【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第一册--2.2.2 化学平衡状态 讲义

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第2课时　化学平衡状态
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课程标准
课标解读
1.了解化学反应的可逆性。
2．通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，理解并会判断化学平衡状态的标志。
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。(变化观念与平衡思想)
2．通过化学反应限度的学习，深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献。(科学态度与社会责任)

知识精讲

知识点01 可逆反应
1．可逆反应
可逆反应是指在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向同时进行的化学反应。
2．可逆反应的特征
(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同存于同一反应体系。
(4)反应达到限度时，反应仍在进行，没有停止。
【即学即练1】下列现象的发生，你认为是自发过程的有_______。
A．水由高处往低处流 B．气温升高冰雪融化
C．室温下，水自动结成冰 D．生锈的铁变光亮
答案：AB
解析：自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程，由此可以判断。

知识点02 化学平衡状态
1．化学平衡状态的建立

在反应物转化为生成物的一瞬间，逆反应开始进行。
反应开始时，反应物的浓度最大，正反应速率最大，由于生成物浓度很小，逆反应速率很小。
随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率随着反应物浓度的下降逐渐变小；生成物浓度逐渐增大，逆反应速率随着生成物浓度的上升不断增大。
当正反应速率与逆反应速率相等时，达到一种平衡状态，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，正反应和逆反应都没有停止。
2．化学平衡状态
（1）化学平衡状态的概念
当外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物和生成物的浓度不再随时间的变化而发生变化。
（2）化学平衡状态的特征
①研究的对象是可逆反应。
②化学平衡的条件是v正和v逆相等。
③化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。
④当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为恒定值。
⑤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。
【即学即练2】已知反应2SO2+O22SO3，在密闭容器中，充入SO2和18O原子组成的氧气，在一定条件下开始反应，在达到平衡后，18O存在于(　　)
A．只存在于氧气中 B．只存在于SO3中
C．只存在于SO2和SO3中 D．SO2、SO3、O2中都存在
答案：D
解析：该反应是可逆反应，正反应、逆反应同时存在；化学平衡是动态平衡，正反应发生时，18O存在于SO3中，逆反应发生时，SO3中的18O又可以转化到SO2中。
【即学即练3】可逆反应N2+3H22NH3在密闭容器中进行一段时间后，达到平衡状态。则下列说法中正确的是（ ）
A．N2、H2不再化合
B．N2、H2、NH3浓度不再变化
C． N2、H2、NH3的速率之比为1:3:2
D．改变条件，N2、H2、NH3的浓度也不再变化
答案：B
知识点03 化学平衡状态的判断依据与方法
1．化学平衡状态的重要特征
可逆反应达到平衡的重要特征(平衡的实质)是v正＝v逆≠0。
在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的标志是②③④。
①单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B
②生成C的速率与C分解的速率相等
③A、B、C的浓度不再变化
④单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C
2．化学平衡状态的标志
可逆反应达到平衡后，其平衡结果的标志是反应混合物中各组分的含量保持不变。
在一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)。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②④。
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
【即学即练3】能够说明一个可逆反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)已达到平衡状态的是(　　)
A．1 mol H—H键断裂的同时有1 mol H—I键形成
B．1 mol H—H键断裂的同时有2 mol H—I键形成
C．1 mol I—I键断裂的同时有2 mol HI键形成
D．1 mol H—H键断裂的同时有1 mol I—I键形成
答案：D
解析：断裂反应物的化学键和形成生成物的化学键都表示正反应，断裂生成物的化学键和形成反应物的化学键都表示逆反应，只要抓住反应方向相反和物质的生成和消耗量符合反应方程式，问题便可解决。
【即学即练4】在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是(　　)
A．单位时间生成n mol的A2，同时生成n mol的AB
B．容器内的总压强不随时间的变化而变化
C．单位时间生成2n mol的AB同时生成n mol的B2
D．平均相对分子质量不随时间变化而变化
答案：C
解析：该反应是等体积反应，压强不随时间变化，不能证明为平衡状态。平均式量不随时间变化也不能证明为平衡状态。如果不是等体积反应，则这两种情况都能证明为平衡状态。
能力拓展

