第七章第二讲化学平衡状态

第二讲化学平衡状态1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。

2．掌握化学平衡的特征。

3．能正确计算化学反应的转化率(α)。

4．理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。

5．了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

2016，卷甲27T(1)(2)；2016，卷乙27T(2)；2016，卷丙27T(2)(4)；2015，卷Ⅰ 28T(4)；2015，卷Ⅱ 27T(3)；2014，卷Ⅰ 28T(3)；2014，卷Ⅱ 26T(2)(3)可逆反应化学平衡状态[知识梳理]一、可逆反应1．定义：在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。

2．特点：(1)二同：①相同条件下；②正、逆反应同时进行。

(2)一小：反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小于100%。

3．表示：在方程式中反应符号用“”表示。

二、化学平衡状态1．概念：一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。

2．特点[自我检测]1．向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生反应：2SO2＋O2催化剂△2SO3，充分反应后生成SO3的物质的量________2 mol(填“<”“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量________0 mol，转化率________100%。

答案：<><2．(教材改编题)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到平衡状态的是()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．气体的总物质的量解析：选B。

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；A为固体，不能用来判断是否达到平衡状态；若反应正向移动，混合气体的质量增加，则混合气体的平均相对分子质量变大，反之变小，故混合气体的平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡状态。

(1)可逆反应不等同于可逆过程。

可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。

(2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立。

(3)化学反应达到化学平衡状态的正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。

(4)化学反应达到平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但不一定相等。

(2017·成都模拟)在一个密闭容器中用等物质的量的A和B发生反应：A(g)＋3B(g)2C(g)，该反应达到平衡时，平衡混合气中A的体积分数为() A．50%B．60%C．70% D．无法计算[解析]设起始和转化的A的物质的量分别为a mol和b molA(g)＋3B(g)2C(g)起始(mol)：a a反应(mol)：b3b2b平衡(mol)：a－b a－3b2b混合气中A的体积分数为(a－b)÷(2a－2b)×100%＝50%。

[答案] A(1)如果将方程式中C的化学计量数改为1，则答案选什么？(2)如果将A的体积分数改为A的转化率，则答案选什么？答案：(1)如果C 的化学计量数改为1，则 A(g)＋3B(g)C(g)起始量(mol) a a 0 转化量(mol) b 3b b 平衡量(mol) a －b a －3b b平衡混合气中A 的体积分数为[(a －b )/(2a －3b )]×100%，无法计算，选D 。

(2)A 的转化率为ba×100%，因此无法计算其转化率，选D 。

从定性、定量两个角度考查可逆反应的特点1．在已达到平衡的可逆反应2SO 2＋O 2催化剂△2SO 3中，充入由18O 组成的氧气一段时间后，18O 存在于下列物质中的( )A ．多余的氧气中B ．生成的三氧化硫中C ．氧气和二氧化硫中D ．二氧化硫、氧气和三氧化硫中解析：选D 。

化学平衡是动态平衡，18O 2的加入一定会与SO 2结合生成含18O 的SO 3，同时含18O 的SO 3又会分解得到SO 2和O 2，使SO 2中也含有18O ，因此18O 存在于SO 2、O 2、SO 3这三种物质中。

2．在一定条件下发生反应：3A(g)＋2B(g)x C(g)＋2D(g)，在2 L 密闭容器中，把4 molA 和2 molB 混合，2 min 后达到平衡时生成1.6 molC ，又测得反应速率v B ＝0.2 mol·L－1·min －1，则下列说法中正确的是()A ．x ＝3B ．B 的转化率为20%C ．平衡时气体压强是原来的0.94倍D ．达到平衡时A 的浓度为1.4 mol·L －1解析：选D 。

反应的B 的物质的量为0.2 mol·L －1·min －1×2 L ×2 min ＝0.8 mol 。

3A(g) ＋ 2B(g)x C(g) ＋ 2D(g)起始 4 mol 2 mol 0 0 反应 1.2 mol 0.8 mol 1.6 mol 0.8 mol 平衡 2.8 mol 1.2 mol 1.6 mol 0.8 mol所以可以计算出：x ＝4，B 的转化率为40%，平衡时气体压强是原来的1.07倍，达到平衡时A 的浓度为1.4 mol·L －1。

