优化方案届高三化学一轮复习教师文档 第7章 化学反应速率与化学平衡第2讲化学平衡状态.docx

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第二讲　化学平衡状态

[考纲展示]

1．了解化学反应的可逆性。

　2.了解化学平衡建立的过程。

　3.理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对化学平衡的影响，认识并能用相关理论解释其一般规律。

考点一　可逆反应　化学平衡状态

一、可逆反应

1．定义

在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。

2．特点

（1）二同：

①相同条件下；②正、逆反应同时进行。

（2）一小：

反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小于100%。

3．表示

在方程式中反应符号用“

”表示。

二、化学平衡状态

1．概念

一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。

2．特点

名师点拨

（1）可逆反应不等同于可逆过程。

可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。

（2）化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立。

（3）化学反应达到化学平衡状态的正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。

（4）化学反应达平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但不一定相等。

　（2015·最新调研）反应2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）在恒温恒容密闭容器中进行，下列可作为判断其达到平衡状态的标志的是（　　）

①SO2和SO3的浓度相等　②SO2的质量分数保持不变　③容器中气体的压强保持不变　④SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等　⑤容器中混合气体的密度保持不变　⑥容器中气体的平均摩尔质量保持不变　⑦2v正（SO2）＝v逆（O2）　⑧单位时间内生成nmolO2的同时消耗2nmolSO3

A．①②④⑤　　　　　　B．②③⑦⑧

C．②③⑤⑥D．②③⑥

[解析]　判断一个化学反应达到平衡状态依据的原则是“变量不变达平衡”。

①反应物和生成物的浓度不变时达到平衡状态，而不是浓度相等，错误；②SO2的质量分数是变量，不变时达到平衡状态，正确；③反应在恒容密闭容器中进行，且该反应是反应前后气体分子数发生变化的反应，故容器中气体的压强是变量，当压强不变时达到平衡状态，正确；④SO3的生成速率与SO2的消耗速率是同一个方向，一定相等，错误；⑤容器的容积固定，气体的质量固定，混合气体的密度是定量，错误；⑥因为反应前后气体的物质的量发生的变化，而气体总质量不变，因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变时，一定达到平衡状态，正确；⑦正确的关系式为v正（SO2）＝2v逆（O2），错误；⑧单位时间内生成nmolO2的同时消耗2nmolSO3，这个关系一直存在，错误。

[答案]　D

（1）“逆向相等”

反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等。

（2）“变量不变”

如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。

注意：

①根据正、逆反应速率来判断可逆反应是否达到平衡时，要注意用同一种物质表示的正、逆反应速率相等，不同种物质正、逆反应速率之比等于化学计量数之比。

②根据压强是否变化来判断可逆反应是否达到平衡时，要注意两点：

一是容器的容积是否可变；二是反应前后气体的体积是否变化。

③对于不同的反应，用相同物理量判断时，结果可能不同。

如在恒容密闭容器中，容器内的压强不再变化时，对于气体体积变化的反应是平衡状态，但对于气体体积不变的反应不一定是平衡状态。

　1.（2015·湖北荆门高三检测）H2（g）＋I2（g）

2HI（g）已经达到平衡状态的标志是（　　）

①c（H2）＝c（I2）＝c（HI）

②c（H2）∶c（I2）∶c（HI）＝1∶1∶2

③c（H2）、c（I2）、c（HI）不再随时间而改变

④单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI

⑤单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2

⑥反应速率v（H2）＝v（I2）＝1/2v（HI）

⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂

⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化

⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化

⑪条件一定，混合气体的平均摩尔质量不再变化

A．②③⑤⑧⑨⑩⑪

B．①③⑥⑦⑩

C．③④⑦⑨

D．③⑥⑨⑪

解析：

选C。

①②的浓度与起始时投入物质的量有关，故不正确；③浓度不变，说明已达到平衡状态，正确；④体现v（正）＝v（逆），正确；⑤未体现v（正）＝v（逆），不正确；⑥反应速率始终为v（H2）＝v（I2）＝1/2v（HI），不正确；⑦体现v（正）＝v（逆），正确；⑧压强始终相等，不正确；⑨颜色不变化，说明c（I2）不变，正确；