考法01 可逆反应的特征
1．可逆反应的特征
可逆反应是指在相同条件下进行，正反应和逆反应同时进行的反应。因此，研究可逆反应，要抓住以下要点：
（1）正反应和逆反应在相同条件下同时进行。
（2）不管反应进行到什么程度，整个反应体系中反应物和生成物同时存在。
（3）生成物的产率小于100%。
2．证明一个反应是否可逆反应的方法
（1）如果有两种以上的反应物，其中一种反应物必须过量，一般容易检验的反应物不足，另一种反应物过量。
（2）分别检验不过量的反应物和其中一种生成物是否存在，如果都存在，说明该反应时可逆反应。
【典例1】在密闭容器中进行如下反应：X2(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－1 B．X2为0.2 mol·L－1
C．Y2为0.4 mol·L－1 D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1
答案：A
解析：可逆反应中，反应体系中各物质一定共存，如果B、C选项中的数据存在，则Z的浓度为0，这是不可能的，A选项符合题意；又因为该反应是总体积不变的反应，达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，总浓度也不会改变，即：c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L－1。

考法02 化学平衡状态
1．化学平衡状态
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。也就是在给定条件下，反应达到了最大“限度”，这种状态称为化学平衡状态，简称为化学平衡。
2．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研究的对象是可逆反应。
②化学平衡的条件是v正和v逆相等。
③化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。
④当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。
⑤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。
【典例2】在200 ℃时，将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：
I2(g)＋H2(g)2HI(g)　ΔH＝－c kJ·mol－1
(1)反应刚开始时，由于c(H2)＝________，c(I2)＝____________，而c(HI)＝__________，所以化学反应速率______________最大，而__________最小(为零)。
(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)__________，c(I2)________，而c(HI)__________，从而化学反应速率v正____________，而v逆____________。(以上填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)当反应进行到v正与v逆________时，此可逆反应就达到了平衡。若保持外界条件不变时，反应混合物的总物质的量为__________mol。此时放出的热量Q________c kJ(填“＝”、“>”或“<”)。
答案：(1) mol·L－1　 mol·L－1　0　v正　v逆
(2)减小　减小　增大　减小　增大
(3)相等　3　<
解析：(1)根据c＝即可求出各自的浓度。
(3)该反应为等体积反应，反应前后物质的量不变，所以混合物总物质的量仍为3 mol。因为该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于c kJ。

考法03 化学平衡状态的判断
1．判断依据
（1）正反应与逆反应速率相等：v正＝v逆
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质量或浓度保持不变。
可逆反应具备这两个依据之一(同时另一条件肯定也满足)，则就达到了化学平衡状态，否则就没达到。
2．判断方法
（1）v正＝v逆：
以容积不变的密闭容器中的反应N2+3H22NH3为例：
在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应达到平衡状态。
①同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率，如有m mol N2消耗同时生成m mol N2。
②不同的物质：速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，即必须是一个v正一个是v逆，且两者之比等于化学计量数之比，如有m mol N≡N键断裂就有3m mol H-H键生成。
（2）对于体系中的各组成成分：
以容积不变的密闭容器中的反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例：
在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应一定达到平衡状态。
①质量或质量分数不变。
②物质的量、物质的量浓度、物质的量分数或体积分数不变。
（3）对于体系中的混合物
以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例：
①若m＋n≠p＋q，恒温恒容下气体的总物质的量不变、总压强不变、平均相对分子质量不变和恒温恒压下气体的密度不变都可以说明反应达到了平衡状态。
②若m＋n＝p＋q，不管是否达到平衡状态，气体总体积、总压强、总物质的量始终保持不变，从而平均摩尔质量(相对分子质量)、气体密度总是保持不变(r＝m/n，ρ＝m/V)，因此这五项都不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据。
（3）对于有固体或液体物质参与的反应，如aA(s)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)：
A．气体质量不变，达到平衡状态；
B．若b≠c＋d，则气体的总物质的量、气体的平均相对分子质量、总压强、气体的平均密度不变均说明已达到平衡状态；
C．若b＝c＋d，则气体的总物质的量、总压强不变不能判断是否达到平衡状态，气体的平均相对分子质量、气体的平均密度不变能说明已达到平衡。
【典例3】可逆反应：2NO22NO＋O2在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志有________。
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
答案：①④⑥⑦
解析：①生成 O2为正反应速率，生成NO2为逆反应速率，反应方向相反，速率之比为1:2，等于化学计量数之比，正确；②生成 O2和NO均为正反应速率，反应方向相同，不能判断是否达到平衡；③没有指出是正反应速率还是逆反应速率，无法判断；④NO2是有色气体，混合气体颜色不变表示NO2的浓度不再变化，可以判断已经达到平衡状态；⑤因为为恒容容器，即体积不变，反应物和生成物均为气体，在反应过程中密度总是不变，不能判断是否达到平衡；⑥反应容器为恒容容器，反应先后气体的分子数发生了变化，因此压强也会发生变化，达到平衡状态，压强不再变化可以判断达到了平衡状态；⑦气体的平均相对分子质量等于混合气体的总质量除以气体的物质的量，反应过程中混合气体的质量不变，物质的量会发生变化，因此也会发生变化，平衡时不变可以判断达到平衡状态。故答案为①④⑥⑦。
【典例4】一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，下列状态：
①体系的压强不再发生变化
②混合气体的密度不再发生变化
③各组分的物质的量浓度不再改变
④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v(H2O)∶v(H2)∶v(CO)＝1:1:1
其中，能说明反应已达到平衡的是（ ）
A．①③④ B．②③④ C．①②③④ D．①②③④⑤
答案：C
解析：反应容器为固定体积（V不变），反应物中C为固体，混合气体的质量会发生变化，气体分子数（N）和物质的量（n）会发生变化。

