第04讲 化学平衡状态 化学平衡常数-新高二化学暑假衔接讲义（人教版）

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1．知道可逆反应概念，认识化学平衡状态的特征，理解化学平衡的判断方法。
2．认识化学平衡常数是表示反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义并能进行有关计算。
3．了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。
1．化学平衡状态的判断。
2．化学平衡常数的计算。
1．化学平衡状态的判断。
2．应用化学平衡常数进行计算。
氯气能与水反应，为何溶液中还存在Cl2分子？
一、可逆反应
氨是合成氨厂的主要产品，是按一定比例混合的氢气和氮气在氨合成塔中催化剂的作用下加压合成制得。准确测定氨合成塔进出口气中的氨含量，对分析判断氨合成塔进出口气的气体组成及合成塔的工况具有重要意义，能为工艺生产提供重要的参考数据。
化学平衡状态的建立
在一定条件下，把N2、H2通入固定容积的密闭容器中，或把NH3通入固定容积的密闭容器中，平衡的建立过程如下：
通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。
二、化学平衡
1．概念
在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，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，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
2．化学平衡的建立
绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。
3．平衡特征
4．化学平衡状态的判断方法
（1）本质标志
正逆反应速率相等、各组分的量保持不变。
（2）等价标志
（3）特殊标志
❶审题时，一看题干条件：恒温恒容或恒温恒压或绝热容器；二看化学反应特点(物质状态、气体计量系数)：全部是气体参与，是等体积反应还是非等体积反应。
❷判断可逆反应是否达到平衡时，容易犯以下错误：①若反应前后气体体积不变，则混合气体总体积、总压强、总物质的量、混合气体平均相对分子质量保持定值不能说明反应达到平衡状态；②若反应物和生成物的物质的量之比等于化学计算数之比，不能说明达到平衡状态；③若反应前后气体的密度一定，不能说明一定达到平衡状态。
在一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系？
在457.6℃时，反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度
我们可以发现以下规律：
（1）无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时，只要温度一定， EQ \f(c2(HI),c(H2)·c(I2))的值近似相等。
（2）无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定， EQ \f(c2(HI),c(H2)·c(I2))的值也近似相等。
（3）常数与反应物的起始浓度大小无关；与正向建立还是逆向建立平衡无关。
（4）温度改变，该常数也发生改变。
三、化学平衡常数
1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，即化学平衡常数，用符号K表示。
2．化学平衡常数的表达式
当mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))。
3．化学平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
①K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大。
②当K＞105时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当K＜10－5时，该反应很难发生。
③判断反应的ΔH：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应
4．影响因素
内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。
外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关。
5．浓度商
对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))称为浓度商，常用Qc表示，即Qc＝eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))。根据K与Qc判断判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行：
①Qc＜K，反应向正反应方向进行
②Qc＝K，反应处于平衡状态
③Qc＞K，反应向逆反应方向进行
6．压强平衡常数(Kp)
1．平衡常数K的书写
①固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中(注意有机反应中的H2O则应写入)。
②平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关，如N2＋3H22NH3，K＝a，则有：
2NH3N2＋3H2，K′＝eq \f(1,a)；eq \f(1,2)N2＋eq \f(3,2)H2NH3，K″＝eq \r(a)。
