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2021届高考化学一轮复习 第七章 第2讲 化学平衡状态教案（含解析）
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这是一份2021届高考化学一轮复习 第七章 第2讲 化学平衡状态教案（含解析），共28页。
第2讲 化学平衡状态
[考纲要求] 1.了解可逆反应的定义。2.理解化学平衡的定义。3.理解影响化学平衡的因素。
考点一 可逆反应与化学平衡状态
1．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：a.相同条件下；b.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(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示
在方程式中用“”表示。
2．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)化学平衡的建立
(3)平衡特点
深度思考
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)2H2O2H2↑＋O2↑为可逆反应 ( )
(2)二次电池的充、放电为可逆反应 ( )
(3)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 ( )
(4)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变 ( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√
2．向含有2 mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量______2 mol(填“<”、“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量______0 mol，转化率______100%，反应放出的热量________ Q kJ。
答案 < > < <
题组一 极端假设，界定范围，突破判断
1．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是 ( )
A．c1∶c2＝3∶1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0 mol·L－1
解析 平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应速率且vY(生成)∶vZ(生成)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0
( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
答案 A
极端假设法确定各物质浓度范围
上述题目2可根据极端假设法判断，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。
假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L－1) 0 0.2 0.4
假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L－1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2)，Y2∈(0.2,0.4)，Z∈(0,0.4)。
题组二 化学平衡状态标志的判断
3．在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应
(甲)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
(乙)H2(g)＋I2(g)2HI(g)
现有下列状态：
①反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于系数之比
②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比
③速率之比等于系数之比的状态
④浓度之比等于系数之比的状态
⑤百分含量之比等于系数之比的状态
⑥混合气体的颜色不再改变的状态
⑦混合气体的密度不再改变的状态
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑨体系温度不再改变的状态
⑩压强不再改变的状态
⑪反应物的浓度不再改变的状态
⑫反应物或生成物的百分含量不再改变的状态
其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是__________；
能表明(乙)达到化学平衡状态的是__________；
能表明(甲)、(乙)都达到化学平衡状态的是__________。
答案 ②⑥⑧⑨⑩⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫
4．在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)2X(g)Y(g)＋Z(s) (乙)A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时
①混合气体的密度
②反应容器中生成物的百分含量
③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比
④混合气体的压强
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥混合气体的总物质的量
其中能表明(甲)达到化学平衡状态是________；
能表明(乙)达到化学平衡状态是________。
答案 ①②③④⑤⑥ ①②③⑤
5．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是 ( )
A．体系的体积不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n mol CO的同时生成n mol H2
D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
答案 C
解析 不论反应是否达到平衡状态，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。
1．化学平衡状态常用的判断方法
举例反应
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
正逆反应速率的关系
在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v(正)＝v(逆)
平衡
在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C，均指v(正)
不一定平衡
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆)
不一定平衡
在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗q mol D
平衡
混合物体系中各组分的含量
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
总压强或总体积或物质的量一定
不一定平衡
压强m
＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件不变)
平衡
m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件不变)
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量的变化，在其他条件不变的条件下，体系温度一定时
平衡
颜色
当体系的颜色(反应物或生成物均有颜色)不再变化时
平衡
混合气体的平均相对分子质量Mr
平均相对分子质量一定时，只有当m＋n≠p＋q时
平衡
平均相对分子质量一定，但m＋n＝p＋q时
不一定平衡
体系的密度
反应物、生成物全为气体，定容时，密度一定
不一定平衡
m＋n≠p＋q，恒温恒压，气体密度一定时
平衡
2.规避“2”个易失分点
(1)注意两审
一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压；二审反应特点：①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；②是有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
③全是气体参加体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
考点二 化学平衡的移动
1．概念
可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。
2．过程
3．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
(1)影响化学平衡的因素
若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，且v正′>v逆′
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，且v逆′>v正′
逆向移动
任一平衡体系
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，且v正′>v逆′
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小，且v正′>v逆′
正向移动
任意平衡或反应前后气体化学计量数和相等的平衡
正催化剂或增大压强
v正、v逆同等倍数增大
平衡不移动
负催化剂或减小压强
v正、v逆同等倍数减小
(2)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。
5．几种特殊情况
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
(2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。
(3)“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
原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小―→
——
(4)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。
深度思考
1．v正增大，平衡一定向正反应方向移动吗？
答案 不一定。只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
2．升高温度，化学平衡会向着吸热反应的方向移动，此时放热反应方向的反应速率会减小吗？
答案 不会。因为升高温度v吸和v放均增大，但二者增大的程度不同，v吸增大的程度大于v放增大的程度，故v吸和v放不再相等，v吸>v放，原平衡被破坏，平衡向吸热反应的方向移动，直至建立新的平衡。降温则相反。
3．对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g)C(g) ΔH＜0
乙：A(s)＋B(g)C(g) ΔH＜0
丙：A(g)＋B(g)2C(g) ΔH＞0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
(1)升温，平衡移动方向分别为(填“向左”、“向右”或“不移动”，下同)
甲________；乙________；丙________。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)
甲________；乙________；丙________。
(2)加压，平衡移动方向分别为
甲________；乙________；丙________。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为
甲________；乙________；丙________。
答案 (1)向左 向左 向右 减小 减小 不变
(2)向右 不移动 不移动 增大 不变 不变
4．已知一定条件下合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，在反应过程中，反应速率的变化如图所示，请根据速率的变化回答采取的措施。
t1____________；t2______________；t3______________；
t4____________。
答案 t1时刻增大c(N2)或c(H2) t2时刻加入催化剂
t3时刻降低温度 t4时刻增大压强。
题组一 选取措施使化学平衡定向移动
1．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．①②④ B．①④⑥ C．②③⑤ D．③⑤⑥
答案 B
解析 该反应为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．某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
(1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填序号，下同)，平衡________移动。
