第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
课时1 化学平衡状态
1.对于在密闭容器中、一定条件下进行的可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，能说明反应已达到平衡状态的是（ ）。
A.各物质体积分数相等 B.c(NH3)保持不变
C.各物质浓度相等 D.c(NH3)∶c(N2)∶c(H2)=2∶1∶3
2.羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。在一定温度下的容积不变的密闭容器中发生反应：CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)。下列叙述中，不能说明反应达到化学平衡状态的是（ ）。
A.COS的生成速率与H2S的生成速率相等
B.单位时间内消耗amolCO，同时消耗amolH2
C.容器内气体的总压强不再变化
D.CO的浓度不再变化
3.某温度时，在一个容积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，下列有关说法错误的是（ ）。
A.该反应的化学方程式为X＋3Y2Z
B.2 min时，反应达最大限度，但化学反应仍在进行
C.反应开始至2 min，Z的反应速率为0.05 mol·L-1·min-1
D.反应达到平衡时，压强是开始时的0.9倍
4.科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。目前合成氨技术原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，正反应为放热反应。在673 K、30 MPa下，上述合成氨反应中n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列叙述正确的是（ ）。
A.点a的正反应速率比点b的大
B.点c处反应达到化学平衡状态
C.点d和点e处的n(N2)不相同
D.点e处反应达到化学平衡状态，反应停止
5.在一定温度下，恒容密闭容器中，充入一定量的NO和O2，发生2NO(g)+ O2(g)2NO2(g)，反应达到平衡的标志是（ ）。
①NO、O2、NO2分子数目比是2：1：2
②反应混合物中各组分物质的浓度相等
③混合气体的颜色不再改变
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑥2υ正(O2) = υ逆(NO2)
A.③④⑤ B.①② C.②③④ D.③⑤⑥
6.在容积为2.0 L的密闭容器中，通入一定量的N2O4，发生反应：N2O4 (g)2NO2(g)。100℃时，各物质浓度随时间变化如下图所示。
（1）60 s内，v(N2O4)=___________。
（2）下列叙述中，能说明该反应达到化学平衡状态的是___________(填字母序号)。
A.NO2的生成速率是N2O4的生成速率的2倍
B.单位时间内消耗a mol N2O4，同时生成2a mol NO2
C.容器内的压强不再变化
D.容器内混合气体的密度不再变化
7.在2 L的恒容密闭容器中充入4 mol NO(g)和2 mol Cl2(g)，在不同温度下测得c(ClNO)与时间的关系如图I。
（1）温度为T1时，能作为该反应达到平衡的标志的有____。
a.气体体积保持不变 b.容器压强保持不变
c.气体颜色保持不变 d.v(ClNO)=v(NO)
（2）反应开始到10 min时，Cl2的平均反应速率v(Cl2)=____。1.对于在密闭容器中、一定条件下进行的可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，能说明反应已达到平衡状态的是（ ）。
A.各物质体积分数相等 B.c(NH3)保持不变
C.各物质浓度相等 D.c(NH3)∶c(N2)∶c(H2)=2∶1∶3
【答案】B
【解析】平衡时各物质的体积分数取决于反应时物质的配比数以及反应的程度，不能用来作为判断是否达到平衡状态的依据，A错误；达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生改变，B正确；平衡时各物质的浓度取决于反应时物质的配比数以及反应的程度，平衡时各物质的浓度不一定相等，不能用来作为判断是否达到平衡状态的依据，C错误；平衡时各物质的浓度取决于反应时物质的配比数以及反应的程度，各种物质的浓度关系比可能为2：1：3，不能用来作为判断是否达到平衡状态的依据，应根据平衡常数判断，D错误。
2.羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。在一定温度下的容积不变的密闭容器中发生反应：CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)。下列叙述中，不能说明反应达到化学平衡状态的是（ ）。
A.COS的生成速率与H2S的生成速率相等
B.单位时间内消耗a mol CO，同时消耗a mol H2
C.容器内气体的总压强不再变化
D.CO的浓度不再变化
【答案】C
【解析】可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变，据此判断。COS的生成速率与H2S的生成速率相等，根据方程式可判断正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A正确；两单位时间内消耗a mol CO，同时消耗a mol H2，根据方程式可判断正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B正确；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，C错误；CO的浓度不再变化，说明反应达到平衡状态，D正确。
3.某温度时，在一个容积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，下列有关说法错误的是（ ）。
A.该反应的化学方程式为X＋3Y2Z
B.2 min时，反应达最大限度，但化学反应仍在进行
C.反应开始至2 min，Z的反应速率为0.05 mol·L-1·min-1
