考点15-化学平衡状态标志的判断(要点总结)

2019-2020学年高一化学期末复习高频考点通关（人教版2019必修第二册）考点15化学平衡状态标志的判断复习要点1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。2.掌握化学平衡状态的判断依据。核心梳理一、化学平衡状态的建立(1)化学平衡状态:在一定条件下，当一个可逆反应进行到正反应速率和逆反应速率相等时，反应物的浓度和生成物的浓度不再变化，达到一种表面静止的状态。(2)化学平衡状态的建立过程(3)化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图像二、化学平衡状态的特征化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即：(1)同一反应在不同条件下，反应的限度不同。(2)相同条件下，不同的可逆反应，其反应的限度不同。注意：1．化学反应的限度(或化学平衡状态)研究对象为可逆反应，且要求在一定条件下，如恒温恒容或恒温恒压。2．化学反应限度的本质：v(正)=v(逆)≠0，可理解为同一物质的生成速率等于其消耗速率，如果不是同一物质的速率，应依据化学计量数转化为同一物质速率。3．化学反应限度的宏观特征：反应物和生成物的浓度不再变化。应理解为：物质的量浓度一定；组成成分的百分含量一定；反应体系的压强一定(反应前后气体体积相等的除外)；混合气体的平均相对分子质量一定(化学计量数相等的除外)等。不能理解为各组成成分的含量或浓度相等，通常情况下平衡时各组成成分的含量或浓度是不相等的。三、化学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与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(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体积不等的反应)。(2)对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。(3)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。(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。深化理解1.对于密闭容器中的反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，根据对化学平衡状态概念的理解，判断下列各情况是否达到平衡。2.有关化学平衡状态的理解和判断的误区(1)对化学平衡状态理解的“三种误区”：①误认为反应物能够完全转化成生成物。可逆反应中反应物不能100%转化，反应物和生成物共存。②误认为达到平衡时化学反应停止了。反应达到化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，只是正反应速率等于逆反应速率。③误认为外界条件改变对平衡状态无影响。任何化学平衡状态均是相对的、有条件的，当外界条件变化时，化学平衡状态也会发生相应的变化。(2)化学平衡状态判断的“两种误区”：①误认为各组分的浓度相等证明反应达到平衡状态。②误认为各组分的分子数之比等于化学计量数之比证明反应达到平衡状态。反应达到化学平衡状态时各组分的浓度保持不变，但不一定相等，也不一定等于化学计量数之比。典型例题例1（2020·山东省高一月考）恒温恒容条件下，能说明反应A（s）+2B（g）C（g）+D（g）一定处于化学平衡状态的是A．C的浓度不再改变 B．容器内的压强保持不变C．C与D的物质的量相等 D．消耗1molB的同时生成0.5molD答案A解析A.C的浓度不再改变，说明固体质量不变，反应达平衡状态，故A正确；B.两边气体计量数相等，容器内的压强一直保持不变，故B错误；C.

C与D的物质的量相等，不能说明C.