(2)升高温度对反应速率影响的图像是__________，平衡向________方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________，平衡向________方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是__________，平衡向________方向移动。
答案 (1)C 不 (2)A 逆反应 (3)D 逆反应
(4)B 正反应
解析 (1)加入催化剂，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之上；催化剂使正、逆反应速率增大的倍数相同，则改变条件后的速率线应该平行于横坐标轴，图像为C。
(2)升高温度，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”且应在原平衡的反应速率之上。因题给反应的正反应放热，升温平衡逆向移动，所以v正′
解析化学平衡移动题目的一般思路
题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断
3．填表
(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0：
条件变化
平衡移动
转化率变化
增大O2浓度
SO2的转化率增大，O2的转化率______
增大SO3浓度
SO2、O2的转化率都______
升高温度
SO2、O2的转化率都______
增大压强
SO2、O2的转化率都______
(2)2NO2(g)N2O4(g)：
条件变化
平衡移动
转化率变化
体积不变时，
充入NO2气体
NO2的转化率______
增大压强(缩小体积)
NO2的转化率______
(3)I2(g)＋H2(g)2HI(g)：
条件变化
平衡移动
转化率变化
增大H2的浓度
H2的转化率减小，
I2的转化率______
增大压强
转化率______
答案 (1)(从左到右，从上到下)正移 减小 逆移 减小 逆移 减小 正移 增大
(2)(从左到右，从上到下)正移 增大 正移 增大
(3)正移 增大 不移动 不变
4．在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)nY(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：
c(Y)/mol·L－1温度/℃气体体积/L
1
2
4
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.90
0.63
300
1.30
1.00
0.70
下列说法正确的是 ( )
A．m>n
B．Q<0
C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少
D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动
答案 C
解析 温度不变时(假设100 ℃条件下)，体积是1 L时，Y的物质的量为1 mol，体积为2 L时，Y的物质的量为0.75 mol·L－1×2 L＝1.5 mol，体积为4 L时，Y的物质的量为0.53 mol·L－1×4 L＝2.12 mol，说明体积越小，压强越大，Y的物质的量越小，Y的质量分数越小，平衡向生成X的方向进行，m0，B、D项错误。
5．向某密闭容器中加入0.15 mol·L－1 A、0.05 mol·L－1 C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间的变化如甲图所示[t0时c(B)未画出， t1时c(B)增大到0.05 mol·L－1]。乙图为t2时刻改变反应条件，平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。
(1)若t4时改变的条件为减小压强，则B的起始物质的量浓度为________ mol·L－1。
(2)若t5时改变的条件是升温，此时v(正)＞v(逆)，若A的物质的量减少0.03 mol时，容器与外界的热交换总量为a kJ，写出该反应的热化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若t1＝15 s，则t0～t1阶段以C的浓度变化表示的平均反应速率为v(C)＝________ mol·L－1·s－1，A的转化率为________。
(4)t3时改变的某一反应条件可能是________(选填序号)。
A．使用催化剂 B．增大压强
C．增大反应物浓度
答案 (1)0.02
(2)3A(g)2C(g)＋B(g) ΔH＝＋100a kJ·mol－1
(3)0.004 60% (4)AB
解析 (1)t4时，减小压强，v(正)、v(逆)以同等倍数下降，说明反应前后化学计量数之和相等，由A、C浓度变化曲线知，到t1时，A、C的浓度变化量分别为Δc(A)＝0.15－0.06＝0.09 mol·L－1，Δc(C)＝0.11－0.05＝0.06 mol·L－1，即A、C的化学计量数之比为0.09∶0.06＝3∶2，故反应式为3A(g)2C(g)＋B(g)，则B的起始浓度为0.05－0.03＝0.02 mol·L－1。(2)因升温，v(正)＞v(逆)，平衡正向进行，故此反应为吸热反应，其热化学反应式为3A(g)2C(g)＋B(g) ΔH＝＋100a kJ·mol－1。(3)v(C)＝＝0.004 mol·L－1·s－1，α(A)＝×100%＝60%。(4)乙图中t3时刻v(正)、v(逆)以同等倍数增大，故改变的条件应是增大压强或加入催化剂。
(1)判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。
(2)压强的影响实质是浓度的影响，所以只有当这些“改变”造成浓度改变时，平衡才有可能移动。
(3)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“消灭”外界条件的改变，改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。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 ℃
考点三 等效平衡
1．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。
2．原理
同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。
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。
深度思考
1．在等温等容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g) ΔH＝－Q1 kJ·mol－1(Q1>0)，起始物质的量如下表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
(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Q2 kJ，⑤吸收的热量为Q3 kJ，则Q1、Q2、Q3的定量关系为________________。
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
归纳总结
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。
2．在等温等容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(s)起始物质的量如下表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
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？
答案 ①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
归纳总结
等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应，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)，其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。
3．在等温等压条件下，可逆反应2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)起始物质的量如下表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
上述反应达到平衡后，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？
答案 ①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
题组一 等温、等容条件下等效平衡的应用
1．在恒温恒容的密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)。Ⅰ.将3 mol A和2 mol B在一定条件下反应，达平衡时C的体积分数为a；Ⅱ.若起始时A、B、C投入的物质的量分别为n(A)、n(B)、n(C)，平衡时C的体积分数也为a。下列说法正确的是 ( )
A．若Ⅰ达平衡时，A、B、C各增加1 mol，则B的转化率将一定增大
B．若向Ⅰ平衡体系中再加入3 mol A和2 mol B，C的体积分数若大于a，可断定x>4
C．若x＝2，则Ⅱ体系起始物质的量应满足3n(B)>n(A)＋3
D．若Ⅱ体系起始物质的量满足3n(C)＋8n(A)＝12n(B)，则可判断x＝4
答案 D
解析 这是恒温恒容条件下的等效平衡，无论如何进行配比，只要把反应一端按反应计量数之比完全转化为另一端的物质后，相当于完全等同的起始量即可。A项，A、B、C各增加1 mol时，A与B不可能完全转化为C，加入的B相对量大，A的转化率增大，而B的转化率将减小，错误；B项，在Ⅰ平衡体系中再加入3 mol A和2 mol B，相当于增大了体系的压强，C的体积分数增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应方向体积缩小，x<4，错误；C项，假设C完全转化为A、B，则n(A)＋3/2n(C)＝3，n(B)＋1/2n(C)＝2，即3n(B)＝n(A)＋3，错误；D项，设C完全转化为A、B，则xn(A)＋3n(C)＝3x，xn(B)＋n(C)＝2x，即2xn(A)＋3n(C)＝3xn(B)，正确。
题组二 等温、等压条件下等效平衡的应用
2．已知：t ℃时，2H(g)＋Y(g)2I(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，t ℃时，在一压强恒定的密闭容器中，加入4 mol H和2 mol Y反应，达到平衡后，Y剩余0.2 mol。若在上面的平衡体系中，再加入1 mol气态的I物质，t ℃时达到新的平衡，此时H物质的物质的量n(H)为 ( )
A．0.8 mol B．0.6 mol
C．0.5 mol D．0.2 mol
答案 C
解析 本题考查恒温恒压条件下等效平衡原理。根据反应式知，“4 mol H和2 mol Y反应达到平衡后，Y剩余0.2 mol”，即Y转化了1.8 mol，根据化学计量数之比，H必转化了3.6 mol，即H的转化率等于Y的转化率＝×100%＝90%。
2H(g)＋Y(g)2I(g)
起始(Ⅰ) 4 mol 2 mol 0
起始(Ⅱ) 4 mol 2 mol 1 mol
起始(Ⅲ) 5 mol 2.5 mol 0
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)＝5 mol×(1－90%)＝0.5 mol。
题组三 等温、等容，等温、等压条件下等效平衡的比较应用
3．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。
(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。
A．小于m B．等于m
C．在m～2m之间 D．等于2m
E．大于2m
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入______mol N2和________mol H2。
答案 (1)D E (2)0.5 0
解析 (1)由于甲容器定容，而乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙压缩容器，故乙中NH3的物质的量大于2m mol。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5) mol＝0.5 mol，H2为(1.5－1.5) mol＝0 mol。
等效平衡判断“四步曲”
第一步：看，观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数)，判断反应是前后等气体分子数的可逆反应还是反应前后不等气体分子数的可逆反应；第二步：挖，挖掘题目条件，区分恒温恒容和恒温恒压，注意密闭容器不等于恒容容器；第三步：倒，采用一边倒法，将起始物质转化成一边的物质；第四步：联，联系等效平衡判断依据，结合题目条件判断是否达到等效平衡。
探究高考 明确考向
1．(2013·山东理综，12)对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，在其他条件不变的情况下 ( )
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变
B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变
D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变
答案 B
