人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：06【基础】化学平衡状态
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：06【基础】化学平衡状态 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 313.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-01-05 16:25:05 | ||
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文档简介
化学平衡状态
【学习目标】
1、了解化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的含义；
2、理解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。
【要点梳理】
要点一、化学平衡状态
1．溶解平衡的建立。
在一定温度下，当把蔗糖晶体溶解于水时，一方面蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水中；另一方面，溶解在水中的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成晶体，当这两个相反过程的速率相等时，蔗糖的溶解达到最大限度，即形成了饱和溶液，此时，我们说蔗糖达到了溶解平衡。
在溶解平衡状态下，溶解和结晶的过程并没有停止，只是速率相等罢了，故溶解平衡是一种动态平衡。
2．可逆反应。
（1）定义：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叫做可逆反应，用“”表示。
要点诠释：①在可逆反应中，把由反应物到生成物的反应叫正反应：把由生成物到反应物的反应叫逆反应。
②在同一条件下，不能同时向两个方向进行的反应叫不可逆反应。不可逆反应是相对的，可逆反应是绝对的。在一定条件下，几乎所有的反应均可以看做是可逆反应。
③必须是“同一条件”。在不同条件下能向两个方向进行的反应，不能称作可逆反应。
④同一化学反应在不同条件下可能为可逆反应或不可逆反应。如敞口容器中，CaCO3 (s)/CaO (s)+CO2 ↑，反应产生的气体可及时脱离反应体系，反应不可逆；密闭容器中，CaCO3 (s)CaO (s)+CO2，反应产生的气体不写“↑”，气体物质不能从反应体系中逸出，与各反应物共存，反应可逆。又如2H2+O22H2O。
/
（2）重要的可逆反应：如盐的水解、酯的水解、2SO2+O2/2SO3、N2+3H2/2NH3等。
3．化学平衡的建立。
对于可逆反应aA (g)+bB (g)cC (g)+dD (g)，若开始加入反应物，此时A和B的浓度最大，因而反应速率最大，由于C、D浓度为零，故此时逆反应速率为零，随着反应的进行，反应物浓度不断减少，生成物浓度不断增加，v正不断减小，v逆不断增大。当反应进行到某一时刻时v正=v逆，这时反应就达到了平衡，这个过程可用图甲来表示。
若反应是从逆反应方向开始的（开始时只有生成物而没有反应物），则v逆在开始时最大，v正为零，随着反应的进行，生成物浓度不断减少，反应物浓度不断增加，v逆不断减小，v正不断增大，最后反应达到化学平衡，如图乙所示。
/
4．化学平衡状态。
在一定条件下，可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的含量保持不变的状态叫化学平衡状态。
要点诠释：（1）可逆反应是前提，速率相等是实质，浓度保持不变是标志。
（2）v正=v逆≠0，正反应和逆反应仍在进行。
（3）百分含量指各组分的质量百分含量、物质的量百分含量、气体物质的体积百分含量。
5．化学平衡的特征。
化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”“同”的特征。
（1）逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。
（2）等：正反应速率和逆反应速率相等，即同一种物质的消耗速率与生成速率相等。注意，不同物质的反应速率不一定相等。
（3）动：化学平衡从表面上或宏观上看好像反应停止了，但从本质上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了，即v (正)=v (逆)＞0。所以化学平衡是一种动态平衡。
（4）定：在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变而改变。
（5）变：化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡状态就会发生改变。
（6）同：在其他条件不变时，可逆反应不论是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是从正反应和逆反应同时开始，途径虽然不同，但只要起始浓度相同，就可以达到相同的平衡状态，所建立的平衡是等效的。
6．化学平衡的标志
（1）本质标志。
v (正)=v (逆)≠0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
（2）等价标志。
①全是气体参加的体积可变反应，体系的压强不随时间而变化。例如：N2+3H22NH3。
②体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的质量分数保持不变。
③全是气体参加的体积可变反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化。例如：2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g)。
④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
⑤对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化，如2NO2 (g)N2O4 (g)。
⑥体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
要点诠释：以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡的标志：
（1）恒温、恒容下的体积不变反应，体系的压强或总物质的量不随时间而变化，如2HI (g)I2 (g)+H2 (g)。
（2）全是气体参加的体积不变反应，体系的平均相对分子质量不再随时间变化，如2HI (g)I2 (g)+H2 (g)。
（3）全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
要点二、化学平衡常数
1．定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积之比是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用K表示。对于可逆反应mA (g)+nB (g)pC (g)+qD (g)，在一定温度下无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，总有：。
要点诠释：（1）上式中c (A)、c (B)、c (C)、c (D)是各物质处于化学平衡时的物质的量浓度。
（2）温度一定时，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，无论反应物起始浓度大小，K是一个常数。而且K只与温度有关。
（3）对于在溶液中进行的反应，溶剂的浓度是一个常数，此常数可归到平衡常数中去，在K的表达式中不出现溶剂的浓度项。如：
CO32―+H2OHCO3―+OH―
（4）当反应中有固体物质时，因固体的浓度可看作常数，在K的表达式中不出现固体的浓度项。如：
CaCO3 (s)CaO (s)+CO2 (g) K=c (CO2)
（5）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。
同一个化学反应，化学方程式书写方式不同，平衡常数不同。如：
H2 (g)+I2 (g)2HI (g)
H2 (g)+I2 (g)HI (g)
2HI (g)H2 (g)+I2 (g)
对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
2．化学平衡常数的应用。
（1）化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物转化率也越大。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
要点诠释： 一般地说，K＞105时，该反应就基本进行完全了。
10－5＜K＜105时，典型的可逆反应，改变条件反应进行的方向就会变化。
K＜10－5时，反应进行的程度很小，转化率极小，其逆反应会进行趋于完全。，
