化学反应速率与平衡第2讲

第2讲化学平衡状态

1．可逆反应

(1)定义：在同一条件下既能够向正反应方向实行，同时又能够向逆反应方向实行的化学反应。

(2)特点：①二同：a.相同条件下；b.正逆反应同时实行。

(3)表示：在方程式中用“”表示。

2．化学平衡状态

(1)概念：一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。

(2)化学平衡的建立

(3)平衡特点

题组一极端假设法解化学平衡状态题的应用

1．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c 1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3

mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断准确的是( )

A．c1∶c2＝3∶1 B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3

C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0 mol·L－1

2．在密闭容器中实行反应：X 2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L －1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·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．Z为0.3 mol·L－1B．Y2为0.4 mol·L－1

C．X2为0.2 mol·L－1D．Z为0.4 mol·L－1

题组二化学平衡状态标志的判断

3．可逆反应：2NO 2(g)2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中实行，达到平衡状态的标志的是

( )

①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2

②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO

③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态

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混合气体的压强不再改变

的状态

⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部

4．下列说法能够证明H 2(g)＋I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是____________(填序号)。

①单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI ②一个H—H 键断裂的同时有

两个H—I键断裂③百分含量w(HI)＝w(I2) ④反应速率v(H2)＝v(I2)＝1

2

v(HI)

⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1 ⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化

⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化⑧条件一定，混合气体的平均相对分

子质量不再变化⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化⑩温度和压强一

定时，混合气体的密度不再变化

5．一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1 mol Y的同时生成2 mol X

6．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是( )

A．体系的压强不再发生变化B．v正(CO)＝v逆(H2O)

C．生成n mol CO的同时生成n mol H2D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键

考点二化学平衡的移动

1．概念：可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。

2．过程：

3．化学平衡移动与化学反应速率的关系

(1)v正>v逆：平衡向正反应方向移动。

(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，不发生平衡移动。

(3)v正

4．影响化学平衡的外界因素

(1)影响化学平衡的因素

若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：

条件的改变(其他条件不变)化学平衡的移动

浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向正反应方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向逆反应方向移动

压强(对有气体存有的反应) 反应前后气体

分子数改变

增大压强向气体体积减小的方向移动

减小压强

向气体体积增大的方向移动

反应前后气体

分子数不变

改变压强平衡不移动

温度

升高温度向吸热反应方向移动

降低温度向放热反应方向移动

催化剂使用催化剂平衡不移动

如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

5．几种特殊情况

(1)当反应混合物中存有与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，因为其“浓度”是恒定的，不随其

量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。

(2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响水准是等同

的，故平衡不移动。

(3)“惰性气体”对化学平衡的影响

①恒温、恒容条件

原平衡体系―――――→

充入惰性气体

体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。

②恒温、恒压条件

(4)同等水准地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。

题组一选择措施使化学平衡定向移动

1．COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温②恒容通入惰性气体③增加CO浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体，能提升COCl2转化率的是

A．①②④B．①④⑥C．②③⑤D．③⑤⑥

2．某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应[2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，ΔH<0]的正、逆反应速率的影响如图所示：

(1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填序号，下同)，平衡________移动。

(2)升高温度对反应速率影响的图像是________，平衡向________方向移动。

(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________，平衡向________方向移动。

(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是__________，平衡向________方向移动。

题组二条件改变时化学平衡移动结果的判断

3．对已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡向正方向移动时，下列相关叙述准确的是

①生成物的百分含量一定增加②生成物的产量一定增加

③反应物的转化率一定增大④反应物的浓度一定降低

⑤正反应速率一定大于逆反应速率⑥使用了适宜的催化剂

A．②⑤B．①②C．③⑤D．④⑥

4．将NO 2装入带活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，其中叙述准确的是( )

A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应

B．慢慢压缩气体体积，平衡向右移动，混合气体颜色变浅

C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍

D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向右移动，混合气体的颜色变浅

5．(2009·四川理综，13)在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应m X(g)n Y(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：

c(Y)/mol·L－1

温度/℃

1 2 4

气体体积/L

100 1.00 0.75 0.53

200 1.20 0.90 0.63

300 1.30 1.00 0.70

下列说法准确的是( )

