高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡优秀学案及答案

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02
预习导学
自主梳理
一、化学平衡状态
1．概念：在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率 时，反应物和生成物的浓度均 ，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时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
(1)逆：研究的对象是 反应。
(2)等：化学平衡的条件是v正和v逆 。
(3)动：化学平衡是一种 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 。
(5)变：若外界条件改变，平衡可能发生 ，并在新条件下建立新的平衡。
二、化学平衡常数
1．浓度商
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的 称为 ，常用Q表示。
2．化学平衡常数
(1)表达式
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，平衡常数的表达式为 。
(2)注意事项
①化学平衡常数只与 有关，与反应物或生成物的浓度无关。
②反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“ ”而不代入公式。
③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，由于化学方程式的 ，平衡常数的 ，如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，K＝a则有：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，K′＝eq \f(1,a)；eq \f(1,2)N2＋eq \f(3,2)H2NH3，K″＝eq \r(a)。
(3)意义
K越大→平衡体系中生成物所占的比例 →正反应进行的程度 →反应进行得越 →平衡时反应物的转化率 ；反之，K越小，该反应进行得越 ，平衡时反应物的转化率就越小。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。
3．利用浓度商、化学平衡常数判断反应方向
Q＜K，反应向 反应方向进行； Q＝K，反应处于 状态； Q＞K，反应向 反应方向进行。
【答案】一、1相等 保持不变 2．(1)可逆 (2)相等 (3)动态 (4)定值 (5)改变
二、1．eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB) 浓度商 2．(1)K＝eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)。 (2)①温度 ②1 ③书写不同，表达式不同，
(3)越大 越大 完全 越大；不完全 3．正；平衡；逆。
预习检测
1．在恒容的密闭容器中，将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH K，v正
(3)K3=
(4) 正反应方向 不变
【解析】（1）平衡常数是指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比，固体不写入表达式，则反应①的平衡常数表达式为K1=；反应④=2×反应①，则K4与K1的关系为K4=K12，故答案为：K1=；K4=K12；
（2）反应②的K值随着温度升高而增大，说明升温反应②的平衡正向移动，则反应②为吸热反应，ΔH>0，故答案为：>；
（3）根据盖斯定律，由①-②得到③，则K3=，故答案为：K3=；
（4）若其他条件不变，向反应③所在的恒容密闭容器中充入H2O(g)，反应物的浓度增大，该反应的平衡正向移动；由于平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，故答案为：正反应方向；不变。
04
课堂总结
05
强化训练探究提升
一、单选题
1．（2022秋·江苏南通·高二统考开学考试）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广汤用于硝酸、纯碱、制药等工业；实验室可以用浓氨水和CO制取氦气。工业上合成氨反应为，该反应为放热反应。一定温度时，向体积为2L的密闭容器中，充入和。10min时，测得容器中的物质的量浓度为0.08ml/L，11min时，测得的物质的量浓度为0.082ml/L。下列说法正确的是