③对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数。
2．K值的大小只能预示着某种可逆反应向某方向进行的最大程度，但不能预示反应达到平衡所需时间。
四、化学平衡常数的计算
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
1．分析三个量
起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系
①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
③各物质的转化量之比等于各物质的化学计量数之比。
3．计算模式
对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx ml，容器容积为V L。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/ml a b 0 0
变化/ml mx nx px qx
平衡/ml a－mx b－nx px qx
则有①平衡常数：K＝eq \f(\f(px,V)p·\f(qx,V)q,\f(a－mx,V)m·\f(b－nx,V)n)。
②A的平衡浓度：c(A)＝eq \f(a－mx,V) ml·L－1。
③A的转化率：α(A)＝eq \f(mx,a)×100%，α(A)∶α(B)＝eq \f(mx,a)∶eq \f(nx,b)＝eq \f(mb,na)。
④A的体积分数：φ(A)＝eq \f(a－mx,a＋b＋(p＋q－m－n)x)×100%。
⑤平衡压强与起始压强之比：eq \f(p(平),p(始))＝eq \f(a＋b＋(p＋q－m－n)x,a＋b)。
⑥混合气体的平均密度eq \x\t(ρ)(混)＝eq \f(a·M(A)＋b·M(B),V) g·L－1。
⑦混合气体的平均摩尔质量eq \x\t(M)＝eq \f(a·M(A)＋b·M(B),a＋b＋(p＋q－m－n)x) g·ml－1。
⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数，即产率＝eq \f(实际产量,理论产量)×100%。
一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
考点一：可逆反应
例1．（2022·广西三新教学教学质量测评4月考）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，下列表述正确的是
A．反应的化学方程式：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项，由图像可知，反应中M的物质的量增减增多，N的物质的量增减减少，则在反应中N为反应物，M为生成物，由图像可知，在t2时间内消耗的N和M的物质的量之比为(8－4)∶(4－2)＝2∶1，所以反应方程式为：2NM，错误；B项，由图像可知t2时，反应没有达到平衡，此时反应继续向正向进行，正反应速率大于逆反应速率，错误；C项，由图像可知t3时，反应达到平衡，正逆反应速率相等，错误；D项，t1时N的物质的量为6 ml，M的物质的量为3 ml，即N的浓度是M浓度的2倍，正确。
考点二：化学平衡状态判断
例2．（2023·四川乐山市高二下学期开学考）在恒容绝热的密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，ΔH＜0。下列能说明该反应一定达到化学平衡状态的是
A．混合气体的密度不变B．容器温度不变
C．2υ正(NH3)＝3υ逆(H2)D．c(N2)＝c(NH3)
【答案】B
【解析】A项，反应体系中各物质均为气体，且容器的体积不变，则混合气体的密度一直不变，混合气体的密度不能判断是否达到平衡状态，不符合题意；B项，该反应为放热反应，容器绝热，则达到平衡状态时，体系温度不变，温度不变能判断已达到平衡状态，符合题意；C项，2υ正(NH3)＝3υ逆(H2)＝4.5υ逆(NH3)，同一物种的正逆反应速率不相等，未达到平衡状态，不符合题意；D项，反应达到平衡状态时，N2和NH3的浓度不变，c(N2)＝c(NH3)不一定能说明反应－－达到平衡状态，不符合题意。
考点三：化学平衡常数表达式
例3．（2023·重庆市高二上学期12月调研）可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，某温度下的平衡常数为K(K≠1)，反应热为ΔH。保持温度不变，将方程式的书写作如下改变，则ΔH和K的相应变化为
A．写成4SO2(g)＋2O2(g)4SO3(g)，ΔH、K均扩大了一倍
B．写成4SO2(g)＋2O2(g)4SO3(g)，ΔH扩大了一倍，K保持不变
C．写成2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，ΔH、K变为原来的相反数
D．写成2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，ΔH变为原来相反数，K变为原来的倒数
【答案】D
【解析】写成4SO2(g)＋2O2(g)4SO3(g)，方程式是原来的2倍，则ΔH扩大了一倍，K是原来的平方，A、B两选项均错误；写成2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，ΔH变为原来的相反数，K变为原来的倒数；C项错误，D项正确。
考点四：化学平衡的有关计算
例4．（2023·湖北宜昌市协作体高二上学期期中）一定温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入CO、H2、CH3OH，发生反应ⅰ(CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝a kJ·ml－1)，其中X、Y的物质的量与时间的关系如图所示，反应进行1 min时三种物质的体积分数均相等。

