第07讲 化学平衡状态的建立（含答案）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）

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1.变化观念与平衡思想：从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。
2.证据推理与模型认知：熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。
一、化学平衡状态的建立
1．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
2．化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H2 eq \(\s\up14(高温、高压),,\s\d10(催化剂) )2NH3
如图1所示，N2与H2发生反应。随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐减小，v正逐渐减小，而NH3的浓度逐渐增大，v逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡。
如图2所示，NH3发生分解反应。随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐减小，v逆逐渐减小，而N2和H2的浓度逐渐增大，v正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡。
通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。
3．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，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”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
4．化学平衡状态的特征
二、化学平衡状态的判断方法
1．用本质特征判断
判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。
(1)同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
(2)不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
2．用宏观特征判断
判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
(1)各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。
(2)各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。
(3)反应物的转化率、产物的产率保持不变。
3．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
(1)恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如：
(2)恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如
考点01 可逆反应的理解
【例1】下列反应属于可逆反应的是
A．盐酸与溶液的中和反应
B．吸水形成晶体蓝矾的反应与蓝矾受热失去水分生成的反应
C．溶于水
D．溶于水
【答案】C
【分析】可逆反应是指在同一条件下，既能向生成物方向进行，同时又能向反应物方向进行的反应，据此分析。
【解析】A．盐酸和氢氧化钠的反应进行彻底，不属于可逆反应，故A不选；
B．吸水形成晶体蓝矾的反应与蓝矾受热失去水分生成的反应中，反应条件不一样，不是可逆反应，故B不选；
C．溶于水反应生成盐酸和次氯酸，同时二者又反应生成氯气和水，属于可逆反应，故C选；
D．溶于水生成氧化钠，不属于可逆反应，故D不选；
故选：C。
【变式1-1】对于反应，下列有关说法错误的是
A．该反应同时向生成HI和生成的方向进行
B．该反应的与HI不可能同时存在同一个反应体系中
C．该反应中生成HI的反应与生成的反应的条件相同
D．该反应中不可能全部转化为H1
【答案】B
【分析】可逆反应是指在相同条件下，既能向正方向进行同时又能向逆方向进行的反应。
【解析】A．该反应为可逆反应，则可同时向生成HI和生成的方向进行，A正确；
B．该反应为可逆反应，该反应的与HI能同时存在同一个反应体系中，B错误；
C．该反应为可逆反应，该反应中生成HI的反应与生成的反应的条件相同，C正确；
D． 可逆反应存在限度，反应不能进行到底，可逆反应无论进行多长时间，反应物都不可能100%地全部转化为生成物，则该反应中不可能全部转化为HI，D正确；