A．的反应速率
B．合成氨采用高温可以加快反应的速率
C．11min时，反应到达了限度
D．反应足够的时间，可以将完全转化为
【答案】B
【解析】A．根据三段式有：
的反应速率，选项A错误；
B．升高温度，化学反应速率加快，选项B正确；
C．10min时，测得容器中的物质的量浓度为0.08ml/L，11min时，测得的物质的量浓度为0.082ml/L ，无法确定反应是否达平衡，故11min时，反应不一定到达了限度，选项C错误；
D．该反应为可逆反应，不可能完全转化，选项D错误；
答案选B。
2．（2023秋·广东茂名）某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下反应：，下列情况不能说明反应已达到平衡状态的是
A．容器内压强不随时间而变化
B．单位时间内，有反应，同时有生成
C．单位时间内，有生成，同时有生成
D．气体的平均摩尔质量不随时间而变化
【答案】B
【解析】A．正反应为气体体积减小的反应，在恒容容器中压强为变化的量，则容器内压强不随时间而变化说明反应已达到平衡，A不符合题意；
B．单位时间内，有反应，同时有生成，只表示正反应，无法说明反应已达到平衡，B符合题意；
C．单位时间内，有生成，同时有生成，说明正逆反应速率相等，则应已达到平衡，C不符合题意；
D．气体的总质量不变，正反应为物质的量减少的反应，故气体的平均摩尔质量为变量，当气体的平均摩尔质量不随时间而变化，则反应已达到平衡，D不符合题意；
故选B。
3．（2022秋·广东汕尾·高二华中师范大学海丰附属学校校考阶段练习）可逆反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)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nmlO2的同时生成2nmlNO2
②单位时间内生成nmlO2的同时生成2nmlNO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为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．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部
【答案】A
【解析】①单位时间内生成nmlO2的同时生成2nmlNO2，反应进行的方向相反，且速率之比等于化学计量数之比，则反应达平衡状态；
②单位时间内生成nmlO2的同时生成2nmlNO，反应进行的方向相同，虽然物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，但反应不一定达平衡状态；
③不管反应是否达到平衡，都存在NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2:2:1的状态，所以此时反应不一定达平衡状态；
④混合气体的颜色不再改变，则表明NO2的浓度保持不变，反应达平衡状态；
⑤混合气体的质量、体积始终不变，则密度始终不变，所以密度不再改变时，反应不一定达平衡状态；
⑥反应前后气体的分子数不等，随着反应的进行，压强不断发生改变，当混合气体的压强不再改变时，反应达平衡状态；
⑦混合气体的质量不变，随着反应的进行，混合气体的物质的量不断发生改变，当平均相对分子质量不再改变时，反应达平衡状态；
综合以上分析，①④⑥⑦正确，故选A。
4．（2023秋·云南·高二统考期末）和存在平衡： △H=-56.9kJ/ml。下列分析不正确的是
A．断裂2ml 中的共价键所需能量小于断裂1ml 中的共价键所需能量
B．1ml平衡混合气体中含1ml N原子
C．恒温时，缩小容积。混合气体颜色先变深又逐渐变浅，变浅是平衡正向移动导致
D．恒容时，水浴加热，由于平衡逆向移动导致混合气体颜色加深
【答案】B
【解析】A．反应为放热反应，故完全断开2ml 分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1ml 分子中的共价键所吸收的热量少，选项A正确；
B．1ml 含有1ml N原子，1ml 含有2ml N原子，现为可逆反应，为和的混合气体，1ml平衡混合气体中所含N原子大于1ml，选项B错误；
C．气体体积压缩，颜色变深是因为体积减小，浓度变大引起，颜色变浅是平衡正向移动，浓度又变小引起，选项C正确；
D．放热反应，温度升高，平衡逆向移动，颜色加深，选项D正确；
答案选B。
5．（2022秋·广东江门·高二江门市第二中学校考期中）COCl2(g) CO(g) + Cl2(g) △H>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的浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压入惰性气体。能提高COCl2转化率的是
