高中化学化学平衡 例题解析人教版选修四

化学平衡例题解析
【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0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L，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0.3mol/L
B.Y2为0.35mol/L
C.X2为0.2mol/L
D.Z为0.4mol/L
【分析】理解“可逆反应”的定义：在同一条件下，反应既能向生成物方向移动，又能向反应物方向移动。

任何可逆反应，反应物都不可能百分之百地转化为生成物。

若反应向右进行，则X2、Y2、Z三种物质的浓度范围依次是：0~0.1mol/L、0.2mol/L~0.3mol/L、0.2mol/L~0.4mol/L；若反应向左进行，则X2、Y2、Z 三种物质的浓度范围依次是：0.1~0.2mol/L、0.3mol/L~0.4mol/L、0mol/L~0.2mol/L。

【答案】A、B。

【例2】在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g) 2AB(g)
达到平衡的标志是（）
A．单位时间内生成n mol A2，同时生成n mol AB B．容器内总压强不随时间改变
C．单位时间内生成2n mol AB同时生成n mol B2 D．任何时间内A2、B2的物质的量之比为定值【知识点拨】一定条件下可逆反应中正反应与逆反应的速率相等，反应混和物中各组分的浓度保持不变的状态叫化学平衡状态。

化学反应达到平衡后，反应混和物的百分组成一定可引伸为物质的物质的量浓度、质量分数、体积（物质的量）分数一定、反应物的转化率（利用率）一定。

化学平衡的特征：⑴化学平衡是一种动态平衡，即v正=v逆≠0。

（动）
⑵外界条件（如浓度、温度和压强等）不改变时，化学平衡状态不变。

（定）
说明：化学平衡状态与反应从正反应开始还是从逆反应无关。

⑶当外界条件发生改变时，化学平衡发生移动，直
至达到新的化学平衡。

（变）
【分析】因为左边化学计量数之和为2，右边也为2，所以无论从左边反应开始，还是从右边加入生成物开始，总过程，气体压强始终不变，所以B是错误的。

根据化学计量数关系，如果正反应速率看作单位时间AB生成为2mol的话，逆反应生成B2或A2各1mol，是平衡状态，即正反应速率等于逆反应速率了。

（C）是正确的，任何时间内A2和B2反应的化学计量数之比都是1:1，但初始加的A2和B2如果不同，那么它们在反应混合物中物量的量之比不可能为定值。

【答案】C
【例3】某温度下H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数是50，在这个温度下使H2与I2(g)发生反应，反应开始时，碘蒸气的浓度是1mol/L，当达到平衡时c(HI)=0.9mol/L，求H2的转化率。

【知识点拨】可逆反应：m A(g)+n B(g)
p C(g)+q D(g)，化学平衡常数：
式中A、B、C、D的浓度均为平衡浓度。

化学平衡常数K 的意义：①K 越大，反应进行的程度越大，转化率越大。

②K 的大小只与起始浓度无关，只随温度变化而变化，K 值越大（一定温度下）说明反应进行程度越大，反应物转化率也越大。

【分析】H 2的转化率=%10022⨯的起始浓度
的转化浓度H H 根据题给条件可知，H 2的转化浓度应该是HI 平衡浓度的一半为0.45mol/L 。

因此要求出H 2的转化率必然应求出H 2的起始浓度。

而H 2的起始浓度为H 2的转化浓度和H 2平衡浓度之和。

解：设c (H 2)的起始浓度为x mol/L 。

c (H 2)的平衡浓度为y mol/L 。

H 2 + I 2(g) 2HI 起始浓度（mol/L ） x 1 0
转化浓度（mol/L ） 29.0 2
9.0 0.9 平衡浓度（mol/L ） y 0.55 0.9
∴5055.09.0]][[][2222===y
I H HI K
y=0.0295mol/L
x=0.0295+0.45=0.4795mol/L
∴H 2转化率= 4795
.045.0100%=93.8% 【答案】93.8%
【例4】在一个固定体积的密闭容器中，加入2mol A 和1mol B ，发生反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(g) 达平衡时，c (C)＝w mol/L 。

若维持容器内体积和温度不变，按下列四种配比作起始物质，达平衡后，C 浓度仍为w mol/L 的是（ ）
A. 1mol A ＋0.5mol B ＋1.5mol C ＋0.5 D
B. 2mol A ＋1mol B ＋3mol C ＋1mol D
C. 3mol C ＋1mol D ＋1mol B
D. 3mol C ＋1mol D
【知识点拨】等价转化是一种数学思想，借用到化学平衡中，可以简化分析过程。

它指的是：化学平衡状态的建立与反应途径无关，即不论可逆反应是从正方向开始，还是从逆方向开始，抑或从中间状态开始，只要起始所投入的物质的物质的量相当，则可达到等效平衡
状态。

这里所说的“相当”即是“等价转化”的意思。

【分析】根据反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋ D(g)
A 1mol 0.5mol 1.5mol
0.5mol
可看作1.5mol C和0.5mol D是A、B投料后反应的
生成物，即它们相当于A和B分别投料1mol和0.5mol，则原始A、B各投料2mol和1mol。