A．m>n B．Q<0

C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少

D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动

6．某温度下，反应2A(g)B(g)(正反应为吸热反应)在密闭容器中达到平衡，平衡后c(A)/c(B)＝a，若改变某一条件，充足时间后反应再次达到平衡状态，此时c(A)/c(B)＝b，下列叙述准确的是

A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了B气体，则a

B．若a＝b，则B容器中一定使用了催化剂

C．若其他条件不变，升高温度，则有a

D．若保持温度、压强不变，充入惰性气体，则有a>b

考点三等效平衡

1．含义：在一定条件下(等温等容或等温等压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。

2．原理：同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。

因为化学平衡状态与条件相关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。

2．在等温等容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(s)起始物质的量如下表所示：

序号 A B C D

① 2 mol 1 mol 0 0

② 4 mol 2 mol 0 0

③ 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol

④0 1 mol 3 mol 1 mol

⑤0 0 3 mol 1 mol

上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？

3．在等温等压条件下，可逆反应2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)起始物质的量如下表所示：

序号 A B C D

① 2 mol 1 mol 0 0

② 4 mol 2 mol 0 0

③ 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol

④0 1 mol 3 mol 1 mol

⑤0 0 3 mol 1 mol

题组一等温、等容条件下等效平衡的应用

1．在恒温恒容的密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)x C(g)。Ⅰ.将3 mol A和2 mol B在一定条件下反应，达平衡时C的体积分数为a；Ⅱ.若起始时A、B、C投入的物质的量分别为n(A)、n(B)、n(C)，平衡时C的体积分数也为a。下列说法准确的是

A．若Ⅰ达平衡时，A、B、C各增加1 mol，则B的转化率将一定增大

B．若向Ⅰ平衡体系中再加入3 mol A和2 mol B，C的体积分数若大于a，可断定x>4

C．若x＝2，则Ⅱ体系起始物质的量应满足3n(B)>n(A)＋3

D．若Ⅱ体系起始物质的量满足3n(C)＋8n(A)＝12n(B)，则可判断x＝4

题组二等温、等压条件下等效平衡的应用

2．已知：t℃时，2H(g)＋Y(g)2I(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，t℃时，在一压强恒定的密闭容器中，加入4 mol H和2 mol Y反应，达到平衡后，Y剩余0.2 mol。若在上面的平衡体系中，再加入1 mol 气态的I物质，t℃时达到新的平衡，此时H物质的物质的量n(H)为

A．0.8 mol B．0.6 mol C．0.5 mol D．0.2 mol

题组三等温、等容，等温、等压条件下等效平衡的比较应用

3．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N 2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。

(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平

衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。

A．小于m B．等于m C．在m～2m之间D．等于2m E．大于2m

(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的

体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入______mol N2和________mol H2。

【练习】1．[2012·海南，15(3)]可逆反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)。判断该反应是否达到平衡的依据为__________(填准确选项前的字母)：

a．压强不随时间改变b．气体的密度不随时间改变

c．c(A)不随时间改变d．单位时间里生成C和D的物质的量相等

2．[2011·山东理综，28(3)]CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应ΔH________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、 1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是_______________________________________________。

3．[2010·江苏，17(1)]用氨水可使燃煤烟气脱硫，其原理为用氨水将SO2转化为NH4HSO3，再氧化成(NH4)2SO4，化学反应为2NH3＋SO2＋H2O===(NH4)2SO3

(NH4)2SO3＋SO2＋H2O===2NH4HSO3

能提升燃煤烟气中SO2去除率的措施有________(填字母)。

A．增大氨水浓度B．升高反应温度

C．使燃煤烟气与氨水充分接触D．通入空气使HSO－3转化为SO2－4

采用上述方法脱硫，并不需要预先除去燃煤烟气中大量的CO2，原因是________(用离子方程式表示)。4．[2011·新课标全国卷，27(3)(4)](3)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)：

下列说法准确的是____(填序号)

①温度为T 1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为 v (CH 3OH)＝n A t A

mol·L －1·min －

1

②该反应在T 1时的平衡常数比T 2时的小 ③该反应为放热反应

④处于A 点的反应体系从T 1变到T 2，达到平衡时n (H 2)

n (CH 3OH )

