高考化学考点38 可逆反应与化学平衡状态

高考化学考点38 可逆反应与化学平衡状态

1 1．化学平衡研究的对象——可逆反应 （1）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化学反应，称为可逆反应。 在可逆反应中使用“ ”。 可逆反应必须是同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，对于在不同反应条件 下进行的反应物、生成物正好相反的反应则不能认为是可逆反应。 （2）特点：三同一小 ①三同：a．相同条件下；b．正、逆反应同时进行；c．反应物与生成物同时存在。 ②一小：任一组分的转化率都小于 100%。 2．化学平衡状态 一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生 成物的浓度不再改变，我们称之为“化学平衡状态”，简称化学平衡。 （1）建立过程 在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下： 以上过程可用如图表示： 3．化学平衡状态的特征 2 4．化学平衡状态的判断 （1）动态标志：v 正= v 逆≠0 ①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 ②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如 aA+bB cC+dD， = 时，反应达到平衡 状态。 （2）静态标志：各种“量”不变 ①各物质的质量、物质的量或浓度不变； ②各物质的百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）不变； ③温度、压强（化学反应方程式两边气体体积不相等）或颜色（某组分有颜色）不变。 （3）综合分析 举例 mA(g)+nB(g) pC(g) +qD(g) 状态 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 混合物体系中各成分 的含量 总压强、总体积、总物质的量一定 不一定平衡 A B v v 正 逆 （ ） （ ） a b 3 在单位时间内消耗了 m mol A，同时生成 m mol A，即 v 正=v 逆 平衡 在单位时间内消耗了 n mol B，同时生成 p mol C 不一定平衡 vA∶vB∶vC∶vD=m∶n∶p∶q，v 正不一定等于 v 逆 不一定平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内生成了 n mol B，同时消耗了 q mol D 不一定平衡 m+n≠p+q 时，总压强一定（其他条件一定） 平衡 压强 m+n=p+q 时，总压强一定（其他条件一定） 不一定平衡 一定，当 m+n≠p+q 时 平衡混合气体的平均相对 分子质量（ ） 一定，当 m+n=p+q 时 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量的变化，在其他条件 不变的情况下，体系温度一定 平衡 密度 密度一定 不一定平衡 颜色 含有有色物质的体系颜色不再变化 平衡 考向一 可逆反应的特点 典例 1 在已达到平衡的可逆反应 2SO2＋O2 2SO3 中，充入由 18O 组成的氧气一段时间后，18O 存在于下列物质中的 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 【解析】化学平衡是动态平衡，18O2 的加入一定会与 SO2 结合生成含 18O 的 SO3，同时含 18O 的 SO3 又 会分解得到 SO2 和 O2，使 SO2 中也含有 18O，因此 18O 存在于 SO2、O2、SO3 这三种物质中。 【答案】D rM rM rM 4 1．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 0.2 mol·L−1、0.1 mol·L−1、0.2 mol·L−1，当反应达到平衡时，可能存在的数据是 A．SO2 为 0.4 mol·L−1，O2 为 0.2 mol·L−1 B．SO2 为 0.25 mol·L−1 C．SO3 为 0.4 mol·L−1 D．SO2、SO3 均为 0.15 mol·L−1 极端假设法确定物质的浓度范围 （1）原理：可逆反应不可能进行完全，反应体系各物质同时共存。 （2）假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。 考向二 化学平衡状态的确定 典例 1 可逆反应 N2＋3H2 2NH3 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．3v 正(N2)＝v 正(H2)　　　 　 B．v 正(N2)＝v 逆(NH3) C．2v 正(H2)＝3v 逆(NH3) D．v 正(N2)＝3v 逆(H2) 【答案】C 2．一定温度下，反应 N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为 ΔH。现将 1 mol N2O4 充入一恒压密闭容器中，下列示 意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 5 判断化学平衡状态的方法——“逆向相等，变量不变” 1．下列有关可逆反应和化学反应限度的理解不正确的是 A．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 B．可逆反应达到化学平衡状态时，正反应速率与逆反应速率相等 C．可逆反应达到化学平衡状态时，反应物与生成物的物质的量相等 D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变 2．可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中达到平衡状态的标志是 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 表示的反应速率之比为 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．