考点12化学平衡状态

考点12化学平衡状态【核心考点梳理】一、可逆反应：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。 ：可逆反应方程式用“”连接，把从左向右进行的反应称为正反应，把从右向左进行的反应称为逆反应。：(1)同一条件下，正反应和逆反应同时发生。(2)反应不能进行到底，反应物不能实现完全转化。(3)反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存于同一反应体系。 (4)反应达到限度时，反应仍在进行，没有停止。 二、化学平衡状态 (1)化学平衡的建立过程。实例：以N2＋3H22NH3为例N2＋3H22NH3反应物浓度v正生成物浓度v逆开始时c(N2)最大c(H2)最大最大00进行中c(N2)减小c(H2)减小减小增大增大平衡时c(N2)不变c(H2)不变不变不变不变(2)化学平衡建立的浓度—时间图像和速率—时间图像。当外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物和生成物的浓度不再随时间而发生变化，称之为化学平衡状态。 4.化学反应达到平衡状态的判断方法1．直接标志：(1)v正＝v逆①同一种物质的生成速率等于消耗速率； ②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率和消耗速率之比等于化学计量数之比； ③在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。 (2)各组分的浓度保持一定 ①各组分的浓度不随时间的改变而改变； ②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。2.间接标志——“变量不变” (1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体分子数不等的反应)。 (2)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。 (3)根据平均摩尔质量(即平均相对分子质量)计算公式M＝eq\f(m(气总),n(气总))，若M在反应过程中是一变量，则平均摩尔质量(平均相对分子质量)保持不变，反应达到平衡状态。 (4)对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。【典型例题】例1．（2023秋·高二课时练习）可逆反应在一定条件下达到化学平衡时，下列说法正确的是()A．正反应速率等于逆反应速率，且都为零B．反应物和生成物浓度相等C．反应体系中混合物的组成保持不变D．反应物断开化学键吸收的能量等于生成物形成化学键所放出的能量[答案]C[解析]可逆反应达到平衡时，属于动态平衡，正、逆反应速率相等，但是都不为零，故A错误；可逆反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度不再发生变化，各组分浓度不变，但是各组分浓度不一定相等，故B错误；当反应体系中各混合物的组成保持不变时，达到平衡状态，故C正确；化学反应一定伴随能量变化，反应物断开化学键吸收的能量不等于生成物形成化学键所放出的能量，故D错误。例2．（2023秋·高二课时练习）在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g)2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是()①X2为0.2mol·L－1②Y2为0.1mol·L－1③Z2为0.3mol·L－1④Y2为0.6mol·L－1A．①②B．②③C．③④D．①④[答案]B[解析]在可逆反应中，反应物不可能完全转化为生成物，平衡时不可能出现某物质浓度为零的情况。①X2为0.2mol·L－1，表明Z2全部转化为X2和Y2，①错误；同理，④错误。综上所述，B项正确。例3．（2023秋·高二课时练习）对于可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，则下列叙述中正确的是()A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)B．若单位时间内生成nmolNO的同时，消耗nmolNH3，则反应达到平衡状态C．若NH3、O2、NO、H2O的分子数之比为4∶5∶4∶6时，反应达到化学平衡状态D．平衡时，化学反应速率的关系是2v正(NH3)＝3v正(H2O)[答案]A[解析]根据化学方程式，当4v正(O2)＝5v逆(NO)时，表示v正＝v逆，反应达到平衡状态，A项正确；生成nmolNO表示正反应速率，消耗nmolNH3表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，B项错误；NH3、O2、NO、H2O分子数之比为4∶5∶4∶6时，反应不一定达到平衡状态，C项错误；化学反应速率之比等于化学计量数之比，3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D项错误。【必备知识基础练】1．（2023春·甘肃白银·高二校考期末）观察图：对合成氨反应中，下列叙述错误的是A．开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大C．反应到达t1时，正反应速率与逆反应速率相等，反应停止D．反应在t1之后，正反应速率与逆反应速率相等，反应达到化学平衡状态【答案】C【解析】A．反应开始时，反应物的浓度最大，正反应速率最大，生成物的浓度为零，逆反应速率为零，故A正确；B．随着反应的进行，反应物的浓度降低，则正反应速率逐渐减小，生成物的浓度增大，则逆反应速率逐渐增大，故B正确；C．反应到达t1时，正反应速率与逆反应速率相等，但都不为零，反应没有停止，故C错误；D．反应在t1之后，正反应速率与逆反应速率相等，但都不为零，达到化学平衡状态，故D正确；故选C。2．（2023秋·高二课时练习）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0.1mol/L、0.05mol/L、0.3mol/L。当反应达到平衡时，可能存在的数据是A．SO2为0.4mol/L，O2为0.2mol/LB．SO2、SO3均为0.8mol/LC．SO3为0.4mol/LD．SO2为0.35mol/L【答案】D【分析】，该反应为可逆反应，物质浓度范围：0＜c(SO2)＜0.4mol/L，0＜c(O2)＜0.2mol/L，0＜c(SO3)＜0.4mol/L。【解析】A．SO2和O2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和O2的浓度浓度分别为0.4mol/L、0.2mol/L，三氧化硫不可能完全转化，故A错误；B．根据分析和硫原子守恒可知c(SO2)+c(SO3)=0.4mol/L，当SO2、SO3均为0.8mol/L时，0.8mol/L+0.8mol/L<0.4mol/L，故B错误；C．SO3为0.4mol/L，SO3的浓度增大，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若二氧化硫和氧气完全反应，SO3的浓度的浓度为0.4mol/L，达到平衡的实际浓度应该小于0.4mol/L，故C错误；D．SO2为0.35mol/L，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的浓度浓度为0.4mol/L，实际浓度为0.35mol/L小于0.4mol/L，故D正确；故答案为：D。3．（2023春·安徽宣城·高二统考期末）一定条件下，在体积固定为的密闭容器中加入发生反应：，则下图中正确的是(表示混合气体的平均相对分子质量)A．

