+Y(g) 2Z(g)
c某时刻/(mol·L-1) 0.3 0.1 0.4
c终/(mol·L-1) 0.7 0.3 0
0.1 mol·L-1易错分析　　　本题容易将c(Y)、c(Z)的最大值、最小值直接相加对C项进行判断,需注意Y、Z中一种为反应物,另一种必为生成物,也就是一种物质的物质的量增加时,另一种物质的物质的量必减少。题给反应逆向进行时c(Y)<0.3 mol·L-1、c(Z)>0,题给反应正向进行时c(Y)>0、c(Z)<0.6 mol·L-1,则0.3 mol·L-13.B　由题图可知,64 s后NO2和N2O4的浓度依然发生改变,说明64 s时正、逆反应速率不相等,反应未达到化学平衡状态,A错误;NO2为红棕色气体,N2O4为无色气体,由题图可看出,随着反应的进行,NO2的浓度增大直至达到化学平衡状态,则达到化学平衡前,混合气体的颜色逐渐变深,B正确;可逆反应不能进行到底,根据题图信息,当达到平衡时,容器中气体的总物质的量浓度最大,为1.8 mol·L-1,C错误;N2O4(g) 2NO2(g),该反应为吸热反应,若容器与外界无热传递,则反应达到平衡前容器内气体的温度逐渐降低,D错误。
4.A　根据ρ=,容积不变,气体的质量在变化,当混合气体的密度保持不变时,说明反应达到化学平衡状态,A正确;由质量守恒定律知,容器内物质的总质量始终保持不变,因此容器内物质的总质量保持不变,不能说明反应达到化学平衡状态,B错误;NH3和HI化学计量数相等,单位时间内产生NH3和HI的物质的量相等,c(HI)∶c(NH3)=1∶1,不能说明反应达到化学平衡状态,C、D错误。
5.C　SiF4的体积分数不再变化,即SiF4的浓度不变,表明反应达到化学平衡状态,A不符合题意;该反应容器内气体压强是变量,当容器内气体压强不再变化,表明反应达到化学平衡状态,B不符合题意;4 mol H—O键断裂表示消耗2 mol H2O,2 mol H—F键断裂表示消耗2 mol HF,则正、逆反应速率不相等(破题关键),不能表明反应达到平衡状态,C符合题意;容积不变的密闭容器中,混合气体的密度保持不变时,即混合气体的质量保持不变,题述反应中,混合气体的质量是变量,变量不变,表明反应达到化学平衡状态,D不符合题意。
6.A　在恒容条件下,混合气体的颜色不再改变,表明Br2的浓度保持不变,则反应达到平衡状态,A符合题意;对于反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),反应前后气体物质的量不变,在恒容容器中,不管反应是否达到平衡,容器内压强始终不变,B不符合题意;对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),不管反应进行到何种程度,混合气体的总质量始终不变,则在恒压条件下,总质量不再改变时,反应不一定达到平衡状态,C不符合题意;对于反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),混合气体中NH3的体积分数为33.3%,可能是反应过程中的某个阶段,不一定是平衡状态,D不符合题意。
能力提升练
1.C　①v正(NH3)=2v逆(CO2),说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态;②正反应反应前后气体物质的量不相等,当密闭容器中总压强不变时,反应达到平衡状态;③反应过程中容器容积不变,但气体质量是变化的,当密闭容器中混合气体的密度不变时,反应达到平衡状态;④反应体系中只有两种气体,且NH3和CO2的物质的量之比为2∶1,密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变,不能说明反应达到平衡状态;⑤正反应反应前后气体的分子数不相等,当密闭容器中混合气体的总物质的量不变时,反应达到平衡状态;⑥体系中NH3和CO2的物质的量之比始终为2∶1,密闭容器中NH3的体积分数不变,不能说明反应达到平衡状态;⑦混合气体的质量是变量,当混合气体总质量不变时,反应达到平衡状态。结合分析可知C正确。
2.A　题图中,v(正)时刻都在变化,m点时反应没有达到平衡状态,A错误;v(正)先增大后减小,则a→m段,v(正)增大是由于容器内温度升高引起的,则该反应是放热反应,B正确;该反应体系中,气体的物质的量、容器容积始终不变,当体系压强不变时,即温度不变,此时正反应放出的热量与逆反应吸收的热量相等(易错点),反应达到平衡状态,C正确;在达到平衡前,生成物浓度逐渐增大,容器内温度逐渐升高,则v(逆)逐渐增大,D正确。
易错分析　本题容易根据题述反应是反应前后气体的物质的量不变的反应,误认为体系压强不变不能说明反应达到平衡状态而误选C项,而题中给出“绝热刚性容器”这一信息,说明在反应过程中不存在与外界的热量交换,根据pV=nRT分析,当n、V不变时,p不变即温度不变,反应达到平衡状态。
3.C　A(s)为固体,该反应为反应后气体质量增加的反应,恒温、恒容时,根据ρ=,达到平衡之前密度一直增大,当气体密度不随时间变化时反应一定达到平衡状态,A不符合题意;A(g)+B(g) C(g)在反应前后气体总质量不变,反应容器为恒压,该反应为反应后气体体积减小的反应,达到平衡之前密度一直增大,当气体密度不随时间变化时反应一定达到平衡状态,B不符合题意;A(g)+B(g) 2C(g)在反应前后气体质量不变,容器容积不变,当气体密度不随时间变化时反应不一定达到平衡状态,C符合题意;在恒压、绝热条件下,A(g)+B(g) 2C(g)在反应过程中温度变化会导致体积变化,密度也会发生变化,当反应达到平衡状态时,温度不变则体积不再变化,气体密度不再随时间变化,D不符合题意。
名师点评　恒温、恒容条件下,用“混合气体的密度”判断平衡状态时,要特别关注是否有非气态物质参与反应。
4.A　列三段式得:
4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)
n始/mol 1 1 0 0
Δn/mol 0.4 0.5 0.4 0.6
2 min/mol 0.6 0.5 0.4 0.6
反应前n(气体)=1 mol+1 mol=2 mol,2 min末n(气体)=(0.6+0.5+0.4+0.6) mol=2.1 mol,恒温恒容下,气体的物质的量之比等于压强之比,压强之比为2∶2.1,A错误;2 min内Δn(O2)=0.5 mol,则v(O2)==0.05 mol/(L·min),NH3的转化率为×100%=40%,B、C正确;反应过程中混合气体的质量、容器容积始终不变,混合气体的密度不变,不能说明反应达到平衡状态,D正确。
5.答案　(1)16　(2)8 mol　(3)5∶4
(4)1∶2　3∶3∶2
解析　(1)根据题意,列三段式如下:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol a b 0
变化/mol 3 9 6
t时刻/mol 13 b-9 6
所以a=13+3=16;(2)反应达平衡时,混合气体为=32 mol,其中NH3的物质的量为32 mol×25%=8 mol;(3)结合(1)(2)可知,平衡混合气的组成:N2为16 mol-4 mol=12 mol,NH3为8 mol,H2为32 mol-12 mol-8 mol=12 mol,则:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol 16 b 0
变化/mol 4 12 8
平衡/mol 12 12 8
b=12+12=24,n(始)∶n(平)=(16+24)∶(12+12+8)=5∶4;(4)达到平衡时,N2和H2的转化率之比α(N2)∶α(H2)=(×100%)∶(×100%)=1∶2,平衡混合气体中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=12∶12∶8=3∶3∶2。
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