（2）可以利用平衡常数的值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡，如：对于可逆反应：mA (g)+nB (g)pC (g)+qD (g)，在一定温度的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系：
，叫该反应的浓度商。
（3）利用K可判断反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
3．平衡转化率。
平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。对于反应aA+bBcC+dD，反应物A的转化率可以表示为：
。
要点诠释：化学平衡常数和平衡转化率都可用来定量描述可逆反应进行的程度，它们是有不同的：
①一个特定的化学反应，在温度一定时虽然只有一个平衡常数，但反应物的平衡转化率却可以因反应物量的不同而不同。因此，脱离具体的反应物谈化学反应的平衡转化率是没有意义的。
②平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而变化，而平衡常数却不受起始浓度的影响。
③平衡常数的表达式和数值根据化学方程式书写方式的变化而变化，平衡转化率不随方程式书写方式的变化而变化。
④在进行有关计算时，代入平衡常数K表达式中的必须是物质的平衡浓度，而代入平衡转化率表达式中的可以是物质的浓度，也可以是物质的物质的量、质量或气体的体积等。
⑤平衡常数更能反映出可逆反应的本质。
要点三、化学平衡计算的一般思路和方法
1．解化学平衡计算题的一般思路为：建立模式、确定关系、依据题意列出方程。最常用、最重要的模式是“列三行”，即列出起始量、变化量和平衡量。简记为：始、变、平、列方程。如：
mA (g) + nB (g) pC (g) + qD (g)
起始 a b 0 0
变化 mx nx px qx
平衡 a―mx b―nx px qx
其中：a、b表示起始状态下反应物的物质的量或反应物的浓度或同温、同压下反应物中气体的体积，c、d表示起始状态下产物的物质的量或产物的浓度或同温、同压下产物中气体的体积。
计算中注意存在以下量的关系：①对反应物：起始浓度－转化浓度=平衡浓度；对生成物：起始浓度+转化浓度=平衡浓度。②各物质转化浓度之比等于化学方程式中各物质前面的化学计量数之比。
2．在平衡计算中常涉及以下几个方面。
（1）转化率的计算。
。
若a∶b=m∶n，则任何时刻A、B的物质的量（浓度）之比均为a∶b，且A、B的转化率相同。
（2）产率的计算。
。
（3）各组分的体积分数（）。
。
（4）平均相对分子质量。
。
的变化取决于气体总质量和总物质的量的变化。
（5）密度。
。
的变化取决于气体总质量和体积的变化。
【典型例题】
类型一、可逆反应
例1、（2019 雅安模拟）将0.1mol/L的KI溶液和0.05mol/LFe2（SO4）3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的是（ ）。
实验编号
实验操作
实验现象
滴入KSCN溶液
溶液变红色
滴入AgNO3溶液
有黄色沉淀生成
滴入K3[Fe(CN)6]溶液
有蓝色沉淀生成
滴入淀粉溶液
溶液变蓝色
A．①和② B．②和④ C．③和④ D．①和③
【思路点拨】只有可逆反应才能建立化学平衡，故要想证明化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的存在，即需证明此反应为可逆反应，不能进行彻底。将0.1mol/L的KI溶液和0.05mol/LFe2（SO4）3溶液等体积混合后，若此反应不可逆，则Fe3+和I-能恰好完全反应，则溶液中无Fe3+和I-，故只需要证明溶液中含Fe3+和I-，则即能证明此反应为可逆反应，能建立化学平衡，据此分析。
【答案】A
【解析】①向溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红，则说明溶液中有Fe3+，即能说明反应存在平衡，故①正确；②向溶液中滴入AgNO3溶液有黄色沉淀生成，说明溶液中含I-，能说明反应存在平衡，故②正确；③无论反应存不存在平衡，溶液中均存在Fe2+，滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成，故③错误；④无论反应存不存在平衡，溶液中均有I2，滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色，故不能证明存在平衡，故④错误。故选A。
【总结升华】解答可逆反应的问题要特别注意，即反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物。另外还要注意量的变化，元素原子不可能凭空增加或减少。总之要注意：“可逆”和“守恒”。
举一反三：
【变式1】对于可逆反应2SO2+O22SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O（ ）。
A．只存在于O2中 B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中 D．存在于SO2、O2和SO3中
【答案】D
类型二、化学平衡的概念及其建立
例2、对可逆反应4NH3 (g)+5O2 (g)4NO (g)+6H2O (g)，下列叙述正确的是（ ）。
A．达到化学平衡时，4v正(O2)=5v逆 (NO)
B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增大容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是：2v正 (NH3)=3v正 (H2O)
【答案】A
【解析】A项，反应达到平衡时，v正 (O2)与v逆 (NO)之比等于对应物质的化学计量数之比；B项，若单位时间内生成x mol NO，同时生成x mol NH3，表明反应达到平衡；C项，增大容器容积，压强减小，正、逆反应速率均减小；D项，3v正 (NH3)=2v正 (H2O)。
【总结升华】从反应速率关系的角度来判断反应是否达到平衡时，速率必须是一正一逆（不能同是v正或v逆），且速率比等于化学计量数之比。
举一反三：
【变式1】哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生N2+3H2/2NH3，有关说法正确的是（ ）。
A．达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零
【答案】C
类型三、化学平衡的标志
例3、（2019 湖南长沙期中）对于反应N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0，将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是（ ）。
/
【思路点拨】做化学图像题时一定要仔细观察图像，本题主要考查图像的变化趋势。
【答案】AD
【解析】N2O4充入恒压容器中分解生成NO2，是体积变大的化学反应。因此密度逐渐减小，当达到平衡状态时，体积不再变化，密度亦不再变化，A正确；对于某一具体的反应，ΔH是一个具体数值且始终保持不变，故不能说明反应达到平衡状态，B错误；N2O4的正反应速率逐渐减小，最后保持不变，C错误；转化率不变，说明反应物不再减少，即反应达到平衡，D正确。
【总结升华】化学平衡状态判断的2个根本依据：
(1)v(正)＝v(逆)；
(2)各组分浓度或质量保持不变。
举一反三：
【变式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（ ）
A．C的生成速率与C的分解速率相等
B．A、B、C的浓度不再发生变化
C．单位时间内生成n mol A同时生成3n mol B
D．A、B、C的分子数之比为1:3:2
【答案】AB
【变式2】在一定温度下恒容容器中，下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是（ ）
①C的生成速率与C的分解速率相等
②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B
③A、B、C的浓度不再变化
④A、B、C的密度不再变化
⑤混合气体的总压强不再变化
⑥混合气体的物质的量不再变化
⑦单位时间内消耗a mol A，同时生成 3a mol B
⑧A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2
A．②⑧ B．②⑤⑧
C．①③④⑦ D．②⑤⑥⑧
【答案】A
类型四、化学平衡常数
例4、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的关系如下表：
T（℃）
700
800
1000
K
0.6
1.0
1.7
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=________。
（2）正反应为________（填“吸热”或“放热”）反应。
（3）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
a．容器中压强不变 b．混合气体中，c (CO)不变
c．v正 (H2)=v逆 (H2O) d．c (CO2)=c (CO)
