2018-2019版高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度（课件+学案）（打包6套）苏教版选修4.zip

1第 1 课时 化学反应方向[学习目标定位] 1.了解自发过程和化学反应的自发性。2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。3.初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。一、自发过程和自发反应1.自发过程：在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题：(1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是________(填字母)。A.水由高处往低处流B.气温升高冰雪融化C.室温下，水自动结成冰D.生锈的铁变光亮答案 AB(2)自发过程具有的特点①能量角度体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。②混乱度角度体系趋向于从有序状态转变为无序状态。2.有下列化学反应：①白磷自燃、②氯化氢分解、③煤燃烧、④钠与水反应、⑤酸碱中和反应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是①④⑤，属于放热反应的是①③④⑤。二、化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系1.化学反应进行的方向与焓变的关系2(1)分析下列反应进行的方向与 Δ H 之间的关系：①NaOH(aq)＋HCl(aq)= ==NaCl(aq)＋H 2O(l)，酸碱中和反应是放热反应，Δ H0，该反应在常温下能自发进行。④CaCO 3(s)===CaO(s)＋CO 2(g) Δ H0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。(2)自发反应与焓变的关系多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。2.化学反应进行的方向与熵变的关系(1)熵的概念自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为 S。熵值越大，体系的混乱度越大。(2)影响熵大小的因素①同一条件下，不同的物质熵值不同。②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如同一种物质不同状态时熵值大小为 S(g)S(l)S(s)。③气态物质的物质的量越大，分子数越多，熵值越大。(3)熵判据在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号 Δ S)大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称为熵判据。①当 Δ S0 时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。②当 Δ S0，有利于反应自发进行。3(3)在实际的化学反应中，若 Δ H 与 Δ S 符号相同时，对化学反应的方向的影响作用出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。例 1 下列自发反应可用焓判据来解释的是( )A.2N2O5(g)===4NO2(g)＋O 2(g)Δ H＝56.7 kJ·mol －1B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH 3(g)Δ H＝74.9 kJ·mol －1C.2H2(g)＋O 2(g)===2H2O(l)Δ H＝－571.6 kJ·mol －1D.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO 2(g)Δ H＝178.2 kJ·mol －1答案 C解析 从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，使体系能量降低，表现为放热反应，较易进行。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应焓变与反应方向例 2 下列说法正确的是( )A.在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行B.NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H 2O(g)＋CO 2(g) Δ H＝185.57 kJ·mol－1 ，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向答案 B解析 A 项，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行，错误；C 项，焓变和熵变均不能单独作为反应自发性的判据，错误；D 项，使用催化剂只能降低反应的活化能，增大反应速率，不能改变反应的方向，错误。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应焓变、熵变与反应方向的综合三、化学反应进行的方向与自由能变化的关系1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向(1)由焓判据知放热反应是易自发进行的；由熵判据知熵值增加是自发的。很多情况下用不同的判据判定同一个反应，可能会出现相反的判断结果。4(2)体系的自由能变化(符号为 Δ G，单位为 kJ·mol－1 )综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，Δ G＝Δ H－ TΔ S。2.已知反应：2NO(g)＋2CO(g)= ==N2(g)＋2CO 2(g)在 298 K、101 kPa 的条件下，其Δ H＝－113.0 kJ·mol －1 ，Δ S＝－145.3 J·mol －1 ·K－1 。该反应______(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的 NO，理由为________________________________________________________________________________________。