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必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度学案
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这是一份必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度学案，共21页。学案主要包含了新知学习，知识进阶，问题探究，知识归纳总结，效果检测等内容，欢迎下载使用。
高一化学同步学习高效学讲练（自主学案）
第六章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率与限度
第2课时 化学反应的限度
课程学习目标
1．通过对化学反应限度的学习，了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
2．通过对化学反应限度的学习，能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
3．能从化学反应快慢和限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象，了解化学反应条件的控制。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观角度认识化学反应的限度，能够判断化学反应是否达到平衡状态。
变化观念与平衡思想：形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对速率和化学平衡的影响，能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素。能从质量守恒，并运用动态平衡的观点看待和分析化学变化。
证据推理与模型认知：能理解、描述和表示化学平衡模型，并运用于理论模型解释或推测可逆反应的变化。
【新知学习】
一.可逆反应：
1.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。
2.特征：三同： 相同条件 ， 正、逆反应同时进行 ， 反应物、生成物同时存在 ；
反应不能进行完全，即任一反应物的转化率均 小于 100%。
3.表示：化学方程式中用 “⇌” 表示。
4.很多化学反应在进行时都有一定的可逆性，不同反应的可逆性不同，有些化学反应在同一条件下可逆程度很小，如 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑，视为“不可逆”反应。
典型的可逆反应有：
H2+I2⇌2HI ， 2SO2+O2⇌2SO3 ，
SO2+H2O⇌H2SO3 ， NH3+H2O⇌NH3﹒H2O 等。
二.化学反应的限度
1.化学反应平衡状态
（1）化学平衡的建立：
如在可逆反应2SO2+O22SO3中，反应进行之初SO2和O2的起始浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，此时正反应速率v正 最大 ，逆反应速率v逆 为零 。
反应过程中，反应物浓度 逐渐减小 ，正反应速率 逐渐减小 ；生成物浓度 逐渐增大 ，逆反应速率 逐渐增大 。最终在时刻t时反应物浓度不再 改变 ，生成物浓度不再 改变 。正反应速率和逆反应速率 相等 。反应是否停止？ 反应并没有停止，动态平衡 。
（2）含义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率 相等 ，反应物和生产物的浓度 不在改变 ，此反应达到一种 表面静止 状态，我们称为 化学平衡状态 。
2.化学平衡的特征：
（1）逆：即化学平衡的研究对象是 可逆反应 。
（2）动：即化学平衡是一种 动态平衡 ，即 v正＝v逆≠0 ，反应并未 停止 。
（3）等：即v正 ＝ v逆，同一物质的消耗速率与生成速率 相等 。
（4）定：在达化学平衡的混合体系中，各组成成分的浓度 保持不变 ，各组分的百分含量保持不变 。
（5）变：化学平衡是在 一定条件 下的平衡，当外界条件改变时，化学平衡可能会发生 变化
【总结】
化学平衡状态时可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。
三．化学反应条件的控制
1．目的：
——促进有利反应———
2．化工生产中反应条件的调控：
(1)考虑因素：
化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的__成本__和__实际可能性__。
(2)实例——合成氨生产条件的选择：
——400～500 ℃—
—10～30 MPa—
【知识进阶】
一．化学反应(限度)平衡状态的理解和判断
【问题探究】
某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s)，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？
不能。D是固体，反应前后气体的物质的量不变，由于容器的体积不变，故气体的压强始终不变，因此压强不再改变，不能表明该反应已达到平衡状态。
【知识归纳总结】
1．化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即：
逆 —化学平衡研究的对象是可逆反应
等 —达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
动 —化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
定 —达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间变化而变化
变 —外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡状态
2．化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)三关注：
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)一等一不变：
—
|
—
【典例1】一定温度下，固定容积的密闭容器，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，达到化学平衡状态的标志是( )
①n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)＝2∶1∶2 ②SO2的浓度不再发生变化 ③容器中的压强不变 ④单位时间内生成n mol SO3，同时生成2n mol O2 ⑤混合气体的平均相对分子质量不变
A．①④⑤ B．①②④
C．②③⑤ D．①③⑤
【答案】C
【解析】
达到化学平衡状态的标志：正反应速率等于逆反应速率，平衡时混合物中各组成成分的含量不变。反应体系中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2，仅仅是反应过程中的一种可能，因此不能作为判断平衡状态的依据，①错误；SO2的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态，②正确；对于反应前后体积变化的反应，容器内压强不再发生变化，说明反应达到平衡状态，③正确；单位时间内生成n mol SO3，同时生成2n mol O2，不满足反应速率之比等于相应的化学计量数之比，没有达到平衡状态，④错误；混合气体的质量不变，若未达平衡状态则总物质的量发生变化，因此混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，⑤正确。
（变式训练1）在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到反应限度的标志是( )
A．容器内气体的总压强不随时间变化而变化
B．A2和B2物质的量之和与AB的物质的量相等
C．c(A2)∶c(B2)∶c(AB)＝1∶1∶2
D．A2、B2和AB的物质的量不再改变
【答案】D
【解析】
该反应前后气体的化学计量数相等，气体的总压强为“不变量”，所以容器内气体的总压强不随时间变化而变化不能说明达到反应限度，A错误；反应是否达到反应限度，与A2、B2的物质的量之和是否与AB的物质的量相等无关，B错误；反应是否达到反应限度与各物质的浓度之比无关，C错误；A2、B2和AB的物质的量不再变化，说明反应达到化学平衡状态，即达到反应限度，D正确。
二．化学反应速率与限度的图像题解题通法
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像的形式出现在平面直角坐标系中，可能出现反应物的物质的量、浓度、压强、时间等因素。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三步来分析。
(1)“一看”——看图像
①看面，弄清楚横、纵轴所表示的含义；
②看线，弄清楚线的走向和变化趋势；
③看点，弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的折点、交点、最高点、最低点等；
④看辅助线，作横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)；
⑤看量的变化，弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化，还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时，外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
(3)“三判断”
利用有关规律，结合图像，通过对比分析，作出正确判断。
【典例2】在温度和容积不变的密闭容器中，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图所示，则下列叙述正确的是( )
A．该反应的化学方程式是A(g)＋3B(g)2C(g)
B．达到t1 s时该反应已停止
C．(t1＋10) s时，升高温度，正、逆反应速率加快
D．若该反应在绝热容器中进行，也在t1 s时达到平衡
【答案】C
【解析】
A项，从开始到t1 s，A的浓度减小了0.8－0.2＝0.6 (mol·L－1)，B的浓度减小了0.5－0.3＝0.2 (mol·L－1)，C的浓度增大了0.4－0＝0.4 (mol·L－1)，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)，错误；B项，t1 s时，反应达到平衡状态，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，错误；C项，升高温度，正、逆反应速率均加快，正确；D项，若该反应在绝热容器中进行，随反应的进行温度会发生变化，反应速率也会发生变化，不会在t1 s时达到平衡，错误。