分层提分

题组A 基础过关练
1．模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于2HBr(g)H2(g)＋Br2(g)反应，下列四个图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是(　　)

答案：C
解析：只有C项说明三种物质共存，是可逆反应。
2．在一定条件下，使NO和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法中不正确的是(　　)
A．反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后为零
C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变
D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变
答案：B
解析：化学平衡建立过程中，反应物浓度减小，故正反应速率减小，生成物浓度增大，故逆反应速率增大，当二者相等时达平衡状态，但不为零。
3．下列关于化学反应限度的说法中正确的是(　　)
A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．当一个可逆反应进行到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率为零
C．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变
D．化学反应的限度不可能通过改变条件而改变
答案：A
4．已知298 K时，合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol－1，将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量为(忽略能量损失)(　　)
A．一定大于92.0 kJ B．一定等于92.0 kJ
C．一定小于92.0 kJ D．不能确定
答案：C
解析：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJ·mol－1，该热化学反应方程式的意义是指在1个大气压、25 ℃时，1 mol N2和3 mol H2完全反应生成2 mol NH3所放出的热量为92.0 kJ。由于该反应是可逆反应，不能进行彻底，所以放出的热量一定小于92.0 kJ。
5．下列对可逆反应的认识正确的是(　　)
A．NH4Cl NH3 ↑＋HCl ↑与NH3＋HCl=NH4Cl互为可逆反应
B．既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应
C．在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应
D. 对于可逆反应：N2＋3H22NH3，增加反应物中N2的比例，可使H2完全转化为NH3
答案：C
解析：可逆反应是指在相同条件下同时向正、逆反应方向进行的反应，故选C；A选项，两个反应的条件不同，也不是同时进行，错误；B选项，没有说明是在相同条件下进行，错误；D选项，可逆反应不能完全进行，H2不会完全被转化，错误。
6．对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是(　　)
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v正(H2O)
答案：A
解析：根据化学平衡知识，达到平衡时各个反应物的正反应速率和各个生成物的逆反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比，因此，A正确。D应表示为：3v正(NH3)＝2v正(H2O)。B不能表示反应达到平衡状态，对于C，当容器体积增大时，正逆反应速率都减小。
7．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是(　　)
A．反应的化学方程式为2MN
B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡
C．t3时，正反应速率大于逆反应速率
D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍
答案：D
解析：A选项，M的物质的量变化为6mol-2mol=4mol，N的物质的量的变化为8mol-2mol=6mol，M、N的物质的量变化之比为2:3，根据化学计量数之比等于物质的量变化之比，反应的化学方程式为3N2M，错误；B选项，t2时，M、N的物质的量相等，并没有达到平衡状态，t3时M、N的物质的量不再改变，此时正反应速率和逆反应速率相等，达到平衡状态，错误；C选项，t3时达到平衡状态，反应速率和逆反应速率相等，错误；D选项，t1时，N的物质的量为6mol，M的物质的量为3mol，由于在同一反应容器中，故N的浓度是M浓度的2倍，正确。故选D。
8．对于可逆反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2 O(g)，下列叙述正确的是(　　)
A．NH3和H2O化学反应速率关系是2v正(NH3)=3v正(H2O)
B．达到化学平衡时，4v正(O2)=5v逆(NO)
C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减少，逆反应速率增大
D．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
答案：B
9．一定温度下，在2L的密闭容器中发生反应：xA(g)+B(g)2C(g) △H<0，A、C的物质的量随时间变化的关系如图。下列有关说法正确的是（ ）
A． x=1
B． 反应进行到1min时，反应体系达到化学平衡状态
C． 2min后，A的正反应速率一定等于C的逆反应速率
D． 2min后，容器中A与B的物质的量之比一定为2：1
答案：C
10．在一定条件下，反应：2NO＋O22NO2在定容容器中发生，对该反应达到平衡的标志的描述中，错误的是(　　)
A．混合气体的总分子数不再变化
B．混合气体的颜色不再变化
C．容器的总压强不再变化
D．混合气体的总质量不再变化
答案：D
解析：该反应为物质的量改变的反应，在定容容器中，建立平衡的过程会有压强的改变、总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明平衡建立了，而总质量在任何情况下都不发生变化。
11．将气体A、B置于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)+B(g) 2C(g)+2D(g)，反应进行到10s末，达到平衡，测得A的物质的量为1.8mol，B的物质的量为0.6mol，C的物质的量为0.8mol，则：
（1）用C表示10s内正反应的化学反应速率为_____________。
（2）反应前A的物质的量浓度是___________；B的物质的量浓度是___________。
（3）平衡后，生成物D的浓度为___________。
（4）能说明该反应已达到平衡状态的是___________。
A．v(C)=v(D) B．容器内各物质浓度不再发生变化
C．v逆(C)=2v正(B) D．容器内气体密度保持不变
答案：(1)0.04mol⋅L-1⋅s-1 (2)1.5mol/L；0.5mol/L (3)0.4mol/L (4)bc
12．在400 ℃、101 kPa，将SO2和14 mol O2装入一个有催化剂的5 L密闭容器中，发生了2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的反应，10 min时达到平衡时，测得容器内有2 mol SO2和12 mol O2 。则：
（1）SO2的起始浓度为____________。
（2）平衡时体系中有__________mol SO3。
（3）从开始反应至达到平衡状态用O2表示的平均反应速率为__________________。
（4）平衡体系中含SO3的体积分数为______________。
答案：(1)1.2 mol/L　(2)4　(3)0.04 mol/(L·min)　(4)（22.2%）

