高中沪科技版（2020）6.2化学平衡优秀第1课时课后练习题

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6.2.1 可逆反应与化学平衡
学习聚焦



知识精讲

知识点01 可逆反应及判定
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的反应。
可逆反应总是不能进行到底，得到的总是反应物和生成物的混合物。
【即学即练1】当可逆反应在一定条件下达到平衡时，v正和v逆的关系为
A．v逆>v正 B．v逆 v正，逆反应速率大于正反应速率，反应尚未达到平衡，A错误；
B．v逆0。T℃时，在体积为2L的恒容密闭容器中，起始加入2mol H2S (g)和1mol O2 (g)，达到平衡时生成0.6mol S2 (s)。下列说法能说明反应达到平衡状态的是
A．硫化氢的浓度是氧气浓度的2倍 B．容器中混合气体的压强不变
C．反应放出的热量为0.3Q kJ D．消耗2mol H2S (g)的同时生成2molH2O (g)
【答案】B
【解析】A．起始加入2mol H2S (g)和1mol O2 (g)，投料比为反应系数比，则硫化氢的浓度是氧气浓度的2倍为定值，不能说明反应达到平衡，A错误；
B．反应为气体分子数减小的反应，容器中混合气体的压强不变，说明反应达到平衡，B正确；
C．放热多少只能说明反应进行的程度大小，不能说明反应达到平衡，C错误；
D．消耗2mol H2S (g)的同时生成2molH2O (g)描述的都是正反应，不能说明反应达到平衡，D错误；
故选B。