解析 A项，加入催化剂，改变反应途径，但不能改变反应物和生成物的总能量，所以ΔH不变，错误。B项，由于该反应是反应前后气体分子数不变的反应，所以改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量也不变，正确。C项，该反应为放热反应，升温，化学反应速率加快，平衡逆向移动，反应放出的热量应减少，错误。D项，若把该反应设计成原电池，化学能除转化成热能外，还转化成电能，所以放出的热量应减少，错误。
2．(2013·北京理综，11)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是 ( )
答案 C
解析 首先理解选项所提供的信息含义，然后分析该含义中有没有包含平衡移动，即可顺利解答。
A项二氧化氮气体中存在平衡：2NO2N2O4，体系的温度变化会使平衡发生移动。B项不同温度下水的电离平衡常数不同，温度升高促进水的电离，电离平衡常数增大。C项向过氧化氢溶液中加入二氧化锰，加速了过氧化氢的分解，这是二氧化锰的催化作用，不能用平衡移动原理解释。D项氨水的浓度减小为原来的十分之一，但其pH的变化小于1，说明氨水在稀释的过程中平衡：NH3·H2ONH＋OH－发生了移动。
3．(2013·重庆理综，7)将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)＋F(s)2G(g)。忽略固体体积，平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示。
体积分数/%温度/℃压强/MPa
1.0
2.0
3.0
810
54.0
a
b
915
c
75.0
d
1 000
e
f
83.0
①b＜f ②915 ℃，2.0 MPa时E的转化率为60% ③该反应的ΔS＞0 ④K(1 000 ℃)＞K(810 ℃)
上述①～④中正确的有 ( )
A．4个 B．3个 C．2个 D．1个
答案 A
解析 由表中数据分析得出该反应正向是吸热反应，然后逐项分析。反应E(g)＋F(s)2G(g)是气体分子数增大的反应，压强增大平衡逆向移动，故b<54.0；由b到83.0%可知转化率是增大的，温度升高，G的体积分数增大，平衡正向移动，故正反应是吸热的，由此可知f>75.0，故b0，③正确。因为该反应正向吸热，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，故④正确。
4．(2013·大纲全国卷，7)反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，达到平衡时，下列说法正确的是 ( )
A．减小容器体积，平衡向右移动
B．加入催化剂，Z的产率增大
C．增大c(X)，X的转化率增大
D．降低温度，Y的转化率增大
答案 D
解析 根据该反应的特点结合平衡移动原理逐项分析。
A项该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动。B项催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率。C项增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X本身的转化率反而减小。D项该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大。
5．[2012·海南，15(3)]可逆反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)。判断该反应是否达到平衡的依据为__________(填正确选项前的字母)
a．压强不随时间改变
b．气体的密度不随时间改变
c．c(A)不随时间改变
d．单位时间里生成C和D的物质的量相等
答案 c
6．(2012·大纲全国卷，8)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0
反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是 ( )
A．增加压强 B．降低温度
C．增大CO 的浓度 D．更换催化剂
答案 B
解析 特别注意：一般来说，有两种及两种以上反应物的可逆反应中，在其他条件不变时，增大其中一种反应物的浓度，能使其他反应物的转化率升高，但其本身的转化率反而降低，故C项错误；A.因该反应为反应前后气体物质的量相等的反应，故增加压强只能缩短反应达到平衡的时间，并不能使该平衡发生移动，因而无法提高CO的转化率；B.因该反应为放热反应，降低温度能使平衡向右移动，从而提高CO的转化率；D.催化剂只能影响化学反应的速率，改变可逆反应达到平衡的时间，不能提高CO的转化率。
7．(2012·四川理综，12)在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600 ℃发生反应：2SO2＋O22SO3 ΔH<0。当气体的物质的量减少0.315 mol时反应达到平衡，在相同温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是 ( )
A．当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
B．降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
C．将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中，得到沉淀的质量为161.980 g
D．达到平衡时，SO2的转化率为90%
答案 D
解析 本题的解题关键有：(1)明确化学平衡移动的方向与反应速率的关系；(2)会利用差量法确定参加反应的物质的量；(3)要知道SO2与BaCl2不反应，原因是弱酸不能制强酸。SO3的生成速率和SO2的消耗速率都是正反应速率，故A错；因正反应是放热反应，降低温度时平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，是正反应速率减小的程度小的原因，故B错；气体的物质的量减少了0.315 mol，据差量法可知，反应的SO2为0.63 mol，反应的O2为0.315 mol，生成的SO3为0.63 mol，设SO2开始时的物质的量为a mol，列出量的关系为
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始的物质的量/mol a 1.100 0
转化的物质的量/mol 0.63 0.315 0.63
平衡的物质的量/mol a－0.63 0.785 0.63
据平衡时的压强为反应前的82.5%，列出：＝0.825，解得a＝0.7，故SO2的转化率为×100%＝90%，故D正确。
平衡时，将混合气体通入BaCl2溶液中，只有SO3生成沉淀，沉淀的物质的量与SO3的相等，为0.63 mol，沉淀的质量为0.63 mol×233 g·mol－1＝146.79 g，故C错。
8．(1)[2013·山东理综，29(2)]化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g) ΔH＞0(Ⅰ)。如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“>”、“<”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。
(2)[2011·山东理综，28(3)]CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是________________________________________________________________________。
答案 (1)< I2
(2)< 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
解析 (1)由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反应(Ⅰ)先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应(Ⅰ)的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH<0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。
9．[2011·新课标全国卷，27(3)(4)](3)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响 ，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)：
下列说法正确的是____(填序号)。
①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为
v(CH3OH)＝mol·L－1·min－1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
(4)在T1温度时，将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为____。
答案 (3)③④ (4)(2－α)/2
解析 (3)v(CH3OH)＝＝mol·L－1·min－1，①错误。温度越高反应速率越快，先达到平衡，则T2＞T1。该反应是放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，增大，②错误，③、④正确。
(4)T1>300 ℃，此时甲醇和水都为气态，根据化学反应方程式：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
1 3 0 0
α 3α α α
1－α 3－3α α α
压强之比等于物质的量之比，则p平/p始＝(4－2α)/4＝(2－α)/2。
练出高分
1．用于净化汽车尾气的反应：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)，已知该反应在570 K时的平衡常数为1×1059，但反应速率极慢。下列说法正确的是 ( )
A．装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO
B．提高尾气净化效率的常用方法是升高温度
C．增大压强，上述平衡右移，故可通过增压的方法提高尾气净化效率
D．提高尾气净化效率的最佳途径是使用高效催化剂
答案 D
解析 因为该反应是可逆反应，不可能进行到底，A错误；由题干知570 K时反应速率极慢，B错误；因平衡常数已经较大，增大压强虽然平衡正向移动，但对设备要求更高，故应通过提高反应速率而提高净化效率，故C错误，D正确。
2．在相同温度下，将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2＋N22NH3。表示起始时H2和N2的物质的量之比，且起始时H2和N2的物质的量之和相等。下列图像正确的是 ( )
答案 D
解析 A中，随着的增大，氢气含量增多，氢气的平衡转化率降低，A错误；随着的增大，氢气含量增多，混合气体的质量减小，B错误；随着的增大，氢气含量增多，氮气的平衡转化率增大，C错误；随着的增大，氢气含量增多，混合气体的质量减小，则混合气体的密度减小，D正确。
3．在体积、温度都相同的条件下，反应2A(g)＋2B(g)C(g)＋3D(g)分别从下列两条途径建立平衡：
Ⅰ .A、B的起始物质的量均为2 mol；
Ⅱ.C、D的起始物质的量分别为2 mol和6 mol。
以下叙述中不正确的是 ( )
A．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同
B．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的平均相对分子质量相同
C．达平衡时，Ⅰ途径的反应速率vA等于Ⅱ途径的反应速率vA
D．达平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的
答案 C
解析 途径Ⅱ中2 mol C和6 mol D按方程式转化为A、B，相当于4 mol A和4 mol B，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，故在恒温、恒容条件下，途径Ⅰ和途径Ⅱ将建立等效平衡，A、B均正确；因为途径Ⅱ达平衡时各组分的浓度为途径Ⅰ的两倍，达平衡时途径Ⅰ的反应速率vA小于途径Ⅱ的反应速率vA，C错误。
4．在一定温度下，向2 L体积固定的密闭容器中加入1 mol HI,2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH＞
0，H2的物质的量随时间的变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．该温度下，恒容时，充入HI气体，HI的百分含量增大
B．0～2 min内的HI的平均反应速率为0.05 mol·L－1·min－1
C．恒压下向该体系中加入N2，平衡不移动，反应速率不变
D．升高温度，平衡向正反应方向移动，只有正反应速率加快
答案 B
解析 A项，充入HI气体相当于加压，因为是等体积反应，HI的百分含量不变；B项，v(HI)＝×2÷2 min＝0.05 mol·L－1·min－1；C项，恒压时充入N2，体积扩大，浓度减小，平衡不移动，反应速率减小；D项，升温，正、逆反应速率均加快。
5．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝Q(Q＜0)，向同温、同体积的三个真空密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2；(丙)2 mol SO3；恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是 ( )
A．容器内压强p：p甲＝p丙＞2p乙