A．①②④B．①④⑥C．②③⑥D．③⑤⑥
【答案】B
【解析】①升温，平衡向吸热反应即正向移动，COCl2转化率增大，故①符合题意；
②恒容通入惰性气体，压强虽增大，但浓度不变，平衡不移动，COCl2转化率不变，故②不符合题意；
③增加CO浓度，平衡逆向移动，COCl2转化率降低，故③不符合题意；
④减压，平衡向体积增大的反应方向移动即正向移动，COCl2转化率增大，故④符合题意；
⑤加催化剂，速率增大，但平衡不移动，COCl2转化率不变，故⑤不符合题意；
⑥恒压通入惰性气体，容器体积增大，相当于减小压强，平衡正向移动，COCl2转化率增大，故⑥符合题意；
因此①④⑥符合题意；答案选B。
6．（2022秋·福建厦门）恒容密闭容器中，反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡状态，其他条件不变，仅改变下列条件，不会使化学平衡发生移动的是
①减少部分NH4HS固体 ②充入少量氨气 ③充入氦气 ④充入SO2气体
A．①②B．②③C．①③D．②④
【答案】C
【解析】①由于改变固体的量不能使化学平衡发生移动，故改变固体NH4HS的量，不能使化学平衡移动，①满足题意；
②容积一定时，充入少量氨气，即增大氨气的浓度，平衡向逆反应方向移动，②不满足题意；
③容积、温度一定，充入氦气，体系的总压强增大，但NH3和H2S的浓度并未改变，所以平衡不移动，③满足题意；
④温度、容积一定，充入SO2气体，由于发生反应SO2 +2H2S=3S↓+2H2O，H2S的浓度减小，所以平衡将向生成H2S的方向移动，即向正反应方向移动，④不满足题意；
符合题意的是①③；
故选C。
7．（2022秋·贵州·高二校联考期中）下列不能用勒夏特列原理解释的是
A．溶液中加入固体后颜色变深
B．使用新型催化剂可使氮气与氢气在常温常压下合成氨气
C．石灰石与稀盐酸在密闭瓶中反应结束后，打开瓶塞，溶液中有气泡产生
D．平衡混合气加压后颜色先变深后变浅
【答案】B
【解析】勒夏特列原理是：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动；勒夏特列原理适用的对象应存在可逆过程，若与可逆过程无关，与平衡移动无关，则不能用勒夏特列原理解释。
A．溶液中加入固体KSCN，c[]增大，平衡正向移动，颜色加深，能用勒夏特列原理解释，故A不符合题意；
B．催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡移动，所以不能用勒夏特列原理解释，故B符合题意；
C．石灰石和稀盐酸在密闭瓶中反应结束后，打开瓶塞，压强减小，导致正向移动，所以溶液中有气泡产生，能用勒夏特列原理解释，故C不符合题意；
D．存在，加压平衡正向移动，二氧化氮浓度减少，焰色变浅，所以能用勒夏特利原理解释，故D不符合题意；
故答案选B。
8．（2022秋·海南三亚）如图是可逆反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述不正确的是
A．t1时，v正>v逆B．t2时，反应到达限度
C．t2-t3，反应停止D．t2-t3，各物质的浓度不再发生变化
【答案】C
【解析】A．根据图可知t1时，反应未达平衡，正反应速率大于逆反应速率，故A正确；
B．根据图可知t2时，正逆反应速率相等，反应处于平衡状态，即达到该条件下的最大反应限度，故B正确；
C．在t2−t3，反应处于平衡状态，正逆反应速率相等，反应仍在发生，反应处于平衡状态为动态平衡，故C错误；
D．化学反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各物质的物质的量浓度不再发生变化，t2−t3，反应处于平衡状态，各物质的浓度不变，故D正确；
答案选C。
9．（2022秋·广东茂名）某温度下，某气相反应达到化学平衡，平衡常数，且正反应为吸热反应。下列说法正确的是
A．增大，则和增大
B．减小压强，平衡向生成的方向移动
C．降低温度，平衡向生成的方向移动，逆反应速率增大
D．该反应的化学方程式为
【答案】D
【解析】根据平衡常数表达式，该反应的化学方程式为。
A．增大，平衡往逆向移动，减小，K只受温度影响，不变，故A错误；
B．该反应左右两边气体分子数相等，减小压强，平衡不移动，故B错误；
C．该反应为吸热反应，降低温度，平衡往逆向移动，即生成的方向移动，但是正逆反应速率均减小，故C错误；
D．根据分析，该反应的化学方程式为，故D正确；
故选D。
10．（2022秋·山西阳泉·高二统考期末）下列关于化学平衡常数的说法正确的是
A．在任何条件下，化学平衡常数都不变
B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变