答案 能 该反应的 Δ H－ TΔ S≈－69.7 kJ·mol －1 0，则 Δ G0，Δ S0，反应一定不能自发进行。③当 Δ H0，Δ S0 或 Δ H0，反应后气体体积增大，Δ S＞0，错误；D 项是吸热反应，Δ H0，反应后气体体积增大，Δ S＞0，错误。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据例 4 回答下列问题：(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解 CO2，发生反应：2CO 2(g)===2CO(g)＋O 2(g)，该反应的 Δ H________(填“” “0，Δ S0，则：①该反应常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。(3)已知 CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO 2(g)＋CO 2(g)Δ H＝218 kJ·mol －1 ，该反应能够自发进行的反应条件是________。(4)某吸热反应能自发进行，则该反应的 Δ S________(填“”或“ 不能 (2)①不能 ②能 (3)高温(4)解析 (1)该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以Δ H0，Δ S0，故低温下 Δ G＝Δ H－ TΔ S0，反应不能自发进行。(2)①常温下石灰石不分解。②该反应的 Δ H0，Δ S0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。(3)自发反应的条件是 Δ H－ TΔ S0，故T ，即 T 值较大，该反应应在高温下进行。Δ HΔ S(4)吸热反应能自发进行，即 Δ H0，Δ H－ TΔ S0，故 Δ S0。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据1.知道了某过程有自发性之后，则( )A.可判断过程的方向B.可确定过程是否一定会发生C.可预测过程发生完成的快慢D.可判断过程的热效应答案 A6解析 判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与反应是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 自发过程与自发反应的概念辨析2.(2017·盐城高二期末)下列反应中 Δ H＞0，Δ S＞0 的是( )A.2Mg(s)＋CO 2(g)===2MgO(s)＋C(s)B.低温下能自发进行的反应：NH 3(g)＋HCl(g)= ==NH4Cl(s)C.高温下能自发进行的反应：SiO 2(s)＋2C(s)= ==Si(s)＋2CO(g)D.任何温度下均能自发进行的反应：2H 2O2(l)===2H2O(l)＋O 2(g)答案 C解析 反应 2Mg(s)＋CO 2(g)===2MgO(s)＋C(s)的 Δ H＜0，Δ S＜0，A 项错误；反应 NH3(g)＋HCl(g)= ==NH4Cl(s)的 Δ S＜0，低温下能自发进行，根据 Δ G＝Δ H－ TΔ S 可知 Δ H＜0，B项错误；反应 SiO2(s)＋2C(s)= ==Si(s)＋2CO(g)的 Δ S＞0，高温下能自发进行，说明反应Δ H＞0，C 项正确；任何温度下均能自发进行的反应说明 Δ H＜0，Δ S＞0，D 项错误。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应焓变与反应方向3.下列说法完全正确的是( )A.自发进行的反应均是放热反应B.Δ S 为正值的反应均能自发进行C.物质的量增加的反应，Δ S 为正值D.CaCO3(s)受热分解为 CaO(s)和 CO2(g)：Δ S0答案 D解析 有些吸热反应也可以自发进行，如(NH 4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH 3(g)，故 A 错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为反应是否自发的判据，故 B 错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即 Δ S 不一定为正值，如 2H2S(g)＋O 2(g)===2H2O(l)＋2S(s)，故 C 错；CaCO 3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应，故 D 正确。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应熵变与反应方向4.已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为Δ H－ TΔ S0 反应不能自发进行设反应 A===D＋E Δ H－ TΔ S＝(－4 500＋11 T) J·mol－1 ，要防止反应发生，温度必须( )A.高于 409 K7B.低于 136 KC.高于 136 K 而低于 409 KD.低于 409 K答案 A解析 要防止反应发生需满足 Δ H－ TΔ S0 的条件，解不等式得 T409 K，故 A 正确。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据5.向锥形瓶中加入约 20 g NH4Cl 晶体，在一小木块上洒少量水，将锥形瓶放在木头上，再向其中加入约 40 g Ba(OH)2·8H2O，如图所示。用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。回答下列各问题：(1)拿起木块时发现________________________，证明该反应的 Δ H________0(填“”或“”或“(2)2NH4Cl＋Ba(OH) 2·8H2O===BaCl2＋2NH 3↑＋10H 2O 气体 (3)AB解析 (3)该实验中反应方程式的特点为 Δ H0，Δ S0，因此 A、B 符合，C、D 项中反应的Δ H0D.2Mg(s)＋O 2(g)===2MgO(s) Δ H0，按焓判据反应不能发生，而题给条件是能自发进行，所以不能用“焓判据”解释该反应为自发反应。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应焓变与反应方向3.