第二单元 化学反应的方向和限度
第1课时 化学反应的方向
一、自发过程和自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助 就可以 的过程。
(2)特点
①能量角度：体系趋向于从 状态转变为低能状态(体系对外部 或者 热量)。
②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从 自发转变为 的倾向。
2．自发反应
(1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。
(2)自发反应的特征
①具有 ，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。
②体系趋向于从 状态转变为 状态。
③体系趋向于从 体系转变为 体系。
自发过程的判断
(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。
(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。
例1 下列不属于自发进行的变化是( )
A．红墨水加到清水中使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水
C．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈
例2 知道了某过程有自发性之后，则( )
A．可判断出过程的方向 B．可确定过程是否一定会发生
C．可预测过程发生完成的快慢 D．可判断过程的热效应
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据(能量判据)
(1)放热反应过程中体系能量 ，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用 (能量变化)来判断反应进行的方向，这就是 (能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有不少吸热的反应也能自发进行。如
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH>0
③还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。如
CaCO3(g)CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0
2．熵判据
(1)熵：用来量度体系 程度的物理量。熵值越大， 程度越大。符号为S。
(2)熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵 ，即熵变(符号ΔS)＞零。
(3)熵判据：体系有自发地向混乱度 (即 )的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的，如：2KClO32KCl＋3O2↑；
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。
②有些熵减的反应也可以自发进行，如：Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)。
3．复合判据
(1)复合判据为体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol－1)，综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达平衡状态。
①当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG 0，反应 自发进行。
②当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG 0，反应 自发进行。
③当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达到平衡状态。
(1)焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
(2)根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。
例3 下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是( )
A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH＝－444.3 kJ·mol－1 ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1在常温常压下能自发进行
C．在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1 200 K)下则能自发进行
D．放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
例4 已知吸热反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g) ，设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是( )
A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行
C．任何温度下都能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行
例5 回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH (填“>”“<”或“＝”，下同)0，ΔS 0，在低温下，该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO?2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH (填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：
①该反应常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度 (填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。
(4)已知：CaSO4(s)＋CO(g)?CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是 。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS (填“>”或“<”)0。
相关链接
(1)对反应进行方向判断的讨论
类型 ΔH ΔS 反应的自发性
1 ＜0 ＞0 ΔH－TΔS＜0，一定能自发进行
2 ＞0 ＜0 ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行
3 ＜0 ＜0 (ΔH－TΔS)因温度的变化而可能大于0或小于0，反应自发性也因温度变化而改变。一般来说，低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主，ΔH＜0，ΔS＜0的反应在较低温度下能自发进行；ΔH＞0，ΔS＞0的反应在较高温度下能自发进行
4 ＞0 ＞0
(2)温度对反应进行的方向的影响
根据复合判据ΔH－TΔS可知，反应熵变ΔS对化学反应方向的影响是与温度相关联的，因此温度也可以影响反应进行的方向。严格来讲，温度对反应的焓变与熵变都有影响，但是在焓变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值。温度与反应进行方向的关系如图所示：
基础检测
1．下列关于焓变和熵变的说法正确的是( )
A．化学反应的焓变与反应的方向有关，化学反应的熵变与反应的方向无关
B．化学反应的焓变直接决定了化学反应的方向，化学反应的熵变不能决定化学反应的方向
C．焓变为负的反应都能自发进行，熵变为正的反应也都能自发进行
D．化学反应的焓变和熵变都不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素
2．(2018·青岛二中期中)下列说法正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)?2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
3．下列过程的方向能用焓判据判断的是( )
A．湿的衣服经过晾晒变干 B．硝酸铵溶于水
C．水蒸气凝结成水 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0
4．下列对熵变的判断中不正确的是( )
A．少量的食盐溶于水中：ΔS＞0 B．炭和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0
C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0
5．在一定温度下，能够用于判断一个反应是不是自发过程的依据是( )
A．只与焓变有关 B．只与熵变有关 C．由焓变和熵变共同决定 D．与焓变、熵变皆无关
6．(2018·天津红桥区期中)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝56.7 kJ·mol－1能自发进行，其原因是( )
A．该反应是吸热反应 B．该反应是放热反应
C．该反应是熵减小的反应 D．熵增效应大于能量效应
7．现有反应：2SO3(g)?2SO2(g)＋O2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．ΔH＞0的化学反应一定不能自发进行 B．该反应熵增大(即ΔS＞0)
C．该反应在任何条件下一定能自发进行 D．自发过程一定使体系的熵增大
8．回答下列问题：
(1)汽车燃油不完全燃烧时会产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据： 。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是 (填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g) b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。
生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)?H2(g)＋CO(g) ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1，该反应在低温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
题组一 自发过程和自发反应
1．下列关于自发过程的叙述中，正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
2．(不定项)下列反应属于非自发反应的是( )
A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水
C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
题组二 焓变和熵变与反应进行方向的判断
3．下列关于焓变的叙述中正确的是( )
A．化学反应的焓变与反应的方向无关 B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C．焓变为正值的反应都是吸热反应 D．焓变为正值的反应都能自发进行
4．对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D．固体的溶解过程与熵变无关
5．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
6．已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s) ΔH<0
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0
C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l) ΔH>0
D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s) ΔH<0
7．实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化。
关于该反应的下列说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
8．(宜昌高二月考)“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，ΔS＜0的是( )
A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g) B．2NO2(g)===N2O4(l)
C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g) D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
题组三 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断
9．反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0
10．下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )
A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝163 kJ·mol－1
B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1
C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝91 kJ·mol－1
D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1
11．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1)( )
A．会变成灰锡 B．不会变成灰锡 C．不能确定 D．升高温度才会变成灰锡
12．(不定项)下列内容与结论相对应的是( )
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为该反应的ΔS>0
C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 反应一定不能自发进行
D H2(g)＋F2(g)===2HF(g) 的ΔH＝－271 kJ·mol－1 ΔS＝8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都能自发进行
13．运用相关化学知识进行判断，下列结论错误的是( )
A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
B．NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中
C．可燃冰主要是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体，因此可存在于海底
D．增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率
14．氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步，不少科技工作者为了寻找廉价的氨的制备方法，进行了前赴后继的探索性工作。用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应，化学方程式为
N2＋3H22NH3。已知，在常温下，1 g H2完全转化为NH3，放出的热量为15.4 kJ。
(1)请写出该反应的热化学方程式： 。
(2)如果一个反应的ΔH－TΔS＜0，则该反应能够自发进行。已知上述氨的合成反应的ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1，则其在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
15．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解的反应为CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝178.3 kJ·mol－1、ΔS＝160.4 J·mol－1·K－1，回答下列问题。
(1)该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)据本题反应数据分析，温度 (填“能”或“否”)成为反应方向的决定因素。