B．SO3的质量m：m甲＝m丙＞2m乙
C．c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙＞k乙
D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙＞2Q乙
答案 B
解析 甲、丙属于等效平衡，乙相当于把甲的体积扩大1倍，平衡逆向移动。A项，压强p：p甲＝p丙＜2p乙；C项，k甲＝k丙＜k乙；D项，Q甲＋Q丙＝Q，Q甲＞2Q乙。
6． I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，某I2、KI混合溶液中，c(I)与温度T的关系如右图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)，下列说法不正确的是( )
A．反应I2(aq)＋I－(aq)I(aq) ΔH＜0
B．状态a与状态b相比，状态b时I2的转化率更高
C．若T1时，反应进行到状态d时，一定有v正＞v逆
D．温度为T1时，向该平衡体系中加入KI固体，平衡正向移动
答案 B
解析 根据图示，升温，c(I)减小，平衡左移，正反应为放热反应，A正确；由于升温平衡左移，状态b比状态a的I的转化率低，B错误；T1时d状态未达到平衡，v正＞v逆，C正确；增大c(I－)，平衡正向移动，D正确。
7．在一固定容积的容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列说法正确的是( )
A．容器中气体的压强、密度不再发生变化，均可以说明该反应达到了平衡状态
B．向容器中通入稀有气体He，压强增大，平衡向右移动，反应速率加快
C．如2v正(N2)＝v逆(NH3)，说明该反应达到了平衡
D．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
答案 C
解析 A项，由于体积不变，质量不变，密度不能作为平衡的标志，错误；He气与反应无关，且体积不变，浓度不变，平衡不移动，B错误；D项，降温，反应速率减慢，达到平衡所用时间延长，错误。
8．在体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)zC(g)，图Ⅰ表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化，图Ⅱ表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是 ( )
A．200 ℃时，反应从开始到平衡的平均速率v(B)＝0.04 mol·L－1·min－1
B．图Ⅱ所知反应xA(g)＋yB(g)zC(g)的ΔH＜0，且a＝2
C．若在图Ⅰ所示的平衡状态下，再向体系中充入He，重新达到平衡前v正＞v逆
D．200 ℃时，向容器中充入2 mol A和1 mol B，达到平衡时，A的体积分数小于0.5
答案 D
解析 由图Ⅰ可得该反应的化学方程式为2A(g)＋B(g)C(g)。A项，v(B)＝＝0.02 mol·L－1·min－1，错误；B项，升温，C的体积分数增大，说明平衡右移，正反应为吸热反应，无法确定a值，错误；C项，由于体积不变，He与反应无关，所以平衡不移动，v正仍等于v逆，错误；D项，原平衡时，A的体积分数为＝0.5，再充入2 mol A、1 mol B，相当于增大压强，平衡右移，A的体积分数小于0.5，正确。
9．一定温度时，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1＜t2)，下列说法正确的是 ( )
反应时间/min
n(SO2)/mol
n(O2)/mol
0
0.10
0.060
t1
0.012
t2
0.016
A.反应在0～t1 min内的平均速率为v(SO3)＝0.088/t1 mol·L－1·min－1
B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2，到达平衡时n(SO2)＝0.012 mol
C．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(SO2)＝0.007 0 mol·L－1，则反应的ΔH＞0
D．相同温度下，起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2，达到平衡时SO2转化率等于88%
答案 B
解析 A项，v(SO3)＝v(SO2)＝＝ mol·L－1·min－1，错误；B项，把0.10 mol的SO3折合成反应物，正好相当于0.10 mol的SO2和0.060 mol O2混合，和原平衡等效，正确；C项，t2时，O2为0.016 mol，则SO2为0.10 mol－2×(0.06 mol－0.016 mol)＝0.012 mol，说明已达平衡状态，升温，SO2变为0.007 0 mol·L－1×2 L＝0.014 mol，平衡左移，正反应应为放热反应，ΔH＜0，错误；D项，原平衡SO2的转化率为×100%＝88%，该状况相当于把原平衡体积扩大一倍，平衡左移，SO2转化率小于88%，错误。
10．一定条件下，体积为1 L的密闭容器中发生如下反应：
SiF4(g)＋2H2O(g)SiO2(s)＋4HF(g)
ΔH＝＋148.9 kJ·mol－1。
(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是__________(填字母序号)。
a．v消耗(SiF4)＝4v生成(HF)
b．容器内气体压强不再变化
c．容器内气体的总质量不再变化
d．HF的体积分数不再变化
(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)所示。
反应时间/min
n(SiF4)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
2.40
t1
0.80
a
t2
b
1.60
通过a或b的值及化学平衡原理说明t1时反应是否达到化学平衡状态：__________。
(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填序号)。
a．一定向正反应方向移动
b．一定向逆反应方向移动
c．一定是减小压强造成的
d．一定是升高温度造成的
e．SiF4的平衡转化率一定增大
答案 (1)bcd
(2)a＝1.60(或b＝0.80)，说明在一定条件下，t1～t2时各组分的浓度(或物质的量)均不再发生改变，则t1时反应已经达到化学平衡状态
(3)ade
解析 (2)0～t1 min，反应消耗的SiF4为0.40 mol，根据已知反应可确定消耗的H2O为0.80 mol，故a＝1.60 mol，t2 min时，H2O仍为1.60 mol，故b＝0.80 mol。由此可判断t1时该反应已经达到化学平衡状态。
11．在一个体积为2 L的密闭容器中，高温下发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。其中CO2、CO的物质的量(mol)随时间(min)的变化关系如图所示。
(1)反应在1 min时第一次达到平衡状态，固体的质量增加了3.2 g。用CO2的浓度变化表示的反应速率v(CO2)＝__________。
(2)反应进行至2 min时，若升高温度，曲线发生的变化如图所示，3 min时再次达到平衡，则ΔH______0(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)5 min时再充入一定量的CO(g)，平衡发生移动。下列说法正确的是________(填写编号)。
a．v正先增大后减小 b．v正先减小后增大
c．v逆先增大后减小 d．v逆先减小后增大
表示n(CO2)变化的曲线是__________(填写图中曲线的字母编号)。
(4)请用固态物质的有关物理量来说明该反应已经达到化学平衡状态：
________________________________________________________________________。
答案 (1)0.1 mol·L－1·min－1 (2)>
(3)c b (4)Fe(或FeO)的质量(或物质的量)保持不变；或固体总质量保持不变
解析 (1)Fe―→FeO，固体质量增加3.2 g，说明生成FeO 0.2 mol，v(CO2)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。
(2)由于建立新平衡时CO物质的量增加，可知升高温度，平衡正向移动，说明正反应吸热。
(3)充入CO，CO浓度增大，逆反应速率增大，之后逐渐减小；5 min时CO2浓度不变，正反应速率不变，平衡逆向移动，CO2浓度增大，正反应速率逐渐增大。
12．在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，反应中NH3的物质的量浓度的变化情况如下图：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为
________________________________________________________________________。
(2)根据上图，计算从反应开始到平衡时，平均反应速率v(H2)为__________________。
(3)判断该反应达到平衡状态的标志是________(填序号)。
①N2和NH3浓度相等 ②NH3百分含量保持不变 ③容器中气体的压强不变 ④NH3的生成速率与H2的消耗速率相等 ⑤容器中混合气体的密度保持不变
(4)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其它条件不变，若改变反应温度，则NH3的物质的量浓度不可能为________。
①0.20 mol·L－1 ②0.12 mol·L－1 ③0.10 mol·L－1
④0.08 mol·L－1
(5)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol·L－1)，请在上图中画出第5分钟末达到此平衡时NH3浓度的变化曲线。
答案 (1)K＝
(2)0.037 5 mol·L－1·min－1
(3)②③
(4)①③
(5)如图所示
解析 (2)v(H2)＝v(NH3)＝×＝0.037 5 mol·L－1·min－1；(3)根据反应条件(恒容)和反应特点(全部是气体参与的非等体积反应)，密度不能作为平衡标志；达到平衡时，各反应物、生成物的浓度保持不变，并不是相等，也不一定符合系数之比。②、③能作为平衡时的标志；(4)升温，平衡左移，c(NH3)＜0.10 mol·L－1，④符合；降温，平衡右移，0.10 mol·L－1＜c(NH3)＜0.20 mol·L－1，②符合；(5)将体积缩小一半，NH3浓度瞬间变为原来的2倍(0.2 mol·L－1)，然后平衡右移，8分钟末接近0.25 mol·L－1。
13．超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：
2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0
为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：
时间(s)
0
1
2
3
4
5
c(NO) (mol·L－1)
1.00×10－3
4.50×10－4
2.50×10－4
1.50×10－4
1.00×10－4
1.00×10－4
c(CO) (mol·L－1)
3.60×10－3
3.05×10－3
2.85×10－3
2.75×10－3
2.70×10－3
2.70×10－3
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：
(1)前2 s内的平均反应速率v(N2)＝________；CO的平衡转化率为________。(结果均保留两位有效数字)
(2)写出该反应的平衡常数K的表达式
________________________________________________________________________。
(3)假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________。
A．选用更有效的催化剂
B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度
D．缩小容器的体积
(4)研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。某同学设计了三组实验，实验条件已经填在下面的实验设计表中。
实验编号
T(℃)
NO初始浓度(mol·L－1)
CO初始浓度(mol·L－1)
催化剂的比表面积(m2·g－1)
Ⅰ
280
1.20×10－3
5.80×10－3
82
Ⅱ
280
1.20×10－3
5.80×10－3
124
Ⅲ
350
1.20×10－3
5.80×10－3
124
① 以上三组实验的实验目的是
________________________________________________________________________。
②请在给出的坐标图中，画出上表中的第三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图。
答案 (1)1.9×10－4 mol·L－1·s－1 25%
(2)K＝
(3)CD
(4)①分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律
②如下图：
解析 (1)前2 s内CO的平均反应速率为
≈3.8×10－4 mol·L－1·s－1，
