最新高考化学考点一遍过（讲义） 考点38 可逆反应与化学平衡状态

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考点38 可逆反应与化学平衡状态
1．化学平衡研究的对象——可逆反应
（1）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化学反应，称为可逆反应。在可逆反应中使用“”。
可逆反应必须是同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，对于在不同反应条件下进行的反应物、生成物正好相反的反应则不能认为是可逆反应。
（2）特点：三同一小
①三同：a．相同条件下；b．正、逆反应同时进行；c．反应物与生成物同时存在。
②一小：任一组分的转化率都小于100%。
2．化学平衡状态
一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，我们称之为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
（1）建立过程
在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：
以上过程可用如图表示：
3．化学平衡状态的特征
4．化学平衡状态的判断
（1）动态标志：v正= v逆≠0
①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bBcC+dD，=时，反应达到平衡状态。
（2）静态标志：各种“量”不变
①各物质的质量、物质的量或浓度不变；
②各物质的百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）不变；
③温度、压强（化学反应方程式两边气体体积不相等）或颜色（某组分有颜色）不变。
（3）综合分析
考向一 可逆反应的特点
典例1 在已达到平衡的可逆反应2SO2＋O22SO3中，充入由18O 组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的
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
【解析】化学平衡是动态平衡，18O2的加入一定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使SO2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。
【答案】D
1．在一密闭容器中进行反应：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0.2 ml·L−1、0.1 ml·L−1、0.2 ml·L−1，当反应达到平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.4 ml·L−1，O2为0.2 ml·L−1 B．SO2为0.25 ml·L−1
C．SO3为0.4 ml·L−1 D．SO2、SO3均为0.15 ml·L−1
极端假设法确定物质的浓度范围
（1）原理：可逆反应不可能进行完全，反应体系各物质同时共存。
（2）假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。
考向二 化学平衡状态的确定
典例1 在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 ml CO2、3 ml H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝eq \f(1,3)，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n ml H—H键断裂，同时有n ml O—H键生成
【解析】A项，eq \x\t(M)是变量，当eq \x\t(M)不变，可以说明反应已达平衡；B项，是不变量eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。
【答案】A
2．一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 ml 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
A．①② B．②④ C．③④ D．①④
判断化学平衡状态的方法——“逆向相等，变量不变”
1．下列有关可逆反应和化学反应限度的理解不正确的是
A．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
B．可逆反应达到化学平衡状态时，正反应速率与逆反应速率相等
C．可逆反应达到化学平衡状态时，反应物与生成物的物质的量相等
D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变
2．一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s)。下列事实不能说明该反应达到平衡状态的是
A．容器内气体压强不再改变
B．容器内气体密度不再改变
C．容器内气体颜色不再改变
D．断裂1 ml Cl—Cl键同时断裂1 ml H—Cl键
3．在其它条件一定时，图中曲线表示反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH>0达平衡时NO的转化率与温度的关系，图上标有A、B、C、D、E点，其中表示未达平衡状态且v正>v逆的点是