①Y为_______(填化学式)。
②0～1 min时v(CO)为_______ml·L－1·min－1。
③该温度下，该反应的平衡常数Kc＝_______。
【答案】①H2 ②0.1 ③35
【解析】一定温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入CO、H2、CH3OH，发生反应ⅰ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝a kJ·ml－1，根据图像可知，0～1 min内，Y从1 ml减少到0.6 ml，物质的量减少0.4 ml，X物质的量从0.4 ml增大到0.6 ml，增加0.2 ml，参加反应和生成两者的物质的量之比等于其化学计量数之比，Y∶X＝2∶1，则推知Y为代表氢气，X代表甲醇。根据题干可知，反应进行1 min时三种物质的体积分数均相等，则1 min时，CO的物质的量也为0.6 ml，其初始物质的量为0.6 ml＋0.2 ml＝0.8 ml，
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始量/ml x 1 0.4
转化量/ml 0.3 0.6 0.3
1 min量/ml x－0.3 0.4 0.7
Kc＝ EQ \f(c(CH3OH),c(CO)·c2(H2))＝ EQ \f( EQ \f(0.7 ml,2 L), EQ \f(0.5 ml,2 L)×( EQ \f(0.4 ml,2 L))2)＝35。
①根据上述分析可知，Y为H2；②0～1 min时Y（H2）减少0.4 ml，则推知CO减少的物质的量为 EQ \f(0.4 ml,2)＝0.2 ml，则v(CO)＝ EQ \f( EQ \f(0.2 ml,2 L),1 min)＝0.1 ml·L－1·min－1；③从图中可知，该温度下，2 min以后达到平衡，各物质的物质的量分别为n(CH3OH)＝0.7 ml，n(H2)＝0.4 ml，减少0.6 ml，则CO减小0.3 ml，通过计算可知平衡时n(CO)＝0.8 ml－0.3 ml＝0.5 ml，该反应的平衡常数Kc＝ EQ \f(c(CH3OH),c(CO)·c2(H2))＝ EQ \f( EQ \f(0.7 ml,2 L), EQ \f(0.5 ml,2 L)×( EQ \f(0.4 ml,2 L))2)＝35。
考点五：浓度熵考查
例5．（2023·北京丰台区高二上学期期末）一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得容器内c(I2)＝0.11 mml·L－1、c(H2)＝0.11 mml·L－1、c(HI)＝0.78 mml·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是
【答案】D
【解析】平衡时,c(I2)＝0.11 mml·L－1、c(H2)＝0.11 mml·L－1、c(HI)＝0.78 mml·L－1，则K＝ EQ \f(0.782,0.11×0.11)≈50.3。
A组：Qc＝ EQ \f(1.562,0.22×0.22)≈50.3＝K，反应处于平衡状态；B组：Qc＝ EQ \f(3.002,0.44×0.44)≈46.5＜K，反应正向进行；C组：Qc＝ EQ \f(1.562,0.11×0.44)≈50.3＝K，反应处于平衡状态；D组：Qc＝ EQ \f(8.002,1.00×1.00)＝64＞K，反应逆向进行；故选D项。
1．（2023·北京房山区高二上学期期中）某温度下，在恒容密闭容器中发生反应：H2 (g)＋I2 (g)2HI(g) ΔH＜0，下列情况代表该反应已达平衡的是
A．H2和I2全部转化为HIB．混合气体颜色不再发生变化
C．H2、I2、HI三者的浓度相等D．容器内压强不再发生变化
【答案】B
【解析】A项，H2(g)＋I2(g)2HI(g)反应是可逆反应，反应物的转化率小于100%，不符合题意；B项，混合气体颜色不再发生变化，说明碘单质的浓度不再改变，符合题意；C项，H2、I2、HI三者的浓度相等，不能说明该反应达到平衡，不符合题意；D项，该反应是气体体积系数不变的反应，体系压强与气体物质的量成正比，故压强一直不变化，不符合题意。
2．（2023·河南安阳市高二上学期期中）常温下，向体积可变的密闭容器中加入I2(s)和K2C2O4(s)发生反应：I2(s)＋K2C2O4(s)2KI(s)＋2CO2(g)，达到平衡时p(CO2)＝a kPa，保持温度不变，将体积压缩至原来的半，达到第二次平衡时，测得p(CO2)＝b kPa。下列推断正确的是
A．b＝2aB．b＝aC．2b＝aD．b＞a
【答案】B
【解析】由方程式可知，该反应的平衡常数Kp＝p2(CO2)，平衡常数是温度函数，温度不变，平衡常数不变，则保持温度不变，将体积压缩至原来的半，达到第二次平衡时，二氧化碳的压强不变，所以a和b相等，故选B项。
3．（2022·河南邢台高二上学期第一次月考）已知相同条件下：(1)2H2O(g)O2(g)＋2H2(g) K1；(2)Cl2(g)＋H22HCl(g) K2；(3)2Cl2(g)＋2H2O(g)4HCl(g)＋O2(g) K3，则K1、K2、K3的关系正确的是
A．K3＝K1＋K22B．K3＝ EQ \f(K1,K22)C．K3＝K1·K22D．K3＝K1－K22
【答案】C
【解析】两方程式相加，新方程的K等于原方程K的乘积；两方程式相减，新方程的K等于原方程K的相除；如方程乘以某数x，则新方程的K等于该方程K值的x幂。反应③＝反应①＋反应②×2，则K3＝K1·K22，故选C项。
4．（2023·四川雅安市高二上学期期末）汽车尾气处理的反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) △H＝－746 kJ·ml－1。下列说法正确的是