所以v(N2)＝1.9×10－4 mol·L－1·s－1；CO的转化率为×100%＝25%；(3)根据反应特点，加压、降温可提高NO的转化率；(4)Ⅰ、Ⅱ温度相同，Ⅱ、Ⅲ催化剂比表面积相同，所以该实验的目的是分别验证温度，催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律；(5)Ⅱ、Ⅲ相比，催化剂的比表面积相同，但Ⅲ中温度高，达到平衡所用时间短，平衡右移，NO的浓度比Ⅱ中大。
第2讲 化学平衡状态
[考纲要求] 1.了解可逆反应的定义。2.理解化学平衡的定义。3.理解影响化学平衡的因素。
考点一 可逆反应与化学平衡状态
1．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：a.相同条件下；b.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(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示
在方程式中用“”表示。
2．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)化学平衡的建立
(3)平衡特点
深度思考
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)2H2O2H2↑＋O2↑为可逆反应 ( )
(2)二次电池的充、放电为可逆反应 ( )
(3)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 ( )
(4)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变 ( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√
2．向含有2 mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量______2 mol(填“<”、“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量______0 mol，转化率______100%，反应放出的热量________ Q kJ。
答案 < > < <
题组一 极端假设，界定范围，突破判断
1．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是 ( )
A．c1∶c2＝3∶1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0 mol·L－1
解析 平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应速率且vY(生成)∶vZ(生成)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0
( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
答案 A
极端假设法确定各物质浓度范围
上述题目2可根据极端假设法判断，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。
假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L－1) 0 0.2 0.4
假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L－1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2)，Y2∈(0.2,0.4)，Z∈(0,0.4)。
题组二 化学平衡状态标志的判断
3．在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应
(甲)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
(乙)H2(g)＋I2(g)2HI(g)
现有下列状态：
①反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于系数之比
②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比
③速率之比等于系数之比的状态
④浓度之比等于系数之比的状态
⑤百分含量之比等于系数之比的状态
⑥混合气体的颜色不再改变的状态
⑦混合气体的密度不再改变的状态
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑨体系温度不再改变的状态
⑩压强不再改变的状态
⑪反应物的浓度不再改变的状态
⑫反应物或生成物的百分含量不再改变的状态
其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是__________；
能表明(乙)达到化学平衡状态的是__________；
能表明(甲)、(乙)都达到化学平衡状态的是__________。
答案 ②⑥⑧⑨⑩⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫
4．在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)2X(g)Y(g)＋Z(s) (乙)A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时
①混合气体的密度
②反应容器中生成物的百分含量
③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比
④混合气体的压强
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥混合气体的总物质的量
其中能表明(甲)达到化学平衡状态是________；
能表明(乙)达到化学平衡状态是________。
答案 ①②③④⑤⑥ ①②③⑤
5．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是 ( )
A．体系的体积不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n mol CO的同时生成n mol H2
D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
答案 C
解析 不论反应是否达到平衡状态，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。
1．化学平衡状态常用的判断方法
举例反应
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
正逆反应速率的关系
在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v(正)＝v(逆)
平衡
在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C，均指v(正)
不一定平衡
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆)
不一定平衡
在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗q mol D
平衡
混合物体系中各组分的含量
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
总压强或总体积或物质的量一定
不一定平衡
压强m
＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件不变)
平衡
m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件不变)
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量的变化，在其他条件不变的条件下，体系温度一定时
平衡
颜色
当体系的颜色(反应物或生成物均有颜色)不再变化时
平衡
混合气体的平均相对分子质量Mr
平均相对分子质量一定时，只有当m＋n≠p＋q时
平衡
平均相对分子质量一定，但m＋n＝p＋q时
不一定平衡
体系的密度
反应物、生成物全为气体，定容时，密度一定
不一定平衡
m＋n≠p＋q，恒温恒压，气体密度一定时
平衡
2.规避“2”个易失分点
(1)注意两审
一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压；二审反应特点：①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；②是有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
③全是气体参加体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
考点二 化学平衡的移动
1．概念
可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。
2．过程
3．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
(1)影响化学平衡的因素
若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，且v正′>v逆′
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，且v逆′>v正′
逆向移动
任一平衡体系
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，且v正′>v逆′
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小，且v正′>v逆′
正向移动
任意平衡或反应前后气体化学计量数和相等的平衡
正催化剂或增大压强
v正、v逆同等倍数增大
平衡不移动
负催化剂或减小压强
v正、v逆同等倍数减小
(2)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。
5．几种特殊情况
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
(2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。
(3)“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
原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小―→
——
(4)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。
深度思考
1．v正增大，平衡一定向正反应方向移动吗？
答案 不一定。只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
2．升高温度，化学平衡会向着吸热反应的方向移动，此时放热反应方向的反应速率会减小吗？
答案 不会。因为升高温度v吸和v放均增大，但二者增大的程度不同，v吸增大的程度大于v放增大的程度，故v吸和v放不再相等，v吸>v放，原平衡被破坏，平衡向吸热反应的方向移动，直至建立新的平衡。降温则相反。
3．对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g)C(g) ΔH＜0
乙：A(s)＋B(g)C(g) ΔH＜0
丙：A(g)＋B(g)2C(g) ΔH＞0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
(1)升温，平衡移动方向分别为(填“向左”、“向右”或“不移动”，下同)
甲________；乙________；丙________。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)
甲________；乙________；丙________。
(2)加压，平衡移动方向分别为
甲________；乙________；丙________。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为
甲________；乙________；丙________。
答案 (1)向左 向左 向右 减小 减小 不变
(2)向右 不移动 不移动 增大 不变 不变
4．已知一定条件下合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，在反应过程中，反应速率的变化如图所示，请根据速率的变化回答采取的措施。
t1____________；t2______________；t3______________；
t4____________。
答案 t1时刻增大c(N2)或c(H2) t2时刻加入催化剂
t3时刻降低温度 t4时刻增大压强。
题组一 选取措施使化学平衡定向移动
1．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．①②④ B．①④⑥ C．②③⑤ D．③⑤⑥
答案 B
解析 该反应为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．某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
(1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填序号，下同)，平衡________移动。
(2)升高温度对反应速率影响的图像是__________，平衡向________方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________，平衡向________方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是__________，平衡向________方向移动。