（变式训练2）（2021·沭阳县修远中学高一月考）下图是可逆反应X2(g)＋3Y2(g)⇌2Z2(g)在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是( )
A．t1时刻，v正＞0，v逆=0
B．t1～t2，X2的消耗速率小于X2的生成速率
C．t2～t3，反应不再发生
D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化
【答案】D
【详解】
A．t1时，v正＞v逆＞0，A项错误；
B．由于t1～t2时，反应物X2与Y2物质的量逐渐减少至t2时刻保持不变，X2的消耗速率大于X2的生成速率，B项错误；
C．t2～t3达平衡状态，v正=v逆≠0，C项错误；
D．t2～t3达平衡状态，各物质的浓度不再发生变化，D项正确；
答案选D。
【效果检测】
1．下列说法错误的是
A．任何化学反应都有一定的限度，只是不同反应的限度不同罢了
B．化学反应的限度可以通过改变条件而改变，如浓度、温度和压强
C．可逆反应是指同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可向逆反应方向进行的反应
D．当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应就停止了
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A． 任何化学反应都有一定的限度，但化学反应不同、限度不同，A正确；
B． 当一定条件下可逆反应处于平衡状态、达到该条件下的最大限度，但是通过改变条件如浓度、温度和压强，可以使正逆反应速率不再相等、限度随之改变，B正确；
C． 可逆反应是指同一条件下，正反应方和逆反应同时进行的反应，C正确；
D． 当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应仍在进行、只不过在该条件下反应达到了最大限度、处于平衡状态，D错误；
答案选D。
2．下列说法错误的是
A．水的生成与电解是可逆反应
B．温度升高，正、逆反应速率都增大
C．化学反应的速率和限度均可通过改变化学反应条件来改变
D．化学反应达到平衡状态时，正反应速率与逆反应速率相等
【答案】A
【解析】
【详解】
A．H2与O2在点燃条件下发生反应生成水，电解水生成H2与O2，两个反应条件不同，因此水的生成与电解不能互为可逆反应，A错误；
B．温度升高，物质的内能增加，活化分子数百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增加，正、逆反应速率都增大，B正确；
C．影响化学反应的外界条件有温度、浓度、压强、催化剂等，因此可以通过化学反应条件来改变化学反应的速率；化学反应限度是在一定条件下的进行的，因此化学反应限度在在一定条件下的限度，若外界条件发生改变，化学反应限度被破坏，就会建立新条件的新的化学反应限度，故反应限度也可通过改变化学反应条件来改变，C正确；
D．化学反应达到平衡状态时，任何物质的浓度不再发生变化，则用同一物质表示的正反应速率与逆反应速率相等，D正确；
故合理选项是A。
3．（2021·河北·沧州市一中高一开学考试）化学反应在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是
A．无限延长化学反应的时间能改变化学反应的限度
B．、、的物质的量比1：2：2时达到平衡状态
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
D．若开始加入和，达到化学平衡时核素存在于三种物质中
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．化学反应的限度和反应时间无关，A错误；
B．、、的物质的量不再发生改变时，达到平衡状态，B错误；
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，化学平衡为动态平衡，化学反应速率不为零，C错误；
D．若开始加入和，根据化学平衡的特点可知道平衡时核素存在于三种物质中，D正确；
答案为：D。
4．（2021·甘肃·张掖市第二中学高一阶段练习）在密闭容器中进行如下反应：X2(g)+Y2(g)⇌2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol•L﹣1、0.3mol•L﹣1、0.2mol•L﹣1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是
A．Y2为0.2mol•L﹣1 B．Y2为0.35mol•L﹣1
C．X2为0.2mol•L﹣1 D．Z为0.4mol•L﹣1
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
若反应向正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最小，Z的浓度最大，假定完全反应，则：
若反应逆正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最大，Z的浓度最小，假定完全反应，则：
由于为可逆反应，物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0＜c(X2)＜0.2，0.2＜c(Y2)＜0.4，0＜c(Z)＜0.4，故B正确、ACD错误。
故选：B。
5．（2021·云南·昆明八中高一期中）一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：。当、、、的浓度不再变化时，下列说法正确的是
A．和全部转化为和
B．该反应已达到化学平衡
C．正、逆反应速率相等且等于零
D．、、、的浓度一定相等
【答案】B
【解析】
【详解】
A．可逆反应有限度，转化率不可能为100%，故A错误；
B．该反应是可逆反应，、、、的浓度不再变化时，说明达到平衡状态，故B正确；
C．根据B分析可知该反应达到平衡，正、逆反应速率相等但不等于零，故C错误；
D．、、、的浓度不再变化时，但浓度不一定相等，故D错误；
综上所述，答案为B。
6．（2021·广东·广州市第八十九中学高一期中）在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：的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，当反应达平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.4mol/L B．SO2为0.3mol/L
C．SO2、SO3均为0.15mol/lL D．SO3为0.4mol/L
【答案】B
【解析】
【分析】
假设该反应完全转化，列三段式
因为反应为可逆反应，则SO2的浓度范围为0
A．SO2为0.4mol/L ，SO2浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO3完全反应，则SO2的浓度为0.4mol/L，三氧化硫不可能完全转化，A错误；
B．SO2为0.3mol/L，SO2的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO3完全反应，则SO2的浓度为0.4mol/L，SO3不会完全反应，实际浓度为0.3mol/L小于0.4mol/L，B正确；
C．反应物、生产物的浓度不可能同时减小，只能一个减小，另一个增大，C错误；
D．SO3为0.4mol/L，SO3的浓度增大，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若二氧化硫和氧气完全反应，SO3的浓度为0.4mol/L，达到平衡的实际浓度应该小于0.4mol/L，D错误；
故选B。
7．（2021·黑龙江·齐齐哈尔市教育局高一期末）某温度下的恒容密闭容器中，发生反应：A(s)+2B(g) C(g)+D(g)。下列哪些物理量不再发生变化时，表明该反应已达到平衡状态
①混合气体的密度 ②混合气体的压强 ③A的质量 ④气体的总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量
A．①②③ B．②③⑤ C．①③⑤ D．①③④⑤
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
①反应物中A的状态是固体，若混合气体的密度不变，则说明反应已经达到平衡状态，①符合题意；
②该反应的反应前后气体的物质的量不变，反应在恒温、恒容密闭容器中进行，若混合气体的压强不变，则不能说明反应已经达到了平衡状态，②不符合题意；
③反应物A是固体，若其质量发生改变，说明反应未达到平衡状态，若A的质量不变，则反应达到平衡状态，③符合题意；
④该反应是反应前后气体的物质的量不变的反应，因此不能根据气体的总物质的量不变判断反应是否已经达到平衡状态，④不符合题意；
⑤该反应的反应前后气体的物质的量不变。由于反应物A是固体，若反应未达到平衡状态，则气体的质量会发生改变，气体的平均相对分子质量也会发生改变，因此若混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应已经达到平衡状态，⑤符合题意；
故表明该反应已达到平衡状态的叙述是①③⑤，故合理选项是C。
8．（2021·浙江·宁波市北仑中学高一期中）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。下列有关说法正确的是
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，正反应和逆反应的速率都不为零
D．达到化学平衡时，转移的电子为6 mol
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．N2和H2合成氨气的反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，因此达到化学平衡时，N2不可能完全转化为NH3，A错误；
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度可能相等，也可能不相等，这取决于反应条件，B错误；
C．化学平衡为动态平衡，此时任何物质的消耗速率与产生速率相等，但都不为0，C正确；
D．若1 mol N2和3 mol H2完全反应产生NH3，反应会转移6 mol电子，但该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，故反应达到化学平衡时，转移的电子的物质的量小于6 mol，D错误；
故合理选项是C。
9．（2021·吉林·乾安县第四中学高一期中）一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是
A．该反应的化学方程式为3B+4D⇌6A+2C
B．反应进行到1 s时，v(A)=v(C)
C．反应从开始到6 s的时间内，B的平均反应速率为0.05 mol·L-1·s-1