D中是从逆反应开始，但起始浓度与正反应起始浓度相当，所以A、D是正确
选项。

而B相当于正反应起始浓度4mol A和2mol B，
则平衡时c (C)>w mol/L，而C相当于正反应起始浓度
为2mol A和2mol B，则平衡时A的转化率提高，c(C) >w mol/L。

【答案】A D
【例5】（1）下列方法中可以证明2HI(g) H2(g) +I2(g)已达平衡状态的是__________________。

①单位时间内生成n molH2的同时生成n mol HI，
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂，
③百分组成w(HI)=w(I2)
④反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2时，
⑤c(HI):c(H2):c(I2)=2:1:1时，
⑥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，混合气体的颜色不再变化，
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。

（2）在上述⑥~⑩的说法中能说明2NO2N2O4达到平衡状态的是___________。

【知识点拨】判断化学平衡状态常用方法的归纳：项目m A(g)+n B(g) p C(g)+q D(g)
混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或物质的量分数一
定
平衡
②各物质的质量或质量分数一定平衡
③各气体的体积或体积分数一定平衡
④总体积、总压力、总物质的量一定
不一定
平衡
正、逆反应速率的关系①在单位时间内消耗了m molA的同时生成
m molA,
即v(正)=v(逆)
平衡
②在单位时间内消耗n molB的同时消耗
p molC，
即v(正)=v(逆)
平衡
【分析】观察第（1）题反应的特征可知：此反应在反应前后气体的体积不发生变化，即在反应的任何一个阶段，容器内压强不发生改变。

气体的总质量不变、总的物质的量不变，因此混合气体的密度、平均相对分子质量均不发生改变。

观察第（2）题反应的特征：反应前后气体体积发生改变，因此其平均相对分子质量、混合气体密度都发生改变，当反应处于平衡状态时，这些都不再改变，此时c(NO2)恒定，颜色不再变化。

【答案】（1）②⑥⑨（2）⑥⑦⑧⑨⑩
【例6】已知293K时氢氧化钙的溶解度为0.165克/100克水及在0.9282Pa的二氧化碳压力下碳酸钙的溶解度为0.109克/100克水。

请用计算说明，当持续把二氧化碳（压强为0.982 Pa，下同）通入饱和石灰水，开始生成的白色沉淀会否完全“消失”？
在多次实验中出现了下列现象，请解释。

1．把由碳酸钙和盐酸（6mol/L）作用生成的二氧化碳直接通入饱和石灰水溶液，所观察到的现象是：开始通二氧化碳时生成的沉淀到最后完全“消失”。

若使生成的二氧化碳经水洗后再通入饱和石灰水溶液，则开始生成的白色沉淀到最后就不能完全“消失”，为什么？
2．把饱和石灰水置于一敞口容器中，过了一段时间后溶液表面有一层硬壳。

把硬壳下部的溶液倒入另一容器中，再通入经水洗过为二氧化碳，最后能得清液，请解释。

若把硬壳取出后，全部放回到原石灰水溶液中，再持续通入经水洗过的二氧化碳，最后能得清液吗？
3．用适量水稀释饱和石灰水溶液后，再持续通入经水洗过的二氧化碳，结果是因稀释程度不同，有时到最后能得清液，有时得不到清液。

请估算用水把饱和石灰水稀释多少倍时，谁能得到清液？（设反应过程中温度保持恒定，即293K）
【分析解答】饱和石灰水浓度0.0223mol/L；在0.982Pa下碳酸钙的溶解度为0.0109mol/L；不能全溶。

1．由于生成的CO2中带有HCl气体之故；
2．硬壳是CaCO3，其生成并取出使石灰水浓度减小，再通CO2于其中则生成的CaCO3量小于上条件下CaCO3溶解浓度，所以可得清液。

（略）
3．1.05倍
【例7】（江苏省1998年奥赛初赛试题）在5.00L 的烧瓶中，导入35.7g五氯化磷，维持在250℃发生反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)。

达平衡时，分析平衡混合物，发现其中有8.75g氯气，则此反应在该温度下的
平衡常数K c =c (PCl 3)·c (Cl 2)/c (PCl 5)最接近（ ）
A.0.0633
B.0.315
C.2.56
D.15.8
【分析解答】利用题目所给的条件，求出平衡时的
c (Cl 2)、c (PCl 3)、c (PCl 5)，即可求出K c 的值。

PCl 5(g)
PCl 3(g) + Cl 2(g)
起始浓度（mol ·L -1）
55.2087.35⨯ 0 0
平衡浓度（mol ·L -1）
55.2087.35⨯-57175.8⨯ 5
7175.8⨯ 57175.8⨯ 可求得K c 最接近（A ）选项的值。

【思维误区】因为烧瓶的容积为5L ，故求算平衡
时各组分浓度时，切不可忘记除以5L ，否则将得出K c =0.315的结果，错选B 。

【视野拓展】通过分析、综合、归纳弄清起始浓度、
平衡浓度、平衡常数和转化率四者之间的互换关系，并列出下面图解。