题组B 能力提升练
1．在一个密闭容器中进行如下反应：2X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，反应过程中某一时刻X2、Y2、Z的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。当反应达到平衡时，下列数据可能合理的是(　　)
A．Z为0.4 mol/L B．X2、Z的浓度均为0.15 mol/L
C．X2为0.4 mol/L D．X2与Z浓度之和为0.4 mol/L
答案：D
2．在密闭容器中进行如下反应：X2(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－1 B．X2为0.2 mol·L－1
C．Y2为0.4 mol·L－1 D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1
答案：A
解析：可逆反应中，反应体系中各物质一定共存，如果B、C选项中的数据存在，则Z的浓度为0，这是不可能的，A选项符合题意；又因为该反应是总体积不变的反应，达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，总浓度也不会改变，即：c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L－1。
3．可逆反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)在密闭容器中进行，下列能说明该反应已达到平衡状态的是(　　)
A．容器内压强不随时间变化而变化
B．混合气体总分子数不随时间变化而变化
C．混合气体的颜色不再改变
D．c(H2)与c(I2)保持相等
答案：C
解析：该反应为体积不变的反应，总分子数不变、压强不变不证明平衡已建立，H2、I2都是生成物且计量数相等，二者浓度相等也不能证明平衡已建立。
4．一定温度下，在2 L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________________________________。
(2)在t2时刻存在的等量关系是____________，此时反应是否达到化学平衡状态？________(填“是”或“否”)。
(3)在t3时刻v正________(填“>”、“<”或“＝”)v逆，理由是______________________。
答案：(1)2NM
(2)n(M)＝n(N)　否
(3)＝　M和N的物质的量不再发生变化，所以反应已达到平衡状态，故v正＝v逆
解析：(1)当N减少4 mol时，M增加2 mol，所以化学方程式为2NM。
(2)t2时刻，n(M)＝n(N)＝4 mol，t2时刻后，N物质的量继续减小，M物质的量继续增加，故仍未达到平衡。
(3)t3时刻时，M和N的物质的量均不再发生变化，所以反应已达到平衡状态。
5．恒温恒容下，将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L的密闭容器中发生如下反应：
2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)，2 min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为1.2 mol·L－1。
（1）从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为_____________________。
（2）x＝________。
（3）下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________。
A．压强不再变化
B．气体密度不再变化
C．气体的平均相对分子质量不再变化　　
D．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
答案：(1)0.6 mol/(L·min) 　(2)3　 (3)BC
解析：(1)较为简单，依据公式即可得出结果。在(2)中，列出反应的化学方程式，求解：
　　　　　　　2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)
起始量(mol): 2 2 0
转化量(mol): 1.6 0.8 2.4
平衡量(mol): 0.4 1.2 2.4
由于转化量之比等于化学计量数之比，即0.8∶2.4＝1∶x，解得x＝3。
在(3)中，由于反应前后气体体积相同，故A项不可作为反应达到平衡状态的标志，又无论反应是否达到平衡，恒有A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1。