知识点03 化学平衡状态的判断
化学平衡状态的判断
反应举例
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
平衡判定
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或物质的量分数一定
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
③各气体的体积或体积分数一定
④m+n=p+q时，总体积、总压力、总物质的量一定
m+n≠p+q时，总体积、总压力、总物质的量一定
平衡
平衡
平衡
不一定平衡
平衡
正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA，即v正=v逆
平衡
②在单位时间内消耗了nmolB，同时消耗了pmolC，即v正=v逆
平衡
③v（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
④在单位时间内生成nmolB，同时消耗了qmolD
不一定平衡
压强
①m+n≠p+q时，总压强一定，其他条件一定
②m+n=p+q时，总压强一定，其他条件一定
平衡
不一定平衡
混合气体平均相对分子质量Mr
①m+n≠p+q时，Mr一定
②m+n=p+q时，Mr一定
平衡
不一定平衡
温度
任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时
平衡
体系的密度
密度一定
不一定平衡
颜色
体系颜色不再变化
平衡
【思考】颜色发生变化，化学平衡一定被破坏吗？
不一定，如2HI(g) H2(g)+I2(g)，增大压强，碘蒸气浓度增大，颜色变深，但化学平衡未被破坏。
特殊标志
“特殊标志”是指在特定环境、特定反应中，能间接衡量某一可逆反应是否达到化学平衡状态的标志。离开上述界定，它们不能作为一般反应是否达到化学平衡的判断依据。
（1）压强
① 对于反应前后气态物质化学计量数有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应一定处于化学平衡状态。如：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)、2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)、C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)等。
② 对于化学反应前后气体的化学计量数没有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应不一定处于化学平衡状态。如：H2(g)+I2(g)2HI(g)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)等。
（2）气体平均摩尔质量
数学表达式：
① 均为气体参与的可逆反应，则根据质量守恒定律mg一定不变，
当△n(g)≠0，一定时，可逆反应一定处于化学平衡。如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
当△n(g)＝0，为一定时，可逆反应不一定处于化学平衡。如：H2(g)+I2(g)2HI(g)
② 有非气体参与的可逆反应，需具体问题具体分析：
NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g) 若投入一定量NH2COONH4，一定时，可逆反应一定处于化学平衡。
CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) 气体只有二氧化碳，始终都等于44，可逆反应不一定处于化学平衡。
2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) (反应物) = 30g/mol，一定时，可逆反应不一定处于化学平衡。(反应物) ≠ 30g/mol，一定时，可逆反应一定处于化学平衡。
【思考】为什么以(反应物) = 30g/mol为标准？
2molNH3和1molCO2完全反应时，△m(气体)=m(CO(NH2)2)=60g, △n(g)＝2+1-1=2mol，则△=30g/mol，若开始时 (反应物) = 30g/mol，则始终保持该值，无法判断是否达到平衡。
（3）气体密度
数学表达式：ρ= mg ÷ Vg
①各组分均为气体，则根据质量守恒定律，mg始终保持不变：
△n(g)＝0. ρ总为恒值，不能作平衡标志
当△n(g)≠0，恒容：体积不变，则ρ总为恒值，不能作平衡标志
恒压：体积会发生变化，则ρ为一定值时，可逆反应一定处于化学平衡。
②部分组分为非气体，则根据质量守恒定律，mg会发生变化：
恒容：体积不变，则ρ为一定值时，可逆反应一定处于化学平衡。
恒压：△n(g)＝0，则体积始终保持不变，那么ρ为一定值时，可逆反应一定处于化学平衡。
（4）化学键
断键代表消耗，合键代表生成，若能表示v正=v逆，可逆反应处于化学平衡。
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 有一个H-H键断裂，同时有一个H-H键合成，则可逆反应一定处于化学平衡。
有3个H-H键断裂，同时有6个N-H键断裂，则可逆反应一定处于化学平衡。
【即学即练3】
若反应2NO2g⇌N2O4g在容积可变的容器中进行，不能说明该反应已达到平衡状态的是
A．容器内混合气体的压强不随时间变化而改变
B．容器内混合气体的密度不随时间变化而改变
C．容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变
D．容器内混合气体的平均分子量不随时间变化而改变
【答案】A
【解析】A．容积可变的容器压强恒定，容器内混合气体的压强不随时间变化而改变，不能说明该反应已达到平衡状态，A符合；
B．该反应为非等体积反应，容器体积可变，容器内混合气体的密度可变，密度不随时间变化而改变说明该反应已达到平衡状态，B不符合；
C．二氧化氮是红棕色气体，容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变说明该反应已达到平衡状态，C不符合；
D．根据M=mn，气体总质量不变，该反应为非等体积反应，气体总的物质的量可变，混合气体的平均分子量可变，容器内混合气体的平均分子量不随时间变化而改变说明该反应已达到平衡状态，D不符合；
故选A。
知识点04 化学平衡常数
化学平衡常数基本概念
1）概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到 平衡状态 时，生成物浓度与反应物浓度的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示。
2）表达式
对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)在一定温度条件下达到平衡时：K=
3） K的意义
平衡常数是表明化学反应在一定条件下进行的最大程度（即反应限度）的特征值，一般可认为，K越大，表示化学反应达到平衡时生成物浓度对反应物浓度的比值越大，也就是反应进行的程度越大；反之，K越小，表示反应进行的程度越小。
4）影响K的因素：仅受温度影响
放热反应,温度升高,平衡常数减小；吸热反应,温度升高,平衡常数增大
5）平衡常数K的应用
（1）判断可逆反应进行的限度
（2）判断一个可逆反应是否达到平衡
若用起始时各物质浓度幂之积的比值（用Q表示）与K比较，可判断可逆反应进行的方向。
当Q=K时，可逆反应处于平衡状态；
当Q>K时，可逆反应向逆反应方向进行；
当Q0
B．A点对应的状态为化学平衡状态
C．使用高效催化剂能提高S2Cl2的平衡产率
D．若300℃达平衡时，S2Cl2的转化率为α，则300℃时，该反应的化学平衡常数K=4a2(1-a)2
【答案】D
【解析】A．升高温度，正逆反应速率均增加，从图中可以看出相同温度下正反应速率小于逆反应速率，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，焓变小于零，故A错误；
B．A点时v正(Cl2)=v逆(SCl2)，即v正(Cl2)=12v逆(Cl2)，非平衡状态，故B错误；
C．高效催化剂可以增大反应速率，不能使平衡移动增大平衡产率，故C错误；
D．若300°达平衡时，根据题意，S2Cl2的转化率为α，消耗的氯气和S2Cl2的物质的量为α mol，反应后的氯气和S2Cl2的物质的量为(1-α) mol，生成的SCl2的物质的量为2α mol，平衡常数为c2(SCl2)c(Cl2)c(S2Cl2)=(n(SCl2)V)2n(Cl2)Vn(S2Cl2)V，即K=4α21-α2，故D正确；
故选D。
【同步练习3】在温度T1时，向一体积固定为2L的密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生反应：CO2(g)+3H2(g)⇌ CH3OH(g)+H2O(g) △H0、ΔS”、“”、“0.3mol⋅L-1⋅s-13>0.08mol⋅L-1⋅s-11，则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙＞甲＞丙；故答案为：乙＞甲＞丙。
（5）A．只能说反应中CO2与CH3OH的物质的量之比固定，不能说反应中CO2与CH3OH的物质的量之比为1：1，因此不能说明达到平衡，故A不符合题意；B．该反应是体积减小的反应，压强不断减小，当混合气体的压强不随时间的变化而变化，说明达到平衡，故B符合题意；C．单位时间内每消耗1mol CO2，正向反应，同时生成1mol CH3OH，正向反应，同一个方向，不能说明达到平衡，故C不符合题意；D．正向反应，甲醇质量分数增大，当CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变，能说明达到平衡，故D符合题意；E．气体密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积不变，气体密度始终不变，因此当混合气体的密度保持不变，不能作为判断平衡标志，故E不符合题意；综上所述，答案为：BD。
题组C 培优拔尖练
11．一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g) ⇌C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。