D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．从图像分析，达到平衡时B、C物质质量分别较少0.6mol、0.8mol，A、D物质增加1.2 mol、0.4mol，各物质物质的量变量比值是B:C:A:D=3:4:6:2，故该反应的化学方程式为3B+4C ⇌6A+2D ，A错误；
B．反应进行到1 s时，v(A)＝ ，v(C)＝，不相等，B错误；
C．反应从开始到6 s的时间内，B的平均反应速率为，C正确；
D．反应进行到6 s时，反应达到平衡状态，各物质的正逆反应速率相等，同向反应速率之比等于系数之比，D错误；
故选C。
10．硫酸是一种重要的化工产品，目前的重要生产方法是“接触法”，反应原理为：2SO2+O22SO3，已知该反应为放热反应。则下列说法正确的是
A．只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为零
C．由反应可知，2mol SO2的能量大于2mol SO3的能量
D．工业在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
【答案】D
【解析】
A．因为为可逆反应，所以尽管选择适宜的条件，SO2和O2也不能全部转化为SO3，故A错误；
B．达到平衡后，反应没有停止了，只是正、逆反应速率相等但并不为零，故B错误；
C．因为为放热反应，由反应可知，2mol SO2和1mol O2的总能量大于2mol SO3的总能量，故C错误；
D．工业在利用上述反应生产三氧化硫时，为了提高产率和效率，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题，故D正确；
故答案：D。
11．（2021·江苏·东海县教育局教研室高一期中）一定条件下，等物质的量的和在容积为的恒容密闭容器中发生如下反应：图表示该反应过程中的物质的量随反应时间()的变化。下列叙述正确的是
A．当反应达到平衡时，的转化率为
B．内反应的平均速率为
C．末的物质的量浓度为
D．点对应的化学反应速率：
【答案】A
【解析】
A．根据图示，当反应达到平衡时，氮气的物质的量由5mol变为2mol，和的投料相等，则的转化率为，故A正确；
B．内氮气的物质的量由5mol变为4mol，反应的平均速率为，故B错误；
C．内消耗1mol氮气，末的物质的量是2mol，NO的浓度为 ，故C错误；
D．点反应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，对应的化学反应速率：，故D错误；
选A。
12．（2021·江西省崇义中学高一期中）一定温度和压强不变的条件下，发生可逆反应：A(g)＋3B(g) ⇌ 4C(g)，下列叙述能作为该反应达到平衡状态的标志的是
①混合气体的平均摩尔质量不再变化 ②v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶3∶4
③A、B、C的浓度不再变化 ④C的体积分数不再变化
⑤A、B、C的分子数之比为1∶3∶4 ⑥混合气体的密度不再变化
⑦单位时间消耗a mol A，同时生成3a mol B
A．②③④⑤⑥⑦ B．③④⑦
C．③④⑥⑦ D．①③⑤⑥⑦
【答案】B
【解析】
①反应前后气体体积不变，气体物质的量不变，质量守恒，所以混合气体的摩尔质量始终不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，①错误；
②在任何情况下速率之比等于化学计量数之比，不能说明正、逆反应速率相等，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，②错误；
③当混合气体中各组分浓度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；
④C的体积分数不变，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，④正确；
⑤平衡时各物质的分子数之比，决定于开始加入物质的多少和反应程度，与平衡状态无关，⑤错误；
⑥混合气体质量守恒，体积不变，密度始终不变,所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，⑥错误；
⑦消耗a mol A，同时生成3a mol B，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，⑦正确；
可见能够判断反应达到平衡状态的叙述是③④⑦，故合理选项是B。
13．（2022·四川南充·高一期末）一定温度下，向一恒容密闭容器中充入和，在催化剂作用下发生反比应：，下列有关说法错误的是
A．温度升高，可以加快反应速率
B．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率
C．达到化学平衡时，生成的物质的量为
D．若单位时间内消耗，同时生成，则反应达到平衡状态
【答案】C
【解析】
A．升高温度，可以加快反应速率，A正确；
B．使用催化剂是为了加快反应速率，缩短到达平衡所需要的时间，提高生产效率，B正确；
C．达到化学平衡时，由于转化率不可能是100%，因此生成的物质的量小于，C错误；
D．若单位时间内消耗，同时生成，说明正逆反应速率相等，则反应达到平衡状态，D正确；
答案选C。
14．空气中久置的铝片5.0g投入盛有50mL0.5mol/L硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率v与反应时间t可用如图所示的曲线来表示。下列推论错误的是
A．0→a段不产生氢气是因为表面的氧化物隔离了铝和硫酸溶液
B．b→c段产生氢气的速率增加较快的主要原因之一是温度升高
C．t=c时反应处于平衡状态，产率最大
D．t＞c时，产生氢气的速率降低主要是因为溶液中c(H+)降低
【答案】C
【解析】
【分析】
由图可知，开始不生成氢气，为氧化铝与硫酸的反应，然后Al与硫酸反应生成氢气，开始温度较低，由于反应放热，则温度升高反应速率加快，后来，氢离子浓度减小，则反应速率减小；
【详解】
A．因铝的表面有一层致密的Al2O3能与硫酸反应得到盐和水，无氢气放出，发生的反应为Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O，故A正确；
B．在反应过程中，浓度减小，反应速率减小，但反应放热，溶液温度升高，反应速率加快，且后者为主要因素，故B正确；
C．t=c时反应反应没有停止，继续生成氢气，则产率不最大，故C错误；
D．随着反应的进行，溶液中的氢离子浓度逐渐降低，所以反应速率逐渐减小，故D正确；
故选：C。
15．（2022·浙江金华第一中学高一期末）甲烷消除NO2的污染原理为：。在一定温度下，向恒容密闭容器中充入一定量的CH4和NO2进行上述反应。下列表述能用来判断该反应达到化学平衡状态的是
A．v正(CH4)=2v逆(NO2)
B．容器中混合气体的平均密度不再变化
C．容器中混合气体的平均摩尔质量不再发生变化
D．单位时间内，消耗1molCH4同时生成1molCO2
【答案】C
【解析】
A．v正(CH4)=2v逆(NO2)不满足化学计量数关系，说明没有达到平衡状态，故A不选；
B．该反应前后都是气体，气体总质量、容器容积为定值，则混合气体密度始终不变，因不能根据混合气体密度判断平衡状态 ，故B不选；
C．该反应为正向是气体体积增大的反应，气体的平均摩尔质量为变量，当容器中混合气体平均摩尔质量不再发生变化时，表明正逆反应速率相等，达到平衡状态 ，故C选；
D．单位时间内，消耗1molCH4同时生成1molCO2 ，表示的都是正反应速率，无法判断是否达到平衡状态，故D不选；
故选：C。
16．（2021·北京·人大附中高一期中）固体界面上强酸的吸附和离解是名相化学在环境、材料科学等领域研究的重要课题。如图为少量HCl气体分子在冰表面吸附和溶解过程的示意图，下列叙述错误的是
A．HCl是强电解质
B．冰表面第一层中，HCl以分子形式存在
C．冰表面第二层中，HCl电离出H+和Cl-
D．冰表面各层中均存在HCl
【答案】D
【解析】
【详解】
A．水溶液中或熔融状态下完全电离的电解质为强电解质，HCl第二层中能完全电离，为强电解质，故A正确；
B．由图可知，冰表面第一层中存在HCl分子，则HCl以分子形式存在，故B正确；
C．冰表面第二层中，存在HCl气体分子在冰表面吸附和溶解过程，HCl电离出H+和Cl﹣，故C正确；
D．由图可知，第二层存在HCl气体分子在冰表面吸附和溶解过程，不存在HCl分子，故D错误；
故选D。
【点睛】
本题考查溶解平衡，为高频考点，把握分子构成、强电解质概念、溶解平衡为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度不大。
17．在恒温2L密闭容器中通入气体X并发生反应：2X(g)⇌Y(g) ΔH<0，X的物质的量n(x)随时间t变化的曲线如图所示(图中两曲线分别代表有无催化剂的情形)
(1)下列措施不能提高反应速率的是_______。
A．升高温度 B．加入适量X C．增大压强 D．及时分离出Y
(2)反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=_______，X的转化率为_______；
(3)图中c点对应的速率关系是v(正)_______v(逆) (填“大于”“小于”或“等于”)；
(4)反应进行到a点时放出的热量_______反应进行到b点时放出的热量(填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】(1)D (2) 0.005 mol·(L·min)-1 25% (3)等于 (4)小于
【解析】
(1)
对于反应2X(g) Y(g)来说：
A．升高温度，化学反应速率加快，A项错误；
B． 加入适量X，增大了X的浓度，化学反应速率加快，B项错误；
C． 增大压强，化学反应速率加快，C项错误；
D． 及时分离出Y，减小Y的浓度，化学反应速率减慢，D项正确；
故答案为：D。
(2)反应从开始到a点，X的物质的量减少0.4mol-0.3mol=0.1mol，则=0.01 mol·(L·min)-1，根据反应的计量数可以看出，v(Y)＝ v(X)＝0.005 mol·(L·min)-1；X的转化率为。
(3)c点反应达到限度，处于化学平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，即v(正)等于v(逆)。
(4)消耗X越多，反应放出的热量越多，反应进行到a点时消耗的X小于反应进行到b点时的，则反应进行到a点时放出的热量小于反应进行到b点时放出的热量。
18．（2021·甘肃·庆阳第六中学高一期末）将一定质量的H2和N2混合物通入2L密闭容器中发生反应N2+3H22NH3，5min后N2的减少了1mol。回答下列问题：
(1)N2的物质的量浓度变化是___________mol/L。
(2)H2的物质的量变化是___________mol。
(3)从开始到5min时NH3的平均反应速率是___________mol/(L▪min)。