(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为 。
16．(南京调研)某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对某类反应[aA(g)＋bB(g)?cC(g)]的化学平衡的影响，得到如下图像(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示转化率)。
分析图像，回答下列问题：
(1)在反应Ⅰ中，若p1＞p2，则该反应的正反应为 (填“放热”或“吸热”)反应，且为气体分子数 (填“减小”或“增大”)的反应；若此反应能自发进行，则必须满足的条件是 。
(2)在反应Ⅱ中，T1 (填“＞”“＜”或“＝”)T2，该反应的正反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。
17．(苏州月考)已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。
(1)已知2CO(g)?CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS (填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS 0。
(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g) ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1、ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是 。
第二单元 化学反应的方向和限度
第1课时 化学反应的方向
一、自发过程和自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。
(2)特点
①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。
②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。
2．自发反应
(1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。
(2)自发反应的特征
①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。
②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。
③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。
自发过程的判断
(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。
(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。
例1 下列不属于自发进行的变化是( )
A．红墨水加到清水中使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水
C．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈
答案 C
解析 红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化为水、铁器在潮湿空气中生锈等过程都是自发进行的，A、B、D属于自发进行的变化，而水电解生成氢气和氧气的反应必须通电电解才可以进行，不属于自发过程，C项不属于自发进行的变化。
例2 知道了某过程有自发性之后，则( )
A．可判断出过程的方向 B．可确定过程是否一定会发生
C．可预测过程发生完成的快慢 D．可判断过程的热效应
答案 A
解析 判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据(能量判据)
(1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有不少吸热的反应也能自发进行。如
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH>0
③还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。如
CaCO3(g)CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0
2．熵判据
(1)熵：用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。
(2)熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)＞零。
(3)熵判据：体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的，如：2KClO32KCl＋3O2↑；
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。
②有些熵减的反应也可以自发进行，如：Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)。
3．复合判据
(1)复合判据为体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol－1)，综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达平衡状态。
①当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应能自发进行。
②当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
③当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达到平衡状态。
(1)焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
(2)根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的问题。
例3 下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是( )
A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3 kJ·mol－1 ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1在常温常压下能自发进行
C．在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1 200 K)下则能自发进行
D．放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
答案 D
解析 放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A项正确；根据ΔG＝ΔH－TΔS＝－444.3 kJ·mol－1－298 K×(－280.1×10－3 kJ·mol－1·K－1)≈－360.83 kJ·mol－1＜0，此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的ΔH＞0且ΔS＞0，同样根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。
例4 已知吸热反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g) ，设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是( )
A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行
C．任何温度下都能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行
答案 D
解析 已知反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔH－TΔS＞0，在任何温度下反应都是不能自发进行的，A、B、C错误，D正确。
例5 回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH (填“>”“<”或“＝”，下同)0，ΔS 0，在低温下，该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO?2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH (填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：
①该反应常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度 (填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。
(4)已知：CaSO4(s)＋CO(g)?CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是 。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS (填“>”或“<”)0。
答案 (1)> > 不能 (2)< (3)①不能 ②能 (4)高温 (5)>
解析 (2)因为ΔS<0，且ΔG＝ΔH－TΔS<0，故ΔH<0。
(3)①常温下石灰石不分解。②该反应的ΔH>0，ΔS>0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。
(4)自发反应的条件是ΔH－TΔS<0，即ΔH0，故T>，即T值较大，该反应应在高温下进行。
(5)吸热反应能自发进行，即ΔH>0，ΔH－TΔS<0，又知T>0，故ΔS>0。
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(1)对反应进行方向判断的讨论
类型 ΔH ΔS 反应的自发性
1 ＜0 ＞0 ΔH－TΔS＜0，一定能自发进行
2 ＞0 ＜0 ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行
3 ＜0 ＜0 (ΔH－TΔS)因温度的变化而可能大于0或小于0，反应自发性也因温度变化而改变。一般来说，低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主，ΔH＜0，ΔS＜0的反应在较低温度下能自发进行；ΔH＞0，ΔS＞0的反应在较高温度下能自发进行
4 ＞0 ＞0
(2)温度对反应进行的方向的影响
根据复合判据ΔH－TΔS可知，反应熵变ΔS对化学反应方向的影响是与温度相关联的，因此温度也可以影响反应进行的方向。严格来讲，温度对反应的焓变与熵变都有影响，但是在焓变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值。温度与反应进行方向的关系如图所示：
基础检测
1．下列关于焓变和熵变的说法正确的是( )
A．化学反应的焓变与反应的方向有关，化学反应的熵变与反应的方向无关
B．化学反应的焓变直接决定了化学反应的方向，化学反应的熵变不能决定化学反应的方向
C．焓变为负的反应都能自发进行，熵变为正的反应也都能自发进行
D．化学反应的焓变和熵变都不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素
答案 D
解析 一个反应的ΔH－TΔS<0则是自发的，可看出ΔH和ΔS都对反应有影响，不只是由单方面决定。
2．(青岛二中期中)下列说法正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)?2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
答案 C
解析 不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵不一定减小，B项错误；根据反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行可知，该反应的ΔH－TΔS＞0，又知该反应ΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，C项正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔH－TΔS＜0，因ΔS＜0，则ΔH＜0，D项错误。
3．下列过程的方向能用焓判据判断的是( )
A．湿的衣服经过晾晒变干 B．硝酸铵溶于水
C．水蒸气凝结成水 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0
答案 C
解析 湿衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程，不能用焓判据判断；硝酸铵溶于水为熵增加的过程，不能用焓判据判断；水蒸气凝结为水放出热量，可用焓判据判断；CaCO3分解为吸热反应，不能用焓判据判断。
4．下列对熵变的判断中不正确的是( )
A．少量的食盐溶于水中：ΔS＞0 B．炭和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0
C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0
答案 C
解析 食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加的反应。
5．在一定温度下，能够用于判断一个反应是不是自发过程的依据是( )
A．只与焓变有关 B．只与熵变有关 C．由焓变和熵变共同决定 D．与焓变、熵变皆无关
答案 C
解析 利用焓判据和熵判据来判断一个反应是否能够自发进行，即ΔH－TΔS＜0的反应一定能自发进行。
6．(天津红桥区期中)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝56.7 kJ·mol－1能自发进行，其原因是( )
A．该反应是吸热反应 B．该反应是放热反应
C．该反应是熵减小的反应 D．熵增效应大于能量效应
答案 D
解析 根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。
7．现有反应：2SO3(g)?2SO2(g)＋O2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．ΔH＞0的化学反应一定不能自发进行 B．该反应熵增大(即ΔS＞0)
C．该反应在任何条件下一定能自发进行 D．自发过程一定使体系的熵增大
答案 B
解析 ΔH＞0的化学反应也有能自发进行的，A项错误；B项正确；该反应只有在高温条件下才能自发进行，C项错误；自发过程也有使体系的熵减小的，D项错误。
8．回答下列问题：
(1)汽车燃油不完全燃烧时会产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据： 。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是 (填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g) b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。
生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)?H2(g)＋CO(g) ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1，该反应在低温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
答案 (1)该反应是ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行 (2)a (3)不能
解析 (1)该反应ΔH>0、ΔS<0，根据ΔG＝ΔH－T·ΔS，ΔG>0，故不能实现该反应。
(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0。ΔH－TΔS<0时，反应才能自发进行。a的ΔS<0，ΔH－TΔS>0，所以在高温时该反应不能自发进行。
(3)根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0为自发反应知，ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1＝0.133 7 kJ·mol－1·K－1，解得在T＞≈982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。
题组一 自发过程和自发反应
1．下列关于自发过程的叙述中，正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