答案选B。
【变式1-2】对SO2、NOx、CO2和CO进行回收利用是节能减排的重要课题。某温度下，向恒容密闭容器中充入NO2、SO2发生反应：NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)。向容器中充入S18O2和NO2，证明NO2、SO2的反应是可逆反应的是
A．每消耗1mlNO2同时消耗1mlSO2
B．一段时间后容器中存在S18O3
C．一段时间后容器中存在N18O2
D．一段时间后SO3的浓度保持不变
【答案】C
【解析】A．不管该反应是否为可逆反应，每消耗1mlNO2都会同时消耗1mlSO2，故A不选；
B．不管该反应是否为可逆反应，一段时间后容器中都会存在S18O3，故B不选；
C．若该反应不是可逆反应，则一段时间后容器中不存在N18O2，若反应同时逆向进行，容器中会存在N18O2，故C选；
D．不管该反应是否为可逆反应，一段时间后SO3的浓度都会保持不变，故D不选；
正确答案是C。
考点02 化学平衡状态的含义
【例2】下列说法中不正确的是（ ）
A．当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等
C．可以通过控制反应条件，使2 ml SO2与1 ml O2反应生成2 ml SO3
D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变
【答案】C
【解析】A．当一个可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，这个反应在该条件下反应物的转化率最大，所以就是这个反应在该条件下所能达到的限度，故A正确；
B．对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率最大，故B正确；
C． 2SO2＋O22SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率不可能达到100%，即2 ml SO2与1 ml O2反应不会生成2 ml SO3，故C错误；
D．化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D正确；
故答案为C。
【变式2-1】可逆反应达到平衡的重要特征是（ ）
A．反应停止了
B．正、逆反应的速率均为零
C．正、逆反应都还在继续进行
D．正、逆反应的速率相等
【答案】D
【解析】A．化学平衡是动态平衡，达到平衡时反应并没有停止，A不符合题意；
B．达到平衡时，正、逆反应速率相等但不为0，B不符合题意；
C．正、逆反应都还在进行并不是达到平衡的特征，如达到平衡之前正逆反应也都在进行，C不符合题意；
D．达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率相等且不等于0为达到平衡的特征，D符合题意。
答案选D。
【变式2-2】下列理解不正确的是
A．化学平衡是一个动态平衡
B．化学平衡研究的对象主要是可逆反应
C．化学反应速率是研究化学反应进行的快慢问题，化学平衡是研究化学反应进行的限度问题
D．化学反应达到平衡时，正反应和逆反应速率相等，是对反应中不同物质而言
【答案】D
【解析】A．化学平衡状态的本质为，是一个动态平衡，故A不选；
B．可逆反应才存在化学平衡，即化学平衡研究的对象主要是可逆反应，故B不选；
C．化学反应速率是指表示化学反应进行的快慢；化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态，即化学反应进行的程度，故C不选；
D．化学反应达到平衡时，正反应和逆反应速率相等，是对同种物质而言，其生成速率和消耗速率相等，不同种物质的速率之比和系数成正比，判据错误，故选D。
答案选D。
考点03 化学平衡状态的判断
【例3】可逆反应N2+3H2⇌2NH3在密闭容器中进行一段时间后，达到平衡状态。则下列说法中正确的是
A．N2、H2不再化合
B．N2、H2、NH3浓度不再变化
C．N2、H2、NH3的速率之比为1：3：2
D．改变条件，N2、H2、NH3的浓度也不再变化
【答案】B
【解析】A．达到平衡时，正、逆反应仍在进行，只是正、逆反应速率相等，故A不选；
B．达到平衡时，各组分的质量或浓度不再发生变化，故选B；
C．速率之比等于化学计量数之比，不能说明正反应速率等于逆反应速率，因此不能说明反应是否达到平衡状态，故C不选；
D．化学平衡是动态平衡，若条件改变引起平衡移动时，N2、H2、NH3的浓度会随之改变，故D不选；
故选：B。
【变式3-1】在密闭容器里发生反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qQ(g)，当m、n、p、q为任意整数时，达到平衡的标志是
①体系的压强不再改变 ②体系的温度不再改变 ③各组分的浓度不再改变