B．

C．

D．

【答案】C【解析】A．开始投入SO3，它是生成物，只有逆反应速率，正反应速率为0，图像上v正、v逆标反了，选项A错误；B．根据方程式可知SO2比O2生成的多，题图中下面两条线标的物质反了，选项B错误；C．据可知，气体的总质量不变，而反应向逆反应方向进行，n变大，故M变小，达到平衡时不再变化，选项C正确；D．反应向逆反应方向进行，据=可知，气体的总质量不变，体积固定，始终不变，选项D错误；答案选C。4．（2023春·江苏宿迁·高二统考期末）氨气是人工固氮的产物，也是制备多种含氮化合物的原料。氨的催化氧化的热化学方程式为。根据氮的催化氧化的热化学方程式，下列说法不正确的是A．反应的B．有和在反应器中充分反应，能放出热量C．断裂键的同时，断裂键，说明该反应达到平衡状态D．每消耗转移电子的数目约为【答案】B【解析】A．该反应为气体体积增大的反应，为熵增反应，，A正确；B．该反应为可逆反应，不能进行到底，和在反应器中充分反应，放出热量小于，B错误；C．结合氨气和水中化学键，断裂键的同时，断裂键，正逆反应速率相等，说明该反应达到平衡状态，C正确；D．反应，每消耗4mol氨气，转移20mol电子，每消耗转移电子为5mol，数目约为，D正确；故选B。5．（2023春·贵州铜仁·高二统考期末）乙酸和乙醇发生酯化反应：。起始时向某圆底烧瓶中加入浓硫酸和，反应达到平衡后，下列有关说法正确的是A．反应需要加热，则说明该酯化反应为吸热反应B．反应达到平衡后C．加入反应一段时间后，反应混合物分子中均含D．和分子中均含时，说明该反应已达平衡状态【答案】B【解析】A．反应的吸热、放热与反应条件无关，故A错误；B．由用量可知乙酸过量，若乙醇完全反应消耗的物质的量为0.04mol，则剩余的物质的量为0.01mol，因该反应为可逆反应，反应物不能完全消耗，则试剂消耗的物质的量小于0.04mol，平衡后的物质的量大于0.01mol，因此不可能为0.008mol，故B正确；C．酸醇酯化时，酸脱羟基醇脱羟基氢，因此加入后，反应混合物中只有和乙酸乙酯中存在，故C错误；D．由上述分析可知和分子中始终含有，不能据此判断平衡状态，故D错误；故选：B。6．（2023秋·江西萍乡·高二统考期末）将固体置于恒容密闭容器中，在一定温度下只发生下列反应：，下列叙述能表示反应达到平衡的是A．体积分数保持不变 B．气体平均相对分子质量保持不变C．容器内压强保持不变 D．和物质的量之比为1∶1【答案】C【解析】A．该反应初始时只有固体NH4I作为反应物，随着反应进行生成的NH3和HI的物质的量之比始终为1：1，则无论是否达到平衡，NH3体积分数始终不变，A错误；B．该反应中生成的NH3和HI的物质的量之比始终为1∶1，则无论是否达到平衡，气体平均相对分子质量始终不变，B错误；C．该反应在恒容密闭容器中进行且为气体体积增大的反应，随着反应进行，容器内的压强逐渐增大，容器内压强保持不变说明反应达到平衡，C正确；D．该反应中无论是否达到平衡，NH3和HI的物质的量之比始终为1∶1，D错误；故答案选C。【关键能力提升练】7．（2023春·云南红河·高二开远市第一中学校校考阶段练习）可逆反应：2NO2(g)⇌2NO(g)+O2(g)在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO③NO2、NO、O2的物质的量浓度均保持不变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混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A．①③④⑥ B．②③⑤ C．①③④⑤ D．