下列反应在常温下能自发进行，并既能用焓判据解释又能用熵判据解释的是( )A.HCl(g)＋NH 3(g)===NH4Cl(s)B.2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O 2(g)C.2Na2O2＋2H 2O===4NaOH＋O 2↑D.Ba(OH)2·8H2O＋2NH 4Cl===BaCl2＋2NH 3↑＋10H 2O答案 C解析 A 项，两种气体生成一种固体，熵减小，不能用熵判据解释，不符合题意；B 项是吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意；C 项，该反应是放热反应，生成物能量降低，能用焓判据解释，同时，固体与液体反应生成了气体，熵增加，也能用熵判据解释，符合题意；D 项，NH 4Cl 与 Ba(OH)2·8H2O 反应产生 NH3，熵增加，能用熵判据解释，同时温度降低，是一个吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应熵变与反应方向4.下列说法正确的是( )A.反应 N2(g)＋3H 2(g)2NH3(g)的 Δ H0B.反应 2CO＋2NO= ==N2＋2CO 2在常温下能自发进行，则反应的 Δ H＞0，Δ S＜0C.反应 TiO2(s)＋2Cl 2(g)===TiCl4(g)＋O 2(g) Δ H0 能自发进行，其原因是 Δ S0D.反应 NH3(g)＋HI(g)= ==NH4I(s)在低温下可自发进行，则 Δ H0，Δ S09答案 C解析 该反应的正反应为气体分子数减少的反应，Δ S0，Δ S0 时，不能判断 Δ G＝Δ H－ TΔ S 的正负，与 T 有关；②当 Δ H0，Δ S0，非自发反应；10③当 Δ H0 时，Δ G＝Δ H－ TΔ S0 它是非自发反应B W(s)＋ xG(g)===2Q(g) Δ H0答案 B解析 M(s)= ==X(g)＋Y(s)，为熵增大的反应，Δ S＞0，Δ H＞0，在高温条件下能自发进行，A 项错误；4X(g)＋5Y(g)= ==4W(g)＋6G(g)反应为气体体积增大的反应，Δ S＞0，所以当Δ H＜0 时，一定满足 Δ H－ TΔ S＜0，反应一定能够自发进行，当 Δ H＞0 时，当高温时，Δ H－ TΔ S＜0 成立，可以自发进行，C 项错误；4M(s)＋N(g)＋2W(l)= ==4Q(s)为气体体积减小的反应，Δ S＜0，当 Δ H＞0 时，Δ H－ TΔ S＞0，一定不能自发进行，D 项错误。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据9.已知反应 FeO(s)＋C(s)= ==CO(g)＋Fe(s)的 Δ H0(假定 Δ H、Δ S 不随温度而变化)，下列11叙述中正确的是( )A.低温下为自发过程，高温下为非自发过程B.高温下为自发过程，低温下为非自发过程C.任何温度下均为非自发过程D.任何温度下均为自发过程答案 B解析 由反应能否自发进行的判据 Δ H－ TΔ S 知：Δ H0、Δ S0 时，Δ H－ TΔ S 的值的正、负不能确定，此时将由温度 T 决定。当处于低温时，Δ H－ TΔ S0，反应非自发进行；当温度升高， TΔ S 的值增大，当 TΔ SΔ H，即 Δ H－ TΔ S0B.反应 NH3(g)＋HCl(g)= ==NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的 Δ H0、Δ S0，即 Δ HTΔ S，又知 T0、Δ S0(气体化学计量数反应后增大)，则 Δ H0，C 项不正确；D 项，该反应不能自发进行，则 Δ H－ TΔ S0，即Δ HTΔ S，又知 T0、Δ S0(气体化学计量数反应后增大)，则 Δ H0，D 项不正确。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据[综合强化]13.请按要求回答下列各题。(1)溶解少量蔗糖于水中，Δ S__________0(填“”或“ (2) (4)0。(2)乙烯聚合成聚乙烯由气态转化为固态，混乱度减小，Δ S0。(4)水蒸气凝结成水，由气态转化为液态，混乱度减小，Δ S0，Δ S0，Δ G＝Δ H－ TΔ S0 对自发反应起决定作用。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 反应熵变与反应方向1414.有 A、B、C、D 四个反应反应 A B C DΔ H/kJ·mol－1 10.5 1.80 －126 －11.7Δ S/J·mol－1 ·K－1 30.0－113.0 84.0 －105.0则在任何温度下都能自发进行的反应是________(填反应字母，下同)；任何温度下都不能自发进行的反应是________；在温度高于________ ℃时可自发进行的反应是________；在温度低于________ ℃时可自发进行的反应是________。( T＝273.15＋ t)答案 C B 76.85 A －161.72 D解析 在 任 何 温 度 下 都 能 自 发 进 行 的 反 应 满 足 Δ H－ TΔ S 恒 小 于 0， 即Δ H＜ 0， Δ S＞ 0， 满 足 此 条 件 的 为 反 应 C。 任 何 温 度 下 都 不 能 自 发 进 行 的 反 应 满 足Δ H－ TΔ S 恒 大 于 0， 即 Δ H＞ 0， Δ S＜ 0， 满 足 此 条 件 的 为 反 应 B。 反 应 A 的 复 合 判 据Δ H－ TΔ S＝ 10 500 J·mol－ 1－ T×30.0 J·mol－ 1·K－ 1，当 T＞350 K，即 t＞76.85 ℃时，Δ H－ TΔ S＜0，反应能自发进行。反应 D 的复合判据 Δ H－ TΔ S＝－11 700 J·mol－1 ＋ T×105.0 J·mol－1 ·K－1 ，当 T＜111.43 K，即 t＜－161.72 ℃时，Δ H－ TΔ S＜0，反应能自发进行。考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据15.已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。(1)已知 2CO(g)CO2(g)＋C(s)， T＝980 K 时，Δ H－ TΔ S＝0。当体系温度低于 980 K 时，估计 Δ H－ TΔ S________0(填“大于” “小于”或“等于” ，下同)；当体系温度高于 980 K时，估计 Δ H－ TΔ S________0。