A．A或EB．B点C．C点D．D点
4．一定温度下，在一固定体积的密闭容器中，对于可逆反应A(s)＋3B(g)2C(g)，下列说法说明达到平衡状态的是
①C的生成速率和C的分解速率相等；②单位时间内生成a ml A，同时生成3a ml B；③气体密度不再变化；④混合气体的总压强不再变化；⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶2；⑥混合气体的平均相对分子质量不变
A．②④⑤ B．①③④⑥
C．①②④⑥ D．①②③④⑤
5．用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ·ml－1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是
A．气体的质量不再改变
B．氯化氢的转化率不再改变
C．断开4 ml H—Cl键的同时生成4 ml H—O键
D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2
6．现在一容器中加入一定量的A和B，发生化学反应：A＋2B3C。如果在反应中用v(A)、v(B)、
v(C)表示正反应速率，用v′(A)、v′(B)、v′(C)表示逆反应速率，下列描述中正确的是
A．在容器中，任何时候v(A)＝v(B)＝v(C)
B．在任何时候容器中都必然存在着：v(A)∶v(B)∶v(C)＝v′(A)∶v′(B)∶v′(C)＝1∶2∶3
C．当v(A)＝v(B)＝v′(A)＝v′(B)时，表示反应已达到平衡状态
D．当v′(A)＝v′(B)时，表示反应已达到平衡状态
7．在反应2SO2＋O22SO3中，有a ml SO2和b ml O2参加反应，达到化学平衡状态时有c ml SO3生成，则SO2在反应混合物中的体积分数为
A． QUOTE 100cab ×100%
B． QUOTE 100ca+b+c ×100%
C． QUOTE 100c(a-b)×(a-c) ×100%
D． QUOTE 100(a-c)a+b-0.5c %
8．在恒容密闭容器中通入A、B两种气体，在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)2C(g) ΔH>0。达到平衡后，改变一个条件(x)，下列量(y)一定符合图中曲线的是
9．已知X(g)和Y(g)可以相互转化：2X(g)Y(g) ΔH<0。现将一定量X(g)和Y(g)的混合气体通入一体积为1 L的恒温密闭容器中，反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说法不正确的是
A．若混合气体的压强不变，则说明反应已达化学平衡状态
B．a、b、c、d四个点表示的反应体系中，表示化学反应处于平衡状态的只有b点
C．25~30 min内用X表示的平均化学反应速率是0.08 ml·L−1·min−1
D．反应进行至25 min时，曲线发生变化的原因是增加Y的浓度
10．中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中，充入1 ml CO2和3 ml H2，一定条件下反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
（1）从3 min到9 min，v(H2)＝_______ml·L－1·min－1。
（2）能说明上述反应达到平衡状态的是________(填字母)。
A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3 ml H2，同时生成1 ml H2O
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变
（3）平衡时CO2的转化率为________。
（4）平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是________________________________。
（5）一定温度下，第9 min时v逆(CH3OH)________(填“大于”“小于”或“等于”)第3 min时v正(CH3OH)。
1．[2019浙江4月选考]下列说法正确的是
A．H(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)＋B(g)2C(?)已达平衡，则A、C不能同时是气体
D．1 ml N2和3 ml H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出的热量为Q1；在相同温度和压强下，当2 ml NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收的热量为Q2，Q2不等于Q1
2．[2017新课标Ⅲ]砷（As）是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：
（4）298 K时，将20 mL 3x ml·L−1 Na3AsO3、20 mL 3x ml·L−1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：(aq)+I2(aq)+2OH−(aq)(aq)+2I−(aq)+ H2O(l)。溶液中c()与反应时间（t）的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I−)=2v()
c．c()/c()不再变化
d．c(I−)=y ml·L−1