（4）某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：c (CO2)·c (H2)=c (CO)·c (H2O)，试判断此时的温度为________℃。
【答案】（1）。
（2）吸热
（3）b、c
（4）800
【解析】（2）由表中数据可以看出T升高，K增大。所以判断出正反应为吸热反应。
（3）由于该反应是一个反应前后气体物质化学计量数之和相等的反应，所以在恒容时，容器内的压强一直不变，不能用作平衡状态的判断；c (CO2)=c (CO)并不代表着它们的浓度就不发生变化，所以也不能判断是否达到平衡；b、c可以。
（4）根据c (CO2)·c (H2)=c (CO)·c (H2O)，所以K=1.0，对应表中温度为800℃。
[特别提示] 理解好平衡常数K的含义，就可以理解好化学平衡状态，一定要熟练掌握T与K的关系以及平衡常数的表达式的书写。
举一反三：
【变式1】（2019 浙江高考）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：/
维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数K＝________(用α等符号表示)。
【答案】/
【解析】乙苯的平衡转化率为a，则平衡时各组的物质的量为：n (乙苯)=n(1―a) mol、n (苯乙烯)=n (H2)=na mol，则平衡常数
类型五、化学平衡常数与平衡转化率的计算
例5、在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c (H2)=0.0080 mol·L－1。
（1）求该反应的平衡常数。
（2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20 mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。
【答案】（1）平衡常数为0.25。
（2）c (H2)=c (I2)=0.016 mol/L，c (HI)=0.0080 mol/L。
【解析】（1）依题意可知：
平衡时c (H2)=0.0080 mol·L－1，
消耗c (H2)=0.0020 mol·L－1，
生成c (HI)=0.0040 mol·L－1。
H2 (g) + I2 (g)2HI (g)
起始浓度／mol·L－1 0.010 0.010 0
平衡浓度／mol·L－1 0.0080 0.0080 0.0040
（2）依题意可知，c (H2)=0.0200 mol·L－1，c (I2)=0.0200 mol·L－1，设H2的消耗浓度为x。则：
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)
平衡浓度／mol·L－1 0.0200－x 0.0200－x 2x
因为K不随浓度发生变化，
解得x=0.0040 mol·L－1。
平衡时c (H2)=c (I2)=0.0160 mol·L－1，
c (HI)=0.0080 mol·L－1。
举一反三：
【变式1】在密闭容器中给CO和水蒸气的混合物加热到800℃时，有下列平衡：CO (g)+H2O (g)CO2 (g)+H2 (g)，且K=1，若用2 mol CO和10 mol H2O (g)相互混合并加热到800℃，则CO的转化率为（ ）。
A．16.7％ B．50％ C．66.7％ D．83.5％
【答案】D
【解析】设平衡时CO消耗x mol，假定总体积为1 L
CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)
起始物质的量 / mol 2 10 0 0
转化物质的量 / mol x x x x
平衡物质的量 / mol 2－x 10－x x x
依题意：，
x2=(2―x)(10―x)，
x=1.67 mol。
所以CO的转化率。
【巩固练习】
一、选择题
1．下列说法中错误的是（ ）。
A．可逆反应在一定条件下可建立化学平衡状态
B．处于化学平衡状态的可逆反应，v(正)=v(逆)≠0
C．可逆反应建立平衡状态时，与反应起始方向无关
D．一定温度下，可逆反应达平衡时，其反应物和生成物的总量相等
2．下列反应属于可逆反应的是（ ）。
A．H2和O2点燃生成H2O的反应与H2O电解生成H2和O2的反应
B．CuSO4吸水形成晶体蓝矾与蓝矾加热失去水分生成CuSO4
C．Cl2溶于水
D．Na2O溶于水
3．可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物和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)
4．关于化学平衡常数的叙述中，正确的是（ ）。
A．只与化学方程式本身和温度有关
B．只与反应的温度有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
5．（2019 安庆模拟）密闭溶液中发生可逆反应：X2 (g)+Y2 (g)2Z (g)。已知起始时X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1 ，反应在一定条件下达到平衡时，各物质的物质的量浓度可能是（ ）。
A．c（Z）=0.3 mol·L－1 B．c（Y2）=0.35mol·L－1
C．c（Y2）=0.2 mol·L－1 D．c（Z）=0.4 mol·L－1
6．某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A+3B2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10％。下列推断正确的是（ ）。
①原混合气体的体积为1.2V L ②原混合气体的体积为1.1V L ③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05V L
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
7．一定温度下，可逆反应2NO2(g) /2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是（ ）
①单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO2? ②单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO? ③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1? ④混合气体的压强不再改变 ⑤混合气体的颜色不再改变? ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变? A．①④⑤⑥ B．①②③⑤? C．②③④⑥? D．以上全部
8．在一定条件下，测得反应2CO22CO+O2，达到平衡时体系的平均式量为M，则在相同条件下，可以表示CO2分解率的计算式为（ ）。
A． B． C． D．
9．已知下列反应的平衡常数：①H2 (g)+S (s)H2S (g) K1；②S (s)+O2 (g)SO2 (g) K2，则反应③H2 (g)+SO2 (g)O2 (g)+H2S (g)的平衡常数是（ ）。
A．K1+K2 B．K1－K2 C．K1×K2 D．
10．（2019 浙江温州十校联考）恒温恒容，下列物理量不再发生变化时，不能说明A (s)+3B (g)2C (g)+D (g)已达平衡状态的是（ ）
A．混合气体的压强 B．C的体积分数
C．混合气体的密度 D．混合气体的平均相对分子质量
二、填空题
1．在200℃时，将a mol H2（g）和b mol I2（g）充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：I2 (g)+H2 (g)2HI (g)。
（1）反应刚开始时，由于c(H2)=________，c(I2)=________，而c(HI)=________，所以化学反应速率________最大，而________最小（为零）；
（2）随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)________，c(I2)________，而c(HI)________，从而化学反应速率v正________，而v逆________；
（3）当反应进行到v正与v逆________时，此可逆反应就达到了平衡，若保持外界条件不变时，反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率及体系的总压强（或各组分的分压）都将________。
2．写出下列可逆反应的平衡常数（Kc）的表达式。
（1）SO2 (g)+O2 (g)SO3 (g)；
（2）SiCl4 (l)+2H2O (g)SiO2 (s)+4HCl (g)；
（3）2N2O5 (g)4 NO2 (g)+O2 (g)；
（4）3Fe (s)+4H2O (g)Fe3O4 (s)+4H2 (g)。