(2)电子工业中清洗硅片上的 SiO2(s)的反应为 SiO2(s)＋4HF(g)= ==SiF4(g)＋2H 2O(g) Δ H(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1 、Δ S(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1 ·K－1 ，设 Δ H 和Δ S 不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是________。答案 (1)小于 大于 (2)小于 T＜1 240 K解析 (1)C(s)＋CO 2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，Δ H＞0，则 2CO(g)CO2(g)＋C(s)为放热反应，Δ H＜0，且该反应 Δ S＜0，则当 T＜980 K 时，Δ H－ TΔ S＜0， T＞980 K 时，Δ H－ TΔ S＞0。(2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有 Δ H－ TΔ S＜0，即－94.0 kJ·mol－1 － T×(－75.8×10 －3 kJ·mol－1 ·K－1 )＜0，则 T＜≈1 240 K。94.0 kJ·mol75.8×10－ 3 kJ·mol－ 1·K－ 115考点 化学反应进行的方向及其判断题点 化学反应进行方向的复合判据1第 2 课时 化学平衡状态[学习目标定位] 1.了解化学反应的可逆性。2.通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，理解并会判断化学平衡状态的标志。一、化学平衡状态1.可逆反应(1)含义：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。(2)表示方法：如高温、高压并有催化剂作用的条件下，N 2和 H2反应生成 NH3的可逆反应可表示为 N2＋3H 2 2NH3。高 温 高 压 催 化 剂(3)特征①正、逆反应发生的条件相同。②反应不能进行到底，反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。2.化学平衡的建立在一定条件下，把 1 mol N2和 3 mol H2充入一密闭容器中，在一定条件下发生反应。根据要求填表：N2＋3H 22NH3反应物浓度 v 正 生成物浓度 v 逆开始时c(N2)最大c(H2)最大最大 0 0进行中 c(N2)减小 减小 增大 增大2c(H2)减小平衡时c(N2)不变c(H2)不变不变 不变 不变以上过程可用下图表示：(1)化学平衡状态的概念在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。(2)化学平衡的特征化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变，即：①逆：研究的对象是可逆反应。②等：化学平衡的条件是 v 正 和 v 逆 相等。③动：化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。④定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。⑤变：若外界条件改变，平衡可能发生改变，并在新条件下建立新的平衡。例 1 判断正误(正确的打“√” ，错误的打“×”)(1)只有可逆反应才存在平衡状态( )(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果( )(3)化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应的速率都为 0( )(4)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等( )(5)化学反应达到化学平衡状态时反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例( )答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)×考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的概念与特征例 2 (2018·清江中学高二期末)一定条件下，A、B、C 的起始浓度分别是 0.5 mol·L－1 、0.1 mol·L－1 、1.6 mol·L－1 ，可逆反应 A(g)＋B(g) 2C(g)达到平衡时，下列数据合理的是( )3A.c(A)＝1.0 mol·L －1 c(B)＝0.2 mol·L －1B.c(B)＝0.5 mol·L －1 c(C)＝1.2 mol·L －1C.c(A)＝0.4 mol·L －1 c(C)＝1.8 mol·L －1D.c(A)＝0.9 mol·L －1 c(B)＝0.5 mol·L －1答案 D解析 A(g)＋B(g) 2C(g)起始量(mol·L －1 ) 0.5 0.1 1.6正向进行极值转化(mol·L －1 ) 0.4 0 1.8逆向进行极值转化(mol·L －1 ) 1.3 0.9 0达 到 平 衡 状 态 时 ： 0.4 mol·L－ 1＜ c(A)＜ 1.3 mol·L－ 1， 0＜ c(B)＜ 0.9 mol·L－ 1，0 ＜ c(C)＜ 1.8 mol·L－ 1。 如果 c(A)＝1.0 mol·L－1 ，A 增加 0.5 mol·L－1 ，则 c(B)＝0.6 mol·L－1 ，A 项错误；如果 c(B)＝0.5 mol·L－1 ，则 C 减少 0.8 mol·L－1 ，则 c(C)＝0.8 mol·L－1 ，B 项错误；根据以上分析可知 C 项错误；如果 c(A)＝0.9 mol·L－1 ，则 A 增加0.4 mol·L－1 ，则 c(B)＝0.5 mol·L －1 ，D 项正确。方法探究 利用极端假设法确定各物质的浓度范围上述题目中可利用极端假设法判断，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。假设反应正向进行到底：X 2(g)＋Y 2(g)2Z(g)起始浓度(mol·L －1 ) 0.1 0.3 0.2改变浓度(mol·L －1 ) 0.1 0.1 0.2终态浓度(mol·L －1 ) 0 0.2 0.4假设反应逆向进行到底：X 2(g)＋Y 2(g)2Z(g)起始浓度(mol·L －1 ) 0.1 0.3 0.2改变浓度(mol·L －1 ) 0.1 0.1 0.2终态浓度(mol·L －1 ) 0.2 0.4 0平衡体系中各物质的浓度范围为 X2∈(0,0.2)，Y 2∈(0.2,0.4)，Z∈(0,0.4)。