答案 C
解析 在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。
2．(不定项)下列反应属于非自发反应的是( )
A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水
C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵
答案 C
题组二 焓变和熵变与反应进行方向的判断
3．下列关于焓变的叙述中正确的是( )
A．化学反应的焓变与反应的方向无关 B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C．焓变为正值的反应都是吸热反应 D．焓变为正值的反应都能自发进行
答案 C
解析 ΔH＞0，说明反应为吸热反应，C项正确；焓判据只是判断反应方向的一个依据，所以A、B、D项不正确。
4．对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D．固体的溶解过程与熵变无关
答案 B
解析 化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。
5．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
答案 A
解析 根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增加的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。
6．已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s) ΔH<0
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0
C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l) ΔH>0
D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s) ΔH<0
答案 C
解析 焓判据是指ΔH<0的反应有利于自发进行，C项反应的ΔH>0，按焓判据反应不能发生，而题给条件是能自发进行，所以不能用“焓判据”解释该反应为自发反应。
7．实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化。
关于该反应的下列说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
答案 C
解析 根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。
8．(宜昌高二月考)“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，ΔS＜0的是( )
A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g) B．2NO2(g)===N2O4(l)
C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g) D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
答案 B
解析 选项B中的反应是由气体转化为液体，混乱度减小，ΔS＜0。
题组三 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断
9．反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0
答案 A
解析 该反应在一定温度下能够自发的向右进行，这说明ΔH－TΔS一定小于0，根据方程式可知该反应的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在一定温度下能够自发的向右进行，因此该反应的反应热ΔH＞0，故选A。
10．下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )
A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝163 kJ·mol－1
B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1
C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝91 kJ·mol－1
D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1
答案 D
解析 反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。
11．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1)( )
A．会变成灰锡 B．不会变成灰锡 C．不能确定 D．升高温度才会变成灰锡
答案 A
解析 在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应：白锡→灰锡的ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)＝－376.37 J·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
12．(不定项)下列内容与结论相对应的是( )
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为该反应的ΔS>0
C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 反应一定不能自发进行
D H2(g)＋F2(g)===2HF(g) 的ΔH＝－271 kJ·mol－1 ΔS＝8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都能自发进行
答案 BD
解析 物质由气态变为液态，混乱度减小，即ΔS＜0，A项不符合题意；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，ΔS＞0，反应可自发进行，B项符合题意；ΔH＞0，ΔS＞0，根据复合判据可知，高温时ΔH－TΔS＜0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不符合题意；由ΔH＜0，ΔS＞0知，ΔH－TΔS＜0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项符合题意。
13．运用相关化学知识进行判断，下列结论错误的是( )
A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
B．NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中
C．可燃冰主要是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体，因此可存在于海底
D．增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率
答案 D
解析 吸热反应能自发进行，则有ΔH－TΔS<0，而吸热反应的ΔH>0，从而可知ΔS>0，即该反应为熵增反应，A正确；NH4F溶液中，NH和F－均能发生水解反应，而F－水解生成HF，可与玻璃中的SiO2发生反应，易腐蚀玻璃试剂瓶，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中，B正确；可燃冰是CH4与H2O形成的水合物晶体，属于分子晶体，存在于海底低温、高压的环境下，C正确；常温下，Fe在浓硫酸中发生钝化，可适当增大稀硫酸的浓度来加快制取H2的速率，但不能用浓硫酸代替稀硫酸，D错误。
氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步，不少科技工作者为了寻找廉价的氨的制备方法，进行了前赴后继的探索性工作。用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应，化学方程式为
N2＋3H22NH3。已知，在常温下，1 g H2完全转化为NH3，放出的热量为15.4 kJ。
(1)请写出该反应的热化学方程式： 。
(2)如果一个反应的ΔH－TΔS＜0，则该反应能够自发进行。已知上述氨的合成反应的ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1，则其在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
答案 (1)N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 (2)能
解析 (2)ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.198 2 kJ·mol－1·K－1)＜0，所以常温下该反应可以自发进行。
15．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解的反应为CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝178.3 kJ·mol－1、ΔS＝160.4 J·mol－1·K－1，回答下列问题。
(1)该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)据本题反应数据分析，温度 (填“能”或“否”)成为反应方向的决定因素。
(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为 。
答案 (1)不能 (2)能 (3)1 111.6 K
解析 (1)ΔH－TΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1≈130.5 kJ·mol－1＞0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应的ΔH＞0、ΔS＞0，所以在温度较高的时候，ΔH－TΔS可能小于0。(3)根据ΔH－TΔS＜0时，反应可自发进行，则有T＞ΔH/ΔS≈1 111.6 K。
16．(南京调研)某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对某类反应[aA(g)＋bB(g)?cC(g)]的化学平衡的影响，得到如下图像(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示转化率)。
分析图像，回答下列问题：
(1)在反应Ⅰ中，若p1＞p2，则该反应的正反应为 (填“放热”或“吸热”)反应，且为气体分子数 (填“减小”或“增大”)的反应；若此反应能自发进行，则必须满足的条件是 。
(2)在反应Ⅱ中，T1 (填“＞”“＜”或“＝”)T2，该反应的正反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。
答案 (1)放热 减小 低温 (2)＜ 放热
解析 (1)反应Ⅰ中，恒压下温度升高，α(A)减小，即升高温度平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，ΔH＜0；由p1＞p2知恒温时压强增大，α(A)增大，说明此反应为气体分子数减小的反应，即为熵减反应，ΔS＜0。放热、熵减反应只能在低温条件下自发进行。(2)反应Ⅱ中，T2条件下反应先达到平衡状态，说明T2＞T1，温度越高，平衡时C的物质的量越小，即升高温度平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应。
17．(苏州月考)已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。
(1)已知2CO(g)?CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS (填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS 0。
(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g) ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1、ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是 。
答案 (1)小于 大于 (2)T＜1 240 K
解析 (1)C(s)＋CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，ΔH＞0，则2CO(g)CO2(g)＋C(s)为放热反应，ΔH＜0，且该反应ΔS＜0，则当T＜980 K时，ΔH－TΔS＜0，T＞980 K时，ΔH－TΔS＞0。
(2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×[－75.8×10－3 kJ·mol－1·K－1]＜0，则T＜≈1 240 K。
第二单元 化学反应的方向和限度
第2课时 化学平衡状态
一、可逆反应及其特征
1．可逆反应的概念
在相同条件下，既能向 方向进行，同时又能向 方向进行的反应。
表示方法：可逆反应方程式常用“?”连接，把从左向右进行的反应称为 ，把从右向左进行的
反应称为 。
3．特点
(1)同一条件下，正反应和逆反应 。
(2)反应 进行到底，反应物 实现完全转化。
(3)反应体系中，与化学反应有关的各种物质 。
(4)反应达到限度时，反应 。
可逆反应的特征
(1)双向性：可逆反应分为方向相反的两个反应——正反应和逆反应。
(2)双同性：正、逆反应在相同条件下是同时进行的。
(3)共存性：反应物和生成物共存于同一体系中，反应物的转化率小于100%。
(4)能量转化类型相反：若正反应放热，则逆反应吸热。
例1 下列对可逆反应的说法正确的是( )
A．既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应
B．在可逆反应里正反应的速率是正值，逆反应的速率是负值
C．可逆反应不能完全进行，存在一定的限度
D．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为逆反应
例2 (郑州高二月考)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
二、化学平衡状态及其特征
1．化学平衡状态的建立
(1)在一定条件下把1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中，在一定条件下发生反应。根据要求填表：
N2＋3H2?2NH3
反应物浓度 v正 生成物浓度 v逆
开始时 c(N2) ，c(H2)
进行中 c(N2) ，c(H2)
平衡时 c(N2) ，c(H2)
(2)用速率—时间(v－t)图像表示出以上过程：
2．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率 时，反应体系中所有参加反应的物质的 或 保持恒定的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
3．化学平衡的特征
化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变，即：
(1)逆：研究的对象是 反应。
(2)等：化学平衡的条件是v正和v逆 。
(3)动：化学平衡是一种 平衡，此时反应并未停止。
(4)定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一 。
(5)变：若外界条件改变，平衡可能发生 ，并在新条件下建立新的平衡。
例3 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)只有可逆反应才存在平衡状态( )
(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果( )
(3)化学反应达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率都为0( )
(4)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等( )
(5)化学反应达到化学平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例( )
三、化学平衡状态判断的两个依据
1．正反应速率与逆反应速率相等，v正＝v逆
(1)在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)?2C(g)达到平衡的标志是 (填序号)。
①单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B ②生成C的速率与C分解的速率相等