答案 (1)C 不 (2)A 逆反应 (3)D 逆反应
(4)B 正反应
解析 (1)加入催化剂，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之上；催化剂使正、逆反应速率增大的倍数相同，则改变条件后的速率线应该平行于横坐标轴，图像为C。
(2)升高温度，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”且应在原平衡的反应速率之上。因题给反应的正反应放热，升温平衡逆向移动，所以v正′
解析化学平衡移动题目的一般思路
题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断
3．填表
(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0：
条件变化
平衡移动
转化率变化
增大O2浓度
SO2的转化率增大，O2的转化率______
增大SO3浓度
SO2、O2的转化率都______
升高温度
SO2、O2的转化率都______
增大压强
SO2、O2的转化率都______
(2)2NO2(g)N2O4(g)：
条件变化
平衡移动
转化率变化
体积不变时，
充入NO2气体
NO2的转化率______
增大压强(缩小体积)
NO2的转化率______
(3)I2(g)＋H2(g)2HI(g)：
条件变化
平衡移动
转化率变化
增大H2的浓度
H2的转化率减小，
I2的转化率______
增大压强
转化率______
答案 (1)(从左到右，从上到下)正移 减小 逆移 减小 逆移 减小 正移 增大
(2)(从左到右，从上到下)正移 增大 正移 增大
(3)正移 增大 不移动 不变
4．在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)nY(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：
c(Y)/mol·L－1温度/℃气体体积/L
1
2
4
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.90
0.63
300
1.30
1.00
0.70
下列说法正确的是 ( )
A．m>n
B．Q<0
C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少
D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动
答案 C
解析 温度不变时(假设100 ℃条件下)，体积是1 L时，Y的物质的量为1 mol，体积为2 L时，Y的物质的量为0.75 mol·L－1×2 L＝1.5 mol，体积为4 L时，Y的物质的量为0.53 mol·L－1×4 L＝2.12 mol，说明体积越小，压强越大，Y的物质的量越小，Y的质量分数越小，平衡向生成X的方向进行，m
5．向某密闭容器中加入0.15 mol·L－1 A、0.05 mol·L－1 C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间的变化如甲图所示[t0时c(B)未画出， t1时c(B)增大到0.05 mol·L－1]。乙图为t2时刻改变反应条件，平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。
(1)若t4时改变的条件为减小压强，则B的起始物质的量浓度为________ mol·L－1。
(2)若t5时改变的条件是升温，此时v(正)＞v(逆)，若A的物质的量减少0.03 mol时，容器与外界的热交换总量为a kJ，写出该反应的热化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若t1＝15 s，则t0～t1阶段以C的浓度变化表示的平均反应速率为v(C)＝________ mol·L－1·s－1，A的转化率为________。
(4)t3时改变的某一反应条件可能是________(选填序号)。
A．使用催化剂 B．增大压强
C．增大反应物浓度
答案 (1)0.02
(2)3A(g)2C(g)＋B(g) ΔH＝＋100a kJ·mol－1
(3)0.004 60% (4)AB
解析 (1)t4时，减小压强，v(正)、v(逆)以同等倍数下降，说明反应前后化学计量数之和相等，由A、C浓度变化曲线知，到t1时，A、C的浓度变化量分别为Δc(A)＝0.15－0.06＝0.09 mol·L－1，Δc(C)＝0.11－0.05＝0.06 mol·L－1，即A、C的化学计量数之比为0.09∶0.06＝3∶2，故反应式为3A(g)2C(g)＋B(g)，则B的起始浓度为0.05－0.03＝0.02 mol·L－1。(2)因升温，v(正)＞v(逆)，平衡正向进行，故此反应为吸热反应，其热化学反应式为3A(g)2C(g)＋B(g) ΔH＝＋100a kJ·mol－1。(3)v(C)＝＝0.004 mol·L－1·s－1，α(A)＝×100%＝60%。(4)乙图中t3时刻v(正)、v(逆)以同等倍数增大，故改变的条件应是增大压强或加入催化剂。
(1)判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。
(2)压强的影响实质是浓度的影响，所以只有当这些“改变”造成浓度改变时，平衡才有可能移动。
(3)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“消灭”外界条件的改变，改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。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 ℃
考点三 等效平衡
1．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。
2．原理
同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。
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。
深度思考
1．在等温等容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g) ΔH＝－Q1 kJ·mol－1(Q1>0)，起始物质的量如下表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
(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Q2 kJ，⑤吸收的热量为Q3 kJ，则Q1、Q2、Q3的定量关系为________________。
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
归纳总结
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。
2．在等温等容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(s)起始物质的量如下表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
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？
答案 ①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
归纳总结
等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应，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)，其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。
3．在等温等压条件下，可逆反应2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)起始物质的量如下表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
上述反应达到平衡后，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？
答案 ①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
题组一 等温、等容条件下等效平衡的应用
1．在恒温恒容的密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)。Ⅰ.将3 mol A和2 mol B在一定条件下反应，达平衡时C的体积分数为a；Ⅱ.若起始时A、B、C投入的物质的量分别为n(A)、n(B)、n(C)，平衡时C的体积分数也为a。下列说法正确的是 ( )
A．若Ⅰ达平衡时，A、B、C各增加1 mol，则B的转化率将一定增大
B．若向Ⅰ平衡体系中再加入3 mol A和2 mol B，C的体积分数若大于a，可断定x>4
C．若x＝2，则Ⅱ体系起始物质的量应满足3n(B)>n(A)＋3
D．若Ⅱ体系起始物质的量满足3n(C)＋8n(A)＝12n(B)，则可判断x＝4
答案 D
解析 这是恒温恒容条件下的等效平衡，无论如何进行配比，只要把反应一端按反应计量数之比完全转化为另一端的物质后，相当于完全等同的起始量即可。A项，A、B、C各增加1 mol时，A与B不可能完全转化为C，加入的B相对量大，A的转化率增大，而B的转化率将减小，错误；B项，在Ⅰ平衡体系中再加入3 mol A和2 mol B，相当于增大了体系的压强，C的体积分数增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应方向体积缩小，x<4，错误；C项，假设C完全转化为A、B，则n(A)＋3/2n(C)＝3，n(B)＋1/2n(C)＝2，即3n(B)＝n(A)＋3，错误；D项，设C完全转化为A、B，则xn(A)＋3n(C)＝3x，xn(B)＋n(C)＝2x，即2xn(A)＋3n(C)＝3xn(B)，正确。
题组二 等温、等压条件下等效平衡的应用
2．已知：t ℃时，2H(g)＋Y(g)2I(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，t ℃时，在一压强恒定的密闭容器中，加入4 mol H和2 mol Y反应，达到平衡后，Y剩余0.2 mol。若在上面的平衡体系中，再加入1 mol气态的I物质，t ℃时达到新的平衡，此时H物质的物质的量n(H)为 ( )
A．0.8 mol B．0.6 mol
C．0.5 mol D．0.2 mol
答案 C
解析 本题考查恒温恒压条件下等效平衡原理。根据反应式知，“4 mol H和2 mol Y反应达到平衡后，Y剩余0.2 mol”，即Y转化了1.8 mol，根据化学计量数之比，H必转化了3.6 mol，即H的转化率等于Y的转化率＝×100%＝90%。
2H(g)＋Y(g)2I(g)
起始(Ⅰ) 4 mol 2 mol 0
起始(Ⅱ) 4 mol 2 mol 1 mol
起始(Ⅲ) 5 mol 2.5 mol 0
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)＝5 mol×(1－90%)＝0.5 mol。
题组三 等温、等容，等温、等压条件下等效平衡的比较应用
3．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。
(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。
A．小于m B．等于m
C．在m～2m之间 D．等于2m
E．大于2m
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入______mol N2和________mol H2。
答案 (1)D E (2)0.5 0
解析 (1)由于甲容器定容，而乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙压缩容器，故乙中NH3的物质的量大于2m mol。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5) mol＝0.5 mol，H2为(1.5－1.5) mol＝0 mol。
等效平衡判断“四步曲”
第一步：看，观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数)，判断反应是前后等气体分子数的可逆反应还是反应前后不等气体分子数的可逆反应；第二步：挖，挖掘题目条件，区分恒温恒容和恒温恒压，注意密闭容器不等于恒容容器；第三步：倒，采用一边倒法，将起始物质转化成一边的物质；第四步：联，联系等效平衡判断依据，结合题目条件判断是否达到等效平衡。
探究高考 明确考向
1．(2013·山东理综，12)对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，在其他条件不变的情况下 ( )
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变
B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变
D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变
答案 B
解析 A项，加入催化剂，改变反应途径，但不能改变反应物和生成物的总能量，所以ΔH不变，错误。B项，由于该反应是反应前后气体分子数不变的反应，所以改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量也不变，正确。C项，该反应为放热反应，升温，化学反应速率加快，平衡逆向移动，反应放出的热量应减少，错误。D项，若把该反应设计成原电池，化学能除转化成热能外，还转化成电能，所以放出的热量应减少，错误。
