高中化学专题2化学反应速率与化学平衡第二单元第2课时化学平衡状态学案选修4

化学平衡状态

［核心素养发展目标］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。

|新知导学-----------------启迪思维探究规律

一、可逆反应及其特征

1.可逆反应的概念

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.表示方法

可逆反应方程式常用“”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。

3.特点

(1)同一条件下，正反应和逆反应同时发生、同时存在。

(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。

r—归纳总结----------------------------------,

可逆反应的特征

(1)双向性：可逆反应分为方向相反的两个反应---正反应和逆反应。

(2)双同性：正、逆反应在相同条件下是同时进行的。

(3)共存性：反应物和生成物共存于同一体系中，反应物的转化率小于100%。

(4)能量转化类型相反：若正反应放热，则逆反应吸热。

【例1】下列对可逆反应的说法正确的是()

A.既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应

B.在可逆反应里正反应的速率是正值，逆反应的速率是负值

C.可逆反应不能完全进行，存在一定的限度

D.2Hz+O2电暨2H?0与2HzO遐曳2Hzt+02t互为逆反应

答案C

解析可逆反应是指在同一条件下，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，A项错误；在可逆反应里正反应的速率、逆反应的速率都取正值，B项错误；可逆反应

的特点是不能完全进行到底，存在一定的限度，C项正确；两反应的反应条件不同，不互为

逆反应，D项错误。

【例21(2018•郑州高二月考)可逆反应：2S02(g)+02(g)2s03(g),充入由力组成的氧气

一段时间后，宵存在下列物质中的()

A.多余的氧气中

B.生成的三氧化硫中

C.氧气和二氧化硫中

D.二氧化硫、氧气和三氧化硫中

答案D

1818

解析的加入定会与S0,结合生成含0的SOs,同时含有0的S03又会分解得到SO2和02,

使得S国和0a中也含有为,因此"0存在于SO?、O2、SO3这三种物质中。

二、化学平衡状态及其特征

1.化学平衡状态的建立

(1)在一定条件下，把ImolN?和3molH?充入一密闭容器中，在一定条件下发生反应。根据要

求填表：

N2+3H22NH3

反应物浓度V正生成物浓度P逆

C(N2)最大

开始时最大00

0田2)最大

c(Nz)减小

进行中减小增大增大

c(Hj减小

。(.)不变

平衡时不变不变不变

。田2)不变

⑵用速率一时间(丫一t)图像表示出以上过程:

2.化学平衡状态的概念

在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时,反应体系中所有参加反

应的物质的质量或浓度保持恒定的状态,称为化学平衡状态，简称化学平衡。

3.化学平衡的特征

化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变，即：

(1)逆：研究的对象是可逆反应。

(2)等：化学平衡的条件是■正和2相等。

(3)动：化学平衡是一种动态平衡,此时反应并未停止。

⑷定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。

(5)变：若外界条件改变，平衡可能发生改变,并在新条件下建立新的平衡。

【例3】判断正误(正确的打“J”，错误的打“X”)

⑴只有可逆反应才存在平衡状态()

(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果()

(3)化学反应达到化学平衡状态时，正、逆反应的速率都为0()

⑷化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等()

⑸化学反应达到化学平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质

的化学计量数成比例()

答案⑴V(2)V(3)X(4)X(5)X

三、化学平衡状态判断的两个依据

1.正反应速率与逆反应速率相等，〃正=厂逆

(1)在一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g)2c(g)达到平衡的标志是②法(填序号)。

①单位时间内生成加olA,同时生成3zmolB

②生成C的速率与C分解的速率相等

③3%(A)=-逆(B)

④单位时间内生成miolA,同时生成272molc

(2)特别提示

①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；

②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。

2.反应混合物中各组分的百分含量保持不变

(1)一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行如下反应：A(s)+2B(g)C(g)+D(g)o当

下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是簸(填序号)。

①混合气体的总物质的量

②B的物质的量浓度

③容器内气体的压强

④混合气体的密度

(2)特别提示

①若反应前后气体体积不相等时，反应混合气体的总物质的量或压强不再发生变化时，该反

应已达到平衡状态。

②若反应无固体或液体参加或生成时，反应混合气体的总质量或密度不变时，该反应不一定

为平衡状态。

【例41一定条件下，在体积为1L的密闭容器中，ImolX和ImolY进行反应：2X(g)+

Y(g)Z(g),下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是()