③3v正(A)＝v逆(B) ④单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C
(2)特别提示
①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；
②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
2．反应混合物中各组分的百分含量保持不变
(1)一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行如下反应：A(s)＋2B(g)?C(g)＋D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是 (填序号)。
①混合气体的总物质的量 ②B的物质的量浓度 ③容器内气体的压强 ④混合气体的密度
(2)特别提示
①若反应前后气体体积不相等时，反应混合气体的总物质的量或压强不再发生变化时，该反应已达到平衡状态。
②若反应无固体或液体参加或生成时，反应混合气体的总质量或密度不变时，该反应不一定为平衡状态。
例4 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
例5 可逆反应：2NO2(g)?2NO(g)＋O2(g)在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦ C．①③④⑤ D．全部
相关链接
(1)化学平衡状态的判断步骤
解题步骤 解题注意事项
第一步：审题，看清要求 先看一遍题目，了解题目要求及给出的可能的化学平衡状态
第二步：套用两个标志 (1)微观标志：v正＝v逆≠0 ①同一物质的生成速率等于消耗速率； ②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比(或消耗速率与生成速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比； ③在化学方程式两边不同物质的生成速率与生成速率之比(或消耗速率与消耗速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。 (2)宏观标志：反应混合物中各组分的百分含量一定 ①各组分的质量分数不变； ②各气体组分的体积分数不变； ③各组分的物质的量分数不变； ④各组分的分子数之比不变； ⑤各组分的物质的量浓度不变； ⑥各组分的转化率或产率不变； ⑦若某组分为有色物质，体系的颜色不再改变
第三步：确定答案 根据第一步的审题，将第二步中与题目有关的“标志”跟选项提供的状态比较，确定正确选项
(2)判断某反应是否达到平衡的“三看”“三注意”
三看：一看反应是否为可逆反应；二看物质的状态；三看气体的化学计量数。
三注意：一注意不同物质的平衡浓度之间无必然关系；二注意公式M＝在讨论混合气体的平均相对分子质量时的应用；三注意公式ρ＝在讨论混合气体密度时的应用。
基础检测
1．下列关于化学平衡状态的理解正确的是( )
A．所有反应都存在平衡状态 B．反应物与生成物的浓度相等
C．正反应与逆反应停止进行 D．正反应和逆反应的速率相等
2．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)
3．一定温度下，在某固定容积的密闭容器中发生可逆反应：A(s)＋3B(g)?3C(g)，该反应达到平衡状态的标志是( )
A．密闭容器内物质的总质量不再改变 B．密闭容器内气体的压强不再改变
C．密闭容器内混合气体的总物质的量不再改变 D．密闭容器内混合气体的质量不再改变
4．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
5．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( )
6．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
7．恒温恒容条件下，将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L 的密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g)?xC(g)＋2D(s)，2 min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为1.2 mol·L－1。
(1)从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为 。
(2)x＝ 。
(3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是 (填字母)。
A．压强不再变化 B．气体密度不再变化
C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1 D．A的百分含量保持不变
题组一 可逆反应概念的理解
1．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．2HI?H2＋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
2．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g)?2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是( )
①X2为0.2 mol·L－1 ②Y2为0.1 mol·L－1 ③Z2为0.3 mol·L－1 ④Y2为0.6 mol·L－1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
3．14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋C?2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有( )
A．14CO2 B．14CO2、14CO C．14CO2、14CO、14C D．14CO
题组二 化学平衡状态的特征
4．(不定项)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，但反应并未停止
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
5．(不定项)对可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)?4NO(g)＋6H2O(g)，则下列叙述中正确的是( )
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成n mol NO的同时，生成n mol NH3，则反应达到平衡状态
C．若NH3、O2、NO、H2O的分子数之比为4∶5∶4∶6时，反应达到化学平衡状态
D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v正(H2O)
6．在一定条件下，气体参与的某正反应方向ΔH＜0的可逆反应达到化学平衡时，下列说法不正确的是( )
A．反应物的浓度一定等于生成物的浓度 B．反应体系中压强恒定
C．反应体系中混合物的组成保持不变 D．反应体系中温度不变
7.一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)?N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是( )
A．d点 B．b点 C．c点 D．a点
题组三 化学平衡状态的判断
8．在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol O2和2 mol NO，发生如下反应：O2(g)＋2NO(g)?2NO2(g)，此反应不一定达平衡的是( )
A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度不随时间变化
C．容器内O2、NO、NO2的浓度之比为1∶2∶2
D．单位时间内生成1 mol O2，同时生成2 mol NO2
9．一定温度下，在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应：2X(g)?Y(g)＋Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A．混合气体的密度不再变化 B．反应容器中Y的质量分数不变
C．X的分解速率与Y的消耗速率相等 D．单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X
(扬州月考)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(g)?SO3(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
11．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键断裂的同时有两个C==O键断裂
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
12．(不定项)在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体，在一定条件下发生反应：
3A(g)＋B(g)?2C(g)＋xD(g)ΔH＜0，达到平衡时，生成了2 mol C，经测定D的浓度为
0.5 mol·L－1，下列判断不正确的是( )
A．x＝1 B．平衡时B的转化率为20%
C．B的转化率不变，该反应达到平衡状态 D．容器内温度保持恒定，该反应达到平衡状态
13．100 ℃时，把0.5 mol N2O4通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol·L－1。60 s时，体系已达到平衡状态，此时容器内的压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是( )
A．0～2 s内用N2O4的浓度变化表示的反应速率为0．01 mol·L－1·s－1
B．在2 s时容器内的压强为开始时的1.1倍
C．平衡时，n(N2O4)＝0.25 mol D．平衡时，N2O4的转化率为40%
14．将2 mol SO2和1 mol O2充入体积为2 L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：
O2(g)＋2SO2(g)?2SO3(g)。经过10 s达到平衡状态，此时c(SO3)＝0.4 mol·L－1。
(1)在达到平衡的过程中v(SO2)＝ 。
(2)有同学认为平衡是在一定条件下建立的，改变条件时平衡会发生变化，所以可以通过改变条件使SO3的平衡浓度变为1 mol·L－1，你认为这种说法正确吗？ (填“正确”或“不正确”)。
15．一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。
请回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)在t2时刻存在的等量关系是 ，此时反应是否达到化学平衡状态？ (填“是”或“否”)。
(3)在t3时刻v正 (填“＞”“＜”或“＝”)v逆，理由是 。
16．一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有3 mol SO2发生了反应。
(1)反应生成了 mol SO3，v(SO2)＝ 。
(2)平衡时SO3的浓度是 ，SO2的转化率是 。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为 mol。
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是 (填序号)。
①体系内压强不再改变 ②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变 ④v正(SO3)＝2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
第二单元 化学反应的方向和限度
第2课时 化学平衡状态
一、可逆反应及其特征
1．可逆反应的概念
在相同条件下，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。
表示方法：可逆反应方程式常用“?”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．特点
(1)同一条件下，正反应和逆反应同时发生、同时存在。
(2)反应不能进行到底，反应物不能实现完全转化。
(3)反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存于同一反应体系。
(4)反应达到限度时，反应仍在进行，没有停止。
可逆反应的特征
(1)双向性：可逆反应分为方向相反的两个反应——正反应和逆反应。
(2)双同性：正、逆反应在相同条件下是同时进行的。
(3)共存性：反应物和生成物共存于同一体系中，反应物的转化率小于100%。
(4)能量转化类型相反：若正反应放热，则逆反应吸热。
例1 下列对可逆反应的说法正确的是( )
A．既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应
B．在可逆反应里正反应的速率是正值，逆反应的速率是负值
C．可逆反应不能完全进行，存在一定的限度
D．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为逆反应
答案 C
解析 可逆反应是指在同一条件下，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，A项错误；在可逆反应里正反应的速率、逆反应的速率都取正值，B项错误；可逆反应的特点是不能完全进行到底，存在一定的限度，C项正确；两反应的反应条件不同，不互为逆反应，D项错误。
例2 (郑州高二月考)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。
二、化学平衡状态及其特征
1．化学平衡状态的建立
(1)在一定条件下把1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中，在一定条件下发生反应。根据要求填表：
N2＋3H2?2NH3
反应物浓度 v正 生成物浓度 v逆
开始时 c(N2)最大，c(H2)最大 最大 0 0
进行中 c(N2)减小，c(H2)减小 减小 增大 增大
平衡时 c(N2)不变，c(H2)不变 不变 不变 不变
(2)用速率—时间(v－t)图像表示出以上过程：
2．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
3．化学平衡的特征
化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变，即：
(1)逆：研究的对象是可逆反应。
(2)等：化学平衡的条件是v正和v逆相等。
(3)动：化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。
(4)定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。
(5)变：若外界条件改变，平衡可能发生改变，并在新条件下建立新的平衡。
例3 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)只有可逆反应才存在平衡状态( )
(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果( )
(3)化学反应达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率都为0( )
(4)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等( )
(5)化学反应达到化学平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)×
三、化学平衡状态判断的两个依据
1．正反应速率与逆反应速率相等，v正＝v逆
(1)在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)?2C(g)达到平衡的标志是②③④(填序号)。
①单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B
②生成C的速率与C分解的速率相等
③3v正(A)＝v逆(B)
④单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C
(2)特别提示
①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；
②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
2．反应混合物中各组分的百分含量保持不变
(1)一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行如下反应：A(s)＋2B(g)?C(g)＋D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是②④(填序号)。
