化学平衡状态.docx

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化学平衡状态

　化学平衡状态

[学习目标定位]　1.通过溶解和结晶过程的分析，了解化学反应的可逆性。

2.通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，理解并会判断化学平衡状态的标志。

一　化学平衡状态的建立与特征

1．根据化学反应进行的程度，可分为可逆反应和不可逆反应。

判断下列反应，属于可逆反应的是①②⑤⑥⑦。

①二氧化硫的催化氧化　②氮气和氢气的化合　③水的电解　④可燃物的燃烧　⑤氨气溶于水　⑥氯气溶于水

⑦二氧化硫和水的反应　⑧三氧化硫和水的反应　⑨铁置换硫酸铜溶液中的铜

2．在一定条件下，把1molN2和3molH2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＋3H22NH3

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

3.请用速率—时间（v－t）图像表示出以上过程：

]。

1.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。

2．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。

1．在200℃时，将1molH2（g）和2molI2（g）充入到体积为VL的密闭容器中，发生反应：

I2（g）＋H2（g）2HI（g）　ΔH＝－ckJ·mol－1

（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________。

（以上均填“增大”“减小”或“不变”）

（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，反应混合物的总物质的量为__________mol。

此时放出的热量Q______（填“＝”“>”或“<”）ckJ。

答案　

（1）

mol·L－1　

mol·L－1　0　v正　v逆

（2）减小　减小　增大　减小　增大　（3）相等　3　<

解析　

（1）根据c＝

即可求出各自的浓度。

　（3）该反应为等体积反应，反应前后物质的量不变，所以混合物总物质的量仍为3mol。

因为该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于ckJ。

二　化学平衡状态的判断依据与方法

1．可逆反应达到化学平衡状态时的特征之一是v正＝v逆≠0。

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。

①单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolB

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nmolA，同时生成2nmolC

2．可逆反应达到化学平衡状态时的另一特征是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。

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。

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

化学平衡状态的判断依据

（1）正反应速率与逆反应速率相等，v正＝v逆。

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。

1．一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：

NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH＝－41.8kJ·mol，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1molSO3的同时生成1molNO2

答案　B

解析　由于该反应为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。

方法技巧　判断可逆反应达到平衡状态的方法

（1）从化学反应速率的角度判断（即v正＝v逆≠0）

有两层含义：

对于同一物质，该物质的生成速率等于其消耗速率；对于不同的物质，速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。

（2）利用“变量”与“不变量”判断

①确定反应中的“变量”，即随反应的进行而变化的量，当变量不再变化时，表明反应已达平衡状态。

而当“不变量”不变时，不能判断反应是否处于平衡状态。

②常见的变量有：

气体的颜色；对于气体体积有变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强；对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应来说，混合气体的平均相对分子质量；对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等。

应当注意，在利用

、ρ、n（总）、p（总）判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。

2．一定温度下，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1molY的同时生成2molX

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。

1．可逆反应达到化学平衡的条件是（　　）

A．逆反应停止进行

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

2．14CO2与碳在高温条件下发生反应：

14CO2＋C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有（　　）

A．14CO2B．14CO2、14CO

C．14CO2、14CO、14CD．14CO

答案　C

解析　14CO2与C反应生成14CO（正反应）的同时，逆反应14CO的分解（生成14CO2和14C）也在进行，故平衡混合物中含14C的粒子有：

14CO2、14CO、14C。

3．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2mol的CO同时生成2mol的CO2

B．两个H—O键断裂的同时有一个H—H键断裂

C．反应容器内的压强不再发生变化

D．混合气体的相对分子质量不发生变化

答案　B

解析　A项描述的反应速率都是v正，无法判断是否达到平衡；B项说明H2O的分解速率（v正）与H2的消耗速率（v逆）相等，即v正（H2O）＝v逆（H2O），能判断反应达到平衡；C项，由于该反应前后气体的物质的量不变，故压强始终不变，不能说明可逆反应达到平衡；D项，混合气体的质量不变，物质的量不变，反应前后混合气体的相对分子质量不变，故不能说明反应达到平衡状态。

4．在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A（s）＋2B（g）C（g）＋D（g），当下列物理量不再变化时，能够表明该反应已达平衡状态的是（　　）

A．混合气体的压强

B．混合气体的平均相对分子质量

C．A的物质的量浓度

D．气体的总物质的量

答案　B

解析　因反应前后气体分子数不变，故无论反应是否平衡，混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变；A为固态，其物质的量浓度为常数；若反应正向移动，混合气体的质量增加，则混合气体的平均相对分子质量变大，反之变小，故混合气体的平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡状态。

5．

（1）在一定条件下，可逆反应达到平衡状态的本质特征是

________________________________________________________________________，

下列关系中能说明反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）已经达到平衡状态的是________（填字母序号）。