①②③④⑤⑥【答案】A【解析】①单位时间内生成nmolO2的同时就会消耗2nmolNO2，生成2nmolNO2，则NO2的物质的量不变，反应达到平衡状态，①符合题意；②O2、NO都是生成物，在任何时刻都存在单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，②不符合题意；③若NO2、NO、O2的物质的量浓度均保持不变，则任何物质单位时间内消耗量与产生量相等，反应处于平衡状态，③符合题意；④混合气体中只有NO2是有色气体，若混合气体的颜色不再改变，则任何物质的浓度不变，反应处于平衡状态，④符合题意；⑤反应在恒容密闭容器中进行，气体的体积不变；反应混合物都是气体，气体的质量不变，则混合气体的密度始终不再改变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，⑤不符合题意；⑥反应混合物都是气体，气体的质量不变；该反应是反应前后气体物质的量发生改变的反应，若混合气体的平均相对分子质量不再改变，则气体的物质的量不变，反应处于平衡状态，⑥符合题意；则能够判断反应处于平衡状态的叙述是①③④⑥，故合理选项是A。8．（2023秋·高二课时练习）已知：X(g)＋2Y(g)⇌3Z(g)ΔH=akJ·mol1(a>0)。下列说法不正确的是A．升高反应温度，正、逆反应速率均增大B．达到化学平衡时，X、Y、Z的质量不再发生变化C．达到化学平衡时，反应放出的总热量可达akJD．X和Y充分反应生成Z的物质的量不可能达到3mol【答案】D【解析】A．升高反应温度，正、逆反应速率均增大，A正确；B．达到化学平衡时，正、逆反应速率相等，X、Y、Z的质量不再发生变化，B正确；C．若起始量足够，达到化学平衡时，如果消耗1molX，则反应放出的总热量可达akJ，C正确；D．如果X和Y的起始量比较多，X和Y充分反应生成Z的物质的量可能达到3mol，D错误。故选D。9．（2023秋·高二课时练习）在地壳内SiO2和HF存在以下平衡：SiO2(s)＋4HF(g)⇌SiF4(g)＋2H2O(g)。如果上述反应在恒容密闭容器中发生，下列不能说明该反应达到平衡状态的是A．v正(HF)=v逆(H2O)B．SiF4与H2O的浓度之比保持不变C．SiO2的质量保持不变D．混合气体的总物质的量保持不变【答案】B【解析】A．当v正(HF)=v逆(H2O)时，由于v正(H2O)=v正(HF)，则v正(H2O)=v逆(H2O)，说明该反应达到平衡状态，A不符合题意；B．反应生成的SiF4与H2O的浓度之比始终为1∶2，故SiF4与H2O的浓度之比保持不变不能说明该反应达到平衡状态，B符合题意；C．当SiO2的质量保持不变时，说明该反应达到平衡状态，C不符合题意；D．该反应为反应前后气体分子数减小的反应，当混合气体的总物质的量保持不变时，说明该反应达到平衡状态，D不符合题意；故选B。10．（2023秋·四川乐山·高二四川省乐山沫若中学校考开学考试）在一个不传热的固定容积的密闭容器中发生可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)(m、n、p、q为任意整数)。下列不能作为达到平衡状态的标志的是A．单位时间内有mmolA消耗，同时有pmolC生成B．体系的温度不再改变C．各组分的浓度不再改变D．各组分的质量分数不再改变【答案】A【解析】A．单位时间内有mmolA消耗，同时有pmolC生成均指正反应速率，不能作为达到平衡状态的标志，故符合题意；B．体系的温度随反应而变化，体系的温度不再改变时，达到平衡，不符合题意；C．平衡状态的直接标志是各组分的浓度不再改变，达到了平衡，不符合题意；D．各组分的质量分数不再改变，达到了平衡，不符合题意；故选A。11．（2023秋·浙江湖州·高二统考期末）汽车尾气净化的主要原理为