A．升高温度可使v正增大、v逆减小
B．使用高效催化剂可以提高活化分子的百分含量
C．反应达到化学平衡状态时，2v正(NO)＝v逆(N2)
D．CO和CO2的物质的量相等时，反应达到化学平衡状态
【答案】B
【解析】A项，升高温度，物质的内能增加，活化分子数增加，分子之间的有效碰撞次数增加，故可使v正增大、v逆也增大，错误；B项，使用高效催化剂可以降低反应的活化能，使更多分子变为活化分子，因而能提高活化分子的百分含量，因此能加快化学反应速率，正确；C项，当反应达到化学平衡状态时，任何物质的浓度不变，故反应速率关系为v正(NO)＝2v逆(N2)，错误；D项，CO和CO2的物质的量相等时，反应可能处于平衡状态，也可能未达到平衡状态，这与开始时加入的物质的量及反应条件有关，不能据此判断反应是否达到化学平衡状态，错误。
5．（2023·湖南邵阳市武冈市高二上学期期中）在一定温度下的容积不变的密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。下列不能说明反应达到平衡状态的是
A．各物质的浓度不再变化B．混合物的密度不再变化
C．SO2的体积分数不再变化D．气体的压强不再变化
【答案】B
【解析】A项，各物质的浓度不再变化，反应达到平衡状态，不符合题意；B项，反应前后气体总质量不变，气体体积不变，则反应前后混合气体密度是一个定量，当混合气体的密度不变时，反应不一定达到平衡状态，符合题意；C项，随着反应进行，SO2的体积分数减小，当SO2体积分数不变时，反应达到平衡状态，不符合题意；D项，恒温恒容条件下，气体压强与气体的物质的量成正比，反应前后气体总物质的量减小，反应的压强减小，当气体的压强不变时，反应达到平衡状态，不符合题意。
6．（2023·江苏南通如东县高二上学期月考改编）某温度下气体反应体系达到化学平衡，平衡常数K＝eq \f(c(A)·c2(B),c2(E)·c(F))，下列说法正确的是
A．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)
B．降低温度，正反应速率增大
C．该温度时，v(F)＝v(A)则反应达到平衡状态
D．增大c(A)、c(B)，K增大
【答案】A
【解析】A项，已知反应为气体反应体系，根据该反应的平衡常数表达式K＝eq \f(c(A)·c2(B),c2(E)·c(F))可知，该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)，正确；B项，降低温度，活化分子百分数减小，有效碰撞几率减小，反应速率减慢，错误；C项，未说明F、A是正反应还是逆反应速率，不能判断反应是否达到平衡状态，错误；D项，温度不变，平衡常数不发生改变，错误。
7．（2023·贵州遵义市高二上学期期中）Bdensteins研究表明，反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)在温度为T ℃时，体积为1 L的密闭容器中，气体混合物中HI的物质的量分数)φ(HI)与反应时间t的关系如表所示：
该反应的正反应速率v正＝k正c2(HI)，逆反应速率v逆＝k逆c(H2)·c(I2)，k正、k逆为速率常数，则 EQ \f(k正,k逆)的值为
A． EQ \f(1,64)B．64C． EQ \f(1,8)D．8
【答案】A
【解析】在温度为T ℃时，体积为1 L的密闭容器中，2HI(g)H2(g)＋I2(g)达到平衡时，v正＝v逆，即k正c2(HI)＝k逆c(H2)·c(I2)，所以 EQ \f(k正,k逆)＝eq \f(c(H2)·c(I2),c2(HI))＝K，根据表格数据可知，80 min后达到平衡，且该反应为气体分子数不变的反应，据此列出三段式带入数据计算。
根据上述分析，列出三段式如下：
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
起始/ml 1 0 0
转化/ml 0.2 0.1 0.1
平衡/ml 0.8 0.1 0.1
所以 EQ \f(k正,k逆)＝eq \f(c(H2)·c(I2),c2(HI))＝K＝ EQ \f(0.1×0.1,0.82)＝ EQ \f(1,64)，A项符合题意。
8．（2023·湖南怀化高二上学期期中节选）合成气(主要成分为CO、H2及少量CO、H2O)在工业上有广泛用途。
合成甲醇的主要反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0。将CO与H2混合气体充入密闭容器中，投料比 EQ \f(n(CO),n(H2))＝ EQ \f(1,2)，测得平衡时混合气体中CH3OH的物质的量分数[φ(CH3OHK)]与温度(T)、压强(p)之间的关系如图所示。
①T1、p1时，CO的转化率为_______(保留3位有效数字)﹔压强平衡常数Kp＝___________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，用含p1的代数式表示)。在该条件下，若CO、H2、CH3OH气体的起始物质的量之比为2∶1∶2，则反应开始时v(CO)正______v(CO)逆。
②恒温恒容条件下，下列叙述不能说明反应达到化学平衡状态的是_______。
A．CO、H2的物质的量浓度不再随时间的变化而变化
B．混合气体的平均摩尔质量不再随时间的变化而变化
C．混合气体的密度不再随时间的变化而变化
D．若将容器改为绝热恒容容器时，平衡常数K不随时间变化而变化
【答案】①＞ 66.7% EQ \f(12.5,p12) ＞ ②C
【解析】①温度为T1、压强为p1 kPa时，CH3OH的物质的量分数为40%，投料比 EQ \f(n(CO),n(H2))＝ EQ \f(1,2)，设此时CO物质的量为1 ml，则n(H2)＝2 ml，列三段式：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始量/ml 1 2 0