(4)下列措施能加快该化学反应速率的是___________
A．升高温度 B．降低温度 C．通入N2 D．增大容器体积
(5)下列叙述说明反应已经达到化学平衡状态的是___________
A．混合气体的总物质的量不再变化 B．容器内原子总数不再变化 C．NH3的浓度不再变化
D．混合气体的密度不再变化 E.混合气体中各组分的体积分数不再变化
【答案】(1)0.5 (2)3 (3)0.2 (4)AC (5)ACE
【解析】
【分析】
依题意有，
。
(1)N2的物质的量浓度变化是 ；
(2)H2的物质的量变化是1×3=3mol；
(3)从开始到5min时NH3的平均反应速率是
(4)温度越高反应速率越快、反应物浓度越大反应速率越快，增大容器体积则较小了各物质的浓度，所以AC均符合题意，；
(5)某个量在反应过程中发生了改变，当其不变时则可判断反应达到了平衡状态。对于该反应：
A.混合气体的总物质的量随反应正向进行而较小，发生改变；
B.容器内原子总数一直保持不变；
C.NH3的浓度随反应正向进行而增大，发生改变；
D.混合气体的密度因气体总质量和容器体积均不变而一直保持不变；
E.混合气体中各组分的体积分数随反应进行而改变；
故可说明反应已经达到化学平衡状态的是ACE。
19．（2021·湖南·江永县第三中学高一期中）化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。某温度下在4L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
(1)该反应的化学方程式是_______。
(2)该反应在第_______min达到了化学平衡状态。此时X的浓度C(X)=_______。
(3)2min时，用Y的浓度表示反应的平均速率v(Y)=_______，此时正反应速率_______逆反应速率(填>、＜或=)。
(4)该反应达到平衡状态的标志是_______(填字母)。
A．Y的体积分数在混合气体中保持不变
B．X、Y的反应速率比为3∶1
C．容器内气体压强保持不变
D．容器内气体的总质量保持不变
E.生成1molY的同时消耗2molZ
(5)2min内Y的转化率为_______。
【答案】(1)
(2) 5
(3) >
(4)A C
(5)
【解析】
【分析】
从图像分析，反应物是X、Y，生成物是Z，5min达到平衡时的改变量分别是0.6mol、0.2mol、0.4mol。
(1)改变量之比等于化学计量数之比，该反应的化学方程式是。
(2)反应体系各物质的百分含量保持不变时，即达到平衡状态，从图像分析，该反应在第5min达到了化学平衡状态；此时X的浓度C(X)= 。
(3)2min时，用Y的浓度表示反应的平均速率v(Y)= ；此时反应还没达到平衡状态，还要向正反应方向进行，故正反应速率大于逆反应速率。
(4)当反应过程中发生改变的量保持不变时即达到平衡状态。该反应前后气体物质系数之和减少了。A项，Y的体积分数在混合气体中随反应过程的改变而改变，保持不变时即达到平衡状态；B项，X、Y的反应速率比等于化学计量数比，反应过程一直是3∶1，不能用作平衡的判断依据；C项，器内气体压强随着正向进行减小，逆向进行增大，保持不变时即达平衡状态；D项，反应物和生成物都是气体，根据质量守恒，容器内气体的总质量一直都不变，不能作为判断依据；E项，生成Y和消耗Z均指逆反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，不是平衡状态的标志。故符合题意的是A C。
(5)由图中可知，Y的起始物质的量是1.0mol，2min时Y的物质的量是0.9mol，转化率为 。
20．（2021·河南信阳·高一期末）I.甲烷(CH4)是一种清洁燃料，也是一种重要的化工原料，已知部分共价键的键能如下表所示：
化学键
C-H
H-O
CO
H-H
键能/(kJ∙mol-1)
415
463
1076
436
请回答下列问题：
(1)由CH4(g)和H2O(g)合成1molCO(g)和3molH2(g)_______(填“吸收”或“放出”)的热量为_______kJ；请用电子式表示H2O的形成过程：_______。
(2)T℃下，在起始容积为2L的恒压密闭容器中通入1molCH4(g)和1molH2O(g)发生反应：CH4(g)+H2O(g)⇌ CO(g)+3H2(g)。若达平衡状态时容器体积变为起始体积的1.5倍，则达平衡时CH4的转化率为_______，CO的体积分数为_______(计算结果保留一位小数)。
II.将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。
(3)下列能判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是_______(填选项)；
A．密闭容器中氨气的物质的量不变 B．2v正(NH3)=v逆(CO2)
C．容器中NH3的体积分数保持不变 D．密闭容器中总压强保持不变
(4)能使该反应的反应速率增大的是_______(填选项)
A．及时分离出CO2气体 B．适当升高温度
C．加入少量NH2COONH4(s) D．选择高效催化剂
【答案】(1) 吸收 202
(2) 50% 0.2 (3)AD (4)BD
【解析】
【分析】
(1)CH4(g)和H2O(g)合成1molCO(g)和3molH2(g)反应热ΔH=415×4+463×2-1076-436×3=202 kJ/mol，即吸收了202 kJ的热量；H2O的形成过程：。
(2)T℃下，恒压密闭容器中，气体物质的体积比等于物质的量比，设达平衡状态时CH4转化了mol，则
CH4(g)+H2O(g)⇌ CO(g)+3H2(g)
起始(mol) 1 1 0 0
转化(mol) 3
平衡(mol) 1- 1- 3
衡状态时容器体积变为起始体积的1.5倍，则有 =1.5，解得=0.5，平衡时CH4的转化率=×100% =50%，CO的体积分数= =≈0.2 。
(3)密闭容器中氨气的物质的量随反应正向进行而增加，随反应逆向进行而较少，当其不变即可判断反应达到平衡，A项符合题意；由2v正(NH3)=v逆(CO2)得到v正(NH3): v逆(CO2)=1:2，与化学计量数之比不等，正逆反应速率不等，B项不能判断该分解反应已经达到化学平衡状态；该反应体系中只有生成物是气态物质，且只置固态反应物于密闭容器中，生成物NH3 和CO2的比值是固定值，容器中NH3的体积分数一直不变，但容器中总压强随反应正向进行而增加，随反应逆向进行而较少，故C项不能判断该分解反应已经达到化学平衡状态，D项可以。故答案选择AD。
(4)欲使该反应的反应速率增大，可采用适当升高温度、选择高效催化剂等方法；分离出CO2气体使平衡正向移动，但反应速率不会增加，加入少量NH2COONH4(s)也不会增加反应速率。故答案选择BD。
21．（2021·福建福州·高一期末）CH4、CH3OH、CO等都是重要的能源，也是重要的化工原料。
(1)已知25℃、101kPa时，1g甲烷燃烧生成CO和液态水时放出38kJ热量，则该条件下反应2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的=___________。
(2)为倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO2的含量，有效地开发利用CO2，工业上可以用CO2来生产甲醇燃料。在体积为2L的密闭容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。经测得CH3OH和CO2的物质的量随时间变化如图所示。
①从反应开始到平衡，CO2的平均反应速率v(CO2)=___________。
②达到平衡时，H2的浓度为___________mol/L。
(3)工业上也可以用CO和H2为原料制备CH3OH，反应方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一体积固定的密闭容器中投入一定量的CO和H2进行上述反应。下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是___________。
A．反应中CO与CH3OH的物质的量之比为1：1
B．混合气体的压强不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1molCO，同时生成1molCH3OH
D．CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变
(4)某种甲烷燃料电池的工作原理如图所示
甲烷通入的一极为电源的___________极，该电极反应式：___________当电路中累计有2mol电子通过时，消耗的氧气体积为(在标准状况下)___________L
【答案】 -1216kJ·mol-1 0.0375mol/(L·min) 0.375 BD 负 CH4-8e-+10OH-=+7H2O 11.2
【解析】
【分析】
【详解】
(1)已知25℃、101kPa时，1g甲烷燃烧生成CO和液态水时放出38kJ热量，则该条件下32g甲烷燃烧生成CO和液态水时放出38kJ×32=1216kJ热量，因此2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的=-1216kJ·mol-1，故答案为：-1216kJ·mol-1。
(2)①由图可知，反应至10min时达到平衡状态，0～10min内Δc(CO2)==0.375mol/L，因此CO2的平均反应速率v(CO2)===0.0375mol/(L·min)，故答案为：0.0375mol/(L·min)。
②反应过程中Δn(H2)=3Δn(CO2)=3×0.75mol/L=2.25mol，因此达到平衡时，H2的浓度为=0.375mol/L，故答案为：0.375。
(3)A．CO为反应物，CH3OH为生成物，不确定反应中CO与CH3OH的起始量以及转化率，因此当反应中CO与CH3OH的物质的量之比为1：1时，无法判断反应是否达到平衡状态，故A不选；
B．该反应正向为气体体积减小的反应，该反应在恒容密闭容器中进行，容器内气体压强之比等于气体的物质的量之比，因此当混合气体的压强不随时间的变化而变化，说明反应中各气体的物质的量不变，即反应达到平衡状态，故B选；
C．反应过程中CO与CH3OH的系数比为1：1，因此任意时刻每消耗1molCO，同时生成1molCH3OH，因此不能确定该反应是否处于平衡状态，故C不选；
D．反应过程中CH3OH的质量分数逐渐增大，因此当CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变，可说明反应达到平衡状态，故D选；
综上所述，答案为：BD。
(4)由图可知，甲烷燃料电池中通入CH4的电极生成，C元素化合价由-4升高至+4，因此通入CH4的一极为负极；电极反应式为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O；电池中正极电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，因此当电路中累计有2mol电子通过时，消耗的氧气0.5mol，其在标准状况下体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：负；CH4-8e-+10OH-=+7H2O；11.2。