A.X的百分含量不再发生变化

B.c(X):c(Y)：c(Z)=2：1：1

C.容器内原子总数不再发生变化

D.同一时间内消耗273noIX的同时生成zmolZ

答案A

解析反应过程中原子个数守恒；消耗2miolX与生成miolZ是同一反应方向，不能说明反应

已达平衡；浓度之比为2：1：1,不能说明浓度保持不变。

【例5】(2018•嘉兴市第一中学期中)反应Hz(g)+Iz(g)2HI(g)△丛0,若在恒容绝热容

器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是()

A.混合气体的密度不再变化

B.容器内的压强不再变化

C.相同时间内，断开ImolH—H键的同时生成2moiH-I键

D.容器内气体的浓度c(H?)：c(I2):c(HI)=1：1：2

答案B

解析混合气体的总质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，A错误；断开

ImolH—H键的同时生成2molH—I键都指正反应速率，故不能确定反应达到平衡状态,C错误;

容器内气体的浓度c(Hj：c(I2)：c(HI)=l：1：2,不能说明反应达到平衡状态，D错误。

【相关链接】

(1)化学平衡状态的判断步骤

解题步骤解题注意事项

第一步：审

先看一遍题目，了解题目要求及给出的可能的化学平衡状态

题，看清要求

(1)微观标志：/正=厂逆?0

①同一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与消耗速率之比(或消耗

速率与生成速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比；

第二步：套用

③在化学方程式两边不同物质的生成速率与生成速率之比(或消耗速率

两个标志

与消耗速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。

(2)宏观标志：反应混合物中各组分的百分含量一定

①各组分的质量分数不变；

②各气体组分的体积分数不变；

③各组分的物质的量分数不变；

④各组分的分子数之比不变；

⑤各组分的物质的量浓度不变；

⑥各组分的转化率或产率不变；

⑦若某组分为有色物质，体系的颜色不再改变

第三步：确定根据第一步的审题，将第二步中与题目有关的“标志”跟选项提供的状

答案态比较，确定正确选项

(2)判断某反应是否达到平衡的“三看”“三注意”

三看：一看反应是否为可逆反应；二看物质的状态；三看气体的化学计量数。

三注意：一注意不同物质的平衡浓度之间无必然关系；二注意公式〃=&在讨论混合气体的平

n

均相对分子质量时的应用；三注意公式0=淡讨论混合气体密度时的应用。

®学习小结

研究对象I-*根本特征：u正=0逆

一I一化学

平衡-L具体表现：各组分浓度

建立过程

(或质量)保持不变

I达标检测检测评价达标过关

1.下列关于化学平衡状态的理解正确的是()

A.所有反应都存在平衡状态

B.反应物与生成物的浓度相等

C.正反应与逆反应停止进行

D.正反应和逆反应的速率相等

答案D

2.可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NHs(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变

化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()

A.3y正(Nz)=

B.y正(Nz)=v逆(NH3)

C.2y正(H?)=3■逆(NHs)

D.■正(Nz)=3P逆(压)

答案C

解析可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是/正=〃逆，而3y正(Nj=p正(的并未反

映出“=■逆的关系，即A项不正确。在N?与压合成NH3的反应中，v(Nz)：/(Hz)：y(NH3)=

1：3：2,分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率，二要注意不同物质的速

率值之比等于化学计量数之比。

3.一定温度下，在某固定容积的密闭容器中发生可逆反应：A(s)+3B(g)3C(g),该反应

达到平衡状态的标志是()