转化量/ml x 2x x
平衡量/ml 1－x 2－2x x
则 EQ \f(x,1－x＋2－2x＋x)×100%＝40%，解得x＝ EQ \f(2,3) ml，所以CO的转化率为＝ EQ \f( EQ \f(2,3) ml,1 ml)×100%≈66.67%；平衡时总物质的量为1－x＋2－2x＋x＝ EQ \f(1,3) ml＋ EQ \f(2,3) ml＋ EQ \f(2,3) ml＝ EQ \f(5,3) ml，所以平衡常数Kp＝ EQ \f(p(CH3OH),p(CO)·p2(H2))＝ EQ \f(p1× EQ \f( EQ \f(2,3) ml, EQ \f(5,3) ml),p1× EQ \f( EQ \f(1,3) ml, EQ \f(5,3) ml)·(p1× EQ \f( EQ \f(2,3) ml, EQ \f(5,3) ml))2)＝ EQ \f(12.5,p12)；在该条件下，设容器体积为1 L，即该温度下平衡常数Kc＝ EQ \f(c(CH3OH),c(CO)·c2(H2))＝ EQ \f( EQ \f(2,3), EQ \f(1,3)×( EQ \f(2,3))2)＝ EQ \f(9,2)，若CO、H2、CH3OH气体的起始物质的量之比为2∶1∶2，则反应开始时Qc＝ EQ \f(2,2×1)＝1＜Kc＝ EQ \f(9,2)，则反应向正反应方向移动，则v(CO)正＞v(CO)逆，故答案为：＜；＞；66．67%； EQ \f(12.5,p12)；＜；②A项，CO、H2的物质的量浓度不再随时间的变化而变化，说明反应达到平衡状态，不符合题意；B项，平均摩尔质量等于混合物的质量除以混合物的物质的量，该反应总质量不变，但物质的量会改变，因此当混合气体的平均摩尔质量不再随时间的变化而变化，反应达到平衡状态，不符合题意；C项，根据混合气体的密度等于混合物的总质量除以总体积，根据质量守恒，反应物与生成物都为气体，故气体质量一直不变，恒容，体积不变，故气体密度一直不变，不能判断是否到达平衡，符合题意；D项，若将容器改为绝热恒容容器时，平衡常数K不随时间变化而变化，K值是与温度相关的物理量，绝热条件下，当K不变时，温度稳定了，反应处于动态平衡，不符合题意。
1．（2023·北京昌平区高二上学期期末）一定温度下的密闭容器中，发生可逆反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，下列情况不能说明该反应达到平衡状态的是
A．H2、I2、HI的浓度不再改变
B．浓度商等于化学平衡常数
C．单位时间内生成n ml H2，同时生成2n ml HI
D．容器的总压强不再变化
【答案】D
【解析】A项，H2、I2、HI的浓度不再改变，说明反应达到平衡状态，不符合题意；B项，浓度商等于化学平衡常数平衡不再移动，达到平衡状态，不符合题意；C项，单位时间内生成n ml H2，同时生成2n ml HI，说明正逆反应速率相等，达到平衡，不符合题意；D项，反应为气体分子数不变的反应，总压强为定值，压强不变不能说明达到平衡，符合题意。
2．（2023·北京顺义区高二上学期期末）一定温度下，在定容密闭容器中发生反应：CO(g)＋H2O(g)eq \(eq \(,\s\up6()),\s\up7(催化剂),\s\d7(Δ))CO2(g)＋H2(g)。下列能证明反应达到化学平衡状态的是
A．体系压强不再变化
B．CO的浓度不再变化
C．容器内气体总质量不再变化
D．生成的CO2与消耗的CO物质的量比为1∶1
【答案】B
【解析】A项，该反应前后气体物质的量不变，因此随反应进行体系的压强始终不变，故体系压强不再变化，不能证明反应达到化学平衡状态，错误；B项，CO的浓度不再变化，说明正逆反应速率相等，能证明反应达到化学平衡状态，正确；C项，根据质量守恒定律可知，容器内气体总质量始终不变，故容器内气体总质量不再变化，不能证明反应达到化学平衡状态，错误；D项，生成的CO2与消耗的CO物质的量比为1∶1，不能说明正逆反应速率相等，不能证明反应达到化学平衡状态，错误。
3．（2023·北京丰台区高二上学期期中）在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，下列证据能说明反应一定达到化学平衡状态的是
A．单位时间内消耗2n ml SO2，同时生成2n ml SO3
B．体系内物质的总质量保持不变
C．SO2、O2、SO3同时在容器中存在
D．Q＝K
【答案】D
【解析】A项，不管反应是否达平衡，单位时间内消耗2n ml SO2，一定同时生成2n ml SO3，无法判断平衡状态，错误；B项，根据质量守恒，体系内物质的总质量一直不变，所以满足该条件时反应不一定达到平衡状态，错误；C项，该反应为可逆反应，不管反应进行到什么程度，SO2、O2、SO3一定同时存在于容器中，所以反应不一定达到平衡状态，错误；D项，当浓度商与化学平衡常数相等，即Q＝K时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，正确。
4．（2023·云南昆明市寻旬县高二上学期期中改编）在容积不变的密闭容器中发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0，830℃时反应的平衡常数是1.0，下列说法正确的是
A．容器内的压强不变时，说明反应达到平衡状态
B．若平衡时移走CO2，化学反应速率加快
C．830℃时，充入0.1 ml CO和0.3 ml H2O保持温度不变，CO平衡转化率为75%
D．1 000℃时，K＜1，某时刻CO2、H2、CO和H2O的浓度均为0.05 ml·L－1，此时平衡向正反应方向移动
【答案】C
