2025年高中化学新教材同步 选择性必修第一册 第2章 第2节 第1课时　化学平衡状态

第二节化学平衡第1课时化学平衡状态[核心素养发展目标]1.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.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、可逆反应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．可逆反应的特点(1)合成氨反应中，如果N2过量，则可以使H2完全消耗()(2)可逆反应中，加入反应物，反应先向正反应方向进行，停止后再向逆反应方向进行()答案(1)×(2)×已知反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)，起始时向某密闭容器中通入1molNO2、2molS18O2，一定条件下充分反应后，下列有关说法正确的是()A．NO2中不可能含18OB．有1molN18O生成C．S18O2的物质的量不可能为0.8molD．若开始时加入3molNO2气体，最多只能生成三氧化硫2mol答案C解析反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)为可逆反应，则通入1molNO2、2molS18O2，充分反应后，SO2、SO3、NO、NO2中均含18O，故A错误；可逆反应的反应物不可能完全消耗，所以通入1molNO2、2molS18O2，不可能有1molN18O生成，NO2、S18O2的消耗都小于1mol，所以S18O2的物质的量不可能为0.8mol，故B错误、C正确；该反应是可逆反应，二氧化硫不可能完全转化，故D错误。二、化学平衡状态1．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：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3。N2与H2反应NH3的分解反应绘制v－t图像绘制v－t图像答案2．化学平衡状态的概念在一定条件下的可逆反应体系中，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。3．化学平衡状态的特征(1)H2(g)＋I2(g)2HI(g)，体系中c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2，说明该反应达到平衡状态()(2)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆()(3)化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果()(4)化学反应达到化学平衡状态后反应物和生成物的浓度相等()(5)化学反应达到化学平衡状态后，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()(6)Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，增加炼铁炉高度，延长CO和铁矿石接触时间，能降低平衡时尾气中CO的体积分数()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×1．在一定温度下，将2molSO2和1molO2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是()A．用SO2表示的化学反应速率等于0B．SO2和SO3共2molC．放出197kJ热量D．生成O2的速率与生成SO3的速率相同答案B解析可逆反应处于平衡状态时，正、逆反应速率相等但不等于0，A错误；化学反应中原子守恒，所以化学平衡时SO2和SO3中硫原子的总物质的量等于反应初始时SO2的物质的量，B正确；达到化学平衡时2molSO2和1molO2不可能完全转化为2molSO3，故放出的热量小于197kJ，C错误；化学反应中SO3和O2的化学计量数不同，D错误。2．一定温度下，在10L密闭容器中加入5molSO2和3molO2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，10min时，反应达到平衡状态，此时有3molSO2发生了反应。(1)反应生成了________molSO3，v(SO2)＝________。(2)平衡时SO3的浓度是________，SO2的转化率是________。(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________mol。答案(1)30.03mol·L－1·min－1(2)0.3mol·L－160%(3)6.5解析(1)v(SO2)＝eq\f(\f(3mol,10L),10min)＝0.03mol·L－1·min－1。(2)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)开始/mol530变化/mol31.53平衡/mol21.53则平衡时SO3的浓度为eq\f(3mol,10L)＝0.3mol·L－1，SO2的转化率为eq\f(3mol,5mol)×100%＝60%。(3)平衡时混合气体的总物质的量为2mol＋1.5mol＋3mol＝6.5mol。三、化学平衡状态的判断方法1．直接判据——定义法(1)“等”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)“定”反应体系中各组成成分的质量、物质的量、浓度百分含量(质量分数、物质的量分数、气体的体积分数等)保持恒定不变。2．间接判据——“变量不变”时即为平衡当反应过程中变化的量不再改变时，化学反应达到平衡状态，即反应前后始终不变的量不能作为判据。3．在恒温恒容条件下，下列三个可逆反应的某些“量”不再随时间改变时，判断是否一定达到了平衡状态。