化学选修4（人教版）习题 第2章 第三节 化学平衡 第1课时 化学平衡状态的建立及标志

第三节化学平衡

第1课时化学平衡状态的建立及标志

课程目标核心素养建构

1.了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念、特点。

2.了解化学平衡建立的过程。

3.理解化学平衡的特征。

［知识梳理］

一、可逆反应与不可逆反应

I.可逆反应

⑴概念：

在相同条件下,既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的化学反应。

(2)表示方法：

用“—”表示，把从左向右的反应称作正反应,从右向左的反应称作逆反应。

例如：S02与H20反应可表示为2so3。

⑶特征：

①正、逆反应发生的条件相同:

②反应丕能进行到底，反应体系中，与化学反应有关的各种物质共在。

2.可逆反应与不可逆反应的比较

可逆反应不可逆反应

在同一条件下，既能向正反应方向进行，

又能向逆反应方向进行的反应称为可逆正反应几乎能进行到底或逆反应进行的

反应。化学方程式中用表程度非常小，这样的反应通常称为不可

高温、高压、逆反应,如NaOH+HCl—NaCl+H。

zj\»如N2+3H2催化剂2NH3、H2+光昭

H2+Cl2^^2HCl

I2=^2HI

【自主思考】

1.以下几个反应是否是可逆反应？为什么？

点、燃

⑴2H2+02藁2H2。

光合作用

(2)6CO2+6H2O氧化作用6O2+C6Hl2。6

△

⑶a+12一＜2印

提示(1)(2)不是可逆反应，因为条件不同。(3)是可逆反应。

二、化学平衡状态

1.化学平衡的建立

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：

反应开始时--力正最大•用为筌

I

反应进行时|一反应物浓度逐渐减小一火：逐渐减小;

生成物浓度由零逐渐稣-Q逢从壁

开始逐渐增大

达到*衡时।——目正三仁.反应混合物中各组分的浓

度保持不变

以上过程可用下图表示：

2.化学平衡状态

一定条件下，可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各种物

质的迭度保持不变的状态。

3.化学平衡状态的特征

【自主思考】

2.(1)当一个可逆反应达到平衡时，各物质的浓度保持不变，这时反应停止了吗？

(2)达化学平衡的反应中，如何理解正逆反应速率相等？(以N2+3H2K^2NH3

为例)

提示(1)没有停止，必时。正=。遂20。

(2)正、逆反应速率相等针对同一物质来说：如N2,正反应消耗N2的速率与逆反

应生成N2的速率相等。

［效果自测］

1.判断正误,正确的画“J”，错误的画“X”。

(1)反应物和生成物能相互转化的反应都是可逆反应()

⑵可逆反应不能进行到底，反应物和生成物并存()

(3)可逆反应进行到一定程度时，反应就会停止()

(4)可逆反应中反应物的转化率不能达到1()()%()

⑸H2和O2的化合与H2O的分解是可逆反应()

(6)乙酸和乙醇的酯化反应与乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应是可逆反应

()

答案(1)X(2)V(3)X(4)J(5)X(6)X

2.在200℃时，将amolH2(g)和bmolb(g)充入体积为VL的密闭容器中，发生

反应：L(g)+H2(g)^=^2HI(g)o

(1)反应刚开始时，由于C(H2)=，c(I2)=,而以HI)=,

所以化学反应速率(填“管正”或“普逆”，下同)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),(填

“增大”“减小”或“不变”，下同)c(l2),而c(HI),从而化

学反应速率V正_______,而Vo

(3)当反应进行到0正与。电________时，此可逆反应就达到了平衡，若保持外界

条件不变时，反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积

分数、反应物的转化率和生成物的产率等都将o

解析反应开始时，c(H2)=gmoi•L-1,c(Ii)=ymol•解Ic(HI)=O,此时v

正最大,vij=O；随着反应的进行，c(Fh)减小，c(L)减小，c(HI)增大，故。五减小，

v逆增大;当反应进行至。正=。逆时，各组分的浓度保持不变，即反应处于平衡状

态。

答案(l)ymol•L1pmol•L10。正。虺

(2)减小减小增大减小增大

(3)相等不变

探究一、可逆反应

【合作交流】

1.如何判断一个反应是否为可逆反应？

提示同一条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行。

2.在一个可逆反应中，各物质转化率有没有可能达到100%?