只有①④⑥⑦　　　　　　　 B．只有②③⑤⑦ C．只有①③④⑤ D．全部 3．如图曲线表示其他条件一定时，反应 2W(g)＋Q(g) 2G(g)(正反应为放热反应)中 W 的转化率与温度 的关系，图中标有 a、b、c、d 四点，其中表示未达到平衡状态，且 v(正)>v(逆)的是 6 A．a 点 B．b 点 C．c 点 D．d 点 4．一定温度下，在一固定体积的密闭容器中，对于可逆反应 A(s)＋3B(g) 2C(g)，下列说法说明达到平 衡状态的是 ①C 的生成速率和 C 的分解速率相等；②单位时间内生成 a mol A，同时生成 3a mol B；③气体密度不再 变化；④混合气体的总压强不再变化；⑤A、B、C 的物质的量之比为 1∶3∶2；⑥混合气体的平均相对 分子质量不变 A．②④⑤　　　　　　　 B．①③④⑥ C．①②④⑥　 D．①②③④⑤ 5．用 Cl2 生产某些含氯有机物时会生成副产物 HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述 反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是 A．气体的质量不再改变 B．氯化氢的转化率不再改变 C．断开 4 mol H—Cl 键的同时生成 4 mol H—O 键 D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2 6．现在一容器中加入一定量的 A 和 B，发生化学反应：A＋2B 3C。如果在反应中用 v(A)、v(B)、 v(C)表示正反应速率，用 v′(A)、v′(B)、v′(C)表示逆反应速率，下列描述中正确的是 A．在容器中，任何时候 v(A)＝v(B)＝v(C) B．在任何时候容器中都必然存在着：v(A)∶v(B)∶v(C)＝v′(A)∶v′(B)∶v′(C)＝1∶2∶3 C．当 v(A)＝v(B)＝v′(A)＝v′(B)时，表示反应已达到平衡状态 D．当 v′(A)＝ v′(B)时，表示反应已达到平衡状态 7．在反应 2SO2＋O2 2SO3 中，有 a mol SO2 和 b mol O2 参加反应，达到化学平衡状态时有 c mol SO3 生成，则 SO2 在反应混合物中的体积分数为 A． ×100% B． ×100% C． ×100% 1 2 100c ab 100c a b c      100c a b a c   7 D． % 8．在恒容密闭容器中通入 A、B 两种气体，在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g) 2C(g)　ΔH>0。达到 平衡后，改变一个条件(x)，下列量(y)一定符合图中曲线的是 选项 x y A 通入 A 气体 B 的转化率 B 加入催化剂 A 的体积分数 C 增大压强 混合气体的总物质的量 D 升高温度 混合气体的总物质的量 9．已知 X(g)和 Y(g)可以相互转化：2X(g) Y(g)　ΔH<0。现将一定量 X(g)和 Y(g)的混合气体通入一体积 为 1 L 的恒温密闭容器中，反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说法不正确的是 A．若混合气体的压强不变，则说明反应已达化学平衡状态 B．a、b、c、d 四个点表示的反应体系中，表示化学反应处于平衡状态的只有 b 点 C．25~30 min 内用 X 表示的平均化学反应速率是 0.08 mol·L−1·min−1 D．反应进行至 25 min 时，曲线发生变化的原因是增加 Y 的浓度 10．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 1 L 的密闭容器中，充入 1 mol CO2 和 3 mol H2，一定条件下反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，测得 CO2 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。  100 0.5 a c a b c    8 （1）从 3 min 到 9 min，v(H2)＝_______mol·L－1·min－1。 （2）能说明上述反应达到平衡状态的是________(填字母)。 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 3 mol H2，同时生成 1 mol H2O D．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 min 时 v 逆(CH3OH)________(填“大于”“小于”或“等于”)第 3 min 时 v 正(CH3OH)。 1．[2017 新课标Ⅲ]砷（As）是第四周期ⅤA 族元素，可以形成 As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4 等化合物， 有着广泛的用途。回答下列问题： （4）298 K 时，将 20 mL 3x mol·L−1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L−1 I2 和 20 mL NaOH 溶液混合，发生反 应： (aq)+I2(aq)+2OH−(aq) (aq)+2I−(aq)+ H2O(l)。溶液中 c( )与反应时间（t）的 关系如图所示。 ①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。 a．溶液的 pH 不再变化 b．v(I−)=2v( ) c．c( )/c( )不再变化 d．c(I−)=y mol·L−1 3 3AsO  3 4AsO  3 4AsO  3 3AsO  3 4AsO  3 3AsO  9 ②tm 时，v 正_____ v 逆（填“大于”“小于”或“等于”）。 ③tm 时 v 逆_____ tn 时 v 逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_____________。 2．【答案】D 【解析】因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合 ρ 气= 可知，气体密度不再 变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是 否达平衡状态，反应的 ΔH 都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4 的浓度逐渐变小，故 v 正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4 的转化率不再变化，说 明 N2O4 的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意。 1．【答案】C 【解析】可逆反应在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行，A 项正确；正 反应速率和逆反应速率相等是可逆反应达到化学平衡状态的基本标志，B 项正确；可逆反应达到化学平 衡状态时，反应物、生成物的物质的量不再发生变化，但不一定相等，C 项错误；可逆反应达到化学平 衡状态是有条件的，条件变化平衡可能就会移动，D 项正确。 m V 10 3．【答案】C 【解析】纵轴表示 W 的转化率，横轴表示温度，曲线上的任一点都表示在此温度下达到平衡状态时对 应的 W 的转化率，从 c 点作纵轴的平行线与曲线交于一点，这表示若想达到 c 点对应温度的平衡状态， 需要转化更多的 W，则 c 点未达到平衡状态，且反应向正反应方向进行，即 v(正)>v(逆)。 4．【答案】B 【解析】①是判断平衡状态的本质依据，正确；②生成 A、B 都是逆反应方向，在任何条件下都成立， 错误；③容器体积不变，气体密度不变，说明气体总质量不变，即平衡不移动，正确；④容器体积不变， 一定温度下，当压强不变时，气体总物质的量不变，正确；⑤A、B、C 的物质的量之比等于其化学计量 数之比不能说明反应是否达到平衡，错误；⑥随着反应进行，气体质量增大，气体总物质的量减小，相 对分子质量增大，当相对分子质量不变时，说明达到平衡状态，正确。 5．【答案】B 【解析】反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A 错误；反应正向进行时，HCl 的转化率 升高；反应逆向进行时，HCl 的转化率降低，当 HCl 的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡 状态，B 正确；断开 4 mol H—Cl 键和生成 4 mol H—O 键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断 反应是否达到平衡状态，C 错误；达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质 的物质的量之比不一定等于对应的化学计量数之比，D 错误。 11 7．【答案】D 【解析】本题考查了化学平衡的基本计算。a mol SO2 和 b mol O2 参加反应，达到化学平衡状态时有 c mol SO3 生成，则： 故 (SO2)= ×100%= %，故选 D。 8．【答案】A 【解析】A 项，当通入 A 气体时，平衡向正反应方向移动，B 的转化率增大，正确；B 项，加入催化剂 只能改变反应速率，平衡不移动，A 的体积分数不变，错误；C 项，增大压强，平衡向正反应方向移动， 混合气体的总物质的量减小，错误；D 项，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动， 混合气体的总物质的量减小，错误。 9．【答案】D 【解析】A 项，正反应是气体分子数减小的反应，所以当压强不再发生变化时，可以说明反应已经达到 平衡状态，A 项正确；B 项，根据图象可知，只有 b 点表示的反应体系中，各物质的浓度不再发生变化， 所以只有 b 点表示反应处于平衡状态，B 项正确；C 项，25~30 min 内 X 的浓度变化量是 0.4 mol·L−1， 所以用 X 表示的平均化学反应速率是 = 0.08 mol·L−1·min−1，C 项正确；D 项，反应进行至 25 min 时，X 物质的浓度增大，D 项不正确。 10．【答案】（1）0.125　（2）D　（3）75%　（4）30%　（5）小于 （3）平衡时消耗 CO2 是 0.75 mol·L－1，则 CO2 的转化率为 ×100%＝75%。 （4）平衡时剩余氢气是 0.75 mol，生成水蒸气是 0.75 mol，则混合气体中 CH 3OH(g)的体积分数是    0.5 c a c a c b c       100 0.5 a c a b c    10.4mol L 5min  0.75 1.00 12 ×100%＝30%。 （5）第 9 min 时反应达到平衡状态，则 v 逆(CH3OH)小于第 3 min 时 v 正(CH3OH)。 1．【答案】（4）①ac ②大于 ③小于 tm 时生成物浓度较低 【解析】（4）①a．溶液 pH 不变时，则 c(OH−)也保持不变，反应处于平衡状态；b．根据速率关系，v （I−）/2=v(AsO33−)，则 v(I−)=2v(AsO33－)始终成立，v(I−)=2v(AsO33－)时反应不一定处于平衡状态；c．由 于提供的 Na3AsO3 总量一定，所以 c(AsO43−)/c(AsO33−)不再变化时，c(AsO43−)与 c(AsO33−)也保持不变， 反应处于平衡状态；d．平衡时 c(I−)=2c(AsO33－)=2×y mol/L=2y mol/L 时，即 c(I−)=y mol/L 时反应不是平 衡状态。②反应从正反应开始进行，tm 时反应继续正向进行，v 正>v 逆。③tm 时比 tn 时 AsO43−浓度小，所 以逆反应速率：tm

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