N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(g)H2(g)＋I2(g)2HI(g)C(s)＋CO2(g)2CO(g)①混合气体的总质量m总不一定不一定是②混合气体的总物质的量n总是不一定是③混合气体的密度ρ不一定不一定是④体系的压强p是不一定是⑤混合气体的平均摩尔质量eq\x\to(M)是不一定是⑥混合气体的颜色－是－(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，相同时间内，当消耗2molSO2同时生成1molO2时，说明反应处于平衡状态()(2)4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，断裂1molN—H的同时形成1molH—O，说明反应达到平衡状态()(3)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，当3v正(H2)＝2v逆(NH3)时，反应达到平衡状态()(4)CO(g)＋[Cu(NH3)2]＋(aq)＋NH3(g)[Cu(NH3)3CO]＋(aq)ΔH<0，当[Cu(NH3)2]＋的物质的量浓度不再减小时，反应达到最大限度()(5)偏二甲肼(C2H8N2)/N2O4发动机中使用的N2O4存在平衡：N2O4(g)2NO2(g)，恒温恒容条件下，若混合气体的颜色保持不变，则该反应达到平衡状态()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√1．常温下向烧杯中加入10mL0.1mol·L－1Na3AsO4溶液、20mL0.1mol·L－1KI溶液和稀硫酸，发生反应：AsOeq\o\al(3－,4)(aq)＋2I－(aq)＋2H＋(aq)AsOeq\o\al(3－,3)(aq)＋I2(s)＋H2O(l)ΔH。下列情况表明上述可逆反应达到平衡状态的是()A．ΔH保持不变B．c(AsOeq\o\al(3－,3))＋c(AsOeq\o\al(3－,4))不变C．v正(AsOeq\o\al(3－,4))＝v逆(AsOeq\o\al(3－,3))D.eq\f(cAsO\o\al(3－,4),cI－)保持不变答案C解析ΔH与反应物和生成物的总能量高低有关，在一定条件下ΔH始终保持不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，故A不符合题意；根据速率之比等于化学计量数之比可知：v正(AsOeq\o\al(3－,4))＝v正(AsOeq\o\al(3－,3))，若v正(AsOeq\o\al(3－,4))＝v逆(AsOeq\o\al(3－,3))，则v正(AsOeq\o\al(3－,3))＝v逆(AsOeq\o\al(3－,3))，正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡状态，故C符合题意；AsOeq\o\al(3－,4)和I－的起始量之比为1∶2，结合反应方程式可知两者变化量之比也为1∶2，则eq\f(cAsO\o\al(3－,4),cI－)始终保持1∶2不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，故D不符合题意。2．已知：N2O4(g)2NO2(g)ΔH＞0，现将1molN2O4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，ΔH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t1时刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，反应达到平衡状态。3．在恒容密闭容器中，可以作为2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)达到平衡状态的标志的是①③⑤⑦(填序号)。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2nmolNO③混合气体的颜色不再改变④混合气体的密度不再改变⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变⑥混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定⑦混合气体中NO与NO2的物质的量之比保持恒定解析单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，①正确；未体现正、逆反应速率的关系，②错误；混合气体的颜色不再改变，说明二氧化氮的浓度不随着时间的变化而变化，反应达到平衡状态，③正确；化学反应前后气体质量是守恒的，容器容积是不变的，混合气体的密度恒不变，④错误；化学反应前后气体的物质的量改变，总质量不变，当反应达到平衡状态时，混合气体的平均相对分子质量不再变化，⑤正确；如果反应开始只加入NO2，那么混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定不能作为平衡的判断标志，⑥错误；NO与NO2的物质的量之比保持恒定，即它们的浓度保持恒定，说明化学反应的正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，⑦正确。(选择题1～13题，每小题6分，共78分)题组一可逆反应及特征1．下列关于可逆反应的叙述正确的是()A．可逆反应是指既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应B．2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑与2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O互为可逆反应C．对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率就会减小D．密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)开始后，三种气体一定同时存在答案D解析只有在相同条件下，正、逆反应同时进行的化学反应才是可逆反应，故A、B错误；可逆反应不能进行到底，反应开始后一定会有生成物产生，同时反应物必然有剩余，故D正确。2．14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有()A．14CO2 B．14CO2、14COC．14CO2、14CO、14C D．14CO答案C3．一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若起始时X、Y、Z的浓度分别为c1mol·L－1、c2mol·L－1、c3mol·L－1(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1和0.08mol·L－1，则下列判断错误的是()A．