提示不能。

【点拨提升】

1.可逆反应：在相同条件下，要用”代替“二=”作为连接反应物和生成物

的符号，二氧化硫与水的反应是可逆反应，两者反应的化学方程式应为：SO2+

H2O=M42so3。

2.可逆反应的特点：(1)向两个相反的方向进行的两个化学反应，在相同的条件下

同时进行、共存。两个化学反应构成了一个对立的统一体。(2)符号“一"两

边的物质互为反应物、生成物。(3)在反应体系中，与化学反应有关的各种物质

共存，如亚硫酸溶液中有H2。、SO2和H2sCh等分子。

局温、身压催化剂

3.常见的可逆反应：N—3H2催化剂2NH3,2so2+O2―二2so3,Ch+

H2O^=^HC1+HC1O,H2+l2=^^2HI,酯的水解等。

【典题例证1】在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)+02(g)=2SO3(g),已知

反应过程中某一时刻S02、02、S03的浓度分别为0.2molL」、0.1mobL-l>0.2

molL1,当反应达到立衡时，可能存在的数据是()

A.SOz为0.4molL-1,O2为0.2molL-1

B.SCh为().25molL-1

C.SO2、SO3均为().15mol-L-1

D.SO3为0.4mol-L-1

解析人项数据表明，题中0.2010卜1」的503完全转化成了502和02,即平衡

时，c(SO3)=0,这是不可能的；B项可能；C项数据表明SCh、SO3的浓度都在

原浓度基础上减少了005molL-1这也是不可能的；D项数据表明SO2完全转

化成了SO3,即平衡时，c(SO2)=0,c(O2)=0,这也是不可能的。

答案B

【变式训练1】在密闭容器中进行反应：X2(g)4-3Y2(g)=2Z(g),X2、Y2、

Z的起始浓度分别为02molL「、0.6mol•L'\0.4mobL-1,当平衡时，下列

数据肯定不正确的是()

A.X2^JO,4mol-L\Y2为1.2moNL”

B.Y2为1.0molL-1

C.X2为0.3molL-1,Z为0.2molL-1

D.Z为0.6mo「Lr

解析化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目时要善于利用极值法，可分别

考虑反应正向进行彻底和反应逆向进行彻底两种情况。由可逆反应的含义知，0

1l

<C(X2)<0.4mol-L,,0<C(Y2)<1.2mol-L^,0<c(Z)<0.8mol-L'o

答案A

探究二、化学平衡的标志

【合作交流】

1.若反应体系的总压强不变，该可逆反应一定达平衡了吗？

提示不一定，对前后气体体积相等的反应，压混不变不能作判据。

2.若反应体系的气体密度不变，该可逆反应达平衡了吗？

提示不一定，若可逆反应前后都是气体，且体系容积不变、密度始终不变，不

能作为判据。

【点拨提升】

1.判断依据

(1)正反应速率与逆反应速率相等：9正=9送

①对于同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；

②对于不同物质，化学反应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)可逆反应发生过程中的可变量达不变

在可逆反应中有很多瓦变量，如：浓度、物质的量、百分含量等，当可变量达不

变时，则反应达平衡。

2.判断方法

以反应〃伍(g)+〃B(g)一pC(g)+qD(g)为例

同一物质生成速率等于消耗速率

。正=0逆化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不

不同物质

同方向(即“一正一逆”)