下列说法正确的是
A．该反应的ΔH>0
B．达平衡时，3v正(H2)=v逆(CO2)
C．b点对应的平衡常数K大于c点
D．a点对应的H2的平衡转化率为90%
【答案】D
【解析】A．升高温度，CO2的转化率减小，平衡向左移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，A项错误；
B．达平衡时，v正(H2)=3v逆(CO2)，B项错误；
C．该反应升温平衡左移，b点温度高，其平衡常数小，C项错误；
D．a点对应的CO2的平衡转化率为60%，曲线I的n(H2)n(CO2)=2，设H2为2mol，CO2为1mol，则消耗CO2为0.6mol，根据化学计量比消耗H2为1.8mol，故a点对应的H2的平衡转化率为90%，D项正确；
答案选D。
12．一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应：SiF4 (g) +2H2O(g) ⇌SiO2(s)+4HF(g)，下列能表明该反应已达到化学平衡状态的是
①v正 (H2O) =2v逆(HF)
②SiF4的体积分数不再变化
③容器内气体压强不再变化
④4 molH-O键断裂的同时，有2molH- F 键断裂
⑤混合气体的体积不再变化
A．①②③ B．②④⑤ C．②③ D．③④⑤
【答案】C
【解析】当2v正(H2O)=v逆(HF)，反应达到平衡状态，故①错误；SiF4的体积分数不再变化，说明各物质的物质的量浓度不再变化，反应达到平衡状态，故②正确；容器内气体压强不再变化，说明气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，故③正确；平衡时应有4 mol H- O键断裂的同时，有4 mol H- F键断裂，故④错误；该反应是在容积不变的密闭容器中进行，混合气体的体积不会变化，故⑤错误。能说明反应达到平衡状态的是②③。
13．关于可逆反应A(g)⇌ 2B(？)+C(g)-Q(Q>0且假设A、C状态始终保持不变)，下列说法正确的是
A．当混合气体的质量不变，一定能够说明反应达到平衡状态
B．达到平衡后，缩小容器体积，重新达到平衡，气体平均相对分子质量有可能不变
C．达到平衡后，恒容时，升高温度，C的浓度有可能不变
D．达到平衡后，恒容时，升高温度，达到新平衡，气体的密度肯定增大
【答案】B
【解析】A．若B为气体，则反应过程中气体的总质量始终不变，不能根据总质量判断平衡状态，故A错误；
B．若B为气体，缩小容器体积，则增大压强，平衡逆向移动，气体的物质的量减小，所以气体平均相对分子质量增大，若B为固体，则缩小容器的体积，平衡不移动，即气体平均相对分子质量不变，故B正确；
C．该反应为吸热反应， 达到平衡后，恒容时，升高温度，正向移动，C的物质的量增大，则气体混合物中C的浓度增大，故C错误；
D．该反应为吸热反应，升高温度正向移动，若B为气体，气体的总质量不变，则气体的密度不变，若B为固体，则气体的总质量减小，所以密度减小，故D错误；
故答案为B。.
14．已知反应A(g)+B(g)  C(g)+D(g)的平衡常数与温度的关系如表所示：
温度/℃
700
800
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4

回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K=_____，ΔH_____0(填“>”“K2'>K1'
298
K1
K2
398
K1'
K2'

(1)ΔH3=_______(用ΔH1、ΔH2的代数式表示)；推测反应III是_______反应(填“吸热”或“放热”)
(2)相同条件下，反应I在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N2的量随时间变化如图所示。

①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v(NO)=_______。
②下列说法不正确的是_______。
A．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
B．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
C．该反应的活化能大小顺序是：Ea(A)>Ea(B)>Ea(C)
D．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
(3)恒温、恒压下，反应II达到平衡时体系中n(NO)∶n(O2)∶n(NO2)=2∶1∶2。在其他条件不变时，再充入NO2气体，NO2体积分数_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】(1)     ΔH1﹣3ΔH2     吸热
(2)     0.375mol•L﹣1•min﹣1     CD
(3)不变