二、化学平衡状态的判断依据与方法1.可逆反应达到化学平衡状态时的特征之一是 v 正 ＝ v 逆 ≠0。在一定温度下，可逆反应 A(g)＋3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是②③④。①单位时间内生成 n mol A，同时生成 3n mol B②C 的生成速率与 C 的分解速率相等③3 v 正 (A)＝ v 逆 (B)④单位时间内生成 n mol A，同时生成 2n mol C42.可逆反应达到化学平衡状态时的另一特征是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行如下反应：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是②④。①混合气体的总物质的量②B 的物质的量浓度③容器内气体的压强④混合气体的密度化学平衡状态的判断依据(1)正反应速率与逆反应速率相等， v 正 ＝ v 逆 。①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；②对不同物质，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保持不变在可逆反应中有很多可变量，如：浓度、物质的量、百分含量等，当可变量保持不变时，则反应达平衡。例 3 下列说法中，可以证明反应 N2(g)＋3H 2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是( )A.1 个 N≡N 键断裂的同时，有 3 个 H—H 键形成B.1 个 N≡N 键断裂的同时，有 3 个 H—H 键断裂C.3 个 H—H 键形成的同时，有 6 个 N—H 键断裂D.1 个 N≡N 键断裂的同时，有 6 个 N—H 键形成答案 A解析 B 项，指的是正反应速率；C 项，指的是逆反应速率；D 项，指的是正反应速率。考点 化学平衡状态及其判断题点 由化学反应速率判断化学平衡状态例 4 (双选)(2017·徐州高二期中)一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(g)＋2B(g) C(g)＋D(g)，观察下列物理量，能表明该反应已达到平衡状态的是( )A.C 物质的物质的量浓度不变B.物质 C 和物质 D 的物质的量浓度相等C.B 物质的转化率不发生变化D.反应速率 v(A)＝ v(D)答案 AC解析 C 物质的物质的量浓度不变，表明该反应已达到平衡状态，A 项正确；物质 C 和物质D 的物质的量浓度相等，不能表明该反应已达到平衡状态，B 项错误；B 物质的转化率不发5生变化，说明正反应速率与逆反应速率相等，表明达到平衡状态，C 项正确；反应速率之比等于化学计量数之比，则任意时刻 v(A)＝ v(D)，D 项错误。考点 化学平衡状态及其判断题点 由“变量”到“恒量”判断化学平衡状态例 5 一定条件下，将 NO2与 SO2以体积比 1∶2 置于恒压容器中发生反应：NO 2(g)＋SO 2(g) SO3(g)＋NO(g) Δ H＝－41.8 kJ·mol，下列不能说明反应达到平衡状态的是( )A.气体的密度保持不变B.混合气体颜色保持不变C.SO3和 NO2的体积比保持不变D.每消耗 1 mol SO3的同时消耗 1 mol NO2答案 A解析 由于该反应中各物质均为气体且前后气体体积相等，故恒压容器的体积始终保持不变，根据质量守恒，气体的密度始终保持不变，故不能判断反应是否达到平衡状态；建立平衡过程中，混合气体颜色、SO 3与 NO2的体积比一直变化，当它们不变时即达到了平衡状态；消耗 SO3和消耗 NO2的物质的量相同时，说明正、逆反应速率相等，达到了平衡状态。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合判断1.下列关于化学平衡状态的理解正确的是( )A.所有反应都存在平衡状态B.反应物与生成物的浓度相等C.正反应与逆反应停止进行D.正反应和逆反应的速率相等答案 D考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的概念与特征2.14CO2与碳在高温条件下发生反应： 14CO2＋C 2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含 14C的粒子有( )6A.14CO2 B.14CO2、 14COC.14CO2、 14CO、 14C D.14CO答案 C解析 14CO2与 C 反应生成 14CO(正反应)的同时，逆反应 14CO 的分解(生成 14CO2和 14C)也在进行，故平衡混合物中含 14C 的粒子有 14CO2、 14CO、 14C。考点 可逆反应题点 可逆反应的特征及其应用3.(2018·泰兴高级中学高二月考)可逆反应 2A(g)2B(g)＋C(g)在恒定容积密闭容器中反应，下列选项中不能说明反应已达到平衡状态的是( )A.混合气体中 A 与 B 的物质的量之比保持恒定B.容器内气体总压强不再改变的状态C.用 A、B、C 的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为 2∶2∶1D.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态答案 C解析 因 A 和 B 分别是反应物和生成物，混合气体中 A 与 B 的物质的量之比保持恒定，说明A 和 B 的浓度不再改变，反应达到了平衡状态，A 项正确；因 2A(g)2B(g)＋C(g)是反应前后气体体积不相等的可逆反应，容器内气体总压强不再改变，说明反应达到了平衡状态，B项正确；因未说明用 A、B、C 的物质的量浓度变化表示的反应速率是正反应速率还是逆反应速率，无法证明正反应速率等于逆反应速率，则不能说明反应达到了平衡状态，C 项错误；因反应前后气体的质量不变，但气体的总物质的量改变，所以混合气体的平均相对分子质量改变，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时，说明反应达到了平衡状态，D 项正确。考点 化学平衡状态及其判断题点 由化学反应速率判断化学平衡4.