【解析】A项，一定温度下容积不变时，体系压强与物质的量成正比。该反应气体分子总数始终不变、故压强也始终不变，则当体系压强不随时间变化时不能说明反应达到平衡状态，错误；B项，若平衡时移走CO2，则减少了产物浓度，化学反应速率减小，错误；C项，830℃时，充入0.1 ml CO和0.3 ml H2O保持温度不变，
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始量/ml 0.3 0.1 0 0
转化量/ml x x x x
平衡量/ml 0.3－x 0.1－x x x
K＝eq \f(c(H2)·c(CO2),c(H2O)·c(CO))＝ EQ \f( EQ \f(x,V)× EQ \f(x,V), EQ \f(0.3－x,V)× EQ \f(0.1－x,V))＝1，，得x＝0.075 ml，则CO平衡转化率为75%，正确；D项，1 000℃时，K＜1。某时刻CO2、H2、CO和H2O的浓度均为0.05 ml·L－1，Qc＝eq \f(c(H2)·c(CO2),c(H2O)·c(CO))＝1＞K，则此时平衡向逆反应方向移动，错误。
5．（2022年山西运城市上学期10月月考）已知：2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g) Kp1 2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g) Kp2
则反应2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g)的K为
A．Kp1＋Kp2B．Kp1·Kp2C．Kp1－Kp2D． EQ \f(Kp1,Kp2)
【答案】B
【解析】根据反应①：2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)，反应②2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)。反应①＋②可得2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g)，则2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g)的K＝Kp1·Kp2，故答案为B项。
6．（2023·新疆生产建设兵团部分名校高二上学期期中）T℃下，向某容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 ml N2、3 ml H2，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应过程中容器内的总压强随时间的变化如图所示，下列有关说法正确的是
A．t1 min时，c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．0～t1 min内，v(NH3)＝ EQ \f(1,t1) ml·L－1·min－1
C．t2 min时，NH3的体积分数为60%
D．T℃下的平衡常数K＝ EQ \f(1 600,27)
【答案】A
【解析】A项，恒温恒容条件下，气体的压强之比＝物质的量之比，t1 min时，总压变为初始时的0.75倍，则总物质的量也变为初始时的0.75倍，t1 min时，n总＝4 ml×0.75＝3 ml。根据反应方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，1 ml N2参加反应，气体总的物质的量减少2 ml。设N2转化的物质的量为x，则1 ml＋3 ml－2x＝3 ml，x＝0.5 ml。t1 min时，n(N2)＝1 ml－0.5 ml＝0.5 ml，n(H2)＝3 ml－0.5 ml×3＝1.5 ml，n(NH3)＝2x＝1.0 ml，则c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝0.5 ml∶1.5 ml∶1.0 ml＝1∶3∶2，正确；B项，0～t1 min内，v(NH3)＝ EQ \f( EQ \f(1.0 ml,t1 L),2 min)＝ EQ \f(1,2t1) ml·L－1·min－1，错误；C项，t2 min时，气体总压变为初始时的0.6倍，n总＝4ml×0.6＝2.4 ml，根据反应方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，1 ml N2参加反应，气体总的物质的量减少2 ml。设N2转化的物质的量为y，则1 ml＋3 ml－2y＝2.4 ml，x＝0.8 ml。生成NH3的物质的量为2y＝1.6 ml，NH3的体积分数 EQ \f(1.6 ml,2.4 ml)×100%＝66.7%，错误；D项，根据图像，反应在t2 min时达到平衡状态，0～t2 min内，生成1.6 ml NH3，消耗0.8 ml N2、2.4 ml H2，则t2 min时，c(N2)＝ EQ \f(1 ml－0.8 ml,2 L)＝0.1 ml·L－1，c(H2)＝ EQ \f(3 ml－2.4 ml,2 L)＝0.3 ml·L－1，c(NH3)＝ EQ \f(1.6 ml,2 L)＝0.8 ml·L－1，T℃下的平衡常数K＝ EQ \f(0.82,0.1×0.33)＝ EQ \f(6 400,27)，错误。
7．（2023·重庆市北碚区高二上学期期末）一定温度下，把5 ml A和5 ml B混合盛入容积为2 L的密闭容器里，发生如下反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)，经10 s反应达平衡，在此10 s内C的平均反应速率为0.2 ml·L－1·s－1，同时生成2 ml D，下列叙述中不正确的是
A．x＝4
B．该温度下，此反应的平衡常数K＝32
C．反应达到平衡状态时A的转化率为60%