高一化学同步学习高效学讲练（自主学案）
第六章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率与限度
第2课时 化学反应的限度
课程学习目标
1．通过对化学反应限度的学习，了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
2．通过对化学反应限度的学习，能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
3．能从化学反应快慢和限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象，了解化学反应条件的控制。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观角度认识化学反应的限度，能够判断化学反应是否达到平衡状态。
变化观念与平衡思想：形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对速率和化学平衡的影响，能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素。能从质量守恒，并运用动态平衡的观点看待和分析化学变化。
证据推理与模型认知：能理解、描述和表示化学平衡模型，并运用于理论模型解释或推测可逆反应的变化。
【新知学习】
一.可逆反应：
1.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。
2.特征：三同： 相同条件 ， 正、逆反应同时进行 ， 反应物、生成物同时存在 ；
反应不能进行完全，即任一反应物的转化率均 小于 100%。
3.表示：化学方程式中用 “⇌” 表示。
4.很多化学反应在进行时都有一定的可逆性，不同反应的可逆性不同，有些化学反应在同一条件下可逆程度很小，如 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑，视为“不可逆”反应。
典型的可逆反应有：
H2+I2⇌2HI ， 2SO2+O2⇌2SO3 ，
SO2+H2O⇌H2SO3 ， NH3+H2O⇌NH3﹒H2O 等。
二.化学反应的限度
1.化学反应平衡状态
（1）化学平衡的建立：
如在可逆反应2SO2+O22SO3中，反应进行之初SO2和O2的起始浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，此时正反应速率v正 最大 ，逆反应速率v逆 为零 。
反应过程中，反应物浓度 逐渐减小 ，正反应速率 逐渐减小 ；生成物浓度 逐渐增大 ，逆反应速率 逐渐增大 。最终在时刻t时反应物浓度不再 改变 ，生成物浓度不再 改变 。正反应速率和逆反应速率 相等 。反应是否停止？ 反应并没有停止，动态平衡 。
（2）含义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率 相等 ，反应物和生产物的浓度 不在改变 ，此反应达到一种 表面静止 状态，我们称为 化学平衡状态 。
2.化学平衡的特征：
（1）逆：即化学平衡的研究对象是 可逆反应 。
（2）动：即化学平衡是一种 动态平衡 ，即 v正＝v逆≠0 ，反应并未 停止 。
（3）等：即v正 ＝ v逆，同一物质的消耗速率与生成速率 相等 。
（4）定：在达化学平衡的混合体系中，各组成成分的浓度 保持不变 ，各组分的百分含量保持不变 。
（5）变：化学平衡是在 一定条件 下的平衡，当外界条件改变时，化学平衡可能会发生 变化
【总结】
化学平衡状态时可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。
三．化学反应条件的控制
1．目的：
——促进有利反应———
2．化工生产中反应条件的调控：
(1)考虑因素：
化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的__成本__和__实际可能性__。
(2)实例——合成氨生产条件的选择：
——400～500 ℃—
—10～30 MPa—
【知识进阶】
一．化学反应(限度)平衡状态的理解和判断
【问题探究】
某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s)，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？
不能。D是固体，反应前后气体的物质的量不变，由于容器的体积不变，故气体的压强始终不变，因此压强不再改变，不能表明该反应已达到平衡状态。
【知识归纳总结】
1．化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即：
逆 —化学平衡研究的对象是可逆反应
等 —达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
动 —化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
定 —达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间变化而变化
变 —外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡状态
2．化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)三关注：
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)一等一不变：
—
|
—
【典例1】一定温度下，固定容积的密闭容器，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，达到化学平衡状态的标志是( )
①n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)＝2∶1∶2 ②SO2的浓度不再发生变化 ③容器中的压强不变 ④单位时间内生成n mol SO3，同时生成2n mol O2 ⑤混合气体的平均相对分子质量不变
A．①④⑤ B．①②④
C．②③⑤ D．①③⑤
【答案】C
【解析】
达到化学平衡状态的标志：正反应速率等于逆反应速率，平衡时混合物中各组成成分的含量不变。反应体系中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2，仅仅是反应过程中的一种可能，因此不能作为判断平衡状态的依据，①错误；SO2的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态，②正确；对于反应前后体积变化的反应，容器内压强不再发生变化，说明反应达到平衡状态，③正确；单位时间内生成n mol SO3，同时生成2n mol O2，不满足反应速率之比等于相应的化学计量数之比，没有达到平衡状态，④错误；混合气体的质量不变，若未达平衡状态则总物质的量发生变化，因此混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，⑤正确。
（变式训练1）在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到反应限度的标志是( )
A．容器内气体的总压强不随时间变化而变化
B．A2和B2物质的量之和与AB的物质的量相等
C．c(A2)∶c(B2)∶c(AB)＝1∶1∶2
D．A2、B2和AB的物质的量不再改变
【答案】D
【解析】
该反应前后气体的化学计量数相等，气体的总压强为“不变量”，所以容器内气体的总压强不随时间变化而变化不能说明达到反应限度，A错误；反应是否达到反应限度，与A2、B2的物质的量之和是否与AB的物质的量相等无关，B错误；反应是否达到反应限度与各物质的浓度之比无关，C错误；A2、B2和AB的物质的量不再变化，说明反应达到化学平衡状态，即达到反应限度，D正确。
二．化学反应速率与限度的图像题解题通法
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像的形式出现在平面直角坐标系中，可能出现反应物的物质的量、浓度、压强、时间等因素。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三步来分析。
(1)“一看”——看图像
①看面，弄清楚横、纵轴所表示的含义；
②看线，弄清楚线的走向和变化趋势；
③看点，弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的折点、交点、最高点、最低点等；
④看辅助线，作横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)；
⑤看量的变化，弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化，还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时，外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
(3)“三判断”
利用有关规律，结合图像，通过对比分析，作出正确判断。
【典例2】在温度和容积不变的密闭容器中，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图所示，则下列叙述正确的是( )
A．该反应的化学方程式是A(g)＋3B(g)2C(g)
B．达到t1 s时该反应已停止
C．(t1＋10) s时，升高温度，正、逆反应速率加快
D．若该反应在绝热容器中进行，也在t1 s时达到平衡
【答案】C
【解析】
A项，从开始到t1 s，A的浓度减小了0.8－0.2＝0.6 (mol·L－1)，B的浓度减小了0.5－0.3＝0.2 (mol·L－1)，C的浓度增大了0.4－0＝0.4 (mol·L－1)，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)，错误；B项，t1 s时，反应达到平衡状态，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，错误；C项，升高温度，正、逆反应速率均加快，正确；D项，若该反应在绝热容器中进行，随反应的进行温度会发生变化，反应速率也会发生变化，不会在t1 s时达到平衡，错误。
（变式训练2）（2021·沭阳县修远中学高一月考）下图是可逆反应X2(g)＋3Y2(g)⇌2Z2(g)在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是( )
A．t1时刻，v正＞0，v逆=0
B．t1～t2，X2的消耗速率小于X2的生成速率
C．t2～t3，反应不再发生