3．（2019 海南高考）硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O，250℃时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式为 ，平衡常数表达式为 ；若有1mol硝酸铵完全分解，转移的电子数为 mol。
4．（2019 山东济宁期中）已知某气体反应的平衡常数可表示为，该反应在不同温度下的平衡常数：400℃，K=32；500℃，K=44。请回答下列问题：
（1）写出上述反应的化学方程式：________。
（2）该反应的正反应是________反应（填“放热”或“吸热”）。
（3）已知在密闭容器中，测得某时刻各组分的浓度如下：
物质
CH3OH（g）
CH3OCH3（g）
H2O（g）
浓度（mol·L－1）
0.54
0.68
0.68
①此时体系温度为400℃，比较正、逆反应速率的大小：v正________v逆（填“＞”“＜”或“=”）。
②若以甲醇百分含量为纵坐标，以温度为横坐标，此时反应点是图中________点。比较图中B、D两点所对应的正反应速率：B________D（填“＞”“＜”或“=”），理由是________。
/
5．铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。
（1）在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：
Fe2O3 (s)+3CO (g)2Fe (s)+3CO2 (g)
①该反应的平衡常数表达式为K=________。
②该温度下，在2 L盛有Fe2O3粉末的密闭容器中通入CO气体，10 min后，生成了单质铁11.2 g。则10 min内CO的平均反应速率为________。
（2）请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态：
①________________，②________________。
（3）某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。下列反应速率（v）和温度（T）的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。
/
6．Ⅰ．化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度，K值越大，表示________，K值大小与温度的关系是温度升高，K值________（填“一定增大”“一定减小”或“可能增大也可能减小”）。
Ⅱ． 698 K时，在1 L密闭容器中进行的反应H2+I22HI达到平衡，图（A）表示当起始物浓度为1 mol/L H2和1 mol/L I2时，容器内各物质的浓度c的变化与时间t的关系的示意图。
/
（1）请在图2-2-6（B）中画出当起始物浓度为2 mol/L HI时，容器内各物质的浓度变化与时间关系的示意图。
（2）由图中的事实说明化学平衡具有的特征是________________。
7．合成氨反应N2 (g)+3H2 (g)2NH3 (g)在某温度下达平衡时，各物质的浓度是c(N2)=3 mol·L－1，c(H2)=9 mol·L－1，c(NH3)=4 mol·L－1，求该温度时的平衡常数和N2、H2的起始浓度。
【参考答案】
一、选择题
1．D
【解析】可逆反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度及物质的量分数保持不变。
2．C
【解析】A、B两项的反应不是在同一条件下进行，不属于可逆反应；D项反应能进行到底，不属于可逆反应；同一条件下，Cl2与水反应生成HCl和HClO，同时，HCl和HClO反应生成Cl2与水，属于可逆反应。
3．C
【解析】反应进行时，用不同的物质表示速率，数值不同，可它们的比值是固定的。如用N2、H2、NH3分别表示同一正反应速率时，应有如下关系，v正(N2)∶v正(H2)∶v正(NH3)=1∶3∶2。如果化学反应达到平衡时，则v(正)=v(逆)。若用具体物质表示，则速率值应与计量数成比例，且必须指明的是正、逆两个方向。即v正(H2)∶v逆(NH3)=3∶2，v正(N2)∶v逆(NH3)=1∶2，v正(N2)∶v逆(H2)=1∶3。选项A只表示一个方向，选项B、D不符合计量数关系。选项C符合要求。
4．A
【解析】大量实验证明，化学平衡常数决定于两个方面的因素：化学反应的本身和反应体系的温度，与起始浓度等其他外界条件没有任何关系。
5．AB
【解析】若反应向右进行，则X2、Y2、Z三种物质的物质的量浓度范围依次是：0~0.1 mol·L－1、0.2~0.3 mol·L－1、0.2~0.4 mol·L－1；若反应向左进行，则X2、Y2、Z三种物质的物质的量浓度范围依次是：0.1~0.2 mol·L－1、0.3~0.4 mol·L－1、0~0.2 mol·L－1。
6．A
【解析】设起始A和B的体积分别为a L、b L，
A + 3B 2C
起始的体积（L） a b 0
转化的体积（L） 0.05V 0.15V 10%V
平衡时体积（L） a―0.05V b―0.15V 10%V
a―0.05V+b―0.15V+10%V=V，
a+b=1.1V。
7．A
【解析】在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。颜色深浅和浓度有关系，所以③正确。①中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，正确。②中反应速率的方向是相同的，不正确。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，④不正确。混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以⑤可以说明。反应是体积减小的，所以压强也是减小的，因此⑥也可以说明，答案选A。
8．D
【解析】设起始投入CO2为1 mol，CO2转化率为x，则计算式为：
2CO2 2CO + O2
起始量 1 0 0
变化量 x x
平衡量 1―x x
，则。
9．D
【解析】反应①的平衡常数，反应②的平衡常数，反应③的平衡常数。
10．A
【解析】A项，该反应前后气体的物质的量相等，无论反应是否达到平衡，混合气体的总物质的量均不变，压强不变，故A项符合题意；B项，C的体积分数不变，气体的总体积不变，说明C的体积不发生改变，即C的物质的量不发生改变，说明反应达到平衡状态；C项，混合气体的总体积不变。若混合气体的密度也不变，说明混合气体的总质量不变，该反应中有固体物质参加反应，故混合气体的总质量不变，能说明反应达到平衡状态；D项，混合气体的总物质的量不变，若混合气体的平均相对分子质量不变，说明混合气体的总质量不变，说明该反应达到平衡状态。
二、填空题
1．（1） 0 v正 v逆
（2）减小 减小 增大 减小 增大
（3）相等 保持不变
2．（1） （2）
（3） （4）
3．NH4NO3/N2O ↑+2H2O ↑；K=c(N2O)c2 (H2O)；4
【解析】根据题意可书写反应的化学方程式，注意为可逆反应；根据平衡常数的定义可书写该反应的平衡常数表达式，硝酸铵为固体，不能表示平衡常数；硝酸铵中N的化合价从+5降低到+1或从-3升高到+1，均转移4个电子，所以生成1mol氮气则转移4mol电子。
4．（1）2CH3OH (g)CH3OCH3 (g)+H2O (g) （2）吸热
（3）①＞ ②A ＜ D点对应的温度高于B点，温度越高反应速率越大
【解析】（1）由平衡常数的表达式可知，该反应的反应物为甲醇，生成物为二甲醚和水，化学方程式为2CH3OH (g)CH3OCH3 (g)+H2O (g)。（2）该反应在不同温度下的平衡常数为400℃，K=32；500℃，K=44。温度升高，平衡常数增大，说明温度升高，平衡向正反应方向移动，由升高温度，平衡向吸热反应方向移动，知正反应为吸热反应。（3）①此时浓度商，反应未达到平衡状态，向正反应方向进行，故v正＞v逆。②由①可知反应向正反应方向进行，则此时甲醇的百分含量大于平衡时的百分含量，反应点应在A点；温度越高，反应速率越大．D点对应的温度高于B点，所以D点对应的正反应速率也大于B点。
5．（1）① ②0.015 mol / (L·min)
（2）①CO（或CO2）的生成速率与消耗速率相等 ②CO（或CO2）的质量不再改变
（3）b
【解析】由于固态物质的浓度恒定，故该反应的平衡常数K=c3 (CO2) / c3 (CO)，结合题中反应及生成11.2 g Fe，可以算出参与反应的CO为0.3 mol，故v(CO)=0.3 mol / (2L·10 min)=0.015 mol / (L·min)。反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，且混合物中各组分浓度、质量等均恒定。由于铝热反应可以放出大量的热，短时间内可以加快化学反应速率，故图像b比较接近。
6．Ⅰ．可逆反应进行的程度越大 可能增大也可能减小
Ⅱ．（1）如图所示。
（2）①动态平衡；②v(正)=v(逆)≠0；③平衡时各组分浓度保持不变；④一定条件下平衡的建立与途径无关
7．该温度下K=7.32×10―3，起始时c(N2)=5 mol·L―1，c(H2)=15 mol·L―1。
【解析】由题意知：由平衡时各物质的浓度可求出该温度时的平衡常数，再根据合成氨反应方程式和反应起始浓度可求出N2、H2的起始浓度。
