第24讲 化学平衡
一、化学平衡状态
1．可逆反应
(1)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反应，叫做可逆反应。
(2)符号：可逆反应用“??”符号，而不用“===”表示。
(3)特点：在相同条件下，正、逆反应同时进行，平衡时反应物的转化率小于100%。
2．化学平衡的建立
(1)概念：在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度或质量分数保持不变的状态，称为化学平衡状态。
(2)化学平衡的建立
(3)化学平衡的特点
二、化学平衡的移动
1．化学平衡移动的过程
2．化学平衡移动的原理
化学平衡发生移动的根本原因是外界条件的改变造成了v正≠v
逆，其具体情况如下：
(1)v正＞v逆，平衡向正反应方向移动。
(2)v正＝v逆，平衡不移动。
(3)v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动。
3．影响化学平衡的因素
若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下：
4．勒夏特列原理
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。
1．正误判断，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)二次电池的充、放电为可逆反应。( )
(2)恒温恒容下，反应A(g)＋B(g)??C(g)＋D(g)体系压强不随时间而变，说明反应已达平衡状态。( )
(3)达到化学平衡状态指的是反应停止了，不再反应了。( )
(4)对于反应2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)，若每消耗1 mol O2，同时生成2 mol SO2，则平衡正向移动。( )
(5)对于反应I2(g)＋H2(g)??2HI(g)，若使体系颜色变浅，则平衡一定正向移动。( )
(6)对于反应2A(g)＋B(g)??2C(g)，当v(A)正＝v(B)逆时，平衡不移动。( )
(7)合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。( )
(8)平衡时，其他条件不变，分离出固体生成物，v正加快。( )
(9)向平衡体系FeCl3＋3KSCN??Fe(SCN)3＋3KCl中加入KCl固体，平衡将向逆反应方向移动，溶液颜色将变浅。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)×
2．教材改编题
(据人教必修二P53 T2)在密闭容器中进行的如下反应：2SO2＋O2
2SO3，下列有关说法中正确的是( )
A．使用催化剂可以加快反应速率，提高SO2的转化率
B．在上述条件下，SO2可以完全转化为SO3
C．适当提高O2的浓度，可以提高SO2的转化率
D．反应达到平衡时，c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝2∶1∶2
答案 C
考点1 化学平衡状态
题型一 可逆反应的特点
典例1 在一个密闭容器中发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为：0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，
可能出现的数据是( )
A．c(SO3)＝0.4 mol·L－1
B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15 mol·L－1
C．c(SO2)＝0.25 mol·L－1
D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5 mol·L－1
解析 2SO2(g) ＋ O2(g) ?? 2SO3(g)
c(某时刻) 0.2 mol·L－1 0.2 mol·L－1 0.2 mol·L－1
向右进行完全 0 0.1 mol·L－1 0.4 mol·L－1
向左进行完全 0.4 mol·L－1 0.3 mol·L－1 0
A项，由于反应为可逆反应，SO3的浓度一定小于0.4 mol·L－1，故A错误；B项，SO2与SO3浓度不会均为0.15 mol·L－1，只能一种物质的浓度增大，另一种物质的浓度减小，故B错误；C项，由于反应为可逆反应，SO3的浓度一定小于0.4 mol·L－1，大于0，则可能为0.25 mol·L－1，故C正确；D项，根据元素守恒，c(SO2)＋c(SO3)＝0.4 mol·L－1，故D错误。
答案 C
名师精讲
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存在。
(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。
1．可逆反应N2＋3H2??2NH3，在容积为10 L的密闭容器中进