工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为 CO(g)＋H 2O(g)CO2(g)＋H 2(g)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是( )催 化 剂 A.单位时间内消耗 2 mol 的 CO 同时生成 2 mol 的 CO2B.两个 H—O 键断裂的同时有一个 H—H 键断裂C.反应容器内的压强不再发生变化D.混合气体的相对分子质量不发生变化答案 B解析 A 项描述的反应速率都是 v 正 ，无法判断是否达到平衡；B 项说明 H2O 的分解速率( v 正 )与H2的消耗速率( v 逆 )相等，即 v 正 (H2O)＝ v 逆 (H2)，能判断反应达到平衡；C 项，由于该反应前后气体的物质的量不变，故压强始终不变，不能说明可逆反应达到平衡；D 项，混合气体7的质量不变，物质的量不变，反应前后混合气体的相对分子质量不变，故不能说明反应达到平衡状态。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合判断5.(1)在一定条件下，可逆反应达到平衡状态的本质特征是________________，下列关系中能说明反应 N2(g)＋3H 2(g)2NH3(g)已经达到平衡状态的是________。A.3v 正 (N2)＝ v 正 (H2) B.v 正 (N2)＝ v 逆 (NH3)C.2v 正 (H2)＝3 v 逆 (NH3) D.v 正 (N2)＝3 v 逆 (H2)(2)在一定温度下的恒容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理量恒定不变：a.各物质的浓度不变，b.平衡混合物中各组分的物质的量分数或质量分数不变，c.容器内气体压强不变，d.容器内气体密度不变，e.容器内气体颜色不变。①能说明反应 N2(g)＋3H 2(g)2NH3(g)达到平衡状态的有________；②能说明反应 H2(g)＋I 2(g)2HI(g)达到平衡状态的有________；③能说明反应 2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的有________。8(3)已知 N2O4(g)2NO2(g) Δ H＞0，现将 1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是________。答案 (1)正反应速率与逆反应速率相等 C(2)①abc ②abe ③abce (3)B解析 (2)由于在恒容条件下发生反应，反应①②③在反应前后气体的质量不变，因此不能用气体的密度变化来判断反应是否处于化学平衡状态。反应②是一个气体体积不变的反应，反应前后气体的压强保持不变，也不能用压强的变化来判断反应是否处于平衡状态。①中无有色气体，因此不能用气体的颜色变化来判断反应是否处于平衡状态。(3)B 项，对于一个特定反应，Δ H 固定不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据；C 项，在 t1时刻，2v 正 (N2O4)＝ v 逆 (NO2)，反应达到平衡状态。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合判断[对点训练]题组一 可逆反应1.下列反应中，属于可逆反应的是( )①N 2＋3H 2 2NH3,2NH3 3H2＋N 2= = = = =催 化 剂 T、 p = = = = =催 化 剂 T、 p②2NaHCO 3 Na2CO3＋H 2O↑＋CO 2↑，Na 2CO3＋H 2O＋CO 2===2NaHCO3= = = = =△ ③CH 3CH2OH CH2===CH2↑＋H 2O，― ― →浓 硫 酸 170℃CH2===CH2＋H—OH CH3CH2OH― ― →催 化 剂 T、 p④2Na＋Cl 2 2NaCl,2NaCl 2Na＋Cl 2↑= = = = =点 燃 = = = = =通 电 A.只有① B.①②③9C.①②③④ D.①③④答案 A解析 可逆反应是指在同一条件下既向正反应方向进行，又向逆反应方向进行的反应，符合此条件的只有①。考点 可逆反应题点 可逆反应的概念与判断2.可逆反应 2SO2(g)＋O 2(g)2SO3(g)，充入由 18O 组成的氧气一段时间后， 18O 存在下列物质中的( )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、氧气和三氧化硫中答案 D解析 18O2的加入定会与 SO2结合生成含 18O 的 SO3，同时含有 18O 的 SO3又会分解得到 SO2和 O2，使得 SO2和 O2中也含有 18O，因此 18O 存在于 SO2、O 2、SO 3这三种物质中。考点 可逆反应题点 可逆反应的特征及其应用3.可逆反应 N2＋3H 2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，NH 3的浓度不可能达到( )A.0.1 mol·L－1 B.0.2 mol·L－1C.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浓度为 0.2 mol·L－1 ，但由于反应是可逆反应，不能完全反应，所以NH3浓度达不到 0.2 mol·L－1 。考点 可逆反应题点 可逆反应的特征及其应用题组二 化学平衡状态的建立与特征4.在一定条件下，某容器中发生反应：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO3(g)，以下叙述错误的是( )A.开始反应时，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，最后减小为零C.随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定D.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定10答案 B解析 化学平衡建立过程中，反应物浓度逐渐减小，故正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，故逆反应速率逐渐增大，当二者相等时达到平衡状态，但都不为零。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的概念与特征5.N2＋3H 22NH3在密闭容器中反应一段时间后，达到平衡状态。