D．反应达到平衡状态时，相同条件下容器内气体的压强与起始时压强之比为6∶5
【答案】B
【解析】经10 s反应达平衡，在此10 s内C的平均反应速率为0.2 ml·L－1·s－1，生成C的物质的量为0.2 ml·L－1·s－1×2 L×10 s＝4 ml，同时生成2 ml D，则x＝4，列三段式如下：
3A(g)＋B(g)4C(g)＋2D(g)
起始量/ml 5 5 0 0
转化量/ml 3 1 4 2
平衡量/ml 2 4 4 2
A项，由分析可知x＝4，正确；B项，该温度下，此反应的平衡常数K＝eq \f(c4(C)·c2(D),c3(A)·c(B))＝eq \f((2 ml·L－1)4·(1 ml·L－1)2,(1 ml·L－1)3·(2 ml·L－1))＝8，错误；C项，反应达到平衡状态时A的转化率为 EQ \f(3 ml,5 ml)×100%＝60%，正确；D项，根据阿伏伽德罗定律，同温同体积时，体系的压强与气体物质的量成正比，即： EQ \f(p(平),p(始))＝ EQ \f(n(平),n(始))＝ EQ \f((2＋4＋4＋2) ml,(5＋5) ml)＝ EQ \f(6,5)，正确。
8．（2023·吉林吉林市高二上学期期中）在一定温度下的密闭容器中，加入1 ml CO和1 ml H2O发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)＝0.5 ml，下列说法不正确的是
A．在该温度下，反应的平衡常数K＝1B．平衡常数与反应温度无关
C．CO的平衡转化率为50%D．平衡时n(H2O)＝0.5ml
【答案】B
【解析】CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始量/ml 1 1 0 0
转化量/ml 0.5 0.5 0.5 0.5
起始量/ml 0.5 0.5 0.5 0.5
A项，设容器体积为1 L，则平衡时各组分浓度都为0.5 ml·L－1，则在该温度下，反应的平衡常数K＝eq \f(c(H2O)·c(CO),c(CO2)·c(H2))＝ EQ \f(0.5 ml·L－1×0.5 ml·L－1,0.5 ml·L－1×0.5 ml·L－1)＝1，正确；B项，平衡常数只与反应温度有关，错误；C项，CO的平衡转化率为 EQ \f(0.5 ml,1 ml)×100%＝50%，正确；D项，平衡时n(H2O)＝0.5 ml，正确。
9．（2023·北京房山区高二上学期期中）反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)可用于汽车尾气净化。在恒温恒容密闭容器中加入一定量反应物，获得如下数据：
（1）x＝______，y＝_____。
（2）CO的平衡转化率为___________。
（3）该温度下该反应的K的数值为___________。
（4）该温度下，按未知浓度配比进行反应，某时刻测得如下数据：
此时反应向___________方向(填“正反应”或者“逆反应”)进行，结合计算说明理由：_____________________________________________。
【答案】（1）0.2 0.1 （2）50% （3）2.5 （4）正反应 计算得此时Qc＝0.4＜K，因此反应向正反应方向进行
【解析】根据已知数据和反应方程式2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)可列三段式：
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量/ml 0.4 0.4 0 0
转化量/ml 0.2 0.2 0.1 0.2
平衡量/ml 0.2 0.2 0.1 0.2
（1）由以上分析可知：x＝0.2，y＝0.1；（2）由以上分析可知：CO的平衡转化率为 EQ \f(0.2 ml,0.4 ml)×100%＝50%；（3）由以上分析可求得该温度下该反应的K＝eq \f(c(N2)·c2(CO2),c2(NO)·c2(CO))＝ EQ \f(0.1×0.22,0.22×0.22)＝2.5；（4）根据给出的某时刻各物质的浓度可计算浓度商Qc＝eq \f(c(N2)·c2(CO2),c2(NO)·c2(CO))＝ EQ \f(0.1×0.52,0.52×0.52)＝0.4＜2.5，所以此时反应向正反应方向进行。
10．（2023·江苏扬州邗江区高二上学期期中）甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示。
（1）据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝_______(用K1、K2表示)。
（2）500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度相等，且均为0.1 ml·L－1，则此时v正______v逆(填“①＞”“＝”或“＜”)。
（3）某温度下在2 L恒容密闭容器中加入CH3OH(g)发生反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，测得有关数据如下。
①反应在2 min内以CH3OCH3(g)表示的化学反应速率为_________________________。
②该温度下的反应的平衡常数为_______。
【答案】（1）K1K2 （2）＜ （3）0.075 ml·L－1·min－1 1.2