D.反应达到平衡时，压强是开始时的0.9倍
【答案】A
【解析】根据图示可知：随着反应的进行，X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增加，则X、Y是反应物，Z为生成物，0~2 min内X、Y、Z的物质的量的变化量之比为0.3∶0.1∶0.2=3∶1∶2，反应2 min后各种物质都存在，且物质的量不再发生变化，说明反应为可逆反应，反应中各物质计量数之比等于物质的量的变化量之比，化学方程式为3X+Y2Z，A错误；根据图示可知该反应为可逆反应，2 min时反应达到最大限度，可逆反应达到最大限度时正、逆反应仍在进行，只不过此时正逆反应速率相等，B正确；反应速率为平均速率反应开始至2 min，Z的反应速率为v(Z)==0.05 mol·L-1·min-1，C正确；由图可知开始混合气体的总的物质的量为2 mol，平衡时混合气体的物质的量为(0.9+0.7+0.2)mol=1.8 mol，反应在恒容密闭容器中进行，气体的压强之比等于物质的量之比，所以反应达平衡此时体系的压强是开始时=0.9倍，D正确。
科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。目前合成氨技术原理为N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)，正反应为放热反应。在673 K、30 MPa下，上述合成氨反应中n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列叙述正确的是（ ）。
A.点a的正反应速率比点b的大
B.点c处反应达到化学平衡状态
C.点d和点e处的n(N2)不相同
D.点e处反应达到化学平衡状态，反应停止
【答案】A
【解析】点a反应物的浓度大于点b，浓度越大反应速率越快，故点a反应速率更大，A正确；点c之后氢气的物质的量继续减小，说明反应未达到平衡，B错误；点d、点e对应的氢气、氨气的物质的量已不再发生变化，说明反应处于平衡状态，点d和点e处的n(N2)相同，C错误；化学平衡是动态平衡，反应并未停止，D错误。
5.在一定温度下，恒容密闭容器中，充入一定量的NO和O2，发生2NO(g)+ O2(g)2NO2(g)，反应达到平衡的标志是（ ）。
①NO、O2、NO2分子数目比是2：1：2
②反应混合物中各组分物质的浓度相等
③混合气体的颜色不再改变
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑥2υ正(O2) = υ逆(NO2)
A.③④⑤ B.①② C.②③④ D.③⑤⑥
【答案】D
【解析】①NO、O2、NO2分子数目比是2:1:2，即等于化学计量数之比，可能是反应进行过程中的某一阶段，反应不一定达平衡状态，①不合题意；②反应混合物中各组分物质的浓度相等，可能是反应进行过程中的某一阶段，反应不一定达平衡状态，②不合题意；③混合气体的颜色不再改变，即c(NO2)不变，反应达平衡状态，③符合题意；④混合气体的质量不变，体积不变，所以密度始终不变，密度不变时，反应不一定达平衡状态，④不合题意；⑤混合气体的质量不变，物质的量达平衡前不断改变，所以平均相对分子质量不断改变，当其不再变化时，反应达平衡状态，⑤符合题意；⑥2υ正(O2)=υ逆(NO2)，表明反应进行的方向相反，且正、逆反应的速率之比等于化学计量数之比，⑥符合题意；综合以上分析，③⑤⑥符合题意，故选D。
6.在容积为2.0 L的密闭容器中，通入一定量的N2O4，发生反应：N2O4 (g)2NO2(g)。100℃时，各物质浓度随时间变化如下图所示。
（1）60 s内，v(N2O4)=___________。
（2）下列叙述中，能说明该反应达到化学平衡状态的是___________(填字母序号)。
A. NO2的生成速率是N2O4的生成速率的2倍
B. 单位时间内消耗a mol N2O4，同时生成2a mol NO2
C. 容器内的压强不再变化
D. 容器内混合气体的密度不再变化
【答案】（1）0.001 mol/(L·s) （2）AC
【解析】（1）根据图示可知：在60 s内，N2O4的浓度降低0.060 mol/L，则v(N2O4)=。（2）若NO2的生成速率是N2O4的生成速率的2倍，则反应体系中任何物质的浓度不变，反应达到平衡状态，A符合题意；单位时间内消耗a mol N2O4，同时生成2a mol NO2，只说明反应向正反应方向进行，不能说明该反应达到化学平衡状态，B不符合题意；该反应的正反应是气体体积增大的反应，随着反应进行，气体的物质的量增多，气体压强增大。当容器内的气体压强不再变化时，能说明该反应达到化学平衡状态，C符合题意；该反应的反应混合物都是气体，气体的质量不变；反应在恒容密闭容器中进行，容器体积不变，则容器内气体的密度始终没有变化，不能说明该反应达到化学平衡状态，D不符合题意。
7.在2 L的恒容密闭容器中充入4 mol NO(g)和2 mol Cl2(g)，在不同温度下测得c(ClNO)与时间的关系如图I。
（1）温度为T1时，能作为该反应达到平衡的标志的有____。
a.气体体积保持不变 b.容器压强保持不变
c.气体颜色保持不变 d.v(ClNO)=v(NO)
（2）反应开始到10 min时，Cl2的平均反应速率v(Cl2)=____。
【答案】（1）b、c ②. 0.05 mol L-1 min-1
【解析】（1）恒容条件下，容器体积始终保持不变，不能据此判断平衡状态，a错误；反应前后气体的物质的量减小，压强越小，当容器压强保持不变时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，b正确；只有氯气有色，当气体颜色保持不变，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，c正确；v（ClNO）=v（NO）时，反应方向未知，无法确定是否达到平衡状态，故错误；
故选bc；（2）v（ClNO）=1 mol/L÷10 min=0.1 mol/（L·min），同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，据此得v（Cl2）=0.5v（ClNO）=0.5×0.1mol/（L·min）=0.05mol/（L·min）。