D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化
【答案】D
【详解】
A．t1时，v正＞v逆＞0，A项错误；
B．由于t1～t2时，反应物X2与Y2物质的量逐渐减少至t2时刻保持不变，X2的消耗速率大于X2的生成速率，B项错误；
C．t2～t3达平衡状态，v正=v逆≠0，C项错误；
D．t2～t3达平衡状态，各物质的浓度不再发生变化，D项正确；
答案选D。
【效果检测】
1．下列说法错误的是
A．任何化学反应都有一定的限度，只是不同反应的限度不同罢了
B．化学反应的限度可以通过改变条件而改变，如浓度、温度和压强
C．可逆反应是指同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可向逆反应方向进行的反应
D．当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应就停止了
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A． 任何化学反应都有一定的限度，但化学反应不同、限度不同，A正确；
B． 当一定条件下可逆反应处于平衡状态、达到该条件下的最大限度，但是通过改变条件如浓度、温度和压强，可以使正逆反应速率不再相等、限度随之改变，B正确；
C． 可逆反应是指同一条件下，正反应方和逆反应同时进行的反应，C正确；
D． 当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应仍在进行、只不过在该条件下反应达到了最大限度、处于平衡状态，D错误；
答案选D。
2．下列说法错误的是
A．水的生成与电解是可逆反应
B．温度升高，正、逆反应速率都增大
C．化学反应的速率和限度均可通过改变化学反应条件来改变
D．化学反应达到平衡状态时，正反应速率与逆反应速率相等
【答案】A
【解析】
【详解】
A．H2与O2在点燃条件下发生反应生成水，电解水生成H2与O2，两个反应条件不同，因此水的生成与电解不能互为可逆反应，A错误；
B．温度升高，物质的内能增加，活化分子数百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增加，正、逆反应速率都增大，B正确；
C．影响化学反应的外界条件有温度、浓度、压强、催化剂等，因此可以通过化学反应条件来改变化学反应的速率；化学反应限度是在一定条件下的进行的，因此化学反应限度在在一定条件下的限度，若外界条件发生改变，化学反应限度被破坏，就会建立新条件的新的化学反应限度，故反应限度也可通过改变化学反应条件来改变，C正确；
D．化学反应达到平衡状态时，任何物质的浓度不再发生变化，则用同一物质表示的正反应速率与逆反应速率相等，D正确；
故合理选项是A。
3．（2021·河北·沧州市一中高一开学考试）化学反应在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是
A．无限延长化学反应的时间能改变化学反应的限度
B．、、的物质的量比1：2：2时达到平衡状态
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
D．若开始加入和，达到化学平衡时核素存在于三种物质中
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．化学反应的限度和反应时间无关，A错误；
B．、、的物质的量不再发生改变时，达到平衡状态，B错误；
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，化学平衡为动态平衡，化学反应速率不为零，C错误；
D．若开始加入和，根据化学平衡的特点可知道平衡时核素存在于三种物质中，D正确；
答案为：D。
4．（2021·甘肃·张掖市第二中学高一阶段练习）在密闭容器中进行如下反应：X2(g)+Y2(g)⇌2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol•L﹣1、0.3mol•L﹣1、0.2mol•L﹣1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是
A．Y2为0.2mol•L﹣1 B．Y2为0.35mol•L﹣1
C．X2为0.2mol•L﹣1 D．Z为0.4mol•L﹣1
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
若反应向正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最小，Z的浓度最大，假定完全反应，则：
若反应逆正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最大，Z的浓度最小，假定完全反应，则：
由于为可逆反应，物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0＜c(X2)＜0.2，0.2＜c(Y2)＜0.4，0＜c(Z)＜0.4，故B正确、ACD错误。
故选：B。
5．（2021·云南·昆明八中高一期中）一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：。当、、、的浓度不再变化时，下列说法正确的是
A．和全部转化为和
B．该反应已达到化学平衡
C．正、逆反应速率相等且等于零
D．、、、的浓度一定相等
【答案】B
【解析】
【详解】
A．可逆反应有限度，转化率不可能为100%，故A错误；
B．该反应是可逆反应，、、、的浓度不再变化时，说明达到平衡状态，故B正确；
C．根据B分析可知该反应达到平衡，正、逆反应速率相等但不等于零，故C错误；
D．、、、的浓度不再变化时，但浓度不一定相等，故D错误；
综上所述，答案为B。
6．（2021·广东·广州市第八十九中学高一期中）在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：的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，当反应达平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.4mol/L B．SO2为0.3mol/L
C．SO2、SO3均为0.15mol/lL D．SO3为0.4mol/L
【答案】B
【解析】
【分析】
假设该反应完全转化，列三段式
因为反应为可逆反应，则SO2的浓度范围为0
A．SO2为0.4mol/L ，SO2浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO3完全反应，则SO2的浓度为0.4mol/L，三氧化硫不可能完全转化，A错误；
B．SO2为0.3mol/L，SO2的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO3完全反应，则SO2的浓度为0.4mol/L，SO3不会完全反应，实际浓度为0.3mol/L小于0.4mol/L，B正确；
C．反应物、生产物的浓度不可能同时减小，只能一个减小，另一个增大，C错误；
D．SO3为0.4mol/L，SO3的浓度增大，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若二氧化硫和氧气完全反应，SO3的浓度为0.4mol/L，达到平衡的实际浓度应该小于0.4mol/L，D错误；
故选B。
7．（2021·黑龙江·齐齐哈尔市教育局高一期末）某温度下的恒容密闭容器中，发生反应：A(s)+2B(g) C(g)+D(g)。下列哪些物理量不再发生变化时，表明该反应已达到平衡状态
①混合气体的密度 ②混合气体的压强 ③A的质量 ④气体的总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量
A．①②③ B．②③⑤ C．①③⑤ D．①③④⑤
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
①反应物中A的状态是固体，若混合气体的密度不变，则说明反应已经达到平衡状态，①符合题意；
②该反应的反应前后气体的物质的量不变，反应在恒温、恒容密闭容器中进行，若混合气体的压强不变，则不能说明反应已经达到了平衡状态，②不符合题意；
③反应物A是固体，若其质量发生改变，说明反应未达到平衡状态，若A的质量不变，则反应达到平衡状态，③符合题意；
④该反应是反应前后气体的物质的量不变的反应，因此不能根据气体的总物质的量不变判断反应是否已经达到平衡状态，④不符合题意；
⑤该反应的反应前后气体的物质的量不变。由于反应物A是固体，若反应未达到平衡状态，则气体的质量会发生改变，气体的平均相对分子质量也会发生改变，因此若混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应已经达到平衡状态，⑤符合题意；
故表明该反应已达到平衡状态的叙述是①③⑤，故合理选项是C。
8．（2021·浙江·宁波市北仑中学高一期中）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。下列有关说法正确的是
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，正反应和逆反应的速率都不为零
D．达到化学平衡时，转移的电子为6 mol
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．N2和H2合成氨气的反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，因此达到化学平衡时，N2不可能完全转化为NH3，A错误；
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度可能相等，也可能不相等，这取决于反应条件，B错误；
C．化学平衡为动态平衡，此时任何物质的消耗速率与产生速率相等，但都不为0，C正确；
D．若1 mol N2和3 mol H2完全反应产生NH3，反应会转移6 mol电子，但该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，故反应达到化学平衡时，转移的电子的物质的量小于6 mol，D错误；
故合理选项是C。
9．（2021·吉林·乾安县第四中学高一期中）一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是
A．该反应的化学方程式为3B+4D⇌6A+2C
B．反应进行到1 s时，v(A)=v(C)
C．反应从开始到6 s的时间内，B的平均反应速率为0.05 mol·L-1·s-1
D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．从图像分析，达到平衡时B、C物质质量分别较少0.6mol、0.8mol，A、D物质增加1.2 mol、0.4mol，各物质物质的量变量比值是B:C:A:D=3:4:6:2，故该反应的化学方程式为3B+4C ⇌6A+2D ，A错误；