①混合气体的总物质的量 ②B的物质的量浓度 ③容器内气体的压强 ④混合气体的密度
(2)特别提示
①若反应前后气体体积不相等时，反应混合气体的总物质的量或压强不再发生变化时，该反应已达到平衡状态。
②若反应无固体或液体参加或生成时，反应混合气体的总质量或密度不变时，该反应不一定为平衡状态。
例4 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；消耗2n mol X与生成n mol Z是同一反应方向，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。
例5 可逆反应：2NO2(g)?2NO(g)＋O2(g)在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦ C．①③④⑤ D．全部
答案 A
解析 依据v正＝v逆≠0判断：①单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2n mol NO2，①能说明反应已达平衡；②描述均是正反应速率，无法判断；③无论反应是否达平衡，均有此关系。依据组成一定判断：④NO2为有颜色的气体(红棕色)，颜色不变能说明反应体系中NO2浓度一定，已达到平衡；⑤因ρ＝，反应前后，m、V均不变，ρ也不变，不能说明反应达到平衡；此反应是一个不等体反应，⑥、⑦均能说明反应已达平衡。
相关链接
(1)化学平衡状态的判断步骤
解题步骤 解题注意事项
第一步：审题，看清要求 先看一遍题目，了解题目要求及给出的可能的化学平衡状态
第二步：套用两个标志 (1)微观标志：v正＝v逆≠0 ①同一物质的生成速率等于消耗速率； ②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比(或消耗速率与生成速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比； ③在化学方程式两边不同物质的生成速率与生成速率之比(或消耗速率与消耗速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。 (2)宏观标志：反应混合物中各组分的百分含量一定 ①各组分的质量分数不变； ②各气体组分的体积分数不变； ③各组分的物质的量分数不变； ④各组分的分子数之比不变； ⑤各组分的物质的量浓度不变； ⑥各组分的转化率或产率不变； ⑦若某组分为有色物质，体系的颜色不再改变
第三步：确定答案 根据第一步的审题，将第二步中与题目有关的“标志”跟选项提供的状态比较，确定正确选项
(2)判断某反应是否达到平衡的“三看”“三注意”
三看：一看反应是否为可逆反应；二看物质的状态；三看气体的化学计量数。
三注意：一注意不同物质的平衡浓度之间无必然关系；二注意公式M＝在讨论混合气体的平均相对分子质量时的应用；三注意公式ρ＝在讨论混合气体密度时的应用。
基础检测
1．下列关于化学平衡状态的理解正确的是( )
A．所有反应都存在平衡状态 B．反应物与生成物的浓度相等
C．正反应与逆反应停止进行 D．正反应和逆反应的速率相等
答案 D
2．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。
3．一定温度下，在某固定容积的密闭容器中发生可逆反应：A(s)＋3B(g)?3C(g)，该反应达到平衡状态的标志是( )
A．密闭容器内物质的总质量不再改变 B．密闭容器内气体的压强不再改变
C．密闭容器内混合气体的总物质的量不再改变 D．密闭容器内混合气体的质量不再改变
答案 D
解析 A项，根据质量守恒定律知，反应前后物质的总质量相等，故A项不能作为反应达到平衡状态的标志；B、C项，该反应是气体分子数相等的反应，反应过程中混合气体的总物质的量始终不变，密闭容器内气体的压强也始终不变，故B、C项不能作为反应达到平衡状态的标志；D项，由于有固体物质参加反应，所以达到平衡前混合气体的质量是不断变化的，若混合气体的质量不再变化，则说明反应达到了平衡状态。
4．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，不可作平衡标志，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。
5．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( )
答案 B
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。
6．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。
7．恒温恒容条件下，将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L 的密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g)?xC(g)＋2D(s)，2 min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为1.2 mol·L－1。
(1)从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为 。
(2)x＝ 。
(3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是 (填字母)。
A．压强不再变化 B．气体密度不再变化
C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1 D．A的百分含量保持不变
答案 (1)0.6 mol·L－1·min－1 (2)3 (3)BD
解析 (1)v(C)＝＝0.6 mol·L－1·min－1。
(2) 2A(g)＋ B(g)xC(g)＋2D(s)
起始/mol·L－1 1 1 0
转化/mol·L－1 0.8 0.4 1.2
平衡/mol·L－1 0.2 0.6 1.2
由此可知，2∶1∶x＝0.8∶0.4∶1.2＝2∶1∶3，所以x＝3。
(3)A项，x＝3，该反应前后气体的物质的量不变，无论反应是否达到平衡，压强均不会变化；B项，气体的密度不再变化，而气体的体积不变，说明气体的质量不再发生变化，由于D为固体，故气体的质量不再发生变化时能说明反应已达到平衡状态；C项，A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致，不能说明反应已达到平衡；D项，A的百分含量保持不变，说明反应已达到平衡。
题组一 可逆反应概念的理解
1．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．2HI?H2＋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。
2．(衡水校级月考)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g)?2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是( )
①X2为0.2 mol·L－1 ②Y2为0.1 mol·L－1 ③Z2为0.3 mol·L－1 ④Y2为0.6 mol·L－1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案 B
解析 在可逆反应中，反应物不可能完全转化为生成物，平衡时不可能出现某物质浓度为零的情况。①X2为0.2 mol·L－1，表明Z2全部转化为X2和Y2，①错误；同理，④错误。综上所述， B项正确。
3．14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋C?2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有( )
A．14CO2 B．14CO2、14CO C．14CO2、14CO、14C D．14CO
答案 C
解析 当可逆反应达到平衡状态时，反应并没停止，是一种动态平衡，所以14C在三种物质中都含有。
题组二 化学平衡状态的特征
4．(不定项)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，但反应并未停止
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 BD
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项正确；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。
5．(不定项)对可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)?4NO(g)＋6H2O(g)，则下列叙述中正确的是( )
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成n mol NO的同时，生成n mol NH3，则反应达到平衡状态
C．若NH3、O2、NO、H2O的分子数之比为4∶5∶4∶6时，反应达到化学平衡状态
D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v正(H2O)
答案 AB
解析 根据化学方程式，当4v正(O2)＝5v逆(NO)时，表示v正＝v逆，反应达到平衡状态，A项正确；生成n mol NO表示正反应速率，生成n mol NH3表示逆反应速率，且v正＝v逆，反应达到平衡状态，B项正确；NH3、O2、NO、H2O分子数之比为4∶5∶4∶6时，反应不一定达到平衡状态，C项错误；化学反应速率之比等于化学计量数之比，3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D项错误。
6．在一定条件下，气体参与的某正反应方向ΔH＜0的可逆反应达到化学平衡时，下列说法不正确的是( )
A．反应物的浓度一定等于生成物的浓度 B．反应体系中压强恒定
C．反应体系中混合物的组成保持不变 D．反应体系中温度不变
答案 A
解析 对于放热的可逆反应，达到平衡时，反应物与生成物的浓度不一定相等，A项错误；可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，气体分子数保持不变，反应体系中压强恒定，混合物的组成保持不变，反应体系中温度不变，B、C、D项正确。
7.一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)?N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是( )
A．d点 B．b点 C．c点 D．a点
答案 A
解析 由图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d点正、逆反应速率相等，由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知，图中处于化学平衡状态的点是d点，选项A正确。
题组三 化学平衡状态的判断
8．在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol O2和2 mol NO，发生如下反应：O2(g)＋2NO(g)?2NO2(g)，此反应不一定达平衡的是( )
A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度不随时间变化
C．容器内O2、NO、NO2的浓度之比为1∶2∶2
D．单位时间内生成1 mol O2，同时生成2 mol NO2
答案 C
解析 A项，该反应气体数目有变化，当容器内压强不随时间变化时，必达平衡；C项，其比例是反应方程式中的化学计量数之比，不能反映各组分的量已固定，所以，不一定是平衡状态；D项，O2的生成是逆向反应，NO2的生成是正向反应，比例1∶2与化学方程式计量数相符，必是平衡状态。
9．一定温度下，在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应：2X(g)?Y(g)＋Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A．混合气体的密度不再变化 B．反应容器中Y的质量分数不变
C．X的分解速率与Y的消耗速率相等 D．单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X
答案 C
解析 X的分解速率与Y的消耗速率之比为2∶1时，才能说明反应达到平衡状态，故C项说明反应未达到平衡状态。
10．(扬州月考)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(g)?SO3(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，C错误；消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应，D错误。
11．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键断裂的同时有两个C==O键断裂
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键断裂表示的是正反应速率，两个C==O键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。
12．(不定项)在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋B(g)?2C(g)＋xD(g)ΔH＜0，达到平衡时，生成了2 mol C，经测定D的浓度为
0.5 mol·L－1，下列判断不正确的是( )
A．x＝1 B．平衡时B的转化率为20%
C．B的转化率不变，该反应达到平衡状态 D．容器内温度保持恒定，该反应达到平衡状态
答案 A
解析 平衡时c(C)＝c(D)＝0.5 mol·L－1，可知x＝2；B的转化率为×100%＝20%；B的转化率不变，容器内温度保持恒定，说明各物质的量保持恒定，反应达到平衡状态。
13．100 ℃时，把0.5 mol N2O4通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol·L－1。60 s时，体系已达到平衡状态，此时容器内的压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是( )
A．0～2 s内用N2O4的浓度变化表示的反应速率为0．01 mol·L－1·s－1
B．在2 s时容器内的压强为开始时的1.1倍
C．平衡时，n(N2O4)＝0.25 mol D．平衡时，N2O4的转化率为40%
答案 B
解析 N2O4和NO2之间存在转化关系：
N2O4(g) 2NO2(g)
起始量/mol 0.5 0
变化量/mol 0.05 0.02×5
2 s时量/mol 0.5－0.05 0.02×5
v(N2O4)＝＝0.005 mol·L－1·s－1，A项错误；此时气体总的物质的量为0.5 mol－0.05 mol＋0.02 mol·L－1×5 L＝0.55 mol，则2 s时容器内的压强与开始时容器内的压强之比为p2s∶p始＝0.55∶0.5＝11∶10，B项正确；反应达到平衡状态时，设有x mol N2O4参与反应，则
N2O4(g) 2NO2(g)
起始量/mol 0.5 0
变化量/mol x 2x
平衡量/mol 0.5－x 2x
达到平衡状态时，气体总的物质的量为0.5 mol－x mol＋2x mol＝(0.5＋x) mol，则＝1.6，解得x＝0.3，平衡体系中含0.2 mol N2O4，C项错误；平衡时，N2O4的转化率为×100%＝60%，D项错误。
14．将2 mol SO2和1 mol O2充入体积为2 L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：O2(g)＋2SO2(g)?2SO3(g)。经过10 s达到平衡状态，此时c(SO3)＝0.4 mol·L－1。
(1)在达到平衡的过程中v(SO2)＝ 。
(2)有同学认为平衡是在一定条件下建立的，改变条件时平衡会发生变化，所以可以通过改变条件使SO3的平衡浓度变为1 mol·L－1，你认为这种说法正确吗？ (填“正确”或“不正确”)。
答案 (1)0.04 mol·L－1·s－1 (2)不正确
解析 (1)平衡时c(SO3)＝0.4 mol·L－1，则转化的c(SO2)＝0.4 mol·L－1，v(SO2)＝＝0.04 mol·L－1·s－1。
(2)2SO2＋O22SO3是可逆反应，改变任何条件都不可能使之进行到底，所以该说法不正确。
15．一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。
请回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)在t2时刻存在的等量关系是 ，此时反应是否达到化学平衡状态？ (填“是”或“否”)。
(3)在t3时刻v正 (填“＞”“＜”或“＝”)v逆，理由是 。
答案 (1)2NM (2)n(M)＝n(N) 否