④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率A：B：C：D=m：n：p：q
⑥单位时间内m ml A断键反应，同时p ml C也断键反应
A．③④⑤⑥B．②③④⑥C．①③④⑤D．①③④⑥
【答案】B
【解析】①该反应的反应前后气体计量数之和如果相等，则反应压强始终不变，所以体系的压强不再改变时，该反应不一定达到平衡状态，错误；
②无论该反应是放热反应还是吸热反应，当体系的温度不再改变，正、逆反应速率相等，则该反应达到平衡状态，正确；
③各组分的浓度不再改变，则正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，正确；
④各组分的质量分数不再改变，则正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，正确；
⑤无论该反应是否达到平衡状态，都存在反应速率A：B：C：D=m：n：p：q，所以该反应不一定达到平衡状态，错误；
⑥单位时间内m ml A断键反应，同时p ml C也断键反应，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，正确；
综上所述有②③④⑥符合题意；
故答案为：B。
【变式3-2】已知，下列能作为反应达到平衡状态标志的是
A．恒温恒容时，体系的压强不再变化
B．消耗2mlB的同时生成3mlC
C．
D．B、C的物质的量浓度之比等于2∶3
【答案】A
【解析】A．由反应可知，该反应是气体体积增大的反应，恒温恒容时，体系的压强不再变化，说明反应达到了平衡，故A正确；
B．由反应可知，该反应消耗2mlB的同时一定生成3mlC，无法判断反应达到平衡，故B错误；
C．由不能说明正逆反应速率相等，所以无法判断反应达到平衡，故C错误；
D． A、B、C三种物质共存不能说明浓度保持不变，无法判断反应达到平衡，故D错误；
故答案A。
1．反应进行到一定程度时，存在于
A．和中B．中
C．中D．中
【答案】B
【解析】由于反应为可逆反应，正反应、逆反应同时进行，则含有O元素的物质中均含有，故答案选B。
2．下列反应不是可逆反应的是
A．CO2＋H2O=H2CO3和H2CO3=CO2＋H2O
B．2H2O2H2↑＋O2↑和2H2+O22H2O
C．2SO2＋O2 2SO3和2SO3 2SO2＋O2
D．H2＋I2 2HI和2HIH2＋I2
【答案】B
【解析】A．二氧化碳易溶于水，溶于水的二氧化碳部分与水反应生成碳酸，同时碳酸也能够分解生成二氧化碳和水，则两个反应为可逆反应，故A不符合题意；
B．电解水制得氢气和氧气的反应条件与氢气在氧气中燃烧的反应条件不同，则两个反应不是可逆反应，故B符合题意；
C．二氧化硫在催化剂、加热条件下反应生成三氧化硫，同时三氧化硫会分解生成二氧化硫和氧气，则两个反应为可逆反应，故C不符合题意；
D．氢气与碘单质生成生成碘化氢，同时碘化氢会分解生成氢气和单质碘，则两个反应为可逆反应，故D不符合题意；
故选B。
3．汽车尾气污染已成为突出的环境问题。反应2NO+2CO2CO2+N2可用于净化汽车尾气。一定条件下，该反应进行一段时间后，各物质的浓度均不再变化，此时
A．反应完全停止B．反应达到了平衡状态
C．反应物消耗完全D．正反应速率大于逆反应速率
【答案】B
【分析】该反应为可逆反应，一定条件下，该反应进行一段时间后，各物质的浓度均不再变化，说明达到平衡状态，根据平衡状态特征解答。
【解析】A．化学平衡为动态平衡，达到平衡时正反应速率等于逆反应速率，但速率不为零，反应没有停止，故A错误；
B．可逆反应达到化学平衡时，各物质的浓度不再变化，故B正确；
C．可逆反应达到平衡，反应物和生成物共存，反应物不可能消耗完，故C错误；
D．可逆反应达到化学平衡时，正反速率等于逆反应速率，故D错误；
答案选B。
4．在一定温度下，反应A2(g)+B2(g)⇌2AB(g)达到平衡的标志是
A．单位时间内生成nmlA2同时生成nmlAB
B．容器内气体的总物质的量不随时间而变化
C．单位时间内生成nmlA2的同时生成nmlB2
D．单位时间内生成2nmlAB的同时生成nmlB2
【答案】D
【分析】在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0)，反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。据此判断。
【解析】A．反应速率的方向相反，但不满足速率之比是相应的化学计量数之比，反应没有达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后体积不变，容器内的总物质的量不随时间变化不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应速率的方向相同，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，反应达到平衡状态，故D正确；
答案选D。