B．反应进行到1 s时，v(A)＝ ，v(C)＝，不相等，B错误；
C．反应从开始到6 s的时间内，B的平均反应速率为，C正确；
D．反应进行到6 s时，反应达到平衡状态，各物质的正逆反应速率相等，同向反应速率之比等于系数之比，D错误；
故选C。
10．硫酸是一种重要的化工产品，目前的重要生产方法是“接触法”，反应原理为：2SO2+O22SO3，已知该反应为放热反应。则下列说法正确的是
A．只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为零
C．由反应可知，2mol SO2的能量大于2mol SO3的能量
D．工业在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
【答案】D
【解析】
A．因为为可逆反应，所以尽管选择适宜的条件，SO2和O2也不能全部转化为SO3，故A错误；
B．达到平衡后，反应没有停止了，只是正、逆反应速率相等但并不为零，故B错误；
C．因为为放热反应，由反应可知，2mol SO2和1mol O2的总能量大于2mol SO3的总能量，故C错误；
D．工业在利用上述反应生产三氧化硫时，为了提高产率和效率，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题，故D正确；
故答案：D。
11．（2021·江苏·东海县教育局教研室高一期中）一定条件下，等物质的量的和在容积为的恒容密闭容器中发生如下反应：图表示该反应过程中的物质的量随反应时间()的变化。下列叙述正确的是
A．当反应达到平衡时，的转化率为
B．内反应的平均速率为
C．末的物质的量浓度为
D．点对应的化学反应速率：
【答案】A
【解析】
A．根据图示，当反应达到平衡时，氮气的物质的量由5mol变为2mol，和的投料相等，则的转化率为，故A正确；
B．内氮气的物质的量由5mol变为4mol，反应的平均速率为，故B错误；
C．内消耗1mol氮气，末的物质的量是2mol，NO的浓度为 ，故C错误；
D．点反应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，对应的化学反应速率：，故D错误；
选A。
12．（2021·江西省崇义中学高一期中）一定温度和压强不变的条件下，发生可逆反应：A(g)＋3B(g) ⇌ 4C(g)，下列叙述能作为该反应达到平衡状态的标志的是
①混合气体的平均摩尔质量不再变化 ②v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶3∶4
③A、B、C的浓度不再变化 ④C的体积分数不再变化
⑤A、B、C的分子数之比为1∶3∶4 ⑥混合气体的密度不再变化
⑦单位时间消耗a mol A，同时生成3a mol B
A．②③④⑤⑥⑦ B．③④⑦
C．③④⑥⑦ D．①③⑤⑥⑦
【答案】B
【解析】
①反应前后气体体积不变，气体物质的量不变，质量守恒，所以混合气体的摩尔质量始终不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，①错误；
②在任何情况下速率之比等于化学计量数之比，不能说明正、逆反应速率相等，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，②错误；
③当混合气体中各组分浓度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；
④C的体积分数不变，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，④正确；
⑤平衡时各物质的分子数之比，决定于开始加入物质的多少和反应程度，与平衡状态无关，⑤错误；
⑥混合气体质量守恒，体积不变，密度始终不变,所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，⑥错误；
⑦消耗a mol A，同时生成3a mol B，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，⑦正确；
可见能够判断反应达到平衡状态的叙述是③④⑦，故合理选项是B。
13．（2022·四川南充·高一期末）一定温度下，向一恒容密闭容器中充入和，在催化剂作用下发生反比应：，下列有关说法错误的是
A．温度升高，可以加快反应速率
B．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率
C．达到化学平衡时，生成的物质的量为
D．若单位时间内消耗，同时生成，则反应达到平衡状态
【答案】C
【解析】
A．升高温度，可以加快反应速率，A正确；
B．使用催化剂是为了加快反应速率，缩短到达平衡所需要的时间，提高生产效率，B正确；
C．达到化学平衡时，由于转化率不可能是100%，因此生成的物质的量小于，C错误；
D．若单位时间内消耗，同时生成，说明正逆反应速率相等，则反应达到平衡状态，D正确；
答案选C。
14．空气中久置的铝片5.0g投入盛有50mL0.5mol/L硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率v与反应时间t可用如图所示的曲线来表示。下列推论错误的是
A．0→a段不产生氢气是因为表面的氧化物隔离了铝和硫酸溶液
B．b→c段产生氢气的速率增加较快的主要原因之一是温度升高
C．t=c时反应处于平衡状态，产率最大
D．t＞c时，产生氢气的速率降低主要是因为溶液中c(H+)降低
【答案】C
【解析】
【分析】
由图可知，开始不生成氢气，为氧化铝与硫酸的反应，然后Al与硫酸反应生成氢气，开始温度较低，由于反应放热，则温度升高反应速率加快，后来，氢离子浓度减小，则反应速率减小；
【详解】
A．因铝的表面有一层致密的Al2O3能与硫酸反应得到盐和水，无氢气放出，发生的反应为Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O，故A正确；
B．在反应过程中，浓度减小，反应速率减小，但反应放热，溶液温度升高，反应速率加快，且后者为主要因素，故B正确；
C．t=c时反应反应没有停止，继续生成氢气，则产率不最大，故C错误；
D．随着反应的进行，溶液中的氢离子浓度逐渐降低，所以反应速率逐渐减小，故D正确；
故选：C。
15．（2022·浙江金华第一中学高一期末）甲烷消除NO2的污染原理为：。在一定温度下，向恒容密闭容器中充入一定量的CH4和NO2进行上述反应。下列表述能用来判断该反应达到化学平衡状态的是
A．v正(CH4)=2v逆(NO2)
B．容器中混合气体的平均密度不再变化
C．容器中混合气体的平均摩尔质量不再发生变化
D．单位时间内，消耗1molCH4同时生成1molCO2
【答案】C
【解析】
A．v正(CH4)=2v逆(NO2)不满足化学计量数关系，说明没有达到平衡状态，故A不选；
B．该反应前后都是气体，气体总质量、容器容积为定值，则混合气体密度始终不变，因不能根据混合气体密度判断平衡状态 ，故B不选；
C．该反应为正向是气体体积增大的反应，气体的平均摩尔质量为变量，当容器中混合气体平均摩尔质量不再发生变化时，表明正逆反应速率相等，达到平衡状态 ，故C选；
D．单位时间内，消耗1molCH4同时生成1molCO2 ，表示的都是正反应速率，无法判断是否达到平衡状态，故D不选；
故选：C。
16．（2021·北京·人大附中高一期中）固体界面上强酸的吸附和离解是名相化学在环境、材料科学等领域研究的重要课题。如图为少量HCl气体分子在冰表面吸附和溶解过程的示意图，下列叙述错误的是
A．HCl是强电解质
B．冰表面第一层中，HCl以分子形式存在
C．冰表面第二层中，HCl电离出H+和Cl-
D．冰表面各层中均存在HCl
【答案】D
【解析】
【详解】
A．水溶液中或熔融状态下完全电离的电解质为强电解质，HCl第二层中能完全电离，为强电解质，故A正确；
B．由图可知，冰表面第一层中存在HCl分子，则HCl以分子形式存在，故B正确；
C．冰表面第二层中，存在HCl气体分子在冰表面吸附和溶解过程，HCl电离出H+和Cl﹣，故C正确；
D．由图可知，第二层存在HCl气体分子在冰表面吸附和溶解过程，不存在HCl分子，故D错误；
故选D。
【点睛】
本题考查溶解平衡，为高频考点，把握分子构成、强电解质概念、溶解平衡为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度不大。
17．在恒温2L密闭容器中通入气体X并发生反应：2X(g)⇌Y(g) ΔH<0，X的物质的量n(x)随时间t变化的曲线如图所示(图中两曲线分别代表有无催化剂的情形)
(1)下列措施不能提高反应速率的是_______。
A．升高温度 B．加入适量X C．增大压强 D．及时分离出Y
(2)反应从开始到a点的平均反应速率可表示为v(Y)=_______，X的转化率为_______；
(3)图中c点对应的速率关系是v(正)_______v(逆) (填“大于”“小于”或“等于”)；
(4)反应进行到a点时放出的热量_______反应进行到b点时放出的热量(填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】(1)D (2) 0.005 mol·(L·min)-1 25% (3)等于 (4)小于
【解析】
(1)
对于反应2X(g) Y(g)来说：
A．升高温度，化学反应速率加快，A项错误；
B． 加入适量X，增大了X的浓度，化学反应速率加快，B项错误；
C． 增大压强，化学反应速率加快，C项错误；
D． 及时分离出Y，减小Y的浓度，化学反应速率减慢，D项正确；
故答案为：D。
(2)反应从开始到a点，X的物质的量减少0.4mol-0.3mol=0.1mol，则=0.01 mol·(L·min)-1，根据反应的计量数可以看出，v(Y)＝ v(X)＝0.005 mol·(L·min)-1；X的转化率为。
(3)c点反应达到限度，处于化学平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，即v(正)等于v(逆)。
(4)消耗X越多，反应放出的热量越多，反应进行到a点时消耗的X小于反应进行到b点时的，则反应进行到a点时放出的热量小于反应进行到b点时放出的热量。
18．（2021·甘肃·庆阳第六中学高一期末）将一定质量的H2和N2混合物通入2L密闭容器中发生反应N2+3H22NH3，5min后N2的减少了1mol。回答下列问题：
(1)N2的物质的量浓度变化是___________mol/L。
(2)H2的物质的量变化是___________mol。
(3)从开始到5min时NH3的平均反应速率是___________mol/(L▪min)。
(4)下列措施能加快该化学反应速率的是___________
A．升高温度 B．降低温度 C．通入N2 D．增大容器体积
(5)下列叙述说明反应已经达到化学平衡状态的是___________
A．混合气体的总物质的量不再变化 B．容器内原子总数不再变化 C．NH3的浓度不再变化
D．混合气体的密度不再变化 E.混合气体中各组分的体积分数不再变化