A.密闭容器内物质的总质量不再改变

B.密闭容器内气体的压强不再改变

C.密闭容器内混合气体的总物质的量不再改变

D.密闭容器内混合气体的质量不再改变

答案D

解析A项，根据质量守恒定律知，反应前后物质的总质量相等，故A项不能作为反应达到

平衡状态的标志；B、C项，该反应是气体分子数相等的反应，反应过程中混合气体的总物质

的量始终不变，密闭容器内气体的压强也始终不变，故B、C项不能作为反应达到平衡状态的

标志；D项，由于有固体物质参加反应，所以达到平衡前混合气体的质量是不断变化的，若

混合气体的质量不再变化，则说明反应达到了平衡状态。

4.(2018•金华市十校联考)一定温度下在容积恒定的密闭容器中发生反应A(s)+

2B(g)C(g)+D(g)o下列不能说明反应一定达到化学平衡状态的是()

A.厂而⑻=2■逆(C)

B.每消耗ImolC,同时生成ImolD

C.气体的密度保持不变

D.B、C、D三种物质的浓度之比为2：1：1

答案D

解析B、C、D三种物质的浓度之比为2：1：1,不能说明下一时刻浓度关系，不能说明反应

达到平衡，故D错误。

5.已知：N204(g)2N02(g)AH>0,现将lmolNzOi充入一恒压密闭容器中，下列示意图

不能说明反应达到平衡状态的是()

答案B

解析B项，对于一个特定反应，△〃固定不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据;

C项，在大i时刻，2y正(NO)=v逆(NO?),反应达到平衡状态。

6.在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2s02(g)+02(g)2SO3(g),已知反应过程中某

一时刻SO?、。2、S03浓度分别为0.2mol•L，0.Imol-L-1,0.2mol•达到平衡时浓度

可能是()

A.SO?、O2分别为0.4mol•L-1,0.2mol•L-1

B.SOz为0.25mol•L-

C.SO2、SO3均为0.15mol•L-1

D.SO2为0.24mol•L，SO3为0.14mol•L

答案B

解析本题可用极限法。可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立。A

项，0.2mol•广印。3全部转化时，S0?和浓度才是0.4mol•L~\0.2mol•L-1；B项，SO?的

浓度应在0〜0.4mol♦L之间;根据S元素守恒，SO?和S03浓度之和应为0.4mol-L_1,C、

D两项都不正确。

7.恒温恒容条件下，将2molA气体和2molB气体通入体积为2L的密闭容器中发生如下反应：

2A(g)+B(g)式(g)+2D(s),2min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2molB,并测得C

的浓度为1.2mol•L-1o

(1)从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为o

(2)X—o

⑶下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是(填字母)。

A.压强不再变化

B.气体密度不再变化

C.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2：1

D.A的百分含量保持不变

答案⑴0.6mol•L-•rninf(2)3(3)BD

fl，.、,、1.2mol,L1T

解析(1)r(C)=------:----=0.6mol•L,min。

2min

(2)2A(g)+B(g)AC(g)+2D(s)

起始/mol•「'110

转化/mol•I/10.80.41.2

平衡/mol・LT0.20.61.2

由此可知，2：1：x=Q.8：0.4：1.2=2：1：3,所以x=3。

(3)A项，x=3,该反应前后气体的物质的量不变，无论反应是否达到平衡，压强均不会变化;

B项，气体的密度不再变化，而气体的体积不变，说明气体的质量不再发生变化，由于D为

固体，故气体的质量不再发生变化时能说明反应已达到平衡状态；C项，A的消耗速率与B

的消耗速率表示的反应方向一致，不能说明反应已达到平衡；D项，A的百分含量保持不变,

说明反应已达到平衡。

|课时对点练-----------------注重双基强化落实

X对点训练

题组一可逆反应概念的理解

1.下列有关可逆反应的说法不正确的是（）

A.可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应

B.2HI比+L是可逆反应

C.2H?+三暨2H2。与2H2。遇曳2H2f+02f互为可逆反应

D.可逆反应中反应物和生成物同时存在

答案C

解析C项中两个反应是在不同的条件下进行的，故不能称之为可逆反应，C项不正确。

2.（2018•衡水校级月考）在密闭容器中进行反应:X2（g）+3Y2（g）2Z2（g）,若X?、Y2,Z2

的初始浓度分别为0.lmol,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-1②Yz为0.lmol•L-1

③Z2为0.3mol•广1④匕为0.6mol•

A.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•LT,表明Z?全部转化为X?和Yz,①错误；同理，④错误。综上所