(3)＝ M和N的物质的量不再发生变化，所以反应已达到平衡状态，故v正＝v逆
解析 (1)当N减少4 mol时，M增加2 mol，所以化学方程式为2NM。(2)t2时刻，n(M)＝n(N)＝4 mol，t2时刻后，N物质的量继续减小，M物质的量继续增加，故仍未达到平衡。(3)t3时刻，M和N的物质的量均不再发生变化，所以反应已达到平衡状态。
16．一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有3 mol SO2发生了反应。
(1)反应生成了 mol SO3，v(SO2)＝ 。
(2)平衡时SO3的浓度是 ，SO2的转化率是 。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为 mol。
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是 (填序号)。
①体系内压强不再改变 ②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变 ④v正(SO3)＝2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
答案 (1)3 0.03 mol·L－1·min－1 (2)0.3 mol·L－1 60% (3)6.5 (4)①③④
解析 (1)v(SO2)＝＝＝0.03 mol·L－1·min－1。
(2) 2SO2(g) ＋ O2(g) 2SO3(g)
起始： 5 mol 3 mol 0
变化： 3 mol 1.5 mol 3 mol
平衡： 2 mol 1.5 mol 3 mol
则平衡时SO3的浓度为＝0.3 mol·L－1，SO2的转化率为×100%＝60%。平衡时混合气体的总物质的量为2 mol＋1.5 mol＋3 mol＝6.5 mol。(4)根据反应方程式知：①中体系压强不变，说明反应已达平衡状态；②中容器的体积不变，混合气体的质量不变，则反应过程中密度始终不变，密度不变不能说明反应已达平衡状态；③中混合气体的总质量不变，但反应过程中混合气体的总物质的量改变，若平均相对分子质量不变，说明反应已达平衡状态；④表示v正＝v逆，说明反应已达平衡状态；⑤中三者的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明反应已达平衡状态。
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第二单元 化学反应的方向和限度
第3课时 化学平衡常数
一、化学平衡常数
1．化学平衡状态时的浓度数据分析
(1)NO2、N2O4的相互转化是一个可逆反应：2NO2(g)?N2O4(g)。在25 ℃时，如果用不同起始浓度的NO2或N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据。请根据表中已知数据填写空格：
起始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 平衡浓度关系
c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4)
2.00×10－2 0 6.32×10－3 6.84×10－3
3.00×10－2 0 8.00×10－3 1.10×10－2
0 2.00×10－2 9.46×10－3 1.52×10－2
0 0.100 2.28×10－2 8.86×10－2
(2)根据上表数据，判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
①一定温度下，N2O4和NO2的平衡浓度相等( )
②一定温度下，N2O4与NO2的平衡浓度之比相等( )
③一定温度下，平衡时近似相等( )
2．化学平衡常数的概念与表达式
(1)概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物 与反应物 的比值是一个常数(简称 )，用符号K表示。
(2)表达式
对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝。
(3)应用
已知：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)的平衡常数为K1，N2(g)＋H2(g)?NH3(g)的平衡常数为K2，
NH3(g)?N2(g)＋H2(g)的平衡常数为K3。
①写出K1和K2的关系式： ； ②写出K2和K3的关系式： ；
③写出K1和K3的关系式： 。
(4)化学平衡常数表达式书写注意事项
①化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体的浓度。
②化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。
3．化学平衡常数的意义
已知：25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数：
化学方程式 平衡常数K
F2＋H2?2HF 6.5×1095
Cl2＋H2?2HCl 2.57×1033
Br2＋H2?2HBr 1.91×1019
I2＋H2?2HI 8.67×102
请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义：
平衡常数的大小反映了化学反应进行的 (也叫 。
K值越大，表示反应进行得越 ，反应物转化率越 ；
K值越小，表示反应进行得越 ，反应物转化率越 。
4．化学平衡常数的影响因素及应用
(1)影响因素
已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系如下：
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
由上表数据分析可知：
温度升高，K值减小，则正反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)应用：判断可逆反应是否平衡或反应向何方向进行
对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Q＝，称为该反应的浓度商。
例1 对于反应：C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g) ΔH>0，下列有关说法正确的是( )
A．平衡常数表达式为K＝ B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．升高体系温度，平衡常数K减小 D．增加C(s)的量，v正增大
例2 在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝ 。
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为 ℃。该温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为 。
(4)在800 ℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 mol·L－1，c(H2)为1.5 mol·L－1，c(CO)为1 mol·L－1，c(H2O)为3 mol·L－1，则反应 (填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。
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(1)化学平衡常数的应用
①用任意状态的浓度幂之积的比值(称为浓度商，用Q表示)，如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Q＝。以平衡常数的值为标准，可以判断正在进行的可逆反应是否处于平衡状态，以及将向哪个方向进行最终建立新的平衡。Q与K相比较：
Q＞K：可逆反应向逆反应方向进行； Q＝K：可逆反应处于平衡状态；
Q＜K：可逆反应向正反应方向进行。
②利用平衡常数可判断反应的热效应。若升高温度，K增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K减小，则正反应为放热反应。
③利用平衡常数可计算物质的平衡浓度、物质的量分数和转化率等。
(2)平衡转化率
①含义：平衡时已转化了的某反应物的量与转化前(初始时)该反应物的量之比。
②表达式
对于可逆反应：aA＋bB?cC＋dD
αA＝×100%＝×100%
αA＝×100%＝×100%
注意 平衡转化率与平衡常数均能表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。
二、化学平衡常数的有关计算
1．计算模型——三段式法
aA(g) ＋ bB(g) ? cC(g)＋ dD(g)
c(初)/mol·L－1 n1 n2 0 0
Δc/mol·L－1 x x x x
c(平)/mol·L－1 n1－x n2－x x x
2．计算思路
(1)巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。
(2)确定三个量：根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按1中“模式”列表。
(3)解题设问题：明确“始”“转”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。
例3 某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)的平衡常数为( )
A．3.2×103 B．1.6×103 C．8.0×102 D．4.0×102
例4 可逆反应CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时，K＝，则：
(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 mol·L－1时，CO的转化率为 。
(2)当CO的起始浓度仍为2 mol·L－1，H2O的起始浓度为6 mol·L－1时，CO的转化率为 。
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应用“三段式”法解化学平衡计算类题
1．化学平衡的计算一般涉及化学平衡常数、各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量等，通过写出化学方程式，先列出相关量(起始量、转化量、平衡量)，然后根据已知条件建立关系式进行解题。
2．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。
(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；③确定平衡量。
基础检测
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．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
3．某温度下，可逆反应：mA(g)＋nB(g)?pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是( )
A．温度越高，K一定越大 B．如果m＋n＝p，则K＝1
C．若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大
D．K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大
4．某温度时，反应：SO2(g)＋O2(g)?SO3(g)的平衡常数K＝50。在同一温度下，反应：
2SO3(g)?2SO2(g)＋O2(g)的平衡常数K1应为( )
A．2 500 B．100 C．4×10－4 D．2×10－2
5．某温度下，反应H2(g)＋I2(g)?2HI(g)的平衡常数K＝57.0，现向此温度下的真空容器中充入0.2 mol·L－1 H2(g)、0.5 mol·L－1 I2(g)及0.3 mol·L－1 HI(g)，则下列说法中正确的是( )
A．反应正好达到平衡 B．反应向左进行
C．反应向某方向进行一段时间后K<57.0
D．反应向某方向进行一段时间后c(H2)<0.2 mol·L－1
6．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)H2S的平衡转化率α1＝ %，反应平衡常数K＝ 。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2 α1，该反应的ΔH 0。(填“>”“<”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是 (填字母)。
A. H2S B. CO2 C．COS D．N2
题组一 化学平衡常数及其影响因素
1．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
2．关于：C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)的平衡常数书写形式，正确的是( )
A．K＝ B．K＝ C．K＝ D．K＝
3．已知下列反应的平衡常数：H2(g)＋S(s)?H2S(g) K1；S(s)＋O2(g)?SO2(g) K2。则反应H2(g)＋SO2(g)?O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为( )
A．K1＋K2 B．K1－K2 C．K1·K2 D．K1/K2
4．(不定项)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，平衡常数不一定增大
B．反应：2NO2(g)?N2O4(g) ΔH<0，升高温度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)
题组二 化学平衡常数的简单计算与应用
5．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＋O2?2SO3，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
6．在773 K时CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L－1，则在此条件下CO的转化率是( )
A．60% B．50% C．75% D．25%
7．在1 000 K时，已知反应Ni(s)＋H2O(g)?NiO(s)＋H2(g)的平衡常数K＝0.059，当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应( )
A．已达到平衡状态 B．未达到平衡状态，反应正向进行
C．未达到平衡状态，反应逆向进行 D．无法确定
8．(不定项) (2018·南京质检)可逆反应：2A(g)＋3B(g)?4C(g)＋D(g)，已知起始浓度c(A)＝4 mol·L－1，c(B)＝3 mol·L－1，C、D浓度均等于0，反应开始2 s后达到平衡状态，此时D的平衡浓度为0.5 mol·L－1，则下列说法不正确的是( )
A．反应速率v(C)＝1 mol·L－1·s－1 B．C的平衡浓度为4 mol·L－1
C．A的转化率为25% D．B的平衡浓度为1.5 mol·L－1
题组三 化学平衡常数的相关综合
9．温度为T时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：
①H2(g)＋I2(g)?2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g)?4HI(g)、下列说法正确的是( )
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同
C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同 D．第二个反应中，增大压强K增大
10．(不定项)已知常温下反应①、②、③的平衡常数关系为K1>K3>K2：①NH3＋H＋?NH(平衡常数为K1)；②Ag＋＋Cl－?AgCl(平衡常数为K2)；③Ag＋＋2NH3?[Ag(NH3)2]＋(平衡常数为K3)。据此所做以下推测合理的是( )
A．氯化银可溶于氨水 B．银氨溶液中加入少量氯化钠有白色沉淀
C．银氨溶液中加入盐酸无明显现象 D．银氨溶液可在酸性条件下不能稳定存在
11．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可以发生以下反应：2N2O5(g)?4NO2(g)＋O2(g) ΔH>0。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：
时间/s 0 500 1 000 1 500
c(N2O5)/mol·L－1 5.00 3.52 2.50 2.50
下列说法中不正确的是( )
A．500 s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1
B．T1温度下的平衡常数K1＝125，平衡时N2O5的转化率为50%