化学平衡状态的判定3．反应2SO2(g)＋O2(g)催化剂2SO3(g)在恒温恒容密闭容器中进行，下列可作为判断△其达到平衡状态的标志的是()①SO2和SO3的浓度相等②SO2的质量分数保持不变③容器中气体的压强保持不变④SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等⑤容器中混合气体的密度保持不变⑥容器中气体的平均摩尔质量保持不变⑦2v正(SO2)＝v逆(O2)⑧单位时间内生成n mol O2的同时消耗2n mol SO3A．①②④⑤B．②③⑦⑧C．②③⑤⑥D．②③⑥解析：选D。

判断一个化学反应达到平衡状态依据的原则是“变量不变达平衡”。

①反应物和生成物的浓度不变时达到平衡状态，而不是浓度相等，错误；②SO2的质量分数是变量，不变时达到平衡状态，正确；③反应在恒容密闭容器中进行，且该反应是反应前后气体分子数发生变化的反应，故容器中气体的压强是变量，当压强不变时达到平衡状态，正确；④SO3的生成速率与SO2的消耗速率是同一个反应方向，一定相等，错误；⑤容器的容积固定，气体的质量固定，混合气体的密度是定量，错误；⑥反应前后气体的物质的量发生变化，而气体总质量不变，因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变时，一定达到平衡状态，正确；⑦正确的关系式为v正(SO2)＝2v逆(O2)，错误；⑧单位时间内生成n mol O2的同时消耗2n mol SO3，这个关系一直存在，与是否达到平衡无关，错误。

4．(2017·洛阳高三统考)在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的标志是()A．A、B、C的分子数之比为1∶3∶2B．C的生成速率与A的生成速率相等C．单位时间内生成n mol A同时生成3n mol BD．A、B、C的浓度不再变化解析：选D。

当A、B、C的分子数之比为1∶3∶2时，反应不一定达到平衡状态，A 项不符合题意；当C的生成速率是A的生成速率的2倍时，反应达到平衡状态，B项不符合题意；C项指的是同一反应方向，无论反应是否达到平衡状态，单位时间内生成n mol A，同时会生成3n mol B，C项不符合题意；当反应体系中各物质的浓度不再变化时，反应达到平衡状态，D项符合题意。

1．化学平衡状态的判断思路(1)“逆向相等”反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等。

(2)“变量不变”如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时反应达到平衡状态；一个随反应进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。

2．化学平衡状态的判断方法以m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)为例：类型判断依据平衡状态混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定平衡②各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡③各气体的体积或体积分数一定平衡正、逆反应速率的关系①在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A 平衡②在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C 不一定③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q不一定④在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D 不一定压强①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡②m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定平均相对分子质量(M r)①m＋n≠p＋q时，M r一定平衡②m＋n＝p＋q时，M r一定不一定气体密度①m＋n≠p＋q，恒温恒压时，密度保持不变平衡②m＋n＝p＋q时，密度保持不变不一定③恒温恒容时，密度保持不变不一定温度体系温度一定(其他条件一定) 平衡颜色反应体系内有色物质的颜色不再改变平衡5．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是()A．c1∶c2＝3∶1B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L－1解析：选D。

X、Y平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应，且v Y(生成)∶v Z(生成)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0<c1<0.14 mol·L－1，D正确。

6．在密闭容器中进行反应：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，各物质的浓度可能是()A．Z为0.3 mol·L－1B．Y2为0.4 mol·L－1C．X2为0.2 mol·L－1D．Z为0.4 mol·L－1解析：选A。

可设X2的转化量为x，然后根据三段式，将题中各选项中各物质的物质的量代入，计算出x的值是否合理，如果合理则就有可能，若不合理就不可能。