c1∶c2＝1∶3B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2D．c1的取值范围为0<c1<0.14答案B解析化学方程式中反应物X、Y的化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y必然以物质的量之比为1∶3消耗，因为达平衡时X和Y的浓度之比为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A项正确；平衡时Y和Z的生成速率之比等于化学方程式中二者的化学计量数之比，故Y和Z的生成速率之比为3∶2，B项错误；平衡时消耗的X和Z的物质的量之比等于化学方程式中二者的化学计量数之比，故平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1∶2，C项正确；运用极限法，假设起始时Z的浓度为0，则c1的最大值为0.14，而c1>0，又是可逆反应，则0＜c1＜0.14，D项正确。题组二平衡状态的建立及特征4．在一定条件下，气体参与的某正反应方向ΔH＜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。5．在一定条件下，将0.3molCO2和0.2molH2通入2L密闭容器中，进行反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是()A．反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小B．随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大C．达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0D．该反应建立平衡过程中v(速率)—t(时间)图像为答案A解析反应刚开始时，投入生成物，生成物浓度最大，逆反应速率最大，反应物浓度为0，正反应速率最小，A项正确；随着反应的进行，反应物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐增大，B项错误；达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度保持不变，但不为0，C项错误；该反应建立平衡的过程中v(速率)－t(时间)图像如图所示，D项错误。6．恒温时向2L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是()A．正反应速率a点比b点小B．t0min时该反应停止C．t0min时，c(Z)＝0.75mol·L－1D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到了化学平衡状态答案C解析反应开始加入一定量的气体X和Y，则反应2X(g)＋Y(g)3Z(g)从正反应方向开始进行，随着反应的进行，正反应速率越来越小，到平衡时达到最小值，则根据图示可知，a点的正反应速率大于b点的正反应速率，A错误；可逆反应从b点开始达到平衡，化学平衡为动态平衡，此时反应仍在进行，正反应速率等于逆反应速率，B错误；从图像中可以看出，从反应开始到平衡，参加反应的Y的物质的量为0.5mol，生成的Z的物质的量为1.5mol，c(Z)＝eq\f(1.5mol,2L)＝0.75mol·L－1，C正确；该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，体系的压强始终不变，因此不能根据压强不变判断反应是否达到平衡状态，D错误。题组三化学平衡状态的判断7.一定条件下，向密闭容器中充入1molNO和1molCO进行反应：NO(g)＋CO(g)eq\f(1,2)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、b、c点的正反应速率均不等于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d点正、逆反应速率相等，处于化学平衡状态。8．一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应C2H4(g)＋H2(g)C2H6(g)ΔH＜0。下列叙述不能表明反应达到平衡状态的是()A．混合气体的密度不再发生变化B．混合气体总物质的量不再发生变化C．单位时间内消耗H2与消耗C2H6的物质的量之比为1∶1D．容器中各物质的物质的量分数不再发生变化答案A解析反应在恒容密闭容器中进行，反应物和生成物均为气体，即气体的总质量不变，则混合气体的密度恒定，故混合气体的密度不再改变不能说明反应达到平衡状态，A选；反应前后气体的物质的量不相等，当混合气体总物质的量不再变化或各物质的物质的量分数不再发生变化时，均能说明反应达到平衡状态，B、D不选；单位时间内消耗H2与消耗C2H6的物质的量之比为1∶1，说明正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，C不选。9．工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是()A．恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化B．两个H—O断裂的同时有两个C=O断裂C．在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化D．混合气体的平均摩尔质量不再发生变化答案B解析该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，恒温恒容条件下，混合气体的压强恒定，压强不变，无法说明反应达到平衡状态，A项错误；两个H—O断裂表示的是正反应，两个C=O断裂表示的是逆反应，正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，B项正确；在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，则混合气体的密度始终不变，根据eq\x\to(M)＝eq\f(m,n)可知，混合气体的平均摩尔质量始终不发生变化，C、D项错误。