。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确并能说明反应在时刻才达到平衡状态的是A． B．C． D．【答案】C【解析】A．达到平衡后，正、逆速率相等，不再变化，t1时刻v正最大，之后随反应进行速率发生变化，未到达平衡，A错误；B．t1时刻，CO2、CO的物质的量的变化量之比不等于1：1，示意图错误，B错误；C．该反应是放热反应，在绝热容器中进行，随着反应进行，容器温度上升，t1时刻之后随反应进行温度不再发生变化，说明反应达到平衡状态，C正确；D．焓变是定值，不随时间的变化而变化，不能说明反应达到平衡状态，D错误；故答案选C。充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：，反应达到平衡时，下列数据合理的是A． B．C． D．【答案】A【解析】A．根据原子守恒可知，Cl原子的总物质的量为2.0mol×3+1.0mol×2+0.5mol×5=10.5mol，P原子的总物质的量为2.5mol，故，故A正确；B．根据P原子守恒可知，，故B错误；C．反应达平衡时的转化率未知，故平衡时不确定，故C错误；D．反应达平衡时的转化率未知，故平衡时不确定，故D错误；故选A。13．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考开学考试）向绝热恒容密闭容器(绝热容器指该容器可阻止热量的传递，散失，对流)中通入和，在一定条件下发生反应，正反应速率随时间变化的示意图如图所示，下列结论中正确的个数为①反应在c点达到反应进行的限度②浓度：a点小于c点③逆反应速率图像在此时间段内和图中趋势相同④，ab段的消耗量小于bc段的消耗量⑤混合物颜色不再变化，说明反应达到平衡⑥体系压强不再变化，说明反应达到平衡A．2个 B．3个 C．4个 D．5个【答案】B【解析】①达到反应进行的限度即达到化学平衡，由a到c正反应不断增大，在c点速率最大，后来速率又减小，因此反应在c点未达到平衡，故①错误；②绝热恒容密闭容器中通入和，从a点到c点，正反应速率不断增大，不断消耗，因此浓度：a点大于c点，故②错误；③开始逆反应速率为0，生成物浓度增大，温度升高，逆速率加快，当正反应速率达到最大时，逆反应速率还在增大，因此逆反应速率图像在此时间段内和图中趋势不相同，故③错误；④段的速率小于段的速率，若，则段的消耗量小于段的消耗量，故④正确；⑤该反应正向进行，浓度不断减小，当混合物颜色不再变化，说明反应达到平衡，故⑤正确；⑥该反应是等体积反应，但在绝热容器中，温度不断升高，压强不断增大，所以当体系压强不再变化，说明反应达到平衡，故⑥正确。因此正确的有④⑤⑥共3个。故选B。14．（2023秋·四川宜宾·高二宜宾市叙州区第一中学校校考开学考试）2023年全国政府工作报告指出，推动重点领域节能降碳减污。一种太空生命保障系统利用电解水供氧，生成的氢气与宇航员呼出的二氧化碳在催化剂作用下生成水和甲烷，水可循环使用。(1)已知与的燃烧热分别为、，，写出与反应生成和的热化学方程式。(2)一定温度下，在恒容密闭容器中与反应生成和。①能说明该反应达到平衡状态的是(填字母)。A．B．容器内压强一定