C．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1D．T1时，4NO2(g)＋O2(g)?2N2O5(g)的平衡常数为
12．(不定项)(泰州质检)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40%
B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)?2Z(g)，其平衡常数为1 600
C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
13．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g) ΔH>0，在一定条件下，向容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是( )
A．达平衡时，CH4(g)的转化率为75% B．0～10 min内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1
C．该反应的化学平衡常数K＝0.187 5
D．当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等，反应达到平衡
14．在一体积为1 L的密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，在850 ℃发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。CO和H2O浓度变化如下图：
(1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝ mol·L－1·min－1。
(2)850 ℃时，平衡常数K＝ 。
(3)850 ℃时，若向该容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O，则CO的平衡转化率为 。
(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填字母)。
a．v正(H2)＝v逆(H2O) b．c(CO2)＝c(CO) c．容器中气体密度不变
15．在一定温度下，将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：
CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)。
(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝ 。
(2)已知在700 ℃时，该反应的平衡常数K1＝0.5，则该温度下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝ ，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数K3＝ 。
(3)已知在1 000 ℃时，该反应的平衡常数K4＝1.0，则该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)在1 000 ℃下，某时刻CO2的物质的量为2 mol，则此时v正 (填“>”“＝”或“<”)v逆。
16．煤化工中常需要研究不同温度下的化学平衡常数、投料比及产率等问题。
已知：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常数K 10 9 1 0.6
请回答下列问题：
(1)上述反应的正反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，平衡 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
(3)830 ℃时，在恒容密闭容器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有 (填字母)。
A B C D
n(CO2)/mol 3 1 0 1
n(H2)/mol 2 1 0 1
n(CO)/mol 1 2 3 0.5
n(H2O)/mol 5 2 3 2
第二单元 化学反应的方向和限度
第3课时 化学平衡常数
一、化学平衡常数
1．化学平衡状态时的浓度数据分析
(1)NO2、N2O4的相互转化是一个可逆反应：2NO2(g)?N2O4(g)。在25 ℃时，如果用不同起始浓度的NO2或N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据。请根据表中已知数据填写空格：
起始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 平衡浓度关系
c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4)
2.00×10－2 0 6.32×10－3 6.84×10－3 1.08 1.71×102
3.00×10－2 0 8.00×10－3 1.10×10－2 1.38 1.72×102
0 2.00×10－2 9.46×10－3 1.52×10－2 1.61 1.70×102
0 0.100 2.28×10－2 8.86×10－2 3.89 1.70×102
(2)根据上表数据，判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
①一定温度下，N2O4和NO2的平衡浓度相等(×)
②一定温度下，N2O4与NO2的平衡浓度之比相等(×)
③一定温度下，平衡时近似相等(√)
2．化学平衡常数的概念与表达式
(1)概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数(简称平衡常数)，用符号K表示。
(2)表达式
对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝。
(3)应用
已知：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)的平衡常数为K1，N2(g)＋H2(g)?NH3(g)的平衡常数为K2，
NH3(g)?N2(g)＋H2(g)的平衡常数为K3。
①写出K1和K2的关系式：K1＝K； ②写出K2和K3的关系式：K2·K3＝1；
③写出K1和K3的关系式：K1·K＝1。
(4)化学平衡常数表达式书写注意事项
①化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体的浓度。
②化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。
3．化学平衡常数的意义
已知：25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数：
化学方程式 平衡常数K
F2＋H2?2HF 6.5×1095
Cl2＋H2?2HCl 2.57×1033
Br2＋H2?2HBr 1.91×1019
I2＋H2?2HI 8.67×102
请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义：
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；
K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。
4．化学平衡常数的影响因素及应用
(1)影响因素
已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系如下：
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
由上表数据分析可知：
温度升高，K值减小，则正反应为放热(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)应用：判断可逆反应是否平衡或反应向何方向进行
对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Q＝，称为该反应的浓度商。
例1 对于反应：C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g) ΔH>0，下列有关说法正确的是( )
A．平衡常数表达式为K＝ B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．升高体系温度，平衡常数K减小 D．增加C(s)的量，v正增大
答案 B
解析 固态物质的浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式中，A项错误；K只与温度有关，因此增大体系压强，平衡常数K不发生变化，B项正确；升温使该反应正向进行，K增大，C项错误；增加C(s)的量，v正不变，D项错误。
特别提示
对于给定的反应，化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
例2 在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝ 。
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为 ℃。该温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为 。
(4)在800 ℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 mol·L－1，c(H2)为1.5 mol·L－1，c(CO)为1 mol·L－1，c(H2O)为3 mol·L－1，则反应 (填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。
答案 (1) (2)吸热 (3)830 50% (4)逆向进行
解析 (2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。
(3)由题意可得K＝1，查表可知温度为830 ℃。设反应的CO2的物质的量为x mol，则消耗掉的H2的物质的量为x mol，生成的CO和H2O的物质的量均是x mol(设体积为V L)，则
K＝＝1，整理得x＝0.5。则CO2的转化率为50%。
(4)Q＝＝＝1＞0.9，反应逆向进行。
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(1)化学平衡常数的应用
①用任意状态的浓度幂之积的比值(称为浓度商，用Q表示)，如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Q＝。以平衡常数的值为标准，可以判断正在进行的可逆反应是否处于平衡状态，以及将向哪个方向进行最终建立新的平衡。Q与K相比较：
Q＞K：可逆反应向逆反应方向进行； Q＝K：可逆反应处于平衡状态；
Q＜K：可逆反应向正反应方向进行。
②利用平衡常数可判断反应的热效应。若升高温度，K增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K减小，则正反应为放热反应。
③利用平衡常数可计算物质的平衡浓度、物质的量分数和转化率等。
(2)平衡转化率
①含义：平衡时已转化了的某反应物的量与转化前(初始时)该反应物的量之比。
②表达式
对于可逆反应：aA＋bB?cC＋dD
αA＝×100%＝×100%
αA＝×100%＝×100%
注意 平衡转化率与平衡常数均能表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。
二、化学平衡常数的有关计算
1．计算模型——三段式法
aA(g) ＋ bB(g) ? cC(g)＋ dD(g)
c(初)/mol·L－1 n1 n2 0 0
Δc/mol·L－1 x x x x
c(平)/mol·L－1 n1－x n2－x x x
2．计算思路
(1)巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。
(2)确定三个量：根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按1中“模式”列表。
(3)解题设问题：明确“始”“转”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。
例3 某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)的平衡常数为( )
A．3.2×103 B．1.6×103 C．8.0×102 D．4.0×102
答案 A
解析 2SO2(g)＋ O2(g) 2SO3(g)
c始/mol·L－1 0 0 0.05
c转/mol·L－1 0.01 0.005 0.01
c(平)/mol·L－1 0.01 0.005 0.04
K＝＝3.2×103。
例4 可逆反应CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时，K＝，则：
(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 mol·L－1时，CO的转化率为 。
(2)当CO的起始浓度仍为2 mol·L－1，H2O的起始浓度为6 mol·L－1时，CO的转化率为 。
答案 (1)60% (2)85%
解析 (1)设CO转化的物质的量浓度为x mol·L－1，
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋ H2(g)
起始mol·L－1 2 2 0 0
转化mol·L－1 x x x x
平衡mol·L－1 2－x 2－x x x
K＝＝，解得：x＝1.2
CO的转化率：×100%＝60%。
(2)设CO转化的物质的量浓度为y mol·L－1，
CO(g) ＋ H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始(mol·L－1) 2 6 0 0
转化(mol·L－1) y y y y
平衡(mol·L－1) 2－y 6－y y y
K＝＝，解得：y≈1.7
CO的转化率：×100%＝85%。
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应用“三段式”法解化学平衡计算类题
1．化学平衡的计算一般涉及化学平衡常数、各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量等，通过写出化学方程式，先列出相关量(起始量、转化量、平衡量)，然后根据已知条件建立关系式进行解题。
2．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。
(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；③确定平衡量。
基础检测
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．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。
3．某温度下，可逆反应：mA(g)＋nB(g)?pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是( )
A．温度越高，K一定越大 B．如果m＋n＝p，则K＝1
C．若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大
D．K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大
答案 D
解析 对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，C错误；K＝，故由m＋n＝p，无法计算K的数值，B错误；因该反应的热效应不确定，A错误； K越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，D正确。
4．某温度时，反应：SO2(g)＋O2(g)?SO3(g)的平衡常数K＝50。在同一温度下，反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)的平衡常数K1应为( )
A．2 500 B．100 C．4×10－4 D．2×10－2
答案 C
解析 K＝，K1＝，K1＝＝4×10－4。
5．某温度下，反应H2(g)＋I2(g)?2HI(g)的平衡常数K＝57.0，现向此温度下的真空容器中充入0.2 mol·L－1 H2(g)、0.5 mol·L－1 I2(g)及0.3 mol·L－1 HI(g)，则下列说法中正确的是( )
A．反应正好达到平衡 B．反应向左进行
C．反应向某方向进行一段时间后K<57.0
D．反应向某方向进行一段时间后c(H2)<0.2 mol·L－1
答案 D
解析 Q＝＝0.9，故Q6．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)H2S的平衡转化率α1＝ %，反应平衡常数K＝ 。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2 α1，该反应的ΔH 0。(填“>”“<”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是 (填字母)。