D的物质的量不变，故C错误；D.只要反应发生就有消耗1molB的同时生成0.5molD，故D错误；故选A。【点睛】根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态。例2中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，一定条件下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。（1）从3min到9min，υ(H2)=________；（2）能说明上述反应达到平衡状态的是____________（填编号）。A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1（即图中交叉点）B．混合气体的密度不随时间的变化而变化C．单位时间内消耗3molH2，同时生成1molH2OD．CO2的体积分数在混合气体中保持不变（3）平衡时CO2的转化率为______________。（4）平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是__________________。（5）一定温度下，第9分钟时υ逆(CH3OH)_______（填“大于”、“小于”或“等于”）第3分钟时υ正(CH3OH)。答案（1）0.125mol·L－1·min－1（2）D（3）75﹪（4）30﹪（5）小于解析【分析】（1）3min到9min，根据CO2浓度变化计算CO2化学反应速率，利用计量数之比得到v（H2）；（2）化学反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的物理量不变；（3）由图象可知平衡时CO2为0.25mol/L，可知消耗0.75mol/L，以此计算转化率；（4）结合各物质的平衡浓度，利用三段式法计算；（5）第9分钟时达到平衡，υ逆（CH3OH）=υ正（CH3OH），随着反应的进行，正反应速率逐渐减小．【详解】（1）3min到9min,CO2浓度变化为0.5mol/L−0.25mol/L=0.25mol/L,CO2反应速率为：0.25mol/L÷(9min−3min)=0.256mol/(L⋅min),v(H2)=3×v(CO2)=0.125mol/(L⋅min)，故答案为0.125mol/(L⋅min)；（2）A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1:1(即图中交叉点)，浓度相等而不是不变，故A错误；B.反应前后，气体质量不变，容器体积不变，则气体密度始终不变，不能判断是否平衡，故B错误；C.单位时间内每消耗3molH2,同时生成1molH2O，从反应开始到平衡始终相等，不一定平衡，故C错误；D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故D正确；故答案为D；（3）由图象可知平衡时CO2的为0.25mol/L,可知消耗0.75mol/L,则转化率为0.75×100%=75%，故答案为75%；（4）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始(mol/L):1300转化(mol/L):0.752.250.750.75平衡(mol/L):0.250.750.750.75则平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数为0.75÷(0.25+0.75+0.75+0.75)×100%=30%，故答案为30%；（5）第9分钟时达到平衡,υ逆(CH3OH)=υ正(CH3OH),随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,则第9分钟时υ逆(CH3OH)小于第3分钟时υ正(CH3OH).，故答案为小于。【点睛】可逆反应处于平衡状态的判断依据：同一物质的正逆反应速率相等，物质的百分含量不变，据此分析。变式强化1．（2020·河北省唐山一中高一月考）在一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是A．C的生成速率与C分解的速率相等B．单位时间生成nmolA，同时生成3nmolBC．单位时间生成B的速率，与生成C的速率相等（数值）D．单位时间消耗nmolA，同时生成2nmolC答案A解析A.C的生成速率和C的分解速率相等，则该反应一定达到平衡状态，故A正确；B.无论该反应是否达到平衡状态，单位时间生成nmolA一定同时生成3nmolB，所以不能据此判断化学反应是否达到平衡状态，故B错误；C.单位时间内生成B的速率和生成C的速率之比为3：2时，该反应达到平衡状态，所以单位时间生成B的速率与生成C的速率相等，该反应一定不达到平衡状态，故C错误；D.无论该反应是否达到平衡状态，单位时间消耗nmolA，同时生成2nmolC，所以不能据此判断化学反应是否达到平衡状态，故D错误；答案选A。2．（2019·威远中学校高一月考）I．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：（1）写出该反应的化学方程式_________。（2）下列叙述中不能说明上述反应达到平衡状态的是___________。A．当X与Y的反应速率之比为1∶1B．在混合气体中X的质量百分数保持不变C．混合气体的平均摩尔质量不随时间的变化而变化D．混合气体的密度不随时间的变化而变化E．X、Y、Z的浓度之比为1∶1∶2（3）为使该反应的反应速率减小，可采取的措施是__________。A．恒压时充入NeB．适当升高温度C．缩小容器的体积D．选择高效催化剂II．一定温度下将3mol的A及3molB混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，经过5分钟后反应达到平衡，测得A的转化率为60﹪，C的平均反应速率是0.18mol/(L·min)。求：（1）平衡时B的浓度=___________mol/L。（2）D的平均反应速率υ(D)=__________mol/(L·min)。（3）x=______。答案I.（1）X(g)+Y(g)2Z(g)（2）ACDE（3）AII．（1）1.2（2）0.12（3）3解析【分析】I.（1）根据化学反应中各物质的物质的量的变化量与化学计量数之比呈正比书写化学方程式；（2）根据可逆反应平衡状态时的实质和特征，结合反应方程式中物质的化学计量数关系判断平衡状态；（3）根据影响化学反应速率的因素分析判断；II.根据A起始时的物质的量及转化率计算转化量，根据速率定义式计算V(A)，然后根据速率比等于化学计量数的比，结合V(C)大小，计算V(B)、V(D)及x值。【详解】（1）由图象可以看出X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增多，则X、Y为反应物，Z为生成物，化学反应中各物质的物质的量变化量与化学计量数之比呈正比，则有Y：X：Z=(1.20mol-0.41mol)：(.0mol-0.21mol)：1.58mol=1：1：2，由于最后三种物质都存在，可见该反应为可逆反应，则反应的化学方程式为X+Y2Z；（1）A.X、Y是反应物，方程式的系数相同，在任何情况下二者反应速率都相等，因此不能根据X与Y的反应速率之比为1：1判断平衡状态，A符合题意；B.若反应达到平衡状态，任何一组分的质量不变，则物质的质量分数不变，故在混合气体中X的质量百分数保持不变可以判断反应处于平衡状态，B不符合题意；C.由于反应前后气体的质量不变，气体的物质的量不变，所以混合气体的平均摩尔质量总是不随时间的变化而变化，故不能据此判断平衡状态，C符合题意；D.由于反应前后气体的质量不变，气体的体积不变，所以混合气体的密度总是不随时间的变化而变化，故不能据此判断平衡状态，D符合题意；E.X、Y、Z的浓度之比为1：1：2可能处于平衡状态，也可能不是平衡状态，E符合题意；故合理选项是ACDE；（3）A.恒压时充入Ne，容器的容积扩大，物质的浓度减小，反应速率减小，A符合题意；B.适当升高温度，物质的内能增加，反应速率加快，B不符合题意；C.缩小容器的体积，物质的浓度增大，化学反应速率加快，C不符合题意；D.选择高效催化剂，化学反应速率加快，D不符合题意；故合理选项是A；II.发生反应3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，由于反应在2L的密闭容器内进行，n(A)=3mol，A的转化率是60%，则A转化量为△n=3mol×60%=1.8mol。（1）根据反应方程式的系数可知：每有3molA发生反应，同时消耗1molB，则A反应了1.8mol，所以B反应