5．某可逆反应达到平衡状态时，下列说法不正确的是
A．化学平衡是一种动态平衡，v正＝v逆≠0
B．一定条件下，可逆反应都能达到平衡状态
C．平衡状态时，反应混合物中各组分含量保持不变
D．平衡状态时，反应混合物中各物质的浓度一定相同
【答案】D
【解析】A．可逆反应达到平衡时正逆反应速率相等，且均不为0，故A正确；
B．一定条件下，可逆反应都有一定的限度，达到该条件下的最大限度即达到平衡状态，故B正确；
C．反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的物质的量、浓度等不再发生变化，故C正确；
D．平衡时各物质的浓度不在改变，但不一定相同，故D错误；
故答案为D。
6．在一恒温、恒容密闭容器中，发生反应：，下列能表明已达到平衡状态的是
①混合气体的密度不变 ②单位时间内生成，同时消耗了 ③混合气体的平均相对分子质量不变 ④C的物质的量浓度不变 ⑤混合气体的压强不变
A．①②③B．③④⑤C．②③④D．①②⑤
【答案】B
【分析】当可逆反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度，百分含量保持不变。
【解析】①密度= ，在恒温、恒容条件下建立化学平衡的过程中，气体的总质量、总体积不变，故密度不会变化，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，故①错误；
②生成1mlD是正反应，消耗2mlA也是正反应，不能说明正逆反应速率相等，故②错误；
③混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比，m（总）是定值而n（总）是变量，则混合气体的平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡状态，故③正确；
④C (g)的物质的量浓度不变，说明反应达到平衡状态，故④正确；
⑤该反应是气体体积减小的反应，反应过程中气体的压强发生变化，所以混合气体的压强不变时反应达到平衡状态，故⑤正确；
能表明反应已达到平衡状态的是③④⑤；
答案选B。
7．在一定温度下的容积不变的密闭容器中发生反应：。下列叙述中，能说明反应已达到化学平衡状态的是
A．Z的生成速率与Z的分解速率相等
B．单位时间内消耗amlX，同时生成3amlZ
C．容器内的压强不再变化
D．混合气体总的物质的量不再变化
【答案】A
【解析】A．Z的生成速率与Z的分解速率相等即反应的正、逆反应速率相等，即达到化学平衡，A符合题意；
B．单位时间内消耗amlX，同时生成3amlZ，都表示正反应速率，不能说明反应达到平衡，B不合题意；
C．由于该反应前后气体的物质的量保持不变，故容器内的压强不再变化不能说明反应达到化学平衡，C不合题意；
D．由于该反应前后气体的物质的量保持不变，混合气体总的物质的量不再变化不能说明反应达到化学平衡，D不合题意；
故答案为：A。
8．对于X(g)+3Y(g)2Z(g)，当生成2 ml 的Z时，该反应放出a kJ能量，一定条件下，将1 ml X和 3 ml Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 min，测得Y的物质的量为2.4 ml。下列说法正确的是
A．10 min 内，Y 的平均反应速率为0.06 ml/(L·min)
B．第10 min时，X的反应速率为0.01 ml/(L·min)
C．10 min 内，X和Y反应放出的热量为a kJ
D．达到化学平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，且两者速率均大于零
【答案】D
【解析】A．反应10 min，测得Y的物质的量为2.4 ml，则转化的Y的物质的量为3 ml -2.4 ml =0.6ml，故Y的平均反应速率为=0.03 ml/(L·min)，A错误；
B．化学反应速率是指平均反应速率，而不是瞬时反应速率，B错误；
C．该反应为可逆反应，则将1 ml X和 3 ml Y通入2 L的恒容密闭容器中，充分反应，不会全部转化为2 ml 的Z，即反应放出的热量小于a kJ，C错误；
D．化学反应速率均为正值，当正反应速率等于逆反应速率，且不为零时，反应达到平衡状态，D正确；
故选D。
9．可逆反应2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行：
①单位时间内生成n ml O2的同时，生成2n ml NO2
②单位时间内生成n ml O2的同时，生成2n ml NO
③用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的颜色不再改变
⑤混合气体的密度不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变
可说明该反应达到化学平衡状态的是
A．①④⑥⑦B．②③④⑥
C．①④⑤⑦D．①②⑥⑦
【答案】A