则下列说法中正确的是( )A.N2、H 2不再化合B.N2、H 2、NH 3浓度不再变化C.N2、H 2、NH 3的质量相等D.改变条件，N 2、H 2、NH 3的浓度也不再变化答案 B解析 化学平衡是动态平衡，若条件变化时平衡发生移动，N 2、H 2、NH 3的浓度会随之改变。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的概念与特征6.密闭的烧瓶里盛放气体 A，在 25 ℃时建立平衡：2A(g) B(g) Δ H0，把烧瓶置于 100 ℃的沸水中，在建立新平衡的过程中，烧瓶内混合气体的物理量始终不变的是( )A.平均相对分子质量 B.密度C.容器内的压强 D.物质的量答案 B解析 若反应未达到平衡，则气体的物质的量就会发生变化，容器内的压强也会发生变化；由于总质量不变，则气体的平均摩尔质量会发生变化，所以平均相对分子质量也会发生变化，A、C、D 错误；由于反应混合物都是气体，在任何时刻气体的质量不变，由于烧瓶的容积不变，则根据气体的密度计算公式 ρ ＝ 可知气体的密度不变，故 B 正确。mV考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的概念与特征题组三 化学平衡状态的判断7.一定条件下，可逆反应 2A(g)B(g)＋3C(g)，在下列四种状态中处于平衡状态的是( )选项 正反应速率 逆反应速率A v(A)＝2 mol·L －1 ·min－1 v(B)＝2 mol·L －1 ·min－1B v(A)＝2 mol·L －1 ·min－1 v(C)＝2 mol·L －1 ·min－1C v(A)＝1 mol·L －1 ·min－1 v(B)＝2 mol·L －1 ·min－111D v(A)＝1 mol·L －1 ·min－1 v(C)＝1.5 mol·L －1 ·min－1答案 D解析 根据平衡状态的判断依据 v 正 ＝ v 逆 知， v(A)∶ v(B)∶ v(C)＝2∶1∶3，即 D 中的反应达到平衡。考点 化学平衡状态及其判断题点 由化学反应速率判断化学平衡状态8.(2017·泰州中学 5 月月度检测)可逆反应 2NO2(g)2NO(g)＋O 2(g)在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是( )①单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2②单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO ③用 NO2、NO、O 2的物质的量浓度变化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A.①④ B.②③C.①③④ D.①②③④答案 A解析 用不同物质的反应速率判断达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，生成 O2，反应向正反应方向进行，生成 NO2，反应向逆反应方向进行，且它们的速率之比等于 1∶2，能说明反应达到平衡，①正确；根据①的分析，②错误；没有指明反应的方向，③错误；NO 2为红棕色气体，其余为无色气体，因此气体颜色不变，说明反应达到平衡，④正确；A 项正确。考点 化学平衡状态及其判断题点 由“变量”到“恒量”判断化学平衡状态9.(2017·扬大附中期中)在一定条件下，使一定量的 A 和 B 气体混合发生 2A(g)＋3B(g)4C(g)反应。下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是( )A.各物质的浓度之比 c(A)∶ c(B)∶ c(C)＝2∶3∶4B.混合气体中各物质的浓度相等C.单位时间内，若消耗了 a mol A 物质，同时也消耗了 2a mol C 物质D.混合气体的体积是反应开始前的45答案 C解析 开始时不知道 A、B 物质的量，且平衡状态与各物质浓度之比无关，因此无法判断，A 项错误；根据化学平衡状态定义，是各组分浓度保持不变，不是浓度相等，B 项错误；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量12数之比，C 项正确；此反应是可逆反应，不能进行到底，D 项错误。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合判断10.298 K 时，将 20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和 20 mL NaOH 溶液混合，发生反应：AsO (aq)＋I 2(aq)＋2OH － (aq)AsO (aq)＋2I － (aq)＋H 2O(l)，溶液3－3 3－4中 c(AsO )与反应时间( t)的关系如图所示。3－4下列不能判断反应达到平衡的是( )A.溶液的 pH 不再变化B.v(I－ )＝2 v(AsO )3－3C.c(AsO )/c(AsO )不再变化3－4 3－3D.c(I－ )＝2 y mol·L－1答案 B解析 溶液 pH 不变时，则 c(OH－ )也保持不变，反应达到平衡状态；同一个化学反应，速率之比等于化学计量数之比，无论是否达到平衡，都存在 v(I－ )＝2 v(AsO )； c(AsO )3－3 3－4/c(AsO )不再变化，可说明各物质的浓度不再变化，反应达到平衡状态；由图可知，当3－3c(AsO )＝ y mol·L－1 时，浓度不再发生变化，则达到平衡状态，由方程式可知此时3－4c(I－ )＝2 y mol·L－1 ，达到平衡状态。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合判断11.在一个绝热的固定容积的密闭容器中，可逆反应 mA(g)＋ nB(g)pC(g)＋ qQ(g)(m、 n、 p、 q 为任意整数)达到平衡时的标志是( )①体系的压强不再改变 ②体系的温度不再改变 ③各组分的浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率 vA∶ vB∶ vC∶ vQ＝ m∶ n∶ p∶ q ⑥单位时间内 m mol A 断键的同时有 p mol C 也断键A.③④⑤⑥ B.①③④⑤C.②③④⑥ D.①③④⑥答案 C13解析 由于 m、 n、 p、 q 的关系未知，所以压强不变不能作为平衡的标志；在整个平衡建立过程中，速率之比均等于化学计量数之比。