②tm时，v正_____ v逆（填“大于”“小于”或“等于”）。
③tm时v逆_____ tn时v逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_____________。
举例
mA(g)+nB(g)pC(g) +qD(g)
状态
混合物体系中各成分的含量
各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
平衡
各物质的质量或各物质的质量分数一定
平衡
各气体的体积或体积分数一定
平衡
总压强、总体积、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应速率的关系
在单位时间内消耗了m ml A，同时生成 m ml A，即v正=v逆
平衡
在单位时间内消耗了n ml B，同时生成
p ml C
不一定平衡
vA∶vB∶vC∶vD=m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆
不一定平衡
在单位时间内生成了n ml B，同时消耗了q ml D
不一定平衡
压强
m+n≠p+q时，总压强一定（其他条件一定）
平衡
m+n=p+q时，总压强一定（其他条件一定）
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量（）
一定，当m+n≠p+q时
平衡
一定，当m+n=p+q时
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量的变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定
平衡
密度
密度一定
不一定平衡
颜色
含有有色物质的体系颜色不再变化
平衡
选项
x
y
A
通入A气体
B的转化率
B
加入催化剂
A的体积分数
C
增大压强
混合气体的总物质的量
D
升高温度
混合气体的总物质的量
变式拓展
1．【答案】B
【解析】A中，SO2和O2的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，SO2和O2的浓度变化分别为0.2 ml·L−1、0.1 ml·L−1，需要消耗三氧化硫的浓度为0.2 ml·L−1，由于该反应为可逆反应，SO3的实际变化浓度应小于其原有浓度 0.2 ml·L−1，所以达到平衡时SO2小于 0.4 ml·L−1，O2小于 0.2 ml·L−1，错误；B中，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的浓度变化为0.2 ml·L−1，该题中实际变化为 0.05 ml·L−1，小于0.2 ml·L−1，正确；C中，SO3的浓度增大，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若SO2和O2完全反应，SO3的浓度变化为 0.2 ml·L−1，实际变化应小于该值，错误；D中，反应物、生成物的浓度不可能同时减小，一个浓度减小，另一个浓度一定增大，错误。
2．【答案】D
【解析】因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气= QUOTE mV 可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否达平衡状态，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 ml N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意。
考点冲关
1．【答案】C
【解析】可逆反应在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行，A项正确；正反应速率和逆反应速率相等是可逆反应达到化学平衡状态的基本标志，B项正确；可逆反应达到化学平衡状态时，反应物、生成物的物质的量不再发生变化，但不一定相等，C项错误；可逆反应达到化学平衡状态是有条件的，条件变化平衡可能就会移动，D项正确。
2．【答案】D
【解析】在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s)，根据化学方程式，反应过程中压强为变量，压强不再改变一定平衡，故可以说明；在恒容密闭容器中发生反应2HI(g)+Cl2(g)2HCl(g)+I2(s)，反应过程中气体质量为变量，所以密度是变量，容器内气体密度不再改变一定平衡，故可以说明；容器内气体颜色不再改变，说明氯气的浓度不变，一定达到平衡状态，故可以说明；平衡时断裂1 ml Cl—Cl键同时断裂2 ml H—Cl键，故D不能说明。
3．【答案】C
【解析】点B、D在曲线上，处于平衡状态，故B、D项错误；在曲线上方的A点，当温度一定时，若达到平衡状态，则应减小NO的转化率，即反应逆向进行，所以A点的正反应速率小于逆反应速率，E点与A点相似，A项错误；同理推知，C点时的正反应速率大于逆反应速率，C项正确。
【易错提醒】曲线上的点都是平衡点。不在平衡线上的点，可以根据其转化率与平衡点上的转化率比较得出移动方向。
4．【答案】B
【解析】①是判断平衡状态的本质依据，正确；②生成A、B都是逆反应方向，在任何条件下都成立，错误；③容器体积不变，气体密度不变，说明气体总质量不变，即平衡不移动，正确；④容器体积不变，一定温度下，当压强不变时，气体总物质的量不变，正确；⑤A、B、C的物质的量之比等于其化学计量数之比不能说明反应是否达到平衡，错误；⑥随着反应进行，气体质量增大，气体总物质的量减小，相对分子质量增大，当相对分子质量不变时，说明达到平衡状态，正确。