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
c起始／(mol·L―1) x y 0
c转化／(mol·L―1) a 3a 2a
c平衡／(mol·L―1) 3 9 4
即，
由题意得，解得a=2，x=5，y=15。
【学习目标】
1、了解化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的含义；
2、理解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。
【要点梳理】
要点一、化学平衡状态
1．溶解平衡的建立。
在一定温度下，当把蔗糖晶体溶解于水时，一方面蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水中；另一方面，溶解在水中的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成晶体，当这两个相反过程的速率相等时，蔗糖的溶解达到最大限度，即形成了饱和溶液，此时，我们说蔗糖达到了溶解平衡。
在溶解平衡状态下，溶解和结晶的过程并没有停止，只是速率相等罢了，故溶解平衡是一种动态平衡。
2．可逆反应。
（1）定义：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叫做可逆反应，用“”表示。
要点诠释：①在可逆反应中，把由反应物到生成物的反应叫正反应：把由生成物到反应物的反应叫逆反应。
②在同一条件下，不能同时向两个方向进行的反应叫不可逆反应。不可逆反应是相对的，可逆反应是绝对的。在一定条件下，几乎所有的反应均可以看做是可逆反应。
③必须是“同一条件”。在不同条件下能向两个方向进行的反应，不能称作可逆反应。
④同一化学反应在不同条件下可能为可逆反应或不可逆反应。如敞口容器中，CaCO3 (s)/CaO (s)+CO2 ↑，反应产生的气体可及时脱离反应体系，反应不可逆；密闭容器中，CaCO3 (s)CaO (s)+CO2，反应产生的气体不写“↑”，气体物质不能从反应体系中逸出，与各反应物共存，反应可逆。又如2H2+O22H2O。
/
（2）重要的可逆反应：如盐的水解、酯的水解、2SO2+O2/2SO3、N2+3H2/2NH3等。
3．化学平衡的建立。
对于可逆反应aA (g)+bB (g)cC (g)+dD (g)，若开始加入反应物，此时A和B的浓度最大，因而反应速率最大，由于C、D浓度为零，故此时逆反应速率为零，随着反应的进行，反应物浓度不断减少，生成物浓度不断增加，v正不断减小，v逆不断增大。当反应进行到某一时刻时v正=v逆，这时反应就达到了平衡，这个过程可用图甲来表示。
若反应是从逆反应方向开始的（开始时只有生成物而没有反应物），则v逆在开始时最大，v正为零，随着反应的进行，生成物浓度不断减少，反应物浓度不断增加，v逆不断减小，v正不断增大，最后反应达到化学平衡，如图乙所示。
/
4．化学平衡状态。
在一定条件下，可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的含量保持不变的状态叫化学平衡状态。
要点诠释：（1）可逆反应是前提，速率相等是实质，浓度保持不变是标志。
（2）v正=v逆≠0，正反应和逆反应仍在进行。
（3）百分含量指各组分的质量百分含量、物质的量百分含量、气体物质的体积百分含量。
5．化学平衡的特征。
化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”“同”的特征。
（1）逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。
（2）等：正反应速率和逆反应速率相等，即同一种物质的消耗速率与生成速率相等。注意，不同物质的反应速率不一定相等。
（3）动：化学平衡从表面上或宏观上看好像反应停止了，但从本质上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了，即v (正)=v (逆)＞0。所以化学平衡是一种动态平衡。
（4）定：在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变而改变。
（5）变：化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡状态就会发生改变。
（6）同：在其他条件不变时，可逆反应不论是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是从正反应和逆反应同时开始，途径虽然不同，但只要起始浓度相同，就可以达到相同的平衡状态，所建立的平衡是等效的。
6．化学平衡的标志
（1）本质标志。
v (正)=v (逆)≠0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
（2）等价标志。
①全是气体参加的体积可变反应，体系的压强不随时间而变化。例如：N2+3H22NH3。
②体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的质量分数保持不变。
③全是气体参加的体积可变反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化。例如：2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g)。
④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
⑤对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化，如2NO2 (g)N2O4 (g)。
⑥体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
要点诠释：以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡的标志：
（1）恒温、恒容下的体积不变反应，体系的压强或总物质的量不随时间而变化，如2HI (g)I2 (g)+H2 (g)。
（2）全是气体参加的体积不变反应，体系的平均相对分子质量不再随时间变化，如2HI (g)I2 (g)+H2 (g)。
（3）全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
要点二、化学平衡常数
1．定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积之比是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用K表示。对于可逆反应mA (g)+nB (g)pC (g)+qD (g)，在一定温度下无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，总有：。
要点诠释：（1）上式中c (A)、c (B)、c (C)、c (D)是各物质处于化学平衡时的物质的量浓度。
（2）温度一定时，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，无论反应物起始浓度大小，K是一个常数。而且K只与温度有关。
（3）对于在溶液中进行的反应，溶剂的浓度是一个常数，此常数可归到平衡常数中去，在K的表达式中不出现溶剂的浓度项。如：
CO32―+H2OHCO3―+OH―
（4）当反应中有固体物质时，因固体的浓度可看作常数，在K的表达式中不出现固体的浓度项。如：
CaCO3 (s)CaO (s)+CO2 (g) K=c (CO2)
（5）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。
同一个化学反应，化学方程式书写方式不同，平衡常数不同。如：
H2 (g)+I2 (g)2HI (g)
H2 (g)+I2 (g)HI (g)
2HI (g)H2 (g)+I2 (g)
对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
2．化学平衡常数的应用。
（1）化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物转化率也越大。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
要点诠释： 一般地说，K＞105时，该反应就基本进行完全了。
10－5＜K＜105时，典型的可逆反应，改变条件反应进行的方向就会变化。
K＜10－5时，反应进行的程度很小，转化率极小，其逆反应会进行趋于完全。，
（2）可以利用平衡常数的值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡，如：对于可逆反应：mA (g)+nB (g)pC (g)+qD (g)，在一定温度的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系：
，叫该反应的浓度商。
（3）利用K可判断反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