【解析】（1）将反应①＋②可得反应③，则K3＝K1K2，故答案为：K1K2；（2）由题给数据可知，500℃时，反应③在某时刻的浓度熵Qc＝ EQ \f(0.1 ml·L－1×0.1 ml·L－1,(0.1 ml·L－1)3×0.1 ml·L－1)＝100＞K＝2.5，反应向逆反应方向进行，正反应速率小于逆反应速率，故答案为：＜；（3）①由题给数据可知，反应在2 min内以二甲醚表示的化学反应速率为 EQ \f( EQ \f((1.02－0.42) ml× EQ \f(1,2),2 L),2 min)＝0.075 ml·L－1·min－1，故答案为：0.075 ml·L－1·min－1；②由表格数据可知，该温度下3 min时反应达到平衡，甲醇的浓度为 EQ \f(0.32 ml,2 L)＝0.16 ml·L－1，二甲醚和水蒸气的浓度都为 EQ \f((1.02－0.42) ml× EQ \f(1,2),2 L)＝0.175 ml·L－1，反应的平衡常数为 EQ \f(0.175 ml·L－1×0.175 ml·L－1,(0.16 ml·L－1)2)≈1.2，故答案为：1.2。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
三特征
双向性
可逆反应分为方向相反的两个反应方向：正反应方向和逆反应方向
双同性
正、逆反应是在同一条件下，同时进行
共存性
反应物与生成物共存(反应物的转化率小于100%)
图像
反应开始
N2、H2浓度最大，v(正)最大；NH3浓度为0，v(逆)＝0
NH3最大，v(正)最大；N2、H2浓度为0，v(逆)＝0
反应过程
N2与H2随着反应的进行，其浓度逐渐减小，v正逐渐减小，而c(NH3)逐渐增大，v逆逐渐增大
随着NH3的分解，其浓度逐渐减小，v逆逐渐减小，而c(N2)、c(H2)逐渐增大，v正逐渐增大
达到平衡
t1时刻，v(正)＝v(逆)，混合物中各组分的浓度保持不变
t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡
化学平衡
状态的建立
条件
①可逆反应；②封闭体系中；③一定的反应条件(温度、压强等)
途径
①可加入反应物，从正反应开始；②可加入生成物，从逆反应开始；③也可同时加入反应物和生成物，从正、逆向同时开始
七大特征
化学平衡
逆(研究对象)
适用于可逆反应
动(动态特征)
建立平衡后，正、逆反应仍在进行，属于动态平衡，可用同位素示踪原子法证明
等(平衡实质)
υ(正)＝v(逆)）≠0(正、逆反应速率相等，但不等于零)
定(平衡结果)
达平衡后，反应混合物中各组分的浓度或质量分数不变(不可理解为相等)
移(平衡移动)
化学平衡其存在是有条件的、暂时的，浓度、温度、压强条件变化时平衡会发生相应移动
同(等效平衡)
外界条件同，同一可逆反应从不同方向(正向、逆向、双向)达到的平衡状态相同
恒(定量特征)
一定温度下，化学平衡常数保持不变
项目
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
是否平衡
正反应速率逆反应速率关系
在单位时间内消耗了m ml A的同时生成了m ml A
√
在单位时间内消耗了n ml B的同时消耗了p ml C
√
在单位时间内生成了n ml B的同时消耗了q ml D
×
v正(A)∶v逆(B)＝m∶n
√
项目
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)[只有A为有色气体]
是否平衡
混合体系中
各组分的含量
各物质的物质的量或物质的量的分数一定
√
各物质的质量或质量分数一定
√
各气体的体积或体积分数一定
√
总物质的量一定
不一定
A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等
√
气体的颜色不变
√
温度
任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变时，体系温度一定时
√
项目
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
是否平衡
压强
当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其它条件一定)
√
当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其它条件一定)
不一定
混合气体的平均相对分子质量
当m＋n＝p＋q时，一定
不一定
当m＋n≠p＋q时，一定
√
密度
（体积不变）
C(s)＋CO2(g)2CO(g) (ρ一定)
√
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (ρ一定)
不一定
H2(g)＋I2(g)2HI(g) (ρ一定)
不一定
温度
177℃
227℃
426.5℃
427℃
EQ \f(c2(HI),c(H2)·c(I2))
120
80.3
54
48.2
A
B
C
D
c(I2)/m ml·L－1
0.22
0.44
0.11
1.00
c(H2)/m ml·L－1
0.22
0.44
0.44
1.00
c(HI)/m ml·L－1
1.56
3.00
1.56
8.00
起始物质
t/min
0
20
40
60
80
100
1 ml HI
φ(HI)/%
100
91
84
81
80
80
c(NO)
c(CO)
c(N2)
c(CO2)
起始时各物质的物质的量浓度/ml·L－1
0.4
0.4
0
0
平衡时各物质的物质的量浓度/ml·L－1
0.2
x
y
z
c(NO)
c(CO)
c(N2)
c(CO2)
某时刻各物质的物质的量浓度/ml·L－1
0.5
0.5
0.1
0.5
化学反应
平衡常数
温度/℃
500
800
2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)
K2
1.0
2.5
3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
K3
反应时间/min
0
1
2
3
4
n(CH3OH)/ml
1.02
0.62
0.42
0.32
0.32