2．(2013·北京理综，11)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是 ( )
答案 C
解析 首先理解选项所提供的信息含义，然后分析该含义中有没有包含平衡移动，即可顺利解答。
A项二氧化氮气体中存在平衡：2NO2N2O4，体系的温度变化会使平衡发生移动。B项不同温度下水的电离平衡常数不同，温度升高促进水的电离，电离平衡常数增大。C项向过氧化氢溶液中加入二氧化锰，加速了过氧化氢的分解，这是二氧化锰的催化作用，不能用平衡移动原理解释。D项氨水的浓度减小为原来的十分之一，但其pH的变化小于1，说明氨水在稀释的过程中平衡：NH3·H2ONH＋OH－发生了移动。
3．(2013·重庆理综，7)将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)＋F(s)2G(g)。忽略固体体积，平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示。
体积分数/%温度/℃压强/MPa
1.0
2.0
3.0
810
54.0
a
b
915
c
75.0
d
1 000
e
f
83.0
①b＜f ②915 ℃，2.0 MPa时E的转化率为60% ③该反应的ΔS＞0 ④K(1 000 ℃)＞K(810 ℃)
上述①～④中正确的有 ( )
A．4个 B．3个 C．2个 D．1个
答案 A
解析 由表中数据分析得出该反应正向是吸热反应，然后逐项分析。反应E(g)＋F(s)2G(g)是气体分子数增大的反应，压强增大平衡逆向移动，故b<54.0；由b到83.0%可知转化率是增大的，温度升高，G的体积分数增大，平衡正向移动，故正反应是吸热的，由此可知f>75.0，故b
4．(2013·大纲全国卷，7)反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，达到平衡时，下列说法正确的是 ( )
A．减小容器体积，平衡向右移动
B．加入催化剂，Z的产率增大
C．增大c(X)，X的转化率增大
D．降低温度，Y的转化率增大
答案 D
解析 根据该反应的特点结合平衡移动原理逐项分析。
A项该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动。B项催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率。C项增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X本身的转化率反而减小。D项该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大。
5．[2012·海南，15(3)]可逆反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)。判断该反应是否达到平衡的依据为__________(填正确选项前的字母)
a．压强不随时间改变
b．气体的密度不随时间改变
c．c(A)不随时间改变
d．单位时间里生成C和D的物质的量相等
答案 c
6．(2012·大纲全国卷，8)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0
反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是 ( )
A．增加压强 B．降低温度
C．增大CO 的浓度 D．更换催化剂
答案 B
解析 特别注意：一般来说，有两种及两种以上反应物的可逆反应中，在其他条件不变时，增大其中一种反应物的浓度，能使其他反应物的转化率升高，但其本身的转化率反而降低，故C项错误；A.因该反应为反应前后气体物质的量相等的反应，故增加压强只能缩短反应达到平衡的时间，并不能使该平衡发生移动，因而无法提高CO的转化率；B.因该反应为放热反应，降低温度能使平衡向右移动，从而提高CO的转化率；D.催化剂只能影响化学反应的速率，改变可逆反应达到平衡的时间，不能提高CO的转化率。
7．(2012·四川理综，12)在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600 ℃发生反应：2SO2＋O22SO3 ΔH<0。当气体的物质的量减少0.315 mol时反应达到平衡，在相同温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是 ( )
A．当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
B．降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
C．将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中，得到沉淀的质量为161.980 g
D．达到平衡时，SO2的转化率为90%
答案 D
解析 本题的解题关键有：(1)明确化学平衡移动的方向与反应速率的关系；(2)会利用差量法确定参加反应的物质的量；(3)要知道SO2与BaCl2不反应，原因是弱酸不能制强酸。SO3的生成速率和SO2的消耗速率都是正反应速率，故A错；因正反应是放热反应，降低温度时平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，是正反应速率减小的程度小的原因，故B错；气体的物质的量减少了0.315 mol，据差量法可知，反应的SO2为0.63 mol，反应的O2为0.315 mol，生成的SO3为0.63 mol，设SO2开始时的物质的量为a mol，列出量的关系为
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始的物质的量/mol a 1.100 0
转化的物质的量/mol 0.63 0.315 0.63
平衡的物质的量/mol a－0.63 0.785 0.63
据平衡时的压强为反应前的82.5%，列出：＝0.825，解得a＝0.7，故SO2的转化率为×100%＝90%，故D正确。
平衡时，将混合气体通入BaCl2溶液中，只有SO3生成沉淀，沉淀的物质的量与SO3的相等，为0.63 mol，沉淀的质量为0.63 mol×233 g·mol－1＝146.79 g，故C错。
8．(1)[2013·山东理综，29(2)]化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g) ΔH＞0(Ⅰ)。如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“>”、“<”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。
(2)[2011·山东理综，28(3)]CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是________________________________________________________________________。
答案 (1)< I2
(2)< 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
解析 (1)由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反应(Ⅰ)先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应(Ⅰ)的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH<0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。
9．[2011·新课标全国卷，27(3)(4)](3)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响 ，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)：
下列说法正确的是____(填序号)。
①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为
v(CH3OH)＝mol·L－1·min－1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
(4)在T1温度时，将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为____。
答案 (3)③④ (4)(2－α)/2
解析 (3)v(CH3OH)＝＝mol·L－1·min－1，①错误。温度越高反应速率越快，先达到平衡，则T2＞T1。该反应是放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，增大，②错误，③、④正确。
(4)T1>300 ℃，此时甲醇和水都为气态，根据化学反应方程式：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
1 3 0 0
α 3α α α
1－α 3－3α α α
压强之比等于物质的量之比，则p平/p始＝(4－2α)/4＝(2－α)/2。
练出高分
1．用于净化汽车尾气的反应：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)，已知该反应在570 K时的平衡常数为1×1059，但反应速率极慢。下列说法正确的是 ( )
A．装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO
B．提高尾气净化效率的常用方法是升高温度
C．增大压强，上述平衡右移，故可通过增压的方法提高尾气净化效率
D．提高尾气净化效率的最佳途径是使用高效催化剂
答案 D
解析 因为该反应是可逆反应，不可能进行到底，A错误；由题干知570 K时反应速率极慢，B错误；因平衡常数已经较大，增大压强虽然平衡正向移动，但对设备要求更高，故应通过提高反应速率而提高净化效率，故C错误，D正确。
2．在相同温度下，将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2＋N22NH3。表示起始时H2和N2的物质的量之比，且起始时H2和N2的物质的量之和相等。下列图像正确的是 ( )
答案 D
解析 A中，随着的增大，氢气含量增多，氢气的平衡转化率降低，A错误；随着的增大，氢气含量增多，混合气体的质量减小，B错误；随着的增大，氢气含量增多，氮气的平衡转化率增大，C错误；随着的增大，氢气含量增多，混合气体的质量减小，则混合气体的密度减小，D正确。
3．在体积、温度都相同的条件下，反应2A(g)＋2B(g)C(g)＋3D(g)分别从下列两条途径建立平衡：
Ⅰ .A、B的起始物质的量均为2 mol；
Ⅱ.C、D的起始物质的量分别为2 mol和6 mol。
以下叙述中不正确的是 ( )
A．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同
B．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的平均相对分子质量相同
C．达平衡时，Ⅰ途径的反应速率vA等于Ⅱ途径的反应速率vA
D．达平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的
答案 C
解析 途径Ⅱ中2 mol C和6 mol D按方程式转化为A、B，相当于4 mol A和4 mol B，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，故在恒温、恒容条件下，途径Ⅰ和途径Ⅱ将建立等效平衡，A、B均正确；因为途径Ⅱ达平衡时各组分的浓度为途径Ⅰ的两倍，达平衡时途径Ⅰ的反应速率vA小于途径Ⅱ的反应速率vA，C错误。
4．在一定温度下，向2 L体积固定的密闭容器中加入1 mol HI,2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH＞
0，H2的物质的量随时间的变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．该温度下，恒容时，充入HI气体，HI的百分含量增大
B．0～2 min内的HI的平均反应速率为0.05 mol·L－1·min－1
C．恒压下向该体系中加入N2，平衡不移动，反应速率不变
D．升高温度，平衡向正反应方向移动，只有正反应速率加快
答案 B
解析 A项，充入HI气体相当于加压，因为是等体积反应，HI的百分含量不变；B项，v(HI)＝×2÷2 min＝0.05 mol·L－1·min－1；C项，恒压时充入N2，体积扩大，浓度减小，平衡不移动，反应速率减小；D项，升温，正、逆反应速率均加快。
5．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝Q(Q＜0)，向同温、同体积的三个真空密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2；(丙)2 mol SO3；恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是 ( )
A．容器内压强p：p甲＝p丙＞2p乙
B．SO3的质量m：m甲＝m丙＞2m乙
C．c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙＞k乙
D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙＞2Q乙
答案 B