【解析】单位时间内生成n ml O2必同时消耗2n ml NO2，而生成2n ml NO2必同时消耗n ml O2，①能说明反应已达到化学平衡状态，②不能说明；③中无论反应是否达到化学平衡状态，各物质表示的化学反应速率之比都等于相应物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不再改变，则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化，说明反应已达到化学平衡状态；⑤体积固定，气体的质量反应前后不变，无论是否达到化学平衡状态，气体的密度始终不变；⑥反应前后气体的体积不相等，压强不变，意味着各物质的含量不再变化，说明反应已达到化学平衡状态；⑦由于反应前后气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，反应达到化学平衡状态。
综上所述，①④⑥⑦符合题意。
故选A。
10．下列能说明恒温恒容密闭容器中的反应：已达到平衡状态的是
A．反应容器内压强不随时间变化
B．反应容器内气体的总物质的量不随时间变化
C．和的生成速率相等
D．容器内、、、的物质的量浓度之比为
【答案】C
【解析】A．恒温恒容下，气体的压强与物质的量成正比，该反应前后气体的总物质的量始终不变，则压强始终不变，故压强不随时间变化均不能说明反应达到平衡状态，A项错误；
B．恒温恒容下，该反应前后气体的总物质的量始终不变，气体的总物质的量不随时间变化均不能说明反应达到平衡状态，B项错误；
C．P的生成速率等于S的消耗速率，等于S的生成速率，即正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，C项正确；
D．容器内P、Q、R、S物质的量浓度之比为，据此不能判断各物质的浓度是否继续发生变化，所以不能判断反应是否达到平衡状态，D项错误。
故选：C。
11．汽车尾气系统中的催化转化器，可有效降低尾气中的CO、NO和NO2等向大气的排放。在催化转化器的前半部发生的反应为2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)。下列有关叙述正确的是
A．反应达平衡时，正、逆反应速率均为零
B．使用合适的催化剂，反应速率会加快
C．升高温度，反应速率可能减慢
D．反应达平衡时，尾气中CO2、N2的浓度之比为2：1
【答案】B
【解析】A．化学平衡为动态平衡，反应达平衡时正逆反应速率相同，但不为0，A错误；
B．催化剂可以同等条件下增大正逆反应速率，加入催化剂可以加快反应速率，B正确；
C．升高温度，活化分子百分数增加，反应速率加快，C错误；
D．反应达到平衡以后，尾气中混有CO2和N2，但由于CO2存在于汽油在气缸燃烧后的气体中也存在于催化转化后的气体中，N2存在于气缸中未反应的气体中，因此无法判断尾气中CO2和N2的浓度，D错误；
故答案选B。
12．在一定温度下，体积一定的密闭容器中可逆反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)达到平衡的标志是（ ）
A．容器内混合气体的密度不再变化
B．断裂2mlO-H的同时形成1mlH-H
C．容器内混合气体的压强不再变化
D．消耗3mlFe的同时生成1mlFe3O4
【答案】A
【解析】A. 反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)是气体质量减少的反应，反应过程中体积不变，则密度一直减小，当容器内混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡，故A正确；
B. 断裂2mlO-H的同时形成1mlH-H都表示的是正反应速率，不能说明反应达到平衡，故B错误；
C. 反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)是气体体积不变的反应，反应过程中压强一直不变，容器内混合气体的压强不再变化时不能说明反应达到平衡，故C错误；
D. 消耗3mlFe的同时生成1mlFe3O4都表示的是正反应速率，不能说明反应达到平衡，故D错误；
正确答案是A。
13．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g)⇌2Z(g)，其中 X2、Y2、Z 的起始浓度分别为0.1 ml·L-1、0.4 ml·L-1、0.2 ml·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．c(Z)＝0.4 ml·L-1B．c(Y2)＝0.1ml·L-1
C．c(X2)＝0.2 ml·L-1D．c(X2)＝0.05 ml·L-1且 c(Z)＝0.3 ml·L-1
【答案】D
【解析】由于反应X2(g)＋3Y2(g)⇌2Z(g)是一个可逆反应，故各物质均不可能完全转化，假设反应往正方向完全反应，故有： ，假设反应往逆方向完全进行，则有：
综合得出：0