【解析】（1）已知K1>K1′，说明随温度升高，K减小，则反应Ⅰ为放热反应，ΔH1＜0；K2>K2′，说明随温度升高，K减小，则反应Ⅱ为放热反应，ΔH2＜0；反应Ⅰ﹣反应Ⅱ×3得到反应Ⅲ，则ΔH3=ΔH1﹣3ΔH2，已知|ΔH1|=2|ΔH2|，所以ΔH3=ΔH1﹣3ΔH2=|ΔH2|>0，即反应Ⅲ为吸热反应；
（2）①已知4分钟时氮气为2.5mol，则消耗的NO为3mol，所以v(NO)=ΔcΔt=3mol2L4min=0.375mol•L﹣1•min﹣1；
②单位时间内H﹣O键断裂表示逆速率，N—H键断裂表示正速率，单位时间内H—O键与N﹣H键断裂的数目相等时，则消耗的NH3和消耗的水的物质的量之比为4∶6，则正逆速率之比等于4∶6，说明反应已经达到平衡，故A不选；该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，故B不选；相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低，所以该反应的活化能大小顺序是：Ea(A)＜Ea(B)＜Ea(C)，故C选；增大压强能使反应速率加快，是因为增大了活化分子数，而活化分子百分数不变，故D选；故选CD。
（3）一定条件下，反应Ⅱ2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)达到平衡时体系中n(NO)∶n(O2)∶n(NO2)=2∶1∶2，在其它条件不变时，恒温恒压条件下，再充入NO2气体，则与原来的平衡为等效，则NO2体积分数不变。
16．I．可逆反应：mA(g)+nB(g)⇌ pC(g)+qD(s)  ∆H，试根据图回答：

[A的转化率(%)表示为α(A)、A的含量(%)表示为φ(A)]
(1)压强P1_______P2(填“>”，“＜”或“=”下同)。
(2)计量数(m+n)_______(p)。
(3)温度t1℃_______t2℃。
(4)ΔH_______0。
II．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)⇌ CO(g)+H2O(g)其化学平衡常数K和温度t的关系如下：
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6

回答下列问题：
(5)该反应的化学平衡常数表达式为K=_______。
(6)反应_______反应(选填吸热、放热)。
(7)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是_______。
a．容器中压强不变            b．混合气体中c(CO)不变
c．υ正(H2)=υ逆(H2O) d．c(CO2)=c(CO)
(8)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)•c(H2)=c(CO)•c(H2O)，试判断此时的温度为_______℃。
(9)800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内物质的浓度分别为：CO2为2mol•L-1，H2为1.5mol•L-1，CO为1mol•L-1，H2O为3mol•L-1，则此时反应向_______(填“正反应方向”或“逆反应方向”)进行。
【答案】(1)

(5)cCO·cH2OcCO2·cH2
(6)吸热
(7)bc
(8)830
(9)向逆反应方向

【解析】（1）对于有气体参加的反应，压强越大，反应速率越快，先达到平衡，所以压强P1＜P2。
（2）增大压强，平衡向气体系数之和小的方向移动。从图中可知，压强越大，A的转化率越小，即增大压强，平衡逆向移动，所以计量数m+n＜p。
（3）温度升高，反应速率加快，先达到平衡，所以温度t1℃＞t2℃。
（4）升高温度，平衡向吸热反应方向移动。从图中可以看出，升高温度，A的百分含量降低，即升高温度，平衡正向移动，所以该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0。
（5）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，即K=cCOcH2OcCO2cH2。
（6）表格中的数据表明，温度升高，K增大，即平衡正向移动，所以该反应的正反应是吸热反应。
（7）该反应前后气体系数之和相等，所以压强一直不变，不能用压强不变判断是否平衡，故a不选；当某种物质的浓度不再变化时，说明反应达到了平衡状态，故b选；正逆反应速率相等，说明反应达到了平衡状态，故c选；反应物和生成物浓度相等，不能说明各物质浓度不再变化，不能证明反应达到了平衡状态，故d不选；故选bc。
（8）某温度下，平衡浓度符合c(CO2)•c(H2)=c(CO)•c(H2O)，说明K=1，则此时的温度为830℃。
（9）800℃时，某一时刻测得容器内物质的浓度分别为：CO2为2mol•L-1，H2为1.5mol•L-1，CO为1mol•L-1，H2O为3mol•L-1，则此时的Q=1×32×1.5=1＞0.9，所以反应向逆反应方向进行。