3．平衡转化率。
平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。对于反应aA+bBcC+dD，反应物A的转化率可以表示为：
。
要点诠释：化学平衡常数和平衡转化率都可用来定量描述可逆反应进行的程度，它们是有不同的：
①一个特定的化学反应，在温度一定时虽然只有一个平衡常数，但反应物的平衡转化率却可以因反应物量的不同而不同。因此，脱离具体的反应物谈化学反应的平衡转化率是没有意义的。
②平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而变化，而平衡常数却不受起始浓度的影响。
③平衡常数的表达式和数值根据化学方程式书写方式的变化而变化，平衡转化率不随方程式书写方式的变化而变化。
④在进行有关计算时，代入平衡常数K表达式中的必须是物质的平衡浓度，而代入平衡转化率表达式中的可以是物质的浓度，也可以是物质的物质的量、质量或气体的体积等。
⑤平衡常数更能反映出可逆反应的本质。
要点三、化学平衡计算的一般思路和方法
1．解化学平衡计算题的一般思路为：建立模式、确定关系、依据题意列出方程。最常用、最重要的模式是“列三行”，即列出起始量、变化量和平衡量。简记为：始、变、平、列方程。如：
mA (g) + nB (g) pC (g) + qD (g)
起始 a b 0 0
变化 mx nx px qx
平衡 a―mx b―nx px qx
其中：a、b表示起始状态下反应物的物质的量或反应物的浓度或同温、同压下反应物中气体的体积，c、d表示起始状态下产物的物质的量或产物的浓度或同温、同压下产物中气体的体积。
计算中注意存在以下量的关系：①对反应物：起始浓度－转化浓度=平衡浓度；对生成物：起始浓度+转化浓度=平衡浓度。②各物质转化浓度之比等于化学方程式中各物质前面的化学计量数之比。
2．在平衡计算中常涉及以下几个方面。
（1）转化率的计算。
。
若a∶b=m∶n，则任何时刻A、B的物质的量（浓度）之比均为a∶b，且A、B的转化率相同。
（2）产率的计算。
。
（3）各组分的体积分数（）。
。
（4）平均相对分子质量。
。
的变化取决于气体总质量和总物质的量的变化。
（5）密度。
。
的变化取决于气体总质量和体积的变化。
【典型例题】
类型一、可逆反应
例1、（2019 雅安模拟）将0.1mol/L的KI溶液和0.05mol/LFe2（SO4）3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的是（ ）。
实验编号
实验操作
实验现象
滴入KSCN溶液
溶液变红色
滴入AgNO3溶液
有黄色沉淀生成
滴入K3[Fe(CN)6]溶液
有蓝色沉淀生成
滴入淀粉溶液
溶液变蓝色
A．①和② B．②和④ C．③和④ D．①和③
【思路点拨】只有可逆反应才能建立化学平衡，故要想证明化学平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2的存在，即需证明此反应为可逆反应，不能进行彻底。将0.1mol/L的KI溶液和0.05mol/LFe2（SO4）3溶液等体积混合后，若此反应不可逆，则Fe3+和I-能恰好完全反应，则溶液中无Fe3+和I-，故只需要证明溶液中含Fe3+和I-，则即能证明此反应为可逆反应，能建立化学平衡，据此分析。
【答案】A
【解析】①向溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红，则说明溶液中有Fe3+，即能说明反应存在平衡，故①正确；②向溶液中滴入AgNO3溶液有黄色沉淀生成，说明溶液中含I-，能说明反应存在平衡，故②正确；③无论反应存不存在平衡，溶液中均存在Fe2+，滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成，故③错误；④无论反应存不存在平衡，溶液中均有I2，滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色，故不能证明存在平衡，故④错误。故选A。
【总结升华】解答可逆反应的问题要特别注意，即反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物。另外还要注意量的变化，元素原子不可能凭空增加或减少。总之要注意：“可逆”和“守恒”。
举一反三：
【变式1】对于可逆反应2SO2+O22SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O（ ）。
A．只存在于O2中 B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中 D．存在于SO2、O2和SO3中
【答案】D
类型二、化学平衡的概念及其建立
例2、对可逆反应4NH3 (g)+5O2 (g)4NO (g)+6H2O (g)，下列叙述正确的是（ ）。
A．达到化学平衡时，4v正(O2)=5v逆 (NO)
B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增大容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是：2v正 (NH3)=3v正 (H2O)
【答案】A
【解析】A项，反应达到平衡时，v正 (O2)与v逆 (NO)之比等于对应物质的化学计量数之比；B项，若单位时间内生成x mol NO，同时生成x mol NH3，表明反应达到平衡；C项，增大容器容积，压强减小，正、逆反应速率均减小；D项，3v正 (NH3)=2v正 (H2O)。
【总结升华】从反应速率关系的角度来判断反应是否达到平衡时，速率必须是一正一逆（不能同是v正或v逆），且速率比等于化学计量数之比。
举一反三：
【变式1】哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生N2+3H2/2NH3，有关说法正确的是（ ）。
A．达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零
【答案】C
类型三、化学平衡的标志
例3、（2019 湖南长沙期中）对于反应N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>0，将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是（ ）。
/
【思路点拨】做化学图像题时一定要仔细观察图像，本题主要考查图像的变化趋势。
【答案】AD
【解析】N2O4充入恒压容器中分解生成NO2，是体积变大的化学反应。因此密度逐渐减小，当达到平衡状态时，体积不再变化，密度亦不再变化，A正确；对于某一具体的反应，ΔH是一个具体数值且始终保持不变，故不能说明反应达到平衡状态，B错误；N2O4的正反应速率逐渐减小，最后保持不变，C错误；转化率不变，说明反应物不再减少，即反应达到平衡，D正确。
【总结升华】化学平衡状态判断的2个根本依据：
(1)v(正)＝v(逆)；
(2)各组分浓度或质量保持不变。
举一反三：
【变式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（ ）
A．C的生成速率与C的分解速率相等
B．A、B、C的浓度不再发生变化
C．单位时间内生成n mol A同时生成3n mol B
D．A、B、C的分子数之比为1:3:2
【答案】AB
【变式2】在一定温度下恒容容器中，下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是（ ）
①C的生成速率与C的分解速率相等
②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B
③A、B、C的浓度不再变化
④A、B、C的密度不再变化
⑤混合气体的总压强不再变化
⑥混合气体的物质的量不再变化
⑦单位时间内消耗a mol A，同时生成 3a mol B
⑧A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2
A．②⑧ B．②⑤⑧
C．①③④⑦ D．②⑤⑥⑧
【答案】A
类型四、化学平衡常数
例4、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的关系如下表：
T（℃）
700
800
1000
K
0.6
1.0
1.7
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=________。
（2）正反应为________（填“吸热”或“放热”）反应。
（3）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
a．容器中压强不变 b．混合气体中，c (CO)不变
c．v正 (H2)=v逆 (H2O) d．c (CO2)=c (CO)
（4）某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：c (CO2)·c (H2)=c (CO)·c (H2O)，试判断此时的温度为________℃。
【答案】（1）。
（2）吸热
（3）b、c
（4）800
【解析】（2）由表中数据可以看出T升高，K增大。所以判断出正反应为吸热反应。