C．由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度
D．化学平衡常数K与温度、反应物浓度以及体系的压强有关
【答案】C
【解析】A．化学平衡常数受温度的影响而发生变化，A错误；
B．化学平衡常数只与温度有关，与反应的浓度无关，B错误；
C．平衡常数越大，说明该可逆反应进行的程度越大，即由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度，C正确；
D．化学平衡常数K只与温度有关，与反应物浓度以及体系的压强无关，D错误；
故选C。
11．（2022秋·湖南株洲·高二校考期末）一定温度下，某气态平衡体系的平衡常数表达式为，有关该平衡体系的说法正确的是
A．升高温度，平衡常数一定增大
B．增大浓度，平衡向正反应方向移动
C．增大压强，C体积分数增加
D．升高温度，若的百分含量减少，则正反应是放热反应
【答案】D
【解析】A．升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，如果正反应是放热反应，则化学平衡常数减小，故A错误；
B．增大浓度，平衡向逆反应方向移动，故B错误；
C．该反应正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，所以C的体积分数减少，故C错误；
D．升高温度，平衡向吸热反应方向移动，若的百分含量减少，说明平衡向逆反应方向移动，所以逆反应为吸热反应，正反应是放热反应，故D正确；
答案选D。
12．（2022秋·云南楚雄·高二校考阶段练习）O3也是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下：
反应①O3O2+[O] ΔH1＞0，平衡常数为K1
反应②[O]+O32O2 ΔH2＜0，平衡常数为K2
总反应：2O33O2 ΔH＜0，平衡常数为K
下列叙述正确的是
A．压强增大，K2减小B．总反应中当2v正(O2)=3v逆(O3)时，反应达到平衡
C．[O]为催化剂D．K=K1+K2
【答案】B
【解析】A．平衡常数只受温度变化的影响，压强增大，温度不变，则平衡常数K2不变，A错误；
B．总反应为2O33O2，当2v正(O2)=3v逆(O3)时，正、逆反应速率之比等于化学计量数之比，则反应达到平衡，B正确；
C．从题干可以看出，[O]为反应①的产物，对总反应来说，仅属于反应的中间产物，所以[O]不是该反应的催化剂，C错误；
D．总反应=反应①+反应②，则K=K1∙K2，D错误；
故选B。
二、填空题
13．（2023春·上海徐汇·高二上海市徐汇中学校考阶段练习）我国在汽车尾气和燃煤尾气的净化方面取得了一定成效。汽车尾气净化的主要原理为。在密闭容器中发生该反应时，随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如图所示。
(1)温度下，内的平均反应速率 。
(2)当固体催化剂的质量一定时，将催化剂磨成粉末，则反应速率 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，转化率 。
(3)若在绝热、恒容的密闭体系中充入一定量的和气体进行该反应，下列示意图正确且能说明反应在进行到时刻达到平衡状态的是 (填序号)。
a． b． c． d．
【答案】(1)0.05ml/(L•s)
(2) 增大 不变
(3)bd
【解析】（1）由图得出v(CO2)= =0.1ml/(L•s)，依据速率比等于物质计量数之比，得出v(N2)=0.05ml/(L•s)。
（2）将催化剂磨成粉末，可增大催化剂与反应物的接触面积，增大反应速率；催化剂不会影响平衡移动，只会改变反应速率，所以反应速率增大CO的转化率不变。
（3）a．由于0时刻无产物，所以v逆起点为0，故a错误；
b．因为在绝热容器中进行，该反应放热，导致体系温度升高，平衡常数减小，除非达到平衡，体系温度才不会发生变化，从而化学平衡常数K不变，故b正确；
c．n(CO2)与n(NO)相等，物质之间量的关系不能表示其浓度不变，不能作为达到平衡状态的依据，故c错误；
d．NO质量分数不变，符合化学平衡状态的定义，故d正确；
故答案为：bd。
14．（2022秋·广东深圳）完成下列问题
(1)一定条件下，在体积为5L的密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量n(ml)随时间t(min)的变化如图1所示。已知达到平衡后，降低温度，A的体积分数将减小。
①此反应平衡常数表达式为K= 。
②该反应的△H 0(填“>”“＜”或“=”)。
③该反应的反应速率v随时间t的变化关系如图2所示，根据图2判断，在t3时刻改变的外界条件是 。
在恒温恒容密闭容器中发生该反应，下列能作为达到平衡状态的判断依据是 (填标号)。