【答案】(1)0.5 (2)3 (3)0.2 (4)AC (5)ACE
【解析】
【分析】
依题意有，
。
(1)N2的物质的量浓度变化是 ；
(2)H2的物质的量变化是1×3=3mol；
(3)从开始到5min时NH3的平均反应速率是
(4)温度越高反应速率越快、反应物浓度越大反应速率越快，增大容器体积则较小了各物质的浓度，所以AC均符合题意，；
(5)某个量在反应过程中发生了改变，当其不变时则可判断反应达到了平衡状态。对于该反应：
A.混合气体的总物质的量随反应正向进行而较小，发生改变；
B.容器内原子总数一直保持不变；
C.NH3的浓度随反应正向进行而增大，发生改变；
D.混合气体的密度因气体总质量和容器体积均不变而一直保持不变；
E.混合气体中各组分的体积分数随反应进行而改变；
故可说明反应已经达到化学平衡状态的是ACE。
19．（2021·湖南·江永县第三中学高一期中）化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。某温度下在4L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
(1)该反应的化学方程式是_______。
(2)该反应在第_______min达到了化学平衡状态。此时X的浓度C(X)=_______。
(3)2min时，用Y的浓度表示反应的平均速率v(Y)=_______，此时正反应速率_______逆反应速率(填>、＜或=)。
(4)该反应达到平衡状态的标志是_______(填字母)。
A．Y的体积分数在混合气体中保持不变
B．X、Y的反应速率比为3∶1
C．容器内气体压强保持不变
D．容器内气体的总质量保持不变
E.生成1molY的同时消耗2molZ
(5)2min内Y的转化率为_______。
【答案】(1)
(2) 5
(3) >
(4)A C
(5)
【解析】
【分析】
从图像分析，反应物是X、Y，生成物是Z，5min达到平衡时的改变量分别是0.6mol、0.2mol、0.4mol。
(1)改变量之比等于化学计量数之比，该反应的化学方程式是。
(2)反应体系各物质的百分含量保持不变时，即达到平衡状态，从图像分析，该反应在第5min达到了化学平衡状态；此时X的浓度C(X)= 。
(3)2min时，用Y的浓度表示反应的平均速率v(Y)= ；此时反应还没达到平衡状态，还要向正反应方向进行，故正反应速率大于逆反应速率。
(4)当反应过程中发生改变的量保持不变时即达到平衡状态。该反应前后气体物质系数之和减少了。A项，Y的体积分数在混合气体中随反应过程的改变而改变，保持不变时即达到平衡状态；B项，X、Y的反应速率比等于化学计量数比，反应过程一直是3∶1，不能用作平衡的判断依据；C项，器内气体压强随着正向进行减小，逆向进行增大，保持不变时即达平衡状态；D项，反应物和生成物都是气体，根据质量守恒，容器内气体的总质量一直都不变，不能作为判断依据；E项，生成Y和消耗Z均指逆反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，不是平衡状态的标志。故符合题意的是A C。
(5)由图中可知，Y的起始物质的量是1.0mol，2min时Y的物质的量是0.9mol，转化率为 。
20．（2021·河南信阳·高一期末）I.甲烷(CH4)是一种清洁燃料，也是一种重要的化工原料，已知部分共价键的键能如下表所示：
化学键
C-H
H-O
CO
H-H
键能/(kJ∙mol-1)
415
463
1076
436
请回答下列问题：
(1)由CH4(g)和H2O(g)合成1molCO(g)和3molH2(g)_______(填“吸收”或“放出”)的热量为_______kJ；请用电子式表示H2O的形成过程：_______。
(2)T℃下，在起始容积为2L的恒压密闭容器中通入1molCH4(g)和1molH2O(g)发生反应：CH4(g)+H2O(g)⇌ CO(g)+3H2(g)。若达平衡状态时容器体积变为起始体积的1.5倍，则达平衡时CH4的转化率为_______，CO的体积分数为_______(计算结果保留一位小数)。
II.将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。
(3)下列能判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是_______(填选项)；
A．密闭容器中氨气的物质的量不变 B．2v正(NH3)=v逆(CO2)
C．容器中NH3的体积分数保持不变 D．密闭容器中总压强保持不变
(4)能使该反应的反应速率增大的是_______(填选项)
A．及时分离出CO2气体 B．适当升高温度
C．加入少量NH2COONH4(s) D．选择高效催化剂
【答案】(1) 吸收 202
(2) 50% 0.2 (3)AD (4)BD
【解析】
【分析】
(1)CH4(g)和H2O(g)合成1molCO(g)和3molH2(g)反应热ΔH=415×4+463×2-1076-436×3=202 kJ/mol，即吸收了202 kJ的热量；H2O的形成过程：。
(2)T℃下，恒压密闭容器中，气体物质的体积比等于物质的量比，设达平衡状态时CH4转化了mol，则
CH4(g)+H2O(g)⇌ CO(g)+3H2(g)
起始(mol) 1 1 0 0
转化(mol) 3
平衡(mol) 1- 1- 3
衡状态时容器体积变为起始体积的1.5倍，则有 =1.5，解得=0.5，平衡时CH4的转化率=×100% =50%，CO的体积分数= =≈0.2 。
(3)密闭容器中氨气的物质的量随反应正向进行而增加，随反应逆向进行而较少，当其不变即可判断反应达到平衡，A项符合题意；由2v正(NH3)=v逆(CO2)得到v正(NH3): v逆(CO2)=1:2，与化学计量数之比不等，正逆反应速率不等，B项不能判断该分解反应已经达到化学平衡状态；该反应体系中只有生成物是气态物质，且只置固态反应物于密闭容器中，生成物NH3 和CO2的比值是固定值，容器中NH3的体积分数一直不变，但容器中总压强随反应正向进行而增加，随反应逆向进行而较少，故C项不能判断该分解反应已经达到化学平衡状态，D项可以。故答案选择AD。
(4)欲使该反应的反应速率增大，可采用适当升高温度、选择高效催化剂等方法；分离出CO2气体使平衡正向移动，但反应速率不会增加，加入少量NH2COONH4(s)也不会增加反应速率。故答案选择BD。
21．（2021·福建福州·高一期末）CH4、CH3OH、CO等都是重要的能源，也是重要的化工原料。
(1)已知25℃、101kPa时，1g甲烷燃烧生成CO和液态水时放出38kJ热量，则该条件下反应2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的=___________。
(2)为倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO2的含量，有效地开发利用CO2，工业上可以用CO2来生产甲醇燃料。在体积为2L的密闭容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。经测得CH3OH和CO2的物质的量随时间变化如图所示。
①从反应开始到平衡，CO2的平均反应速率v(CO2)=___________。
②达到平衡时，H2的浓度为___________mol/L。
(3)工业上也可以用CO和H2为原料制备CH3OH，反应方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一体积固定的密闭容器中投入一定量的CO和H2进行上述反应。下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是___________。
A．反应中CO与CH3OH的物质的量之比为1：1
B．混合气体的压强不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1molCO，同时生成1molCH3OH
D．CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变
(4)某种甲烷燃料电池的工作原理如图所示
甲烷通入的一极为电源的___________极，该电极反应式：___________当电路中累计有2mol电子通过时，消耗的氧气体积为(在标准状况下)___________L
【答案】 -1216kJ·mol-1 0.0375mol/(L·min) 0.375 BD 负 CH4-8e-+10OH-=+7H2O 11.2
【解析】
【分析】
【详解】
(1)已知25℃、101kPa时，1g甲烷燃烧生成CO和液态水时放出38kJ热量，则该条件下32g甲烷燃烧生成CO和液态水时放出38kJ×32=1216kJ热量，因此2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)的=-1216kJ·mol-1，故答案为：-1216kJ·mol-1。
(2)①由图可知，反应至10min时达到平衡状态，0～10min内Δc(CO2)==0.375mol/L，因此CO2的平均反应速率v(CO2)===0.0375mol/(L·min)，故答案为：0.0375mol/(L·min)。
②反应过程中Δn(H2)=3Δn(CO2)=3×0.75mol/L=2.25mol，因此达到平衡时，H2的浓度为=0.375mol/L，故答案为：0.375。
(3)A．CO为反应物，CH3OH为生成物，不确定反应中CO与CH3OH的起始量以及转化率，因此当反应中CO与CH3OH的物质的量之比为1：1时，无法判断反应是否达到平衡状态，故A不选；
B．该反应正向为气体体积减小的反应，该反应在恒容密闭容器中进行，容器内气体压强之比等于气体的物质的量之比，因此当混合气体的压强不随时间的变化而变化，说明反应中各气体的物质的量不变，即反应达到平衡状态，故B选；
C．反应过程中CO与CH3OH的系数比为1：1，因此任意时刻每消耗1molCO，同时生成1molCH3OH，因此不能确定该反应是否处于平衡状态，故C不选；
D．反应过程中CH3OH的质量分数逐渐增大，因此当CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变，可说明反应达到平衡状态，故D选；
综上所述，答案为：BD。
(4)由图可知，甲烷燃料电池中通入CH4的电极生成，C元素化合价由-4升高至+4，因此通入CH4的一极为负极；电极反应式为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O；电池中正极电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，因此当电路中累计有2mol电子通过时，消耗的氧气0.5mol，其在标准状况下体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：负；CH4-8e-+10OH-=+7H2O；11.2。
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