各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量

各物质的物理量

浓度保持不变

各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体

各物质的含量

积分数保持不变

气体的总物质的量时，气体的总物质的量一

可变量

恒容条件下的用强+时，总压强一定

达不变

恒压条件下气体的

时，p~y定

密度

混合气体的平均相

当m+n^p+q时，Mr=£一定

对分子质量r）

有颜色变化的反应气体的颜色不再变化

【典题例证2】可逆反应：2NO2=2NO+Ch在恒容的密闭容器中进行，达

到平衡状态的标志是（）

①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2

②单位时间内生成nmolO2的同时生成InmolNO

③用NCh、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混合气体的平均相末分子质量不再改变的状态

A.①④⑥⑦B.②③⑤⑦

C.①③④⑤D.全部

解析依据。正=。#0判断：①单位时间内生成〃mol。2的同时必消耗2〃mol

NO2,①能说明反应已达到平衡；②描述的均是正反应速率，无法判断；③无论

反应是否达到平衡，均有此关系；依据组成一定判断：④NO2（红棕色）为有颜色

的气体，颜色不变能说明反应体系中NO2浓度一定，反应已达到平衡；⑤因〃

=%,反应前后，m、V均不变，。也不变，不能说明反应达到平衡；这是一个

反应前后气体分子数发生改变的反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡。

答案A

【变式训练2]下列说法可以证明H2（g）+h（g）12HI（g）已达平衡状态1勺是

（填序号）。

①单位时间内生成〃molFh的同时，生成〃molHI②一个H—H键断裂的同时

有两个H—I键断裂③百分含量必HI）=aU）④反应速率0（H2）=0（l2）=f（HI）

⑤c（HI）：C（H2）:c（h）=2：1：1⑥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

解析（1）对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应，可从化学反应速率、化

学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、平均相对分子质量、

压强、密度等来判断。（2）对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应，可从化

学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来

判断（此时平均相对分子质量、压强、密度不能作为判断依据）。

答案②⑥⑨

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）+

B「2（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（）

解析可逆反应中反应物与生成物同时存在。

答案C

2.一定条件下反应2AB（g）K^A2（g）+B2（g）达到平衡状态的标志是（）

A.容器内压强不随时间变化

B.容器内，3种气体AB、A2、B2共存

C.容器中各组分的体积分数不随时间变化

D.AB的消耗速率等于A2的消耗速率

解析A项，该反应为等体积反应，压强不变不能作为平衡的标志，错误；B项，

未到达平衡状态，三种物质也能共存，错误；D项，当AB的消耗速率等于A2

消耗速率的2倍时，该反应才达到平衡状态，错-吴。

答案C

3.一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应C（s）+H2O（g）=CO（g）+

H2（g）可建立平衡状态。下列状态中不能确定该反应已达到平衡状态的是（）

A.体系的压强不再发生变化

B.v正(CO)=o逆(HzO)

C.生成〃molCO的同时生成nmolH2

D.lmolH—H键断裂的同时断裂2molH—O键

解析不论反应是否达到平衡状态，生成〃molCO的同时都会生成nmolH2。

答案C

4.在某一容积为5L的密闭容器内，力口入0.2mol的CO和0.2mol的H2O,在催

化剂存在的条件下加热至高温，发生如下反应：C0(g)+H20(g)==C02(g)+

H2(g)A/7>0o反应中CO2的浓度随时间变化情况如图：

(1)根据图中数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为；反

应达到平衡时，C(H2)=0

(2)判断该反应达到平衡的依据是0

①CO减少的化学反应速率和CCh减少的化学反应速率相等

②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等

③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化

④正、逆反应速率都为零

解析(1)由图可知10min时达到平衡，0(8)-(82)=詈］

0.003molL-1由化学方程式得c(H2)=c(CCh)=0.03mol-L」。(2)达到平

衡的标志是各物质的百分组成不变，浓度不变，正、逆反应速率相等且不为零。

CO减少的化学反应速率是正反应速率，CO2减少的化学反应速率是逆反应速率。

所以①③可作为判断反应达到平衡的依据。

答案(1)0.003molL^:•min10.03mol-L-1

⑵①③

课时作业

1.下列有关可逆反应的说法不正确的是()

A.可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应

B.2Hl三442+12是可逆反应

C.2H2+02总92H2。与2H2。型鲤2H2t+O2t互为可逆反应

D.可逆反应中反应物和生成物同时存在

解析C项中两个反应是在不同的条件下进行的，故两个反应不互为可逆反应，

不正确。

答案c

2.在一定条件下，将0.3molCCh和().2molH2通入2L密闭容器中，进行反应:

CO(g)+H2O(g)=CCh(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0mol-L-1

D.该反应建立平衡过程中。一，(时间)图像为右图

解析A项，由于该反应从逆反应开始进行，故反应刚开始时，生成物浓度最大,

正反应速率最小，A项正确；随着反应的进行，生成物浓度逐渐减小，逆反应速

率逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐增大，B项不正确；C项，

该反应不能进行彻底，且起始时〃(CO2)>〃(H2),故平衡时CO2的浓度不可能是

0mol-LC项不正确；D项，该反应建立平衡的过程中，逆反应速率大于正反

应速率，且逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，达到平衡时正、逆反应

速率相等，D项不正确。

答案A

3.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己达到平衡状态的是()

A.3。正(N2)=Ofl：(H2)B.v正(N2)=V虱NH3)

C.2uMH2)=3v逆(NH3)D.v正(N2)=3v逆(H2)

解析达到平衡状态时正、逆反应速率相等，各组成成分的含量不变。正、逆反

应速率相等是指用同一种物质来表示的反应速率。可逆反应中用各种物质表示的

反应速率与化学计量数成正比，需将其转换为同一物质表示的速率进行比较。

答案c

4.一定条件下，在体积为1L的密闭容器中，1molX和1molY进行反应：2X(g)

+Y(g)—Z(g),下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是()

A.X的百分含量不再发生变化

B.c(X):c(Y)：c(Z)=2：1：1

C.容器内原子总数不再发生变化

D.同一时间内消耗2〃molX的同时生成nmolZ

解析反应过程中原子个数守恒，所以C不合题意；消耗2〃molX与生成〃mol

Z是同一反应方向，也不能说明反应已达平衡，D错误；浓度之比为2：1：1,

不能说明浓度保持不变，B错误。

答案A

5.下列说法中，可以证明反应N2+3H212NH3己达到平衡状态的是()

①1个N三N键断裂的同时有3个H—H键形成②N2、比、NH3的分子数之比

为1：3：2③1个N三N键断裂的同时有6个N—H键形成④N2、Hh、NFB

的浓度不再变化

A.①④B.②③

C.①③D.②④

解析①中有一个N三N键断裂时，也应有3个H—H键断裂，即与3个H—H

键形成是相反方向的，。正=。坟，故能说明反应达到平衡状态；②平衡时，N2、

H2、NH3的分子数之比不一定为1：3：2；③中一个N三N键断裂的同时必定形

成6个N—H键，也不能说明反应达到平衡；④中各物质浓度不变，是化学平衡

状态的重要标志之一，反应达到平衡。

答案A

6.在一定温度下，向密闭容器中加入1molO2和2molNO,发生如下反应：

02(g)+2N0(g)i2NCh(g),此反应不一定达平衡的是()

A.容器内压强不随时间变化

B.容器内各物质的浓度不随时间变化

C.容器内Ch、NO、NO2的浓度之比为1：2：2

D.单位时间内生成1molO2,同时生成2molNO?