温度、压强一定时，体积也不变，密度是常数，不正确；⑪反应前后物质的总物质的量相等，总质量相等，则M＝

是常数，故不正确。

故应选③④⑦⑨。

题组一　可逆反应的考查

1．（教材改编）

（1）Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O是可逆反应吗？

（2）向含有2mol的SO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2＋O2

2SO3，充分反应后会生成2molSO3吗？

答案：

（1）不是。

在不同条件下进行的反应物和生成物相反的反应不是可逆反应。

（2）不会。

对于可逆反应，无论什么条件下，反应物都不可能完全转化为生成物。

2．下列关于化学反应限度的说法中正确的是（　　）

A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度

B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且都等于0

C．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变

D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变

答案：

A

题组二　化学平衡状态的判断

3．（双选）一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：

3SiCl4（g）＋2N2（g）＋6H2（g）

Si3N4（s）＋12HCl（g）　ΔH<0，能表示该反应达到平衡状态的是（　　）

A．3v逆（N2）＝v正（H2）

B．v正（HCl）＝4v正（SiCl4）

C．混合气体密度保持不变

D．c（N2）∶c（H2）∶c（HCl）＝1∶3∶6

解析：

选AC。

利用化学反应速率之比等于化学方程式计量系数之比可知A项叙述表示v正＝v逆，表示反应达到平衡状态；B项均表示正反应，无论反应是否处于平衡状态都成立；D项表示的浓度关系与是否平衡无关；混合气体密度不变说明容器中气体质量不变，而平衡移动则气体质量改变，所以C项表示达到平衡状态。

4．（2015·河北衡水模拟）在一个不传热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），当m、n、p、q为任意整数时，反应达到平衡的标志是（　　）

①体系的压强不再改变

②体系的温度不再改变

③各组分的浓度不再改变

④各组分质量分数不再改变

⑤反应速率v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q

⑥单位时间内mmolA断键反应，同时pmolC也断键反应

⑦体系的密度不再变化

A．③④⑤⑥B．②③④⑥

C．①③④⑤D．③④⑥⑦

解析：

选B。

因为m＋n与p＋q的关系不确定，故无法确定该反应是否是体积改变的反应，故①不一定是平衡状态；因容器是“不传热的固定容积的密闭容器”，反应过程中，体系中的温度应随时间发生变化，当温度不变时达到平衡状态；各组分的浓度不再改变和各组分质量分数不再改变，反应都一定是平衡状态；速率之比等于方程式的化学计量数之比是恒定的，不论反应是否达到平衡状态都存在这一关系，故⑤不一定是平衡状态；单位时间内mmolA断键反应，则说明有pmolC生成（同时pmolC也断键反应），故⑥能说明反应已达平衡状态；⑦体系的总质量和总体积始终不变，体系的密度始终不变化，故⑦不能说明反应已达平衡状态。

反思归纳

以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志：

（1）恒温、恒容条件下气体体积不变的反应，混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间而变化，如2HI（g）