A. H2S B. CO2 C．COS D．N2
答案 (1)2.5 0.002 85 (2)> > (3)B
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。
(1)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。
(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡后水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大，α2>α1；根据题意可知：升高温度，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故ΔH>0。
(3)增大CO2的浓度，平衡正向移动，使更多的H2S反应，所以H2S转化率增大，故B正确。
考点 化学平衡常数的概念及其应用
题点 化学平衡常数的综合
题组一 化学平衡常数及其影响因素
1．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。
2．关于：C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)的平衡常数书写形式，正确的是( )
A．K＝ B．K＝ C．K＝ D．K＝
答案 C
解析 依据平衡常数的概念可书写出平衡常数的表达式，但固体C不能出现在表达式中。
3．已知下列反应的平衡常数：H2(g)＋S(s)?H2S(g) K1；S(s)＋O2(g)?SO2(g) K2。则反应H2(g)＋SO2(g)?O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为( )
A．K1＋K2 B．K1－K2 C．K1·K2 D．K1/K2
答案 D
解析 在反应中应注意S为固体，与平衡常数无关，则K1＝，K2＝。则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为＝。
4．(不定项)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，平衡常数不一定增大
B．反应：2NO2(g)?N2O4(g) ΔH<0，升高温度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 AD
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项正确；正反应是放热反应，温度升高，反应逆向进行，K变小，B项错误；对于给定的可逆反应，温度一定时，因K正×K逆＝1，只有平衡常数等于1时，其正、逆反应的平衡常数才相等，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。
题组二 化学平衡常数的简单计算与应用
5．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＋O2?2SO3，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
起始/mol: 4 2 0
转化/mol: 2 1 2
平衡/mol: 2 1 2
平衡时的浓度c(SO2)＝0.5 mol·L－1，c(O2)＝0.25 mol·L－1，c(SO3)＝0.5 mol·L－1，K＝＝4。
6．在773 K时CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L－1，则在此条件下CO的转化率是( )
A．60% B．50% C．75% D．25%
答案 C
解析 设达到平衡时CO转化的浓度为x mol·L－1，则平衡时c(CO)＝c(H2O)＝(0.020－x)mol·L－1，c(CO2)＝c(H2)＝x mol·L－1。K＝＝＝9，解得x＝0.015，则CO的转化率为×100%＝75%。
7．在1 000 K时，已知反应Ni(s)＋H2O(g)?NiO(s)＋H2(g)的平衡常数K＝0.059，当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应( )
A．已达到平衡状态 B．未达到平衡状态，反应正向进行
C．未达到平衡状态，反应逆向进行 D．无法确定
答案 C
解析 当水蒸气和氢气浓度相等时，Q＝1，K＝0.059，Q>K，反应逆向进行。
考点 化学平衡常数的概念及其应用
题点 化学平衡常数的应用(判断可逆反应的反应方向)
8．(不定项) (2018·南京质检)可逆反应：2A(g)＋3B(g)?4C(g)＋D(g)，已知起始浓度c(A)＝4 mol·L－1，c(B)＝3 mol·L－1，C、D浓度均等于0，反应开始2 s后达到平衡状态，此时D的平衡浓度为0.5 mol·L－1，则下列说法不正确的是( )
A．反应速率v(C)＝1 mol·L－1·s－1 B．C的平衡浓度为4 mol·L－1
C．A的转化率为25% D．B的平衡浓度为1.5 mol·L－1
答案 B
解析 从开始到平衡，转化的D的浓度为0.5 mol·L－1，运用三段式：
2A(g)＋3B(g) 4C(g)＋ D(g)
c(起始)/mol·L－1 4 3 0 0
c(转化)/mol·L－1 1 1.5 2 0.5
c(平衡)/mol·L－1 3 1.5 2 0.5
A项，v(C)＝＝1 mol·L－1·s－1，正确；B项，C的平衡浓度为2 mol·L－1，错误；C项，A的转化率为×100%＝25%，正确；D项，B的平衡浓度为1.5 mol·L－1，正确。
题组三 化学平衡常数的相关综合
9．温度为T时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：
①H2(g)＋I2(g)?2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g)?4HI(g)、下列说法正确的是( )
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同
C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同 D．第二个反应中，增大压强K增大
答案 A
解析 H2(g) ＋ I2(g)2HI(g)
初始浓度(mol·L－1) 0.100 0.100 0
转化浓度(mol·L－1) 0.080 0.080 0.160
平衡浓度(mol·L－1) 0.020 0.020 0.160
所以，v(HI)＝0.160 mol·L－1÷20 min＝0.008 mol·L－1·min－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝K＝642＝4 096，B错；两个化学方程式表示的是同一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；压强大小对化学平衡常数没有影响，D错。
10．(不定项)已知常温下反应①、②、③的平衡常数关系为K1>K3>K2：①NH3＋H＋?NH(平衡常数为K1)；②Ag＋＋Cl－?AgCl(平衡常数为K2)；③Ag＋＋2NH3?[Ag(NH3)2]＋(平衡常数为K3)。据此所做以下推测合理的是( )
A．氯化银可溶于氨水 B．银氨溶液中加入少量氯化钠有白色沉淀
C．银氨溶液中加入盐酸无明显现象 D．银氨溶液可在酸性条件下不能稳定存在
答案 AD
解析 根据K3>K2，说明Ag＋＋2NH3[Ag(NH3)2]＋容易发生，即氯化银能溶于氨水，故A正确；根据K3>K2，说明Ag＋＋2NH3[Ag(NH3)3]＋容易发生，Ag＋＋Cl＋AgCl不容易发生，所以银氨溶液中加入少量氯化钠没有白色沉淀，故B错误；K1最大，所以NH3＋H＋NH容易发生，反应后溶液中有较多的Ag＋，Ag＋与Cl－反应生成AgCl白色沉淀，故C错误；K1最大，所以NH3＋H＋NH容易发生，所以银氨溶液在酸性条件下不能稳定存在，故D正确。
11．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可以发生以下反应：2N2O5(g)?4NO2(g)＋O2(g) ΔH>0。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：
时间/s 0 500 1 000 1 500
c(N2O5)/mol·L－1 5.00 3.52 2.50 2.50
下列说法中不正确的是( )
A．500 s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1
B．T1温度下的平衡常数K1＝125，平衡时N2O5的转化率为50%
C．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1D．T1时，4NO2(g)＋O2(g)?2N2O5(g)的平衡常数为
答案 C
解析 A项，500 s内，N2O5的浓度变化量为(5.00－3.52)mol·L－1＝1.48 mol·L－1，v(N2O5)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1；B项，分析如下：
2N2O5(g)4NO2(g)＋ O2(g)
起始浓度/mol·L－1 5.00 0 0
转化浓度/mol·L－1 2.50 5.00 1.25
平衡浓度/mol·L－1 2.50 5.00 1.25
K1＝＝＝125，平衡时N2O5的转化率为50%；C项，该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，故K1>K2。
12．(不定项)(2018·泰州质检)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40%
B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)?2Z(g)，其平衡常数为1 600
C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
答案 AC
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。
13．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g) ΔH>0，在一定条件下，向容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是( )
A．达平衡时，CH4(g)的转化率为75% B．0～10 min内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1
C．该反应的化学平衡常数K＝0.187 5
D．当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等，反应达到平衡
答案 C
解析 根据题干图像可知，反应进行到10 min时达到平衡状态，氢气和水蒸气的平衡浓度均是0.75 mol·L－1，因此消耗水蒸气的浓度是1 mol·L－1－0.75 mol·L－1＝0.25 mol·L－1，则：
CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋ 3H2(g)
起始浓度mol·L－1 1 1 0 0
转化浓度mol·L－1 0.25 0.25 0.25 0.75
平衡浓度mol·L－1 0.75 0.75 0.25 0.75
所以达平衡时，CH4(g)的转化率为×100%＝25%，A不正确；0～10 min内，v(CO)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，B不正确；该反应的化学平衡常数K＝＝＝0.187 5，C正确；CH4(g)的消耗与H2O(g)的消耗反应方向相同，无法判断反应是否达到平衡状态，D不正确。
14．在一体积为1 L的密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，在850 ℃发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。CO和H2O浓度变化如下图：
(1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝ mol·L－1·min－1。
(2)850 ℃时，平衡常数K＝ 。
(3)850 ℃时，若向该容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O，则CO的平衡转化率为 。
(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填字母)。
a．v正(H2)＝v逆(H2O) b．c(CO2)＝c(CO) c．容器中气体密度不变
答案 (1)0.03 (2)1 (3)75% (4)a
解析 (1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝＝0.03 mol·L－1·min－1。
(2)850 ℃时，平衡时各物质的浓度为c(CO)＝0.08 mol·L－1，c(H2O)＝0.18 mol·L－1，c(CO2)＝0.12 mol·L－1，c(H2)＝0.12 mol·L－1，所以平衡常数K＝＝1。
(3) CO(g)＋ H2O(g) CO2(g)＋ H2(g)
起始/mol·L－1 1.0 3.0 0 0
变化/mol·L－1 x x x x
平衡/mol·L－1 1.0－x 3.0－x x x
850 ℃时，反应的平衡常数是1，有(1.0－x)×(3.0－x)＝x×x，解得x＝0.75，则CO的平衡转化率为0.75/1×100%＝75%。
(4)该反应是在固定容积的密闭容器中进行的反应，且反应前后气体的物质的量不变，密度不变不能作为平衡的标志；c(CO2)＝c(CO)是一特定的状态，不一定达到平衡。
15．在一定温度下，将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：
CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)。
(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝ 。
(2)已知在700 ℃时，该反应的平衡常数K1＝0.5，则该温度下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝ ，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数K3＝ 。
(3)已知在1 000 ℃时，该反应的平衡常数K4＝1.0，则该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)在1 000 ℃下，某时刻CO2的物质的量为2 mol，则此时v正 (填“>”“＝”或“<”)v逆。
答案 (1) (2)2 (3)吸热 (4)>
解析 (1)根据化学平衡常数的概念：K＝。
(2)K2＝＝＝＝2， K3＝＝K1＝＝。
(3)由于升高温度，该反应的平衡常数增大，故该反应为吸热反应。
(4) CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
起始/mol: 3 2 0 0
变化/mol: 1 1 1 1
某时刻/mol: 2 1 1 1
所以c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2O)＝0.5 mol·L－1，c(CO2)＝1 mol·L－1，c(H2)＝0.5 mol·L－1，
故Q＝＝v逆。
16．煤化工中常需要研究不同温度下的化学平衡常数、投料比及产率等问题。
已知：CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常数K 10 9 1 0.6
请回答下列问题：
(1)上述反应的正反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，平衡 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
(3)830 ℃时，在恒容密闭容器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有 (填字母)。
A B C D
n(CO2)/mol 3 1 0 1
n(H2)/mol 2 1 0 1
n(CO)/mol 1 2 3 0.5
n(H2O)/mol 5 2 3 2
答案 (1)放热 (2)逆向移动 (3)BC
解析 (1)根据表格数据可知，反应温度越高化学平衡常数越小，说明升温平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应。(2)其他条件不变，升高温度平衡向吸热反应方向移动，即逆向移动。
(3)A项，Q＝＝1.2＞1.0，反应逆向进行；B项，Q＝＝＜1.0，反应正向进行；C项，Q＝＝0＜1.0，反应正向进行；D项，Q＝＝1.0＝K，反应处于平衡状态。
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