述，B项正确。

3.气。2与碳在高温条件下发生反应："COD+C2C0,达到化学平衡后，平衡混合物中含“C

的粒子有（）

141414

A.C02B.C02>C0

1414I414

c.CO2>CO,CD.CO

答案c

解析当可逆反应达到平衡状态时，反应并没停止，是一种动态平衡，所以14c在三种物质

中都含有。

题组二化学平衡状态的特征

4.有关化学平衡状态的特征，下列说法正确的是()

A.所有的化学反应都存在化学平衡状态

B.平衡时反应已达到最大限度，反应停止了

C.平衡时各组分的浓度相等

D.化学平衡状态是一种动态平衡

答案D

解析只有可逆反应才存在化学平衡状态，A项错误；达到平衡状态时，反应达到最大限度,

但反应并没有停止，B项错误；平衡时各组分浓度保持不变，但不一定相等，C项错误；达到

化学平衡状态时，反应并没有停止，是一种动态平衡，D项正确。

5.对可逆反应：4NH3(g)+502(g)4N0(g)+6H20(g),则下列叙述中正确的是()

A.达到化学平衡时，5/正◎)=4-逆(NO)

B.若单位时间内生成anolNO的同时，生成;MOINHS,则反应达到平衡状态

C.若ML、0八NO、H20的分子数之比为4：5：4：6时，反应达到化学平衡状态

D.化学反应速率关系是：2"(加3)=3/正(压0)

答案B

解析根据化学方程式，当4y正(Oz)=5/逆(NO)时，表示〃正=丫逆，反应达到平衡状态，A项

错误；生成zmolNO表示正反应速率，生成zmolN不表示逆反应速率，且■正=■逆，反应达

到平衡状态，B项正确；NHs、。2、NO、H20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，3y正(NH3)=2v正(压0),D项错

误。

6.在一定条件下，气体参与的某正反应方向△火0的可逆反应达到化学平衡时，下列说法

不正确的是()

A.反应物的浓度一定等于生成物的浓度

B.反应体系中压强恒定

C.反应体系中混合物的组成保持不变

D.反应体系中温度不变

答案A

解析对于放热的可逆反应，达到平衡时，反应物与生成物的浓度不一定相等，A项错误；

可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，气体分子数保持不变，反应体系中压强恒定，

混合物的组成保持不变，反应体系中温度不变，B、C、D项正确。

7.一定条件下，向密闭容器中充入ImolNO和ImolCO进行反应：NO(g)+CO(g)|N2(g)+

co2(g),测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是()

A.d点B.b点C.c点D.a点

答案A

解析由图可知，a、6、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d

点正、逆反应速率相等，由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知，图中处于化学平衡

状态的点是d点，选项A正确。

题组三化学平衡状态的判断

8.在一定温度下，向aL密闭容器中加入ImolO?和2moiNO,发生如下反应：02(g)+

2N0(g)2N02(g),此反应不一定达平衡的是()

A.容器内压强不随时间变化

B.容器内各物质的浓度不随时间变化

C.容器内。2、NO、NO?的浓度之比为1：2：2

D.单位时间内生成ImolCh,同时生成2moiNO?

答案C

解析A项，该反应气体数目有变化，当容器内压强不随时间变化时，必达平衡；C项，其比

例是反应方程式中的化学计量数之比，不能反映各组分的量已固定，所以，不一定是平衡状

态；D项，的生成是逆向反应，NO?的生成是正向反应，比例1：2与化学方程式计量数相

符，必是平衡状态。

9.一定温度下，在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应：2X(g)Y(g)+Z(s),以下不

能说明该反应达到化学平衡状态的是()

A.混合气体的密度不再变化

B.反应容器中Y的质量分数不变

C.X的分解速率与Y的消耗速率相等

D.单位时间内生成ImolY的同时生成2molX

答案C

解析X的分解速率与Y的消耗速率之比为2：1时，才能说明反应达到平衡状态，故C项说

明反应未达到平衡状态。

10.(2018•宁波市咸祥中学期中)在一定温度下，体积不变的密闭容器中，发生可逆反应N?(g)

+3H2(g)2NH3(g),下列说法中正确的是()