10．用氮化硅陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应为3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g)ΔH<0。一定条件下，在恒容密闭容器中发生上述反应，能说明反应达到化学平衡状态的是()A．3v正(N2)＝v正(H2)B．v正(HCl)＝4v正(SiCl4)C．混合气体的密度保持不变D．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)＝1∶3∶6答案C解析3v正(N2)＝v正(H2)，v正(HCl)＝4v正(SiCl4)，两个等式两边都表示正反应速率，反应过程中始终成立，不能说明反应达到化学平衡状态，故A、B错误；该反应有固体生成，反应前后气体的质量发生变化，恒容密闭容器中，混合气体的密度保持不变，说明混合气体的总质量不变，反应达到平衡状态，故C正确；某时刻各物质浓度关系与其起始浓度和转化率有关，与反应是否达到平衡状态无关，不能说明反应达到平衡状态，故D错误。11．下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是()选项反应条件可逆反应标志A恒温恒容2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)混合气体的密度不变B恒温恒压NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)NH3在混合气体中的百分含量不变C恒温恒容H2(g)＋I2(g)2HI(g)2v正(H2)＝v逆(HI)D恒温恒压2NO2(g)N2O4(g)c(NO2)＝2c(N2O4)答案C解析该反应的反应物和生成物都是气体，气体的质量不变，反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，则无论反应是否达到平衡，反应混合气体的密度始终不变，A不符合题意；该反应中只有生成物是气体，无论反应是否达到平衡状态，NH3在混合气体中的百分含量始终不变，B不符合题意；在任何时刻都存在2v正(H2)＝v正(HI)，若2v正(H2)＝v逆(HI)，则v正(HI)＝v逆(HI)，反应处于平衡状态，C符合题意；在任何时刻物质反应时转化浓度关系为c(NO2)＝2c(N2O4)，但反应达到平衡时是否存在该浓度关系，与开始时加入反应物的多少及反应条件有关，D不符合题意。12．一定条件下，0.3molX(g)与0.3molY(g)在容积固定的密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)ΔH＝－akJ·mol－1，下列说法正确的是()A．反应一段时间后，X与Y的物质的量之比仍为1∶1B．达到平衡时，反应放出0.1akJ的热量C．达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，Z的正反应速率将不发生变化D．X的体积分数保持不变，说明反应已达到平衡答案C解析A项，反应过程中X与Y的变化量之比是1∶3，则反应一段时间后，X与Y的物质的量之比不可能仍为1∶1，错误；B项，达到平衡时，因可逆反应不能反应完全，则反应的X小于0.1mol，反应放出的热量小于0.1akJ，错误；C项，恒容条件下，达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，不影响反应物和生成物的浓度，反应速率不变，正确；D项，X(g)＋3Y(g)2Z(g)起始/mol0.30.30变化/molx3x2x变后/mol0.3－x0.3－3x2xX的体积分数为eq\f(0.3－x,0.6－2x)×100%＝50%，X的体积分数始终保持不变，不能说明反应已达到平衡，错误。13．(2023·辽宁鞍山高二期中)如图所示是用计算机制作的在不同条件下、同一密闭容器中进行的反应Y(g)X(g)的进程图解，图中的“”代表X，“”代表Y。已知：起始时n(X)＋n(Y)＝2mol。下列说法错误的是()A．①、②的交点处，v(X)＝v(Y)B．③中的重合线既表示X和Y的物质的量相等，又表示该反应达到了平衡状态C．达到平衡时，eq\f(cY,cX)：②>③>①D．③中达到平衡状态时，n(X)＝1mol答案A解析①、②中的交点表示X和Y的物质的量相等，并不表示反应达到平衡状态，所以①、②的交点处v(X)≠v(Y)，A项错误；由图可知，达到平衡状态时，eq\f(cY,cX)：②>③>①，C项正确；③中达到平衡状态时，X和Y的物质的量分数均为50%，又知起始时X和Y的物质的量之和为2mol，且该反应是反应前后气体分子数不变的反应，故平衡时混合气体的总物质的量为2mol，则n(X)＝2mol×50%＝1mol，D项正确。14.(10分)汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质，是造成城市空气污染的主要因素之一。在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的CO和NO混合气体，发生反应：2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)，t0时达到平衡，测得反应过程中CO2的体积分数与时间的关系如图所示。(1)a处v正__________(填“>”“<”或“＝”)b处v逆。(2)CO的平衡转化率为________。(3)能说明上述反应达到平衡状态的是_______________________________________(填字母)。A．CO的浓度与CO2的浓度均不再变化B．混合气体密度保持不变C．反应容器内压强保持不变D．CO和NO的浓度之比保持不变答案(1)>(2)80%(3)AC解析(1)随着反应的进行，反应物浓度降低，正反应速率减慢，a处v正>b处v正；b处反应达到平衡，b处v正＝b处v逆，所以a处v正>b处v逆。(2)2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)初始/molaa00转化/mol2x2x2xx平衡/mola－2xa－2x2xxeq\f(2x,2a－x)＝0.5，x＝0.4a，CO的平衡转化率为eq\f(0.8a,a)×100%＝80%。(3)反应达到平衡状态，各物质的浓度保持不变，CO的浓度与CO2的浓度均不再变化，说明反应一定达到平衡状态，故A选；反应前后