增大

(4)在T 1温度时，将1 mol CO 2和3 mol H 2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO 2的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为____。 5．反应N 2O 4(g)

2NO 2(g) ΔH ＝＋57 kJ·mol －

1，在温度为T 1、

T 2时，平衡体系中NO 2的体积分数随压强的变化曲线如图所 示。下列说法准确的是

( )

A ．a 、c 两点的反应速率：a >c

B ．a 、c 两点气体的颜色：a 深，c 浅

C ．由状态b 到状态a ，能够用加热的方法

D ．a 、c 两点气体的平均相对分子质量：a >c 6．某温度下，在一个2 L 的密闭容器中加入4 mol A 和2 mol B 实行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)

＋D(g)，反应2 min 后达到平衡，测得生成1.6 mol C ，下列说法准确的是

A ．前2 min D 的平均反应速率为0.2 mol·L －

1·min －

1 B ．此时，B 的平衡转化率是40%

C ．增大该体系的压强，平衡不移动，化学平衡常数不变

D ．增加B ，平衡向右移动，B 的平衡转化率增大

7．相同温度下，容积相同的甲、乙、丙3个恒容密闭容器中发生可逆反应：2SO 2(g) ＋O 2(g)

2SO 3(g)

ΔH ＝－197 kJ·mol －

1。实验测得起始、平衡时的相关数据如下表：

容器

起始各物质的物质的量/mol

SO 2

O 2 SO 3 Ar 达到平衡时体系能量的变化 甲 2 1 0 0 放出热量：Q 1 乙 1.8 0.9 0.2 0 放出热量：Q 2 丙

1.8 0.9 0.2 0.1

放出热量：Q 3 )

A ．Q 1＝Q 2＝Q 3＝197 kJ

B ．达到平衡时，丙容器中SO 2的体积分数最大

C．甲、乙、丙3个容器中反应的平衡常数相等

D．若在上述条件下反应生成2 mol SO3(s)的反应热为ΔH1，则ΔH1>－197 kJ·mol－1

8．一定条件下，体积为1 L的密闭容器中发生如下反应：

SiF4(g)＋2H2O(g)SiO2(s)＋4HF(g)

ΔH＝＋148.9 kJ·mol－1。

(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是__________(填字母序号)。

a．v消耗(SiF4)＝4v生成(HF)

b．容器内气体压强不再变化

c．容器内气体的总质量不再变化

d．HF的体积分数不再变化

(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)所示。

反应时间/min n(SiF4)/mol n(H2O)/mol

0 1.20 2.40

t10.80 a

t2b 1.60

通过a或b1。

(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填序号)。

a．一定向正反应方向移动b．一定向逆反应方向移动

c．一定是减小压强造成的d．一定是升高温度造成的

e．SiF4的平衡转化率一定增大

9．合成氨反应是“将空气变成面包”的反应，如果没有合成氨反应，地球将无法养活现在这么多的人。

已知合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。

Ⅰ.在体积为5 L的恒温、恒容密闭容器甲中，起始时投入2 mol N2、3 mol H2，经过10 s达到平衡，测得平衡时NH3的物质的量为0.8 mol。

Ⅱ.在容器乙中，起始时投入3 mol N2、b mol H2，维持恒温、恒压达到平衡，测得平衡时NH3的物质的量为1.2 mol。此时与容器甲中平衡状态温度相同，相同组分的体积分数都相同。

(1)容器甲10 s内用H2表示的平均反应速率v(H2)＝__________，达平衡时N2的转化率＝__________。

(2)甲容器中反应的逆反应速率随时间变化的关系如图。t2

时改变了某一种条件，改变的条件可能是________、

______(填写两项)。

(3)下列哪些情况表明容器乙已达平衡状态__________(填

字母)。

A．容器乙中的气体密度不再变化

B．反应的平衡常数不再变化

C．氨气的生成速率等于氮气的消耗速率的2倍

D．断裂1 mol N≡N键同时断裂6 mol N—H键E．容器乙中气体的平均相对分子质量不随时间而变化(4)b＝__________。