A.若向密闭容器中再充入总，则反应速率减慢

-1-1

B.若反应前10s时，B减少了0.3moL则F(H2)=0.03mol•L•s

C.若某时刻N?、见、NL的浓度不再发生变化，则表明该反应达到了平衡状态

D.若某时刻消耗了ImolNz同时生成了2moiNL,则表明该反应达到了平衡状态

答案C

解析再充入N”则反应物的浓度增大，反应速率加快，A错误；体积未知，不能计算。〜

10s的平均反应速率，故B错误；消耗了ImolN,同时生成了2moiN&,无法判断正反应速率和

逆反应速率的关系，则不能判定是否达到化学平衡状态，故D错误。

11.(2018•温州市求知中学期中)在一定温度的恒容密闭容器中，反应&(g)+

B2(g)2AB(g)达到平衡状态的是()

A.混合气体的密度不再改变

B.容器内的总压强不随时间而变化

C.单位时间内生成2/anolAB的同时，生成加iol的

D.Az、Bz、AB的分子数之比为1：1：2时

答案C

解析化学反应前后混合物的质量不变，容器体积不变，所以密度始终不变，A错误；该反

应前后气体体积不变，压强始终不变，B错误；反应达到平衡时分子数之比与反应的初始物

质的量以及反应的转化程度有关，所以不能确定是否达到平衡，D错误。

12.(2018•温州市共美联盟联考)将一定量纯净的氨基甲酸核置于密闭真空恒容容器中(固体

试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2C00NH4(S)2NH3(g)+C02(g)

△〃=akJ・molT(a>0)。能判断该分解反应已经达到化学平衡的是()

A.F(NH3)=2r(C02)

B.密闭容器中NH3体积分数不变

C.反应吸收akj热量

D.密闭容器中混合气体的密度不变

答案D

解析未体现正、逆反应速率的关系，故A错误；由于反应物为固体，密闭容器中氨气的体

积分数一直不变，不能判断该分解反应已经达到化学平衡，故B错误；该反应为可逆反应，

反应吸收akj热量，只是说明分解的氨基甲酸镂的物质的量为ImoL不能说明氨基甲酸镂的

物质的量是否变化，故C错误；密闭容器中混合气体的密度不变，说明气体质量不变，正、

逆反应速率相等，故D正确。

13.(2018•浙江教育绿色评价联盟联考)已知：X(g)+2Y(g)3Z(g)A〃=—akj・mo「

Ya>0)。下列说法正确的是()

A.达到化学平衡状态时，丫的正反应速率和Z的逆反应速率相等

B.达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度之比为1：2：3

C.达到化学平衡状态时，反应放出的总热量一定小于akj

D.0.2molX和0.2molY充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3mol

答案D

解析由题意知，该反应是气体分子数不变的放热反应。达到化学平衡状态时，Y的正反应

速率和Z的逆反应速率不相等，3P(Y)=2P(Z),A不正确；达到化学平衡状态时，X、Y、Z

的浓度之比不一定是1：2：3,B不正确；不知道反应物的投料和反应物的转化率是多少，无

法判断达到化学平衡状态时反应放出的总热量，C不正确；可逆反应的反应物不能完全转化

为生成物，D正确。

g综合强化

14.将2moiSO?和ImolOz充入体积为2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：0?(g)+

2S02(g)2S03(g)。经过10s达到平衡状态，此时c(SO3)=0.4mol»L。

(1)在达到平衡的过程中r(SO2)=o

(2)有同学认为平衡是在一定条件下建立的，改变条件时平衡会发生变化，所以可以通过改变

条件使S03的平衡浓度变为Imol•你认为这种说法正确吗？(填“正确”或“不

正确”)。

答案(1)0.04mol,L-1,s-1(2)不正确

-1

解析⑴平衡时c(SOs)=0.4mol」〕则转化的c(S02)=0.4mol,L,F(S02)=

(2)2S02+022sOs是可逆反应，改变任何条件都不可能使之进行到底，所以该说法不正确。

15.一定温度下，在2L的恒容密闭容器内发生的反应中M、N的物质的量随反应时间变化的

曲线如图所示。

请回答下列问题：

(1)该反应的化学方程式为