C．气体平均相对分子质量一定D．气体密度一定E．的体积分数一定②保持温度不变，再向容器中通入，则v(正)v(逆)(填“>”“<”或“=”)。(3)丙烷燃烧可以通过以下两种途径：途径I：途径Ⅱ：(a、b、c、d均为正值)请回答下列问题：判断等量的丙烷通过两种途径放出的热量，途径I放出的热量(填“大于”、“等于”或“小于”)途径Ⅱ放出的热量。的反应中，反应物具有的总能量(填“大于”、“等于”或“小于”)生成物具有的总能量。b与a、c、d的数学关系式是。【答案】(1)(2)BCE=(3)等于小于【解析】（1）已知与的燃烧热分别为、，则①，②，③，将②的4倍减去①，再加上③的2倍，则与反应生成和的热化学方程式；故答案为：。（2）①A．，没有正逆反应，不能说明达到平衡，故A不符合题意；B．正向反应是体积减小的反应，压强不断减小，当容器内压强一定，则达到平衡，故B符合题意；C．平均摩尔质量等于气体质量除以气体物质的量，气体质量不变，正向反应，气体物质的量减小，平均摩尔质量增大，当气体平均相对分子质量一定，则达到平衡，故C符合题意；D．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，密度始终不变，当气体密度一定，不能作为判断平衡，故D不符合题意；E．正向反应，甲烷体积分数增大，当的体积分数一定，则达到平衡，故E符合题意；综上所述，答案为：BCE。②保持温度不变，再向容器中通入，容器压强增大，但反应体积的浓度不变，则速率不变，平衡不移动，则v(正)=v(逆)；故答案为：=。（3）等量的丙烷通过两种途径放出的热量，根据盖斯定律，两者放出的热量相等，则途径I放出的热量等于途径Ⅱ放出的热量。的反应是吸热反应，则反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量。根据盖斯定律，则b与a、c、d的数学关系式是即；故答案为：等于；小于；。【学科素养拔高练】15．（2023秋·陕西渭南·高二统考期末）回答下列问题：(1)①反应过程中的能量变化如图所示，该反应(用含、式子表示)。②在容积固定的密闭绝热容器中发生上述可逆反应，能证明该可逆反应达到平衡状态的依据是A．混合气体的密度保持不变B．混合气体的平均摩尔质量保持不变C．容器内的温度保持不变D．达到平衡时保持不变(2)符合某些特征的化学反应理论上都可以设计成原电池。下列化学反应_______(填字母)不能设计成原电池。A． B．C． D．(3)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入和，电解溶液。某研究小组以甲烷燃料电池(装置甲)为电源，模拟氯碱工业生产原理，装置如图所示。请回答以下问题：①观察到C极和D极不同的现象是②C极可以选用的材料是(填标号)。A．铁棒

B．铂片

C．铜棒

D．石墨棒③A极发生的电极反应为④装置甲、乙中的电解质溶液足量，当电路中通过电子时，理论上得到的气体c在标准状况下的体积为；此时气体a、b的总物质的量与气体c、d的总物质的量之比为。【答案】(1)E1E2BCEF(2)C(3)C极现象为产生黄绿色气体，D极现象为产生无色气体，且D极附近溶液变红BDCH48e+10OH=+7H2O4.48L3：8【分析】甲为燃料电池，A为电子流出极，故A极为负极，通入甲烷，电极反应式为CH48e+10OH=+7H2O，B为正极，电极反应式为O2+4e+2H2O=4OH，乙为电解池，D为阴极，氢离子得电子生成d为氢气，C为阳极，氯离子失电子生成c为氯气；【解析】（1）①由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应，△H=(E1E2)kJ/mol，