I2（g）＋H2（g）。

（2）全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间而变化，如2HI（g）

I2（g）＋H2（g）。

（3）全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。

考点二　化学平衡的移动

一、化学平衡移动与化学反应速率的关系

1．v正>v逆：

平衡向正反应方向移动。

2．v正＝v逆：

反应达到平衡状态，不发生平衡移动。

3．v正

平衡向逆反应方向移动。

二、外界因素对化学平衡的影响

勒夏特列原理：

如果改变影响化学平衡的条件之一（如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

三、“惰性气体”对化学平衡的影响

1．恒温恒容条件

原平衡体系

体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。

2．恒温恒压条件

名师点拨

（1）化学平衡发生移动的实质是正、逆反应速率不相等。

正、逆反应速率发生变化，平衡不一定移动。

例如：

使用催化剂，正、逆反应速率均增加，但是增加后的速率仍然相等，所以平衡不发生移动。

（2）外界条件改变时，化学平衡发生移动，最终结果只能“减弱”条件的改变，但不能“消除”条件的改变。

　（2014·高考海南卷）（双选）将BaO2放入密闭真空容器中，反应2BaO2（s）

2BaO（s）＋O2（g）达到平衡，保持温度不变，缩小容器容积，体系重新达到平衡，下列说法正确的是（　　）

A．平衡常数减小B．BaO量不变

C．氧气压强不变D．BaO2量增加

[解析]　解答本题，首先看清楚本题是可逆反应，物质的存在状态、正反应是体积扩大还是体积缩小的反应，反应热如何。

然后还要掌握化学平衡常数的影响因素、压强改变对平衡的移动的影响、物质的量的变化情况等。

再对选项中的问题做一一剖析。

A.平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数就不变，错误；B.该反应的正反应是气体体积增大的反应，保持温度不变，缩小容器容积，也就增大了压强，根据平衡移动原理，化学平衡向气体体积减小的方向移动，即向逆反应方向移动，所以BaO量减小，错误；C.由于温度不变，化学平衡常数就不变，其数值就等于氧气的浓度，浓度不变，因此压强不变，正确；D.缩小容器容积，平衡逆向移动，所以体系重新达到平衡时BaO2量增加，正确。

[答案]　CD

（1）分析化学平衡移动的一般思路

（2）规避平衡移动的易错点

化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的，达到新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。

例如：

①增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；②若将体系温度从50℃升高到80℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新的平衡状态时50℃

2NH3（g）加压，如从30MPa加压到60MPa，化学平衡向气体分子数减小的方向移动，达到新的平衡时30MPa

　2.在一个不导热的密闭反应器中，只发生两个反应：

a（g）＋b（g）

2c（g）；ΔH1<0

x（g）＋3y（g）

2z（g）；ΔH2＞0

进行相关操作且达到平衡后（忽略体积改变所作的功），下列叙述错误的是（　　）

A．等压时，通入惰性气体，c的物质的量不变

B．等压时，通入z气体，反应器中温度升高

C．等容时，通入惰性气体，各反应速率不变

D．等容时，通入z气体，y的物质的量浓度增大

解析：

选A。

对化学平衡体系恒压条件下通入惰性气体，相当于增大了体系总压强，为保持恒压，体积增大，分压减小，对第二个反应导致平衡向左移动，则放热，使体系温度升高，对第一个反应平衡左移，c的物质的量减小。

等压时，通入z气体，第二个反应平衡向左移动，温度升高。

恒容条件下通入惰性气体，总压增大而分压不变，平衡不移动，速率不变；通入z气体，第二个反应导致平衡左移，y的物质的量浓度增大。

题组一　外界条件对化学平衡的影响

1．（教材改编）COCl2（g）

CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：

①升温　②恒容通入惰性气体

③增加CO浓度　④减压　⑤加催化剂　⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是（　　）

A．①②④B．①④⑥

C．②③⑤D．③⑤⑥

解析：

选B。

该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。

恒压通入惰性气体，相当于减压。

恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。

增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。

2．（2015·山东德州月考）高温下，反应2HBr（g）

H2（g）＋Br2（g）（正反应为吸热反应）达到化学平衡时，要使混合气体的颜色加深，可采取的方法是（　　）

A．减小压强B．缩小体积

C．降低温度D．增大氢气的浓度

解析：

选B。

A项减小压强平衡不移动，但Br2（g）的浓度减小，颜色变浅；B项缩小体积，Br2（g）的浓度增加，混合气体颜色加深；C项降温，平衡逆向移动，Br2（g）浓度减小，颜色变浅；D项增大H2（g）的浓度，平衡逆向移动，Br2（g）浓度减小，颜色变浅。