行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到( )
A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1
C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1
答案 B
解析 2 mol N2和3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则3 mol H2完全反应，生成2 mol NH3，此时NH3的浓度为0.2 mol·L－1，但由于是可逆反应，不能完全反应，所以NH3的浓度达不到0.2 mol·L－1。
2．在一密闭容器中充入1 mol CO和1 mol H2O(g)，在一定条件下发生反应CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时，生成2/3 mol CO2，当充入的H2O(g)改为4 mol时，在上述条件下生成的CO2为( )
A．0.60 mol B．0.93 mol
C．1.0 mol D．2.50 mol
答案 B
解析 假设反应向正向进行到底，由于CO仍为1 mol，故生成的CO2最多为1 mol，但由于反应的可逆性，这是不可能的。同时增大c(H2O)提高CO的转化率，所以 mol
v(逆) ⑤加入催化剂，B的转化率提高
A．①② B．只有④ C．只有③ D．③④
答案 D
解析 因A是固体，其浓度可视为常数，增加A的量，平衡不移动，①错；升高温度，平衡向吸热反应方向(即逆向)移动，但v(正)也增大，只是增大的程度小于v(逆)增大的程度，使v(正)v(逆)，④对；加入催化剂，平衡不移动，B的转化率不变，⑤错。
(建议用时：40分钟)
一、选择题(每题7分，共77分)
1．在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)＋2B(g)??C(g)＋D(g)，当下列物理量不再变化时，能够表明该反应已达平衡状态的是( )
A．混合气体的压强
B．混合气体的平均相对分子质量
C．A的物质的量浓度
D．气体的总物质的量
答案 B
解析 因反应前后气体分子总数不变，故无论反应是否达到平衡状态，混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变；物质A为固体，不能用来判断反应是否达到平衡状态；因反应物A为固体，故混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态。
2．下列能用勒夏特列原理解释的是( )
A．溴水中存在下列平衡Br2＋H2O??HBr＋HBrO，加入AgNO3
溶液后，溶液颜色变浅
B．工业上由氢气和氮气合成氨是在较高温度下进行的
C．SO2催化氧化成SO3的反应，需要使用催化剂
D．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深
答案 A
解析 A项，溴水中加入AgNO3溶液后生成溴化银沉淀，促使平衡Br2＋H2O??HBr＋HBrO正向移动，溶液颜色变浅，与平衡移动有关，正确；B项，合成氨反应是放热反应，从平衡角度分析，较高温度不利于提高产率，错误；C项，加入催化剂，平衡2SO2＋O2??2SO3不移动，不能用勒夏特列原理分析，错误；D项，H2与I2生成HI的反应是反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，平衡不发生移动，颜色变深是因为加压后体积缩小使碘蒸气浓度变大，不能用勒夏特列原理解释，错误。
3．在恒温、恒压下，a mol X和b mol Y在一个容积可变的容器中发生反应：X(g)＋2Y(g)??2Z(g)，一段时间后达到平衡，生成n mol Z。则下列说法中正确的是( )
A．物质X、Y的转化率之比为1∶2
B．起始时刻和达到平衡后容器中的压强之比为(a＋b)∶
C．当2v正(X)＝v逆(Y)时，反应一定达到平衡状态
D．充入惰性气体(如Ar)，平衡向正反应方向移动
答案 C
解析 根据化学方程式，X、Y转化的物质的量分别为0.5n mol、n mol，故X、Y的转化率之比为∶＝b∶2a，A项错误；由于该反应在恒温、恒压下进行，因此起始时和平衡时容器中的压强之比为1∶1，B项错误；当2v正(X)＝v逆(Y)时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，C项正确；充入惰性气体(如Ar)，由于保持恒压，则容器体积增大，平衡向气体分子数增多的方向(逆反应方向)移动，D
项错误。
4．对于平衡体系：aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g) ΔH＜0，下列判断，其中正确的是( )
A．若温度不变，容器体积扩大一倍，此时气体A的浓度是原来的0.48倍，则a＋b＞c＋d
B．若从正反应开始，平衡时，气体A、B的转化率相等，则起始时气体A、B的物质的量之比为b∶a
C．若平衡体系中共有气体m mol，再向其中充入n mol B，达到平衡时气体总物质的量为(m＋n) mol，则a＋b＝c＋d