a．体系压强不变
b．气体的平均摩尔质量保持不变
c．气体的密度保持不变
d．A的消耗速率等于B的生成速率
(2)习近平主席在《中央城镇化工作会议》发出号召：“让居民望得见山、看得见水、记得住乡愁”。消除含氮、硫、氯等化合物对大气和水体的污染对建设美丽家乡，打造宜居环境具有重要意义。 NO2和CO是常见的环境污染气体，汽车尾气中C、NO2在一定条件下可以发生反应：4CO(g) + 2NO2(g)4CO2(g) + N2(g) ΔH=-1200kJ/ml，在一定温度下，向容积固定为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和NO2，NO2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
①从反应开始到10 min的平衡状态，N2的平均反应速率为 。从11 min起，其他条件不变，压缩容器的容积为1 L，则n(NO2)的变化曲线可能为图中的 (填abcd字母)。
②对于该反应，温度不同(T2 > T1)、其他条件相同时，下列图像表示正确的是 (填序号)。
【答案】(1) K= ＜ 升高温度 ab
(2) 0.0075ml/(L·min) d 乙
【解析】（1）根据图1可知，该反应的反应物是A和B，生成物是C，变化的物质的量之比等于方程式的系数比，所以该反应的化学方程式为：A(g)+2B(g)2C(g)。
①化学平衡常数用平衡时生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积表示，则该反应的平衡常数表达式为K=。
②根据图1可知，A是反应物，达到平衡后，降低温度，A的体积分数减小，即平衡正向移动，所以该反应的正反应是放热的，即△H＜0。
③根据图2判断，在t3时正逆反应速率都增大，且平衡逆向移动，所以改变的条件是升高温度，该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，且升高温度，可以加快反应速率。
a．在恒温恒容容器中发生该反应，该反应前后气体系数之和不相等，所以在未平衡前压强一直在降低，当体系压强不变时，反应达到平衡，故体系压强不变可以作为达到平衡状态的判断依据，故a选；
b．该反应的反应物和生成物均为气体，气体总质量恒定，反应前后气体系数之和不相等，所以气体总物质的量是变量，即气体的平均摩尔质量是变化的，当气体的平均摩尔质量不变时，反应达到平衡状态，所以气体的平均摩尔质量保持不变可以作为达到平衡状态的判断依据，故b选；
c．该反应进行过程中，气体总质量恒定，容器体积也恒定，所以气体密度是不变的，所以气体的密度保持不变不可以作为达到平衡状态的判断依据，故c不选；
d．A和B的系数不相等，A的消耗速率等于B的生成速率时，正逆反应速率不相等，所以A的消耗速率等于B的生成速率不能作为达到平衡状态的判断依据，故d不选；
故选ab。
（2）①从反应开始到10 min的平衡状态，NO2的物质的量减少了0.3ml，根据反应方程式可知，N2的物质的量增加了0.15ml，浓度变化了0.15ml÷2L=0.075ml/L，则N2的平均反应速率为0.075ml/L÷10min=0.0075ml/(L▪min)。从11 min起，其他条件不变，压缩容器的容积为1 L，增大压强，平衡正向移动，NO2的物质的量从原平衡态开始减小，则n(NO2)的变化曲线为d。
②该反应是反应后气体体积减小的放热反应。升高温度，正逆反应速率都增大，故甲错误；升高温度，平衡逆向移动，NO2的转化率降低，且温度越高，反应速率越快，越先达到平衡，故乙正确；压强不变时，升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大，而图丙表示不正确，且温度不变时，增大压强，平衡正向移动，CO的体积分数降低，图丙对于压强和CO体积分数的表示也错误，故丙错误；故选乙。
15．（2022秋·高二课时练习）25 ℃，101 k Pa时，已知下列可逆反应的焓变和化学平衡常数分别为：
①A(g)＋2B(g) 2C(g)＋2D(l) ΔH1=-250.kJ·ml-1K1=0.2
②E(s)＋B(g)C(g) ΔH2=-310kJ·ml-1K2=2
③F(g)＋B(g)D(l) ΔH3=-200kJ·ml-1K3=0.8
(1)写出反应①的平衡常数表达式K1= ，升高反应①的温度，反应①的平衡常数 ，增大压强，反应①的平衡常数 (填“增大”或“减小”或“不变”)
(2)反应2F(g)＋B(g)2D(l) ΔH= ，反应②的逆反应的平衡常数K4=
(3)反应2E(s)＋2F(g)＋B(g)A(g)的ΔH= ，K=
【答案】(1) 减小 不变
(2) -400kJ·ml-1 0.5/
(3) -770kJ/ml 12.8
【解析】（1）①的平衡常数表达式K1=，该反应为ΔH1