题组C 培优拔尖练
1．在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；
乙：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
现有下列状态：①混合气体平均相对分子质量不再改变
②恒温时，气体压强不再改变　③各气体组成浓度相等
④反应体系中温度保持不变　⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍　⑥混合气体密度不变　⑦单位时间内，消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为9∶1
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是(　　)
A．①②⑤ B．③④⑥ C．⑥⑦ D．④⑤
答案：D
解析：甲容器中，碳为固态，该可逆反应属于气体体积不相等的反应；乙容器中，反应属于等气体分子数反应，气体相对分子质量、密度、压强都始终不变，①②⑥错误；各组分浓度相等，不能判断反应达到平衡状态，③错误；对于任何一个可逆反应，随着反应进行，体系温度会发生变化，当温度不改变时，说明反应达到平衡状态，④正确；生成氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍，经转化，水中氢氧键断裂速率等于生成氢氧键速率，达到平衡状态，⑤正确；消耗水蒸气与生成氢气是同一方向，不能判断达到平衡状态，⑦错误。
2．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是(　　)
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n mol H—H键断裂，同时有n mol O—H键生成
答案：A
解析：A项，是变量，当不变，可以说明反应已达平衡；B项，是不变量()，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。
3．某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A＋3B2C。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是(　　)
①原混合气体的体积为1.2V L　②原混合气体的体积为1.1V L　③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达平衡时气体B消耗掉0.05V L
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
答案：A
解析：设起始A和B的体积分别为a、b
　　　　　 　A　　＋　　3B  2C
起始的体积(L) a b 0
转化的体积(L) 0.05V 0.15V 10%V
平衡时体积(L) a－0.05V b－0.15V 10%V
a－0.05V＋b－0.15V＋10%V＝V
a＋b＝1.1V。
4．698 K时，向某V L的密闭容器中充入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－26.5 kJ·mol－1，测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。
请回答下列问题：
（1）V＝__________。
（2）该反应达到最大限度的时间是________，该时间内平均反应速率v(HI)＝____________。
（3）该反应达到平衡状态时，________(填“吸收”或“放出”)的热量为__________。
答案：(1)2　(2)5 s　0.316 mol·L－1·s－1
(3)放出　41.87 kJ
解析：(1)由图知初始反应时，c(H2)＝c(I2)＝1 mol·L－1，而加入的H2和I2的物质的量均为2 mol，所以V＝2。
(2)反应达到最大限度即达到化学平衡，所需时间为5 s，v(HI)＝＝0.316 mol·L－1·s－1。
(3)可逆反应从正反应建立，所以需放出热量。由反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－26.5 kJ·mol－1，达到平衡时共生成n(HI)＝1.58 mol·L－1×2 L＝3.16 mol，所以放出的热量为×3.16 mol＝41.87 kJ。
5．恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
(1)若反应进行到某时刻t时，nt(N2)＝13 mol，nt(NH3)＝6 mol，计算a的值。
(2)反应达平衡时，混合气体的体积为716.8 L(标况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。计算平衡时NH3的物质的量。
答案：(1)a＝16　(2)n(NH3)＝8 mol
解析：(1)N2＋3H22NH3
开始时：a　　b　　　　 0
　 t时：13　　　　　　 6
在t时生成6 mol NH3，消耗了3 mol N2，所以a＝13＋3＝16
(2)n(NH3)平＝×25%＝32 mol×＝8 mol
6．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2＋O22SO3。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。
请回答下列问题：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是________。(填字母)
a．SO2和SO3浓度相等 b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变 d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（2）开始时，SO2的物质的量为_________，平衡时，O2的物质的量为_________。
答案：（1）bc （2）0.95mol 0.25mol
解析：(1)由定义判断b正确；由于恒温恒容下的非等体积反应，压强不变说明气体的总物质的量不变，反应达平衡，c正确；由ρ＝中m和V都是定值，故ρ也始终不变，无法判断是否达到平衡，e错误；SO2和SO3的浓度大小关系不能作为平衡判定标志，a错；d中SO3的生成速率和SO2的消耗速率任意时间点都相等，d错。
(2)由信息知消耗氧气的物质的量：0.7 mol－＝0.45 mol；反应达平衡时SO2和SO3的总物质的量为：＝0.95 mol，因为SO2和SO3的消耗和生成关系为1∶1，所以初始SO2的总量也是0.95 mol；平衡时，O2的物质的量为：=0.25mol。