（3）由于该反应是一个反应前后气体物质化学计量数之和相等的反应，所以在恒容时，容器内的压强一直不变，不能用作平衡状态的判断；c (CO2)=c (CO)并不代表着它们的浓度就不发生变化，所以也不能判断是否达到平衡；b、c可以。
（4）根据c (CO2)·c (H2)=c (CO)·c (H2O)，所以K=1.0，对应表中温度为800℃。
[特别提示] 理解好平衡常数K的含义，就可以理解好化学平衡状态，一定要熟练掌握T与K的关系以及平衡常数的表达式的书写。
举一反三：
【变式1】（2019 浙江高考）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：/
维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数K＝________(用α等符号表示)。
【答案】/
【解析】乙苯的平衡转化率为a，则平衡时各组的物质的量为：n (乙苯)=n(1―a) mol、n (苯乙烯)=n (H2)=na mol，则平衡常数
类型五、化学平衡常数与平衡转化率的计算
例5、在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c (H2)=0.0080 mol·L－1。
（1）求该反应的平衡常数。
（2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20 mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。
【答案】（1）平衡常数为0.25。
（2）c (H2)=c (I2)=0.016 mol/L，c (HI)=0.0080 mol/L。
【解析】（1）依题意可知：
平衡时c (H2)=0.0080 mol·L－1，
消耗c (H2)=0.0020 mol·L－1，
生成c (HI)=0.0040 mol·L－1。
H2 (g) + I2 (g)2HI (g)
起始浓度／mol·L－1 0.010 0.010 0
平衡浓度／mol·L－1 0.0080 0.0080 0.0040
（2）依题意可知，c (H2)=0.0200 mol·L－1，c (I2)=0.0200 mol·L－1，设H2的消耗浓度为x。则：
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)
平衡浓度／mol·L－1 0.0200－x 0.0200－x 2x
因为K不随浓度发生变化，
解得x=0.0040 mol·L－1。
平衡时c (H2)=c (I2)=0.0160 mol·L－1，
c (HI)=0.0080 mol·L－1。
举一反三：
【变式1】在密闭容器中给CO和水蒸气的混合物加热到800℃时，有下列平衡：CO (g)+H2O (g)CO2 (g)+H2 (g)，且K=1，若用2 mol CO和10 mol H2O (g)相互混合并加热到800℃，则CO的转化率为（ ）。
A．16.7％ B．50％ C．66.7％ D．83.5％
【答案】D
【解析】设平衡时CO消耗x mol，假定总体积为1 L
CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)
起始物质的量 / mol 2 10 0 0
转化物质的量 / mol x x x x
平衡物质的量 / mol 2－x 10－x x x
依题意：，
x2=(2―x)(10―x)，
x=1.67 mol。
所以CO的转化率。
【巩固练习】
一、选择题
1．下列说法中错误的是（ ）。
A．可逆反应在一定条件下可建立化学平衡状态
B．处于化学平衡状态的可逆反应，v(正)=v(逆)≠0
C．可逆反应建立平衡状态时，与反应起始方向无关
D．一定温度下，可逆反应达平衡时，其反应物和生成物的总量相等
2．下列反应属于可逆反应的是（ ）。
A．H2和O2点燃生成H2O的反应与H2O电解生成H2和O2的反应
B．CuSO4吸水形成晶体蓝矾与蓝矾加热失去水分生成CuSO4
C．Cl2溶于水
D．Na2O溶于水
3．可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物和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)
4．关于化学平衡常数的叙述中，正确的是（ ）。
A．只与化学方程式本身和温度有关
B．只与反应的温度有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
5．（2019 安庆模拟）密闭溶液中发生可逆反应：X2 (g)+Y2 (g)2Z (g)。已知起始时X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1 ，反应在一定条件下达到平衡时，各物质的物质的量浓度可能是（ ）。
A．c（Z）=0.3 mol·L－1 B．c（Y2）=0.35mol·L－1
C．c（Y2）=0.2 mol·L－1 D．c（Z）=0.4 mol·L－1
6．某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A+3B2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10％。下列推断正确的是（ ）。
①原混合气体的体积为1.2V L ②原混合气体的体积为1.1V L ③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05V L
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
7．一定温度下，可逆反应2NO2(g) /2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是（ ）
①单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO2? ②单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO? ③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1? ④混合气体的压强不再改变 ⑤混合气体的颜色不再改变? ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变? A．①④⑤⑥ B．①②③⑤? C．②③④⑥? D．以上全部
8．在一定条件下，测得反应2CO22CO+O2，达到平衡时体系的平均式量为M，则在相同条件下，可以表示CO2分解率的计算式为（ ）。
A． B． C． D．
9．已知下列反应的平衡常数：①H2 (g)+S (s)H2S (g) K1；②S (s)+O2 (g)SO2 (g) K2，则反应③H2 (g)+SO2 (g)O2 (g)+H2S (g)的平衡常数是（ ）。
A．K1+K2 B．K1－K2 C．K1×K2 D．
10．（2019 浙江温州十校联考）恒温恒容，下列物理量不再发生变化时，不能说明A (s)+3B (g)2C (g)+D (g)已达平衡状态的是（ ）
A．混合气体的压强 B．C的体积分数
C．混合气体的密度 D．混合气体的平均相对分子质量
二、填空题
1．在200℃时，将a mol H2（g）和b mol I2（g）充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：I2 (g)+H2 (g)2HI (g)。
（1）反应刚开始时，由于c(H2)=________，c(I2)=________，而c(HI)=________，所以化学反应速率________最大，而________最小（为零）；
（2）随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)________，c(I2)________，而c(HI)________，从而化学反应速率v正________，而v逆________；
（3）当反应进行到v正与v逆________时，此可逆反应就达到了平衡，若保持外界条件不变时，反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率及体系的总压强（或各组分的分压）都将________。
2．写出下列可逆反应的平衡常数（Kc）的表达式。
（1）SO2 (g)+O2 (g)SO3 (g)；
（2）SiCl4 (l)+2H2O (g)SiO2 (s)+4HCl (g)；
（3）2N2O5 (g)4 NO2 (g)+O2 (g)；
（4）3Fe (s)+4H2O (g)Fe3O4 (s)+4H2 (g)。
3．（2019 海南高考）硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O，250℃时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式为 ，平衡常数表达式为 ；若有1mol硝酸铵完全分解，转移的电子数为 mol。
4．（2019 山东济宁期中）已知某气体反应的平衡常数可表示为，该反应在不同温度下的平衡常数：400℃，K=32；500℃，K=44。请回答下列问题：