D．升高温度，平衡向右移动
答案 C
解析 若温度不变，容器体积扩大一倍，如果反应前后气体分子数不变，则A的浓度为原来的0.5倍，现为原来的0.48倍，说明平衡向气体分子数增多的方向(正反应方向)移动，则a＋b＜c＋d，A错误；假设起始气体A、B的物质的量分别为x mol、y mol，反应后A转化了z mol，那么B转化了 mol，转化率相等则＝，故＝，B错误；当a＋b＝c＋d时，无论平衡怎么移动，气体总物质的量是不变的，C正确；正反应为放热反应，升高温度，平衡左移，D错误。
5．一定量的混合气体在密闭容器中发生反应：mA(g)＋nB(g)??pC(g)达到平衡时，维持温度不变，将气体体积缩小到原来的，当达到新的平衡时，气体C的浓度变为原平衡时的1.9倍，则下列说法正确的是( )
A．m＋n>p B．m＋nn
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
答案 C
解析 温度不变时，当体积扩大到原来的两倍时，Y的浓度降低的倍数小于2，所以可确定增大体积，平衡正向移动，则有m0，B、D项错误。
8．(2017·陕西咸阳模拟)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。反应NO2(g)＋SO2(g)??SO3(g)＋NO(g)，在一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是( )
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变
D．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2
答案 B
解析 该反应前后气体分子总数不变，因此压强保持不变不能作为平衡的标志，A错；混合气体颜色不变，则NO2的浓度保持不变，可以作为平衡的标志，B对；无论何种状态，SO3、NO的体积比始终为1∶1，不能作为平衡的标志，C错；每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2，是同方向的反应，不能作为平衡的标志，D错。
9. (2017·海淀区模拟)在盛有足量A的体积可变的密闭容器中，加入B，发生反应：A(s)＋2B(g)??4C(g)＋D(g) ΔH＜0。在一定温度、压强下达到平衡。平衡时C的物质的量与加入的B的物质的量的变化关系如图。下列说法正确的是( )
A．若保持压强一定，当温度升高后，则图中θ＞45°
B．若再加入B，则正、逆反应速率均增大
C．平衡时B的转化率为50%
D．若保持压强一定，再加入B，则平衡后反应体系气体密度减小
答案 C
解析 压强一定，当升高温度时，平衡逆向移动，则C的物质的量减少，图中θ＜45°，A错误；因为压强不变，所以再加入B，容器的体积必然增大，结果会使逆反应速率减小，B错误；根据图像结合方程式知，加入的B物质的物质的量与生成C物质的物质的量相等，所以该反应中有一半的B物质反应，所以其转化率为50%，C正确；假设加入的B物质是n mol，其中有一半的B参加反应，
A(s)＋2B(g)===4C(g)＋D(g)
1 2 4 1
n n n n
设A的摩尔质量为MA、B的摩尔质量为MB，达平衡时，混合气体的密度ρ＝＝＝，根据密度公式知，气体的密度与加入B的多少无关，所以若再加入B，则再次达到平衡时反应体系气体密度始终不变，D错误。
10．(2018·河北高三联考)T ℃时，在容积为2 L 的3个恒容密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)??xC(g)，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
下列说法正确的是( )
A．若x<4，则2c1c2，A项错误；若x＝4，则反应前后气体分子数相等，由于起始时甲容器中A、B的投入量之比与化学方程式中对应化学计量数之比不相等，故w3不可能等于w1，B项错误；起始时乙容器中A、B的投入量是甲容器的2倍，两容器的容积相等，故恒有2ρ1＝ρ2，C项正确；起始时乙容器中A、B的浓度是甲容器中的2倍，故乙容器达到平衡所需的时间比甲容器达到平衡所需的时间短，D项错误。
11．(2017·湖北荆州联考)常温常压下向一2 L的恒温密闭容器中
投入2 mol A和1 mol B，发生可逆反应3A(g)＋2B(s)??2C(g)＋D(g) ΔH＝－a kJ/mol(a>0)。5 min 后达平衡，测得容器中n(C)＝
0.8
mol。则下列说法正确的是( )
A．使用催化剂或缩小容器体积，该平衡均不会移动
B．3v(A)＝2v(C)＝0.16 mol/(L·min)
C．升高温度，该平衡正向速率减小，故平衡逆向移动
D．该可逆反应达平衡后，放出a kJ的热能(假设化学能全转化为热能)
答案 A