5．【答案】B
【解析】反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A错误；反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确；断开4 ml H—Cl键和生成4 ml H—O键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比不一定等于对应的化学计量数之比，D错误。
6．【答案】B
【解析】在可逆反应中实际上存在两个反应，即正反应和逆反应，两个反应中的反应速率之比总是等于其化学计量数之比，所以v(A)∶v(B)∶v(C)＝v′(A)∶v′(B)∶v′(C)＝1∶2∶3，故A错误、B正确；当v(A)＝v′(A)或v′(B)＝v(B)时反应达到平衡状态，不会存在v(A)＝v(B)＝v′(A)＝v′(B)，故C错；v′(A)、v′(B)都是逆反应速率，故D错。
7．【答案】D
【解析】本题考查了化学平衡的基本计算。a ml SO2和b ml O2参加反应，达到化学平衡状态时有c ml SO3生成，则：
故φ(SO2)= QUOTE a-ca-c+b-0.5c+c ×100%= QUOTE 100(a-c)a+b-0.5c %，故选D。
8．【答案】A
【解析】A项，当通入A气体时，平衡向正反应方向移动，B的转化率增大，正确；B项，加入催化剂只能改变反应速率，平衡不移动，A的体积分数不变，错误；C项，增大压强，平衡向正反应方向移动，混合气体的总物质的量减小，错误；D项，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，混合气体的总物质的量减小，错误。
9．【答案】D
【解析】A项，正反应是气体分子数减小的反应，所以当压强不再发生变化时，可以说明反应已经达到平衡状态，A项正确；B项，根据图象可知，只有b点表示的反应体系中，各物质的浓度不再发生变化，所以只有b点表示反应处于平衡状态，B项正确；C项，25~30 min内X的浓度变化量是0.4 ml·L−1，所以用X表示的平均化学反应速率是 QUOTE 0.4ml·L-15min = 0.08 ml·L−1·min−1，C项正确；D项，反应进行至25 min时，X物质的浓度增大，D项不正确。
10．【答案】（1）0.125
（2）D
（3）75%
（4）30%
（5）小于
【解析】（1）从3 min到9 min消耗CO2是0.25 ml·L－1，根据方程式可知消耗氢气是0.75 ml·L－1，则v(H2)＝0.75 ml·L－1÷6 min＝0.125 ml·L－1·min－1。
（2）反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)时反应速率仍然发生变化，没有达到平衡状态，A错误；密度是混合气体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，B错误；单位时间内消耗3 ml H2，同时一定生成1 ml H2O，不能说明反应达到平衡状态，C错误；CO2的体积分数在混合气体中保持不变说明反应达到平衡状态，D正确。
（3）平衡时消耗CO2是0.75 ml·L－1，则CO2的转化率为×100%＝75%。
（4）平衡时剩余氢气是0.75 ml，生成水蒸气是0.75 ml，则混合气体中CH3OH(g)的体积分数是×100%＝30%。
（5）第9 min时反应达到平衡状态，则v逆(CH3OH)小于第3 min时v正(CH3OH)。
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1．【答案】B
【解析】A．该可逆反应的反应前后气体计量数不发生变化，当缩小反应容器体积，相当于加压，正逆反应速率同等程度增加，A项错误；B．在建立平衡前，碳的质量不断改变，达到平衡时，质量不变，因而碳的质量不再改变说明反应已达平衡，B项正确；C．若压强不再改变说明反应达到平衡，表明反应前后气体的计量数不等，故A、C不可能均为气体，C项错误；D．易知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH，合成氨气实际参与反应n(H2)=3×10％=0.3ml，因而Q1=0.3/3×|ΔH|=0.1|ΔH|，分解氨气时实际消耗的n(NH3)=2×10％=0.2ml，Q2=0.2/2×|ΔH|=0.1|ΔH|，则Q1=Q2，D项错误。故答案选B。
2．【答案】（4）①ac②大于
③小于tm时生成物浓度较低
【解析】（4）①a．溶液pH不变时，则c(OH−)也保持不变，反应处于平衡状态；b．根据速率关系，v（I−）/2=v(AsO33−)，则v(I−)=2v(AsO33－)始终成立，v(I−)=2v(AsO33－)时反应不一定处于平衡状态；c．由于提供的Na3AsO3总量一定，所以c(AsO43−)/c(AsO33−)不再变化时，c(AsO43−)与c(AsO33−)也保持不变，反应处于平衡状态；d．平衡时c(I−)=2c(AsO33－)=2×y ml/L=2y ml/L时，即c(I−)=y ml/L时反应不是平衡状态。
②反应从正反应开始进行，tm时反应继续正向进行，v正>v逆。
③tm时比tn时AsO43−浓度小，所以逆反应速率：tm【名师点睛】反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化。反应前后不改变的量不能作为判断化学平衡状态的依据，如本反应中随反应的进行AsO43−和I−的物质的量在变化，但二者浓度比始终是1∶2，不能作用为判断平衡状态的依据。