解析A项，该反应气体数目有变化，当容器内压强不随时间变化时，必达平衡；

B项必达平衡；C项中，其比例是反应方程式中的化学计量数之比，不能反决量

已固定，所以，不一定是平衡状态；D项，02的生成是逆向反应，NO2的生成

是正向反应，比例1：2与化学方程式计量数相符，必是平衡状态。

答案C

7.在一定量的密闭容器中进行反应：N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）。已知反应过程

中某一时刻N2、NH3的浓度分别为0.1mol-Ll0.3mol•L-',0.2mol•L

■,o当反应达到平衡时，可能存在的数据是（）

A.Nz为0.2molL-I>H2为0.6mol-L-1

B.N2为015mol-L-1

C.N2>H2均为0.18moll11

D.NH3为0.4mol-L-1

解析解答时，应注意两点：（1）可逆反应既可向正反应方向进行，同时又可向

逆反应方向进行；（2）可逆反应不能进行到底，只能反应到一定程度达到平衡状

态，平衡时各物质的物质的量都大于零。对于本题，若反应从题给某一时刻开始

向正反应方向进行并达到平衡，此时NH3的浓度应小于0.4mol・Lr；若反应从

题给某一时刻开始向逆反应方向进行并达到平衡，此时N2的浓度应小于（）.2

mol-LH2的浓度应小于0.6molLi；从题给量的关系易知无论反应进行到什

么程度C（N2）：C（H2）=1：3,因此两者不可能同时均为318moi,LL

答案B

8.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖,现

向一密闭容器中充入1molN2和3molH2,在一定条件下使该反应发生:Nz+

高温、高压、

3H2、催化剂2NH3O下列有关说法正确的是（）

A.达到化学平衡时，N2将完全转化为氨

B.达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等

C.达到化学平衡时，N2、生和NH3的物质的量浓度不再变化

D.达到化学平衡时，正、逆反应速率都为零

解析当可逆反应达到化学平衡状态时，。正=。过20,各组分的浓度(或质量)保

持不变，但不一定相等。

答案c

9.恒温恒容的情况下，反应A2(g)+B2(g)=2AB(g)达到平衡状态的标志是

()

A,容器内气体的密度不随时间而变化

B.容器内的总压强不随时间而变化

C.单位时间内生成2〃molAB的同时生成nmolB2

D.A2、B2、AB的反应速率比为1：I：2的状态

解析。=%,用、V始终不变，则〃始终不变；该反应是等体反应，所以总压

强始终不变；单位时间内生成2〃molAB时消耗〃molB2(正向反应速率)，同时

生成〃molB2(逆向反应速率)，正、逆反应速率相等，说明反应巳达平衡；无论

是否达到化学平衡，三者反应速率之比始终为1：1：2O

答案C

10.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：

甲：C(s)+H20(g)—C0(g)+H2(g)；

乙：C0(g)+H20(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H—O键速率是断裂H-H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.①②⑤B.③④⑥

C.⑥⑦D.④⑤

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，①②

⑥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H—0键速率是断裂H-H键速率的2倍，经转化，

水中H—0键断裂速率等于生成H—0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。

答案D

11.一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1molY的同时生成2molX

解析X的分解速率与Y的消耗速率之比为2：1时，才能说明反应达到平衡状

态.故「项说明反应未达到平衡状态。

答案C

12.将2moiSO2和1molCh充入体积为2L的密闭容器中，在一定条件下发生反

应：Ch(g)+2SO2(g)k^2SO3(g)。经过10s达到平衡状态，此时c(SO3)=0.4mo卜L

(1)在达到平衡的过程中v(SO2)=

⑵有同学认为平衡是在一定条件下成立的，改变条件时平衡会发生变化，所以

可以通过改变条件使S03的平衡浓度变为1mol.L「，你认为这种说法正确吗?

.(填“正确”或“不正确”)。

解析(1)平衡时c(SO3)=0.4moHLf,则转化的c(SC)2)=0.4mol[f,“SCh)=

0.4mol•L-1

-----------=0.04mol•L•s'o

(2)2SCh+O2=2SO3是可逆反应，改变任何条件都不可能使之进行到底，所以

该说法不正确。

答案(1)0.04molL-1-s-1(2)不正确

13.实验室中配制碘水，往往是将12溶于KI溶液中，这样就可以得到浓度较大的

碘水，主要是因为发生了反应：3aq)+「1上述平衡体系中，耳的物质的

量浓度c(L)与温度7的关系如图所示(曲线上的任意一点都表示平衡状态)。

⑴在n、D状态时,式正)_______矶逆)(填“V”或“=”)。

(2)若在力时某状态"^=击,_______平衡状态(填“是”、“不是”或“不

C>i3z1UU

一定是")。

解析(l)7kD状态时，c(H)未达最大值，故反应还未达到平衡，而可逆反应最

终都要达到平衡状态，所以必须增大c(E)才能达到平衡状态，即反应正向进行,

次正)>。(逆)。(2)771H-=TOO,并不能说明以「)、。(底)是否不变，即不能说明

反应是否达到平衡状态。

答案(1)>(2)不一定是

14在698K时，向某VL的密闭容器中充入2molH2(g)和2molb(g),