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合判断1412.在一定条件下，将 3 mol A 和 1 mol B 两种气体混合于固定容积为 2 L 的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g)。2 min 末该反应达到平衡，生成 0.8 mol D，并测得 C 的浓度为 0.2 mol·L－1 。下列判断错误的是( )A.x＝1B.2 min 内 A 的反应速率为 0.3 mol·L－1 ·min－1C.B 的转化率为 50%D.若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应达到平衡状态答案 C解析 3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g)起始mol 3 1 0 0转化mol 3a a xa 2a平衡(mol) 3－3 a 1－ a xa 2a由题意得：2 a＝0.8 mol， a＝0.4 mol。＝0.2 mol·L－1 ， x＝1，A 正确；B 项， v(A)＝ ＝ ＝0.3 xa2 L 3a2 L×2 min 3×0.4 mol2 L×2 minmol·L－1 ·min－1 ，B 正确；C 项， α (B)＝ ×100%＝40%，C 错误；D 项，由于该反应是a1 mol反应前后气体体积不等的反应，气体的总物质的量只有在平衡时才保持不变，所以平均相对分子质量不变能说明该反应达到平衡状态。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合考查[综合强化]13.一定温度下，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 ________(填“＞” “＜”或“＝”) v 逆 ，理由是__________________________________________________________________________________。15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，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。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合考查14.一定温度下，在 10 L 密闭容器中加入 5 mol SO2和 3 mol O2，发生反应：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO3(g)，10 min 时，反应达到平衡状态，此时有 3 mol SO2发生了反应。(1)反应生成了________ mol SO 3， v(SO2)＝________。(2)平衡时 SO3的浓度是________，SO 2的转化率是________。(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________ mol。(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是________(填序号)。①体系内压强不再改变②容器内气体的密度不再改变③混合气体的平均相对分子质量不再改变④ v 正 (SO3)＝2 v 逆 (O2)⑤ n(SO3)∶ n(O2)∶ n(SO2)＝2∶1∶2答案 (1)3 0.03 mol·L －1 ·min－1(2)0.3 mol·L－1 60%(3)6.5 (4)①③④解析 v(SO2)＝ ＝ ＝0.03 mol·L －1 ·min－1Δ cSO2Δ t 3 mol10 L10 min2SO2 ＋ O 2  2SO 3开始： 5 mol 3 mol 0变化： 3 mol 1.5 mol 3 mol平衡： 2 mol 1.5 mol 3 mol则平衡时 SO3的浓度为 ＝0.3 mol·L－1 ，SO 2的转化率为 ×100%＝60%，平衡时混3 mol10 L 3 mol5 mol合气体的总物质的量为 2 mol＋1.5 mol＋3 mol＝6.5 mol。(4)根据反应方程式知：①中体系压强不变，说明反应已达平衡状态；②中容器的体积不变，混合气体的质量不变，则反应过程中密度始终不变，密度不变不能说明反应已达平衡状态；16③中混合气体的总质量不变，但反应过程中混合气体的总物质的量改变，若平均相对分子质量不变，说明反应已达平衡状态；④表示 v 正 ＝ v 逆 ，说明反应已达平衡状态；⑤中三者的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明反应已达平衡状态。考点 化学平衡状态及其判断题点 化学平衡状态的综合考查15.工业上“固定”和利用 CO2能有效地减轻“温室”效应，可用 CO2生产燃料甲醇：CO2(g)＋3H 2(g)CH3OH(g)＋H 2O(g)Δ H＝－49.0 kJ·mol －1(1)在相同温度和容积不变时，能说明该反应已达平衡状态的是________。A.n(CO2)∶ n(H2)∶ n(CH3OH)∶ n(H2O)＝1∶3∶1∶1B.容器内压强保持不变C.H2的消耗速率与 CH3OH 的消耗速率之比为 3∶1D.容器内的密度保持不变(2)一定温度下，将 6 mol CO2和 8 mol H2充入 2 L 的密闭容器中，测得 H2的物质的量随时间变化如图所示(实线)。图中数据 a(1,6)代表的意思是：在 1 min 时 H2的物质的量是 6 mol。a 点正反应速率________(填“大于” “等于”或“小于”)逆反应速率，在 1～3 min 内的平均反应速率 v(H2)＝ ________。答案 (1)BC (2)大于 0.75 mol·L －1 ·min－1解析 (1) n(CO2)∶ n(H2)∶ n(CH3OH)∶ n(H2O)＝1∶3∶1∶1，之后浓度可能还在变化，故 A不一定达到平衡状态；该反应为反应前后压强可变的反应，压强不变时一定达到平衡状态；H2的消耗速率与 CH3OH 的消耗速率之比为 3∶1 可知 v 正 (H2)＝3 v 逆 (CH3OH)，一定达到平衡状态；根据 ρ ＝ ，从开始反应到反应达到平衡，密度不变，不能作为平衡标志，故 D 错误。mV(2)a 点 氢 气 的 量 在 减 少 ， 故 正 反 应 速 率 大 于 逆 反 应 速 率 ； v(H2)＝ ＝ ＝ 0.75 mol·L－ 1·min－ 1。ΔcΔt3 mol2 L2 min