解析 甲、丙属于等效平衡，乙相当于把甲的体积扩大1倍，平衡逆向移动。A项，压强p：p甲＝p丙＜2p乙；C项，k甲＝k丙＜k乙；D项，Q甲＋Q丙＝Q，Q甲＞2Q乙。
6． I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，某I2、KI混合溶液中，c(I)与温度T的关系如右图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)，下列说法不正确的是( )
A．反应I2(aq)＋I－(aq)I(aq) ΔH＜0
B．状态a与状态b相比，状态b时I2的转化率更高
C．若T1时，反应进行到状态d时，一定有v正＞v逆
D．温度为T1时，向该平衡体系中加入KI固体，平衡正向移动
答案 B
解析 根据图示，升温，c(I)减小，平衡左移，正反应为放热反应，A正确；由于升温平衡左移，状态b比状态a的I的转化率低，B错误；T1时d状态未达到平衡，v正＞v逆，C正确；增大c(I－)，平衡正向移动，D正确。
7．在一固定容积的容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列说法正确的是( )
A．容器中气体的压强、密度不再发生变化，均可以说明该反应达到了平衡状态
B．向容器中通入稀有气体He，压强增大，平衡向右移动，反应速率加快
C．如2v正(N2)＝v逆(NH3)，说明该反应达到了平衡
D．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
答案 C
解析 A项，由于体积不变，质量不变，密度不能作为平衡的标志，错误；He气与反应无关，且体积不变，浓度不变，平衡不移动，B错误；D项，降温，反应速率减慢，达到平衡所用时间延长，错误。
8．在体积为2 L的恒容密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)zC(g)，图Ⅰ表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化，图Ⅱ表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是 ( )
A．200 ℃时，反应从开始到平衡的平均速率v(B)＝0.04 mol·L－1·min－1
B．图Ⅱ所知反应xA(g)＋yB(g)zC(g)的ΔH＜0，且a＝2
C．若在图Ⅰ所示的平衡状态下，再向体系中充入He，重新达到平衡前v正＞v逆
D．200 ℃时，向容器中充入2 mol A和1 mol B，达到平衡时，A的体积分数小于0.5
答案 D
解析 由图Ⅰ可得该反应的化学方程式为2A(g)＋B(g)C(g)。A项，v(B)＝＝0.02 mol·L－1·min－1，错误；B项，升温，C的体积分数增大，说明平衡右移，正反应为吸热反应，无法确定a值，错误；C项，由于体积不变，He与反应无关，所以平衡不移动，v正仍等于v逆，错误；D项，原平衡时，A的体积分数为＝0.5，再充入2 mol A、1 mol B，相当于增大压强，平衡右移，A的体积分数小于0.5，正确。
9．一定温度时，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1＜t2)，下列说法正确的是 ( )
反应时间/min
n(SO2)/mol
n(O2)/mol
0
0.10
0.060
t1
0.012
t2
0.016
A.反应在0～t1 min内的平均速率为v(SO3)＝0.088/t1 mol·L－1·min－1
B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2，到达平衡时n(SO2)＝0.012 mol
C．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(SO2)＝0.007 0 mol·L－1，则反应的ΔH＞0
D．相同温度下，起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2，达到平衡时SO2转化率等于88%
答案 B
解析 A项，v(SO3)＝v(SO2)＝＝ mol·L－1·min－1，错误；B项，把0.10 mol的SO3折合成反应物，正好相当于0.10 mol的SO2和0.060 mol O2混合，和原平衡等效，正确；C项，t2时，O2为0.016 mol，则SO2为0.10 mol－2×(0.06 mol－0.016 mol)＝0.012 mol，说明已达平衡状态，升温，SO2变为0.007 0 mol·L－1×2 L＝0.014 mol，平衡左移，正反应应为放热反应，ΔH＜0，错误；D项，原平衡SO2的转化率为×100%＝88%，该状况相当于把原平衡体积扩大一倍，平衡左移，SO2转化率小于88%，错误。
10．一定条件下，体积为1 L的密闭容器中发生如下反应：
SiF4(g)＋2H2O(g)SiO2(s)＋4HF(g)
ΔH＝＋148.9 kJ·mol－1。
(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是__________(填字母序号)。
a．v消耗(SiF4)＝4v生成(HF)
b．容器内气体压强不再变化
c．容器内气体的总质量不再变化
d．HF的体积分数不再变化
(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)所示。
反应时间/min
n(SiF4)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
2.40
t1
0.80
a
t2
b
1.60
通过a或b的值及化学平衡原理说明t1时反应是否达到化学平衡状态：__________。
(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填序号)。
a．一定向正反应方向移动
b．一定向逆反应方向移动
c．一定是减小压强造成的
d．一定是升高温度造成的
e．SiF4的平衡转化率一定增大
答案 (1)bcd
(2)a＝1.60(或b＝0.80)，说明在一定条件下，t1～t2时各组分的浓度(或物质的量)均不再发生改变，则t1时反应已经达到化学平衡状态
(3)ade
解析 (2)0～t1 min，反应消耗的SiF4为0.40 mol，根据已知反应可确定消耗的H2O为0.80 mol，故a＝1.60 mol，t2 min时，H2O仍为1.60 mol，故b＝0.80 mol。由此可判断t1时该反应已经达到化学平衡状态。
11．在一个体积为2 L的密闭容器中，高温下发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。其中CO2、CO的物质的量(mol)随时间(min)的变化关系如图所示。
(1)反应在1 min时第一次达到平衡状态，固体的质量增加了3.2 g。用CO2的浓度变化表示的反应速率v(CO2)＝__________。
(2)反应进行至2 min时，若升高温度，曲线发生的变化如图所示，3 min时再次达到平衡，则ΔH______0(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)5 min时再充入一定量的CO(g)，平衡发生移动。下列说法正确的是________(填写编号)。
a．v正先增大后减小 b．v正先减小后增大
c．v逆先增大后减小 d．v逆先减小后增大
表示n(CO2)变化的曲线是__________(填写图中曲线的字母编号)。
(4)请用固态物质的有关物理量来说明该反应已经达到化学平衡状态：
________________________________________________________________________。
答案 (1)0.1 mol·L－1·min－1 (2)>
(3)c b (4)Fe(或FeO)的质量(或物质的量)保持不变；或固体总质量保持不变
解析 (1)Fe―→FeO，固体质量增加3.2 g，说明生成FeO 0.2 mol，v(CO2)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。
(2)由于建立新平衡时CO物质的量增加，可知升高温度，平衡正向移动，说明正反应吸热。
(3)充入CO，CO浓度增大，逆反应速率增大，之后逐渐减小；5 min时CO2浓度不变，正反应速率不变，平衡逆向移动，CO2浓度增大，正反应速率逐渐增大。
12．在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，反应中NH3的物质的量浓度的变化情况如下图：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为
________________________________________________________________________。
(2)根据上图，计算从反应开始到平衡时，平均反应速率v(H2)为__________________。
(3)判断该反应达到平衡状态的标志是________(填序号)。
①N2和NH3浓度相等 ②NH3百分含量保持不变 ③容器中气体的压强不变 ④NH3的生成速率与H2的消耗速率相等 ⑤容器中混合气体的密度保持不变
(4)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其它条件不变，若改变反应温度，则NH3的物质的量浓度不可能为________。
①0.20 mol·L－1 ②0.12 mol·L－1 ③0.10 mol·L－1
④0.08 mol·L－1
(5)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol·L－1)，请在上图中画出第5分钟末达到此平衡时NH3浓度的变化曲线。
答案 (1)K＝
(2)0.037 5 mol·L－1·min－1
(3)②③
(4)①③
(5)如图所示
解析 (2)v(H2)＝v(NH3)＝×＝0.037 5 mol·L－1·min－1；(3)根据反应条件(恒容)和反应特点(全部是气体参与的非等体积反应)，密度不能作为平衡标志；达到平衡时，各反应物、生成物的浓度保持不变，并不是相等，也不一定符合系数之比。②、③能作为平衡时的标志；(4)升温，平衡左移，c(NH3)＜0.10 mol·L－1，④符合；降温，平衡右移，0.10 mol·L－1＜c(NH3)＜0.20 mol·L－1，②符合；(5)将体积缩小一半，NH3浓度瞬间变为原来的2倍(0.2 mol·L－1)，然后平衡右移，8分钟末接近0.25 mol·L－1。
13．超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：
2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0
为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：
时间(s)
0
1
2
3
4
5
c(NO) (mol·L－1)
1.00×10－3
4.50×10－4
2.50×10－4
1.50×10－4
1.00×10－4
1.00×10－4
c(CO) (mol·L－1)
3.60×10－3
3.05×10－3
2.85×10－3
2.75×10－3
2.70×10－3
2.70×10－3
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：
(1)前2 s内的平均反应速率v(N2)＝________；CO的平衡转化率为________。(结果均保留两位有效数字)
(2)写出该反应的平衡常数K的表达式
________________________________________________________________________。
(3)假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________。
A．选用更有效的催化剂
B．升高反应体系的温度
C．降低反应体系的温度
D．缩小容器的体积
(4)研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。某同学设计了三组实验，实验条件已经填在下面的实验设计表中。
实验编号
T(℃)
NO初始浓度(mol·L－1)
CO初始浓度(mol·L－1)
催化剂的比表面积(m2·g－1)
Ⅰ
280
1.20×10－3
5.80×10－3
82
Ⅱ
280
1.20×10－3
5.80×10－3
124
Ⅲ
350
1.20×10－3
5.80×10－3
124
① 以上三组实验的实验目的是
________________________________________________________________________。
②请在给出的坐标图中，画出上表中的第三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图。
答案 (1)1.9×10－4 mol·L－1·s－1 25%
(2)K＝
(3)CD
(4)①分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律
②如下图：
解析 (1)前2 s内CO的平均反应速率为
≈3.8×10－4 mol·L－1·s－1，
所以v(N2)＝1.9×10－4 mol·L－1·s－1；CO的转化率为×100%＝25%；(3)根据反应特点，加压、降温可提高NO的转化率；(4)Ⅰ、Ⅱ温度相同，Ⅱ、Ⅲ催化剂比表面积相同，所以该实验的目的是分别验证温度，催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律；(5)Ⅱ、Ⅲ相比，催化剂的比表面积相同，但Ⅲ中温度高，达到平衡所用时间短，平衡右移，NO的浓度比Ⅱ中大。
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