题组二　条件改变时化学平衡移动结果的判断

3．（2015·黑龙江哈尔滨期末）某温度下，反应2A（g）

B（g）（正反应为吸热反应）在密闭容器中达到平衡，平衡后c（A）/c（B）＝a，若改变某一条件，足够时间后反应再次达到平衡状态，此时c（A）/c（B）＝b，下列叙述正确的是（　　）

A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了B气体，则a

B．若a＝b，可能是在其他条件不变时使用了催化剂

C．若其他条件不变，升高温度，则有a

D．若保持温度、压强不变，充入惰性气体，则有a>b

解析：

选B。

A项中增加B气体，相当于压强增大，平衡正向移动，所以b

4．用氮化硅（SiN4）陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率，工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：

3SiCl4（g）＋2N2（g）＋6H2（g）

Si3N4（s）＋12HCl（g）　ΔH＝QkJ·mol－1（Q<0）

完成下列填空：

（1）上述反应达到平衡后，下列说法正确的是________。

a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小

b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小

c．其他条件不变，增大Si3N4物质的量平衡向左移动

d．其他条件不变，增大HCl物质的量平衡向左移动

（2）若平衡时H2和HCl的物质的量之比为

，保持其他条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HCl的物质的量之比________

（填“>”、“＝”或“<”）。

解析：

（1）温度不变，加压或改变反应物的浓度等平衡常数不变，a错误；因正反应为放热反应，故反应达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，b正确；其他条件不变，增加固体Si3N4的量平衡不移动，c错误；其他条件不变，增大生成物HCl的浓度平衡逆向移动，d正确。

（2）达到平衡后，降低温度，平衡向放热反应方向移动，即该平衡向正方向移动，故n（H2）减小，n（HCl）增加，其比值

减小。

答案：

（1）bd　

（2）<

反思归纳

（1）不要把v（正）增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v（正）>v（逆）时，平衡才向正反应方向移动。

（2）不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，只会使其他反应物的转化率提高。

（3）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。

考点三　等效平衡

一、等效平衡的含义

在一定条件下（等温等容或等温等压），对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。

二、等效平衡的原理

由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。

因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件（温度、浓度、压强等）完全相同，则可形成等效平衡。

三、等效平衡的规律

条件

恒温、恒容

恒温、恒压

反应的特点

任何可逆反应

反应前后气体分子数相等

任何可逆反应

起始投料

换算为化学方程式同一边物质；其“量”相同

换算为化学方程式同一边物质；其“量”符合同一比例

换算为化学方程式同一边物质；其“量”符合同一比例

平衡特点

质量分数（w%）

相同

相同

相同

浓度（c）

相同

成比例

相同（气体）

物质的量（n）

相同

成比例

成比例

可简记为：

“恒温恒容条件下，气体体积有变化，极端折算定量加，其他情况定比例”

名师点拨

等效平衡判断“四步曲”

　（2013·高考江苏卷）（双选）一定条件下存在反应：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g），其正反应放热。

现有三个相同的2L恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2，在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O，700℃条件下开始反应。

达到平衡时，下列说法正确的是（　　）

A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同

B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同

C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多

D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1

[解析]　分析题给化学方程式的特点，应用化学平衡移动原理分析、解决问题。

容器Ⅰ中反应正向进行，放出热量，容器Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，两个容器中反应温度不同，则Ⅰ、Ⅱ中正反应速率不相同，A错。

容器Ⅲ中加入反应物的量比容器Ⅰ中多，由于该反应为放热反应，Ⅲ中放出热量比Ⅰ多，Ⅲ中反应正向进行的程度比Ⅰ小，因此容器Ⅲ中反应的化学平衡常数比Ⅰ小，B错。

Ⅰ中反应正向进行，放出热量，Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，由于容器均为绝热容器，Ⅰ和Ⅱ中反应进行的程度均较小，则C、D均正确。

[答案]　CD

　3.（2015·湖南长沙一中月考）在一固定容积的密闭容器中充入3molA和1molB，发生反应：

3A（g）＋B（g）

xC（g），达到平衡后，C的体积分数为w%。

若维持容器体积和温度不变，将0.9molA、0.3molB和2.1molC作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x值可能为（　　）