解析 由于该反应反应前后体积不变，缩小容器体积平衡不移动，使用催化剂平衡也不会移动，A正确；各物质的化学反应速率之比等于其相应的化学计量数之比，应该是2v(A)＝3v(C)＝0.24 mol/(L·min)，B错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，正反应为放热反应，故平衡逆向移动，C错误；反应掉3 mol A才会放出a kJ热量，由于该反应为可逆反应，2 mol A和1 mol B不可能完全反应，放出的热能小于a kJ，D错误。
二、非选择题(共23分)
12．(10分)甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用合成气制备甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)。
(1)下列各项不能够说明该反应已达到平衡的是________(填字母)。
A．一定条件下，单位时间内消耗1 mol CO同时生成1 mol
CH3OH
B．一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
C．一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
D．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
(2) 下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲
线。
①该反应的焓变ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1______(填“＞”“＜”或“＝”)K2。
③若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是________(填字母)。
A．升高温度
B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．使用合适的催化剂
D．充入He，使体系总压强增大
答案 (1)A (2)①＜ ②＜ ③B
解析 (1)消耗CO和生成甲醇都是正反应方向，不能说明达到平衡状态；甲醇的生成速率和分解速率相等说明达到平衡状态；各组分的浓度保持不变说明达到平衡状态；反应前后气体体积不等，恒容容器中，压强随着反应的进行发生变化，若压强不变则说明达到平衡状态。
(2)①T1先达到平衡说明T1＞T2，升高温度，CO的转化率减小，说明平衡逆移，则正反应放热，ΔH＜0。②升高温度平衡逆移，则平衡常数减小，则K1＜K2。③升高温度平衡逆移，甲醇产率降低，A错误；移走甲醇平衡正移，甲醇的产率增大，B正确；使用催化剂平衡不移动，甲醇的产率不变，C错误；恒容容器中加入He，浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，D错误。
13．(13分)甲醇脱氢可制取甲醛：CH3OH(g)??HCHO(g)＋H2(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示，请回答下列问题：
(1)下列叙述不能说明该脱氢反应已达到平衡状态的是________(填序号)。
a．v正(CH3OH)＝v逆(HCHO)
b．c(HCHO)＝c(CH3OH)
c．消耗1 mol CH3OH同时生成1 mol HCHO
d．CH3OH的体积分数保持不变
(2)该脱氢反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)，判断依据是_________________________________________________________。
(3)600 K时，Y点甲醇的v正________v逆(填“>”“<”或“＝”)，判断依据是_________________________________________________。
(4)若t1 K时反应达到平衡后，将反应容器的容积减小一半，平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断依据是___________________________________________________。
答案 (1)bc
(2)> 温度越高，甲醇的平衡转化率越大，说明升高温度平衡正向移动
(3)< Y点甲醇的转化率大于X点甲醇的平衡转化率，说明反应逆向进行
(4)逆反应 增大压强平衡向分子数减小的方向移动
解析 (1)v正＝v逆，说明反应达到平衡状态，a正确；c(HCHO)＝c(CH3OH)，两者浓度相等不能作为反应达到平衡的判据，b
错误；消耗CH3OH和生成HCHO均表示正反应，不能作为判断反应达到平衡的判据，c错误；CH3OH的体积分数不变，说明反应达到平衡状态，d正确。
(2)由图像可知，随温度升高，CH3OH平衡转化率增大，说明平衡正向移动，正反应是吸热反应。
(3)由图像可知，600 ℃时，X点为平衡点，Y点向X点移动，甲醇的转化率降低，反应向逆反应方向进行。
(4)压缩体积，气体压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向逆反应方向移动。
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