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）

（2）在一定温度下的恒容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理量恒定不变：

a.各物质的浓度不变，b.平衡混合物中各组分的物质的量分数或质量分数不变，c.容器内气体压强不变，d.容器内气体密度不变，e.容器内气体颜色不变。

①能说明反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）达到平衡状态的有________；

②能说明反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）达到平衡状态的有________；

③能说明反应2NO2（g）N2O4（g）达到平衡状态的有________。

（3）已知N2O4（g）2NO2（g）　ΔH＞0，现将1molN2O4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　

（1）正反应速率与逆反应速率相等　C

（2）①abc　②abe　③abce　（3）B

解析　

（2）由于在恒容条件下发生反应，反应①②③在反应前后气体的质量不变，因此不能用气体的密度变化来判断反应是否处于化学平衡状态。

反应②是一个气体体积不变的反应，反应前后气体的压强保持不变，也不能用压强的变化来判断反应是否处于平衡状态。

①中无有色气体，因此不能用气体的颜色变化来判断反应是否处于平衡状态。

（3）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。

[基础过关]

题组1　可逆反应、化学平衡状态的建立与特征

1．下列反应中，属于可逆反应的是（　　）

①N2＋3H2

2NH3,2NH3

3H2＋N2

②2NaHCO3

Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑，Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3

③CH3CH2OH

CH2===CH2↑＋H2O，

CH2===CH2＋H—OH

CH3CH2OH

④2Na＋Cl2

2NaCl,2NaCl

2Na＋Cl2↑

A．只有①B．①②③

C．①②③④D．①③④

答案　A

解析　可逆反应是指在同一条件下既向正反应方向进行，又向逆反应方向进行的反应，符合此条件的只有①。

2．在一定条件下，某容器中充入N2和H2合成NH3，以下叙述错误的是（　　）

A．开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零

B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零

C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定

D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定

答案　B

解析　化学平衡建立过程中，反应物浓度逐渐减小，故正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，故逆反应速率逐渐增大，当二者相等时达平衡状态，但都不为零。

3．一定条件下，将A、B、C三种物质各1mol通入一个密闭容器中发生反应：

2A＋B2C，达到平衡时，B的物质的量可能是（　　）

A．1.5molB．1mol

C．0.5molD．0

答案　B

解析　可逆反应不能进行彻底，若反应正向进行彻底，则剩余B0.5mol；若反应逆向进行彻底，则剩余B1.5mol。

故平衡时，0.5mol

题组2　化学平衡状态的标志

4．下列说法中，可以证明反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）已达到平衡状态的是（　　）

A．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成

B．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键断裂

C．3个H—H键形成的同时，有6个N—H键断裂

D．1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成

答案　A

解析　B项，指的是正反应速率；C项，指的是逆反应速率；D项，指的是正反应速率。

5．可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（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。

下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是（　　）

A．av正（A）＝bv正（B）

B．bv正（A）＝av逆（B）

C．av正（C）＝cv正（A）

D．av正（A）＝bv逆（B）

答案　B

解析　当正反应速率等于逆反应速率时，可逆反应达到平衡状态。

正、逆反应速率相等有以下几种表现形式：

①若用同一物质表示：

v正＝v逆；②若用不同物质表示v逆∶v正＝化学方程式中的化学计量数之比。

根据化学方程式中A、B、C间的计量关系，可知上述四个选项中，只有bv正（A）＝av逆（B）表示正、逆反应速率相等。

6．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xmolNO的同时，消耗xmolNH3，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：

2v正（NH3）＝3v正（H2O）

答案　A

解析　A项，表明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；B项，任何情况下消耗xmolNH3，必生成xmolNO；C项，减压时，正、逆反应速率均减小；D项，反应速率关系应为3v正（NH3）＝2v正（H2O）。

7．可逆反应：

2NO22NO＋O2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nmolO2的同时生成2nmolNO2

②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO

③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为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．①④⑥⑦B．②③⑤⑦

C．①③④⑤D．全部

答案　A

解析　依据v正＝v逆≠0判断：

①单位时间内生成nmolO2的同时必消耗2nmolNO2，①能说明反应已达平衡；②描述均是正方向，无法判断；③无论反应是否达平衡，均有此关系；④NO2为红棕色的气体，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；这是一个不等体反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡状态。

8．在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qQ（g）（m、n、p、q为任意整数）达到平衡时的标志是（　　）

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各组分的质量分数不再改变　⑤反应速率vA∶vB∶vC∶vQ＝m∶n∶p∶q　⑥单位时间内mmolA断键的同时有pmolC也断键

A．③④⑤⑥B．①③④⑤

C．②③④⑥D．①③④⑥

答案　C

解析　由于m、n、p、q的关系未知，所以压强不变不能作为平衡的标志；在整个平衡建立过程中，速率之比均等于化学计量数之比。

9．一定条件下，在恒容密闭容器中，能表示反应X（g）＋2Y（g）2Z（g）一定达到化学平衡状态的是（　　）

①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2　②X、Y、Z的浓度不再发生变化　③容器中的压强不再发生变化　④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolY

A．①②B．①④C．②③D．③④

答案　C

解析　①X、Y、Z的物质的量之比等于其化学计量数之比，不能说明反应已达到平衡状态；④中关系说明v逆＞v正，反应没有达到平衡。

10．在一定条件下，将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：

3A（g）＋B（g）xC（g）＋2D（g）。

2min末该反应达到平衡，生成0.8molD，并测得C的浓度为0.2mol·L－1。

下列判断错误的是（　　）

A．x＝1

B．2min内A的反应速率为0.3mol·L－1·min－1

C．B的转化率为50%

D．若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应达到平衡状态

答案　C

解析　　　　　3A（g）＋B（g）xC（g）＋2D（g）

3100

3aaxa2a

平衡（mol）3－3a1－axa2a

由题意得：

2a＝0.8mol，a＝0.4mol。

＝0.2mol·L－1，x＝1，A正确；B项，v（A）＝

＝

＝0.3mol·L－1·min－1；C项，α（B）＝

×100%＝40%；D项，由于气体的总物质的量只有在平衡时才保持不变，所以平均相对分子质量不变能说明该反应达到平衡状态。

[能力提升]

11．在地壳中SiO2和HF存在以下平衡：

SiO2（s）＋4HF（g）SiF4（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－148.9kJ·mol－1

（1）如果该反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时________（填字母）。

a．2v正（HF）＝v逆（H2O）

b．v（H2O）＝2v（SiF4）

c．SiO2的质量保持不变

d．反应物不再转化为生成物

（2）若反应容器容积为2.0L，反应时间8.0min，容器内气体的密度增大了0.12g·L－1，在这段时间内HF的平均反应速率为____________________。

答案　

（1）bc　

（2）0.0010mol·L－1·min－1

解析　

（1）平衡时，a项，v正（HF）＝2v逆（H2O），错误；d项，反应继续进行，只是转化的生成物与分解的生成物相等，并不是不再转化，错误。

（2）密度增大了0.12g·L－1，说明质量增加了0.24g，根据差量法可知增加的质量相当于SiO2的质量，即为0.24gSiO2，其物质的量为0.004mol，则转化的HF为0.016mol，HF的反应速率为

＝0.0010mol·L－1·min－1。

12．在2L密闭容器内，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）　ΔH＜0，n（NO）随时间的变化如下表：

时间/s

0

1

2

3

4

5

n（NO）/mol

0.020

0.010

0.008

0.007

0.007

0.007

（1）下图中表示NO2的变化的曲线是________。

用O2表示从0～2s内该反应的平均速率v＝______。

（2）能说明该反应已达到平衡状态的是________（填字母）。

A．v（NO2）＝2v（O2）

B．容器内压强保持不变

C．v逆（NO）＝2v正（O2）

D．容器内密度保持不变

答案　

（1）b　1.5×10－3mol·L－1·s－1　

（2）BC

解析　

（1）该反应达到平衡时，n（NO）＝0.007mol，此时n（NO2）＝0.013mol，其浓度变化量为0.0065mol·L－1，所以表示NO2的变化曲线是b；0～2s内v（NO）＝

＝0.003mol·L－1·s－1，则v（O2）＝

v（NO）＝

×0.003mol·L－1·s－1＝1.5×10－3mol·L－1·s－1。

（2）中A表示的是同一方向的速率，在任何时候都成立，而D中容器的体积及气体的总质量都不变，气体的密度也始终不变。

13．一定温度下，在10L密闭容器中加入5molSO2和3molO2，发生反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），10min时，反应达到平衡状态，此时有3molSO2发生了反应。

（1）反应生成了________molSO3，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　0.03mol·L－1·min－1

（2）0.3mol·L－1　60%

（3）6.5　（4）①③④

解析　n（SO2）＝

＝

＝0.03mol·L－1·min－1

2SO2　　＋　　O2　　2SO3

开始：

5mol3mol0

变化：

3mol1.5mol3mol

平衡：

2mol1.5mol3mol

则平衡时SO3的浓度为

＝0.3mol·L－1，SO2的转化率为

×100%＝60%，平衡时混合气体的总物质的量为2mol＋1.5mol＋3mol＝6.5mol。

（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。

14．某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度，在一定条件下会达到“平衡状态”。

取5mL0.1mol·L－1KI溶液于试管中，滴加0.1mol·L－1FeCl3溶液2mL，发生如下反应：

2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2。

为证明该反应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验：

①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀（AgI），证明反应物没有反应完全；

②再取少量反应液，加入少量CCl4振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到了I2，即有I2生成。

综合①②的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。

（1）老师指出他们上述实验中①不合理，你认为他的理由是____________________

________________________________________________________________________；

改进的方法是____________________________________________。

（2）有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是____________________