A．1B．2

C．3D．任意值

解析：

选C。

3A（g）＋　　　B（g）　

xC（g）

n（始1）310

n（始2）0.90.32.1

0.9＋

×2.10.3＋

0

0．9＋

＝3，x＝3。

当x＝4时，反应前后气体的分子数不变，不论n（C）为多少，只要加入A、B的量符合n（A）∶n（B）＝3∶1，达到平衡时C的体积分数均为w%。

题组一　等效平衡的判断

1．在等温等容条件下，可逆反应：

2A（g）＋B（g）

3C（g）＋D（g）　ΔH＝－Q1kJ·mol－1（Q1>0），起始物质的量如下表所示：

序号

A

B

C

D

①

2mol

1mol

0

0

②

4mol

2mol

0

0

③

1mol

0.5mol

1.5mol

0.5mol

④

0

1mol

3mol

1mol

⑤

0

0

3mol

1mol

（1）上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？

达到平衡后，哪些量相同？

（2）达到平衡后，①放出的热量为Q2kJ，⑤吸收的热量为Q3kJ，则Q1、Q2、Q3的定量关系为________。

解析：

等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质（一边倒），其物质的量对应相同，则它们互为等效平衡。

答案：

（1）①③⑤互为等效平衡。

表现在达到平衡后物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）相同。

（2）Q2＋Q3＝Q1

2．已知：

t°C时，2H（g）＋Y（g）

2I（g）　ΔH＝－196.6kJ·mol－1，t°C时，在一压强恒定的密闭容器中，加入4molH和2molY反应，达到平衡后，Y剩余0.2mol。

若在上述的平衡体系中，再加入1mol气态的I物质，t°C时达到新的平衡，此时H物质的物质的量n（H）为（　　）

A．0.8molB．0.6mol

C．0.5molD．0.2mol

解析：

选C。

本题考查恒温恒压条件下等效平衡原理。

根据反应式知，“4molH和2molY反应达到平衡后，Y剩余0.2mol”，即Y转化了1.8mol，根据化学计量数之比，H必转化了3.6mol，即H的转化率等于Y的转化率＝

×100%＝90%。

该可逆反应在恒温、恒压条件下反应，按起始（Ⅱ）与起始（Ⅲ）投料能达到同一平衡状态，而起始（Ⅰ）与起始（Ⅲ）达到的平衡状态为等效平衡，即平衡时H的转化率相等，故达到新平衡时剩余H的物质的量为n（H）＝5mol×（1－90%）＝0.5mol。

题组二　等效平衡的综合应用

3．（2015·山东枣庄高三检测）某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）＋B（g）

2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。

保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（　　）

A．均减半B．均加倍

C．均增加1molD．均减少1mol

解析：

选C。

由于反应是在恒温、恒压的体积可变的容器中进行，故对平衡量进行加倍或减半的操作，相当于等效平衡，平衡状态不变，平衡不移动。

但都增加1mol相当于在各增加1mol、0.5mol、1mol的基础上再增加0.5molB，从而导致平衡正向移动；都减少1mol，相当于在各减少1mol、0.5mol、1mol的基础上再减少0.5molB，从而导致平衡逆向移动。

4．（2015·广东广州模拟）在恒温时，向某密闭容器中通入2molX和1molY气体，发生如下反应：

2X（g）＋Y（g）

2Z（g），压强一定时，测得在平衡时Z的体积分数为0.4。

与上述平衡保持同温、同压，若向密闭容器中通入4molX（g）和2molY（g），达到平衡，则Z的体积分数为________；平衡时，气体的总物质的量是________。

解析：

恒温恒压下两平衡等效。

　　　2X（g）＋Y（g）

2Z（g）

起始/mol420

变化/mol2aa2a

平衡/mol4－2a2－a2a

＝0.4　a＝1

n（总）＝6mol－amol＝5mol

答案：

0.4（或40%）　5mol

反思归纳