课时作业1：2.3.1 化学平衡状态

[基础过关]
一、化学平衡状态的建立与特征
1．在一定条件下，使NO和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法中不正确的是() A．反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后为零
C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变
D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变
答案 B
解析化学平衡建立过程中，反应物浓度减小，故正反应速率减小，生成物浓度增大，故逆反应速率增大，当二者相等时达平衡状态，但都不为零。

2．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1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生：N2＋3H22NH3，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、H2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
答案 C
解析当可逆反应达到化学平衡状态时，v正＝v逆≠0，各组分的浓度(或质量)保持不变，但不一定相等。

3．14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋C2CO，达到平衡后，平衡混合物中含14C 的粒子有()
A．14CO2B．14CO2、14CO
C．14CO2、14CO、14C D．14CO
答案 C
解析当可逆反应达到平衡状态时，反应并没停止，是一种动态平衡，所以14C在三种物质中都含有。

4．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、0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()
A．Z为0.2 mol·L－1
B．Y2为0.35 mol·L－1
C．X2为0.3 mol·L－1
D．Z为0.4 mol·L－1
答案 A
解析对于一定条件下已建立的平衡状态，其起始状态可以是从正反应方向开始，也可以是从逆反应方向开始。

X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.2 0.2
极端情况浓度（Ⅰ）(mol·L－1) 0.2 0.3 0
极端情况浓度（Ⅱ）(mol·L－1) 0 0.1 0.4
所以0<c(X2)<0.20.1<c(Y2)<0.30<c(Z)<0.4。

二、化学平衡状态的判断
5．在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol O2和2 mol NO，发生如下反应：O2(g)＋2NO(g) 2NO2(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O2、NO、NO2的浓度之比为1∶2∶2
D．单位时间内生成1 mol O===O，同时生成2 mol NO2
答案 C
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系数比，不能反映量已固定，所以，不一定是平衡状态；D项，O===O的生成是逆向反应，生成NO2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。

6．可逆反应N2＋3H22NH3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已达到平衡状态的是()
A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
答案 C
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速率进行比较。

7．一定条件下，在体积为1 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y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2n mol X 的同时生成n mol Z
答案 A
解析 反应过程中原子个数守恒，所以C 不合题意；消耗2n mol X 与生成n mol Z 是同一反应方向，也不能说明反应已达平衡；浓度之比为2∶1∶1，不能说明浓度保持不变。

8．恒温恒容的情况下，反应A 2(g)＋B 2(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2n mol AB 的同时，生成n mol 的B 2
D ．A 2、B 2、AB 的反应速率比为1∶1∶2的状态
答案 C
解析 ρ＝m V
，m 、V 始终不变，则ρ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2n mol AB 时消耗n mol B 2(正向反应速率)，同时生成n mol B 2(逆向反应速率)，正、逆反应速率相等，说明反应已达平衡；无论是否达到化学平衡，三者反应速率之比始终为1∶1∶2。

9．下列说法中，可以证明反应N 2＋3H 22NH 3已达到平衡状态的是( ) ①1个N ≡N 键断裂的同时有3个H —H 键形成
②N 2、H 2、NH 3的分子数之比为1∶3∶2 ③1个N ≡N 键断裂的同时有6个N —H 键形成 ④N 2、H 2、NH 3的浓度不再变化
A ．①④
B ．②③
C ．①③
D ．②④
答案 A
解析 ①中有一个N ≡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，v 正＝v 逆，故能说明反应达到平衡状态；②平衡时，N 2、H 2、NH 3的分子数之比不一定为1∶3∶2；③中一个N ≡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。

[能力提升]
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)＋H 2O(g)
CO(g)＋H 2(g)； 乙：CO(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋H 2(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断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的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．③④⑥C．⑥⑦D．④⑤
答案 D
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，①②⑥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；生成氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍，经转化，水中氢氧键断裂速率等于生成氢氧键速率，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。

11．在一定条件下，可逆反应A2(g)＋B2(g)2C(g)达到平衡时，各物质的平衡浓度c(A2)＝0.5 mol·L－1、c(B2)＝0.1 mol·L－1、c(C)＝1.6 mol·L－1，若用a、b、c分别表示A2、B2、C 的初始浓度(mol·L－1)，则：
(1)a、b应满足的关系是____________________________________；
(2)a的取值范围是____________________________________。

答案(1)a＝b＋0.4(2)0.4≤a≤1.3
解析(1)设转化过程中，A2(g)转化浓度为x mol·L－1，则B2(g)转化浓度为x mol·L－1。

平衡浓度：a－x＝0.5，b－x＝0.1，解得a＝b＋0.4。

(2)由于无法判断平衡是从哪个方向建立的，可以分两种情况分析：从正反应方向进行，从逆反应方向进行。

考虑两种极端情况：①A2、B2为起始物；②A2、C为起始物。

根据题意，建立如下关系：
A2(g)＋B2(g) 2C(g)
平衡浓度/mol·L－10.5 0.1 1.6
浓度变化①/mol·L－10.5＋0.8 0.1＋0.8 0
浓度变化②/mol·L－10.5－0.1 0 1.6＋0.2
所以a的取值范围是0.4≤a≤1.3。

12．一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。

请回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为__________________________________________________。

(2)在t2时刻存在的等量关系是______________，此时反应是否达到化学平衡状态？________(填“是”或“否”)。

(3)在t3时刻v正________v逆(填“>”、“<”或“＝”)，理由是_______________________。

答案(1)2N M
(2)n(M)＝n(N)否
(3)＝M和N的物质的量不再发生变化，所以反应已达到平衡状态，故v正＝v逆
解析(1)当N减少4 mol时，M增加2 mol，所以化学方程式为2N M。

(2)t2时刻，n(M)＝n(N)＝4 mol，t2时刻后，N物质的量继续减小，M物质的量继续增加，故仍未达到平衡。

(3)t3时刻时，M和N的物质的量均不再发生变化，所以反应已达到平衡状态。

[拓展探究]
13.
698 K时，向V L的密闭容器中充入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)ΔH＝－26.5 kJ·mol－1，测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。

请回答下列问题：
(1)V＝__________。

(2)该反应达到最大限度的时间是________，该时间内平均反应速率v(HI)＝________。

(3)该反应达到平衡状态时，________(填“吸收”或“放出”)的热量为__________。

答案(1)2(2)5 s0.316 mol·L－1·s－1
(3)放出41.87 kJ
解析(1)由图知初始反应时，c(H2)＝c(I2)＝1 mol·L－1，而加入的H2和I2的物质的量均为2 mol，所以V＝2。

(2)反应达到最大限度即达到化学平衡，所需时间为5 s，
v(HI)＝1.58 mol·L－1
5 s＝0.31
6 mol·L
－1·s－1。

(3)可逆反应从正反应建立，所以需放出热量。

由反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)ΔH＝－26.5 kJ·mol－1，达到平衡时共生成n(HI)＝1.58 mol·L－1×2 L＝3.16 mol，
26.5 kJ
所以放出的热量为
2 mol×3.16 mol＝41.87 kJ。