（1）写出上述反应的化学方程式：________。
（2）该反应的正反应是________反应（填“放热”或“吸热”）。
（3）已知在密闭容器中，测得某时刻各组分的浓度如下：
物质
CH3OH（g）
CH3OCH3（g）
H2O（g）
浓度（mol·L－1）
0.54
0.68
0.68
①此时体系温度为400℃，比较正、逆反应速率的大小：v正________v逆（填“＞”“＜”或“=”）。
②若以甲醇百分含量为纵坐标，以温度为横坐标，此时反应点是图中________点。比较图中B、D两点所对应的正反应速率：B________D（填“＞”“＜”或“=”），理由是________。
/
5．铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。
（1）在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：
Fe2O3 (s)+3CO (g)2Fe (s)+3CO2 (g)
①该反应的平衡常数表达式为K=________。
②该温度下，在2 L盛有Fe2O3粉末的密闭容器中通入CO气体，10 min后，生成了单质铁11.2 g。则10 min内CO的平均反应速率为________。
（2）请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态：
①________________，②________________。
（3）某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。下列反应速率（v）和温度（T）的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。
/
6．Ⅰ．化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度，K值越大，表示________，K值大小与温度的关系是温度升高，K值________（填“一定增大”“一定减小”或“可能增大也可能减小”）。
Ⅱ． 698 K时，在1 L密闭容器中进行的反应H2+I22HI达到平衡，图（A）表示当起始物浓度为1 mol/L H2和1 mol/L I2时，容器内各物质的浓度c的变化与时间t的关系的示意图。
/
（1）请在图2-2-6（B）中画出当起始物浓度为2 mol/L HI时，容器内各物质的浓度变化与时间关系的示意图。
（2）由图中的事实说明化学平衡具有的特征是________________。
7．合成氨反应N2 (g)+3H2 (g)2NH3 (g)在某温度下达平衡时，各物质的浓度是c(N2)=3 mol·L－1，c(H2)=9 mol·L－1，c(NH3)=4 mol·L－1，求该温度时的平衡常数和N2、H2的起始浓度。
【参考答案】
一、选择题
1．D
【解析】可逆反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度及物质的量分数保持不变。
2．C
【解析】A、B两项的反应不是在同一条件下进行，不属于可逆反应；D项反应能进行到底，不属于可逆反应；同一条件下，Cl2与水反应生成HCl和HClO，同时，HCl和HClO反应生成Cl2与水，属于可逆反应。
3．C
【解析】反应进行时，用不同的物质表示速率，数值不同，可它们的比值是固定的。如用N2、H2、NH3分别表示同一正反应速率时，应有如下关系，v正(N2)∶v正(H2)∶v正(NH3)=1∶3∶2。如果化学反应达到平衡时，则v(正)=v(逆)。若用具体物质表示，则速率值应与计量数成比例，且必须指明的是正、逆两个方向。即v正(H2)∶v逆(NH3)=3∶2，v正(N2)∶v逆(NH3)=1∶2，v正(N2)∶v逆(H2)=1∶3。选项A只表示一个方向，选项B、D不符合计量数关系。选项C符合要求。
4．A
【解析】大量实验证明，化学平衡常数决定于两个方面的因素：化学反应的本身和反应体系的温度，与起始浓度等其他外界条件没有任何关系。
5．AB
【解析】若反应向右进行，则X2、Y2、Z三种物质的物质的量浓度范围依次是：0~0.1 mol·L－1、0.2~0.3 mol·L－1、0.2~0.4 mol·L－1；若反应向左进行，则X2、Y2、Z三种物质的物质的量浓度范围依次是：0.1~0.2 mol·L－1、0.3~0.4 mol·L－1、0~0.2 mol·L－1。
6．A
【解析】设起始A和B的体积分别为a L、b L，
A + 3B 2C
起始的体积（L） a b 0
转化的体积（L） 0.05V 0.15V 10%V
平衡时体积（L） a―0.05V b―0.15V 10%V
a―0.05V+b―0.15V+10%V=V，
a+b=1.1V。
7．A
【解析】在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。颜色深浅和浓度有关系，所以③正确。①中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，正确。②中反应速率的方向是相同的，不正确。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，④不正确。混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以⑤可以说明。反应是体积减小的，所以压强也是减小的，因此⑥也可以说明，答案选A。
8．D
【解析】设起始投入CO2为1 mol，CO2转化率为x，则计算式为：
2CO2 2CO + O2
起始量 1 0 0
变化量 x x
平衡量 1―x x
，则。
9．D
【解析】反应①的平衡常数，反应②的平衡常数，反应③的平衡常数。
10．A
【解析】A项，该反应前后气体的物质的量相等，无论反应是否达到平衡，混合气体的总物质的量均不变，压强不变，故A项符合题意；B项，C的体积分数不变，气体的总体积不变，说明C的体积不发生改变，即C的物质的量不发生改变，说明反应达到平衡状态；C项，混合气体的总体积不变。若混合气体的密度也不变，说明混合气体的总质量不变，该反应中有固体物质参加反应，故混合气体的总质量不变，能说明反应达到平衡状态；D项，混合气体的总物质的量不变，若混合气体的平均相对分子质量不变，说明混合气体的总质量不变，说明该反应达到平衡状态。
二、填空题
1．（1） 0 v正 v逆
（2）减小 减小 增大 减小 增大
（3）相等 保持不变
2．（1） （2）
（3） （4）
3．NH4NO3/N2O ↑+2H2O ↑；K=c(N2O)c2 (H2O)；4
【解析】根据题意可书写反应的化学方程式，注意为可逆反应；根据平衡常数的定义可书写该反应的平衡常数表达式，硝酸铵为固体，不能表示平衡常数；硝酸铵中N的化合价从+5降低到+1或从-3升高到+1，均转移4个电子，所以生成1mol氮气则转移4mol电子。
4．（1）2CH3OH (g)CH3OCH3 (g)+H2O (g) （2）吸热
（3）①＞ ②A ＜ D点对应的温度高于B点，温度越高反应速率越大
【解析】（1）由平衡常数的表达式可知，该反应的反应物为甲醇，生成物为二甲醚和水，化学方程式为2CH3OH (g)CH3OCH3 (g)+H2O (g)。（2）该反应在不同温度下的平衡常数为400℃，K=32；500℃，K=44。温度升高，平衡常数增大，说明温度升高，平衡向正反应方向移动，由升高温度，平衡向吸热反应方向移动，知正反应为吸热反应。（3）①此时浓度商，反应未达到平衡状态，向正反应方向进行，故v正＞v逆。②由①可知反应向正反应方向进行，则此时甲醇的百分含量大于平衡时的百分含量，反应点应在A点；温度越高，反应速率越大．D点对应的温度高于B点，所以D点对应的正反应速率也大于B点。
5．（1）① ②0.015 mol / (L·min)
（2）①CO（或CO2）的生成速率与消耗速率相等 ②CO（或CO2）的质量不再改变
（3）b
【解析】由于固态物质的浓度恒定，故该反应的平衡常数K=c3 (CO2) / c3 (CO)，结合题中反应及生成11.2 g Fe，可以算出参与反应的CO为0.3 mol，故v(CO)=0.3 mol / (2L·10 min)=0.015 mol / (L·min)。反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，且混合物中各组分浓度、质量等均恒定。由于铝热反应可以放出大量的热，短时间内可以加快化学反应速率，故图像b比较接近。
6．Ⅰ．可逆反应进行的程度越大 可能增大也可能减小
Ⅱ．（1）如图所示。
（2）①动态平衡；②v(正)=v(逆)≠0；③平衡时各组分浓度保持不变；④一定条件下平衡的建立与途径无关
7．该温度下K=7.32×10―3，起始时c(N2)=5 mol·L―1，c(H2)=15 mol·L―1。
【解析】由题意知：由平衡时各物质的浓度可求出该温度时的平衡常数，再根据合成氨反应方程式和反应起始浓度可求出N2、H2的起始浓度。
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
c起始／(mol·L―1) x y 0
c转化／(mol·L―1) a 3a 2a
c平衡／(mol·L―1) 3 9 4
即，
由题意得，解得a=2，x=5，y=15。