考點04化學平衡狀態【核心考點梳理】一、化學平衡狀態1．化學平衡狀態(1)化學平衡狀態的概念：如果外界條件(溫度、濃度、壓強等)不發生改變，當可逆反應進行到一定程度時，正反應速率與逆反應速率相等，反應物的濃度與生成物的濃度不再發生改變，達到一種表面“靜止”的狀態，稱為“化學平衡狀態”，簡稱化學平衡。2．化學平衡的建立對于可逆反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，其化學反應速率與時間的關系如圖所示。①反應開始時，正反應速率最大，原因是反應物濃度最大；逆反應速率為0，原因是生成物濃度為0；②反應進行中，正反應速率的變化是逐漸減小，原因是反應物濃度逐漸減小；逆反應速率的變化是逐漸增大，原因是生成物濃度逐漸增大；③反應一段時間(t1)后，正反應速率和逆反應速率的關系是大小相等，反應物的濃度不再改變，生成物的濃度不再改變。二、化學平衡狀態的特征2.化學平衡狀態的判斷直接標志——“正逆相等”(1)v正＝v逆①同一種物質的生成速率等于消耗速率；②在化學方程式同一邊的不同物質的生成速率與消耗速率之比等于化學計量數之比；③在化學方程式兩邊的不同物質的生成(或消耗)速率之比等于化學計量數之比。(2)各組分的濃度保持一定①各組分的濃度不隨時間的改變而改變；②各組分的質量分數、物質的量分數、體積分數不隨時間的改變而改變。間接標志——“變量不變”(1)反應體系中的總壓強不隨時間的改變而變化(適用于反應前后氣體體積不等的反應)。(2)對于反應混合物中存在有顏色變化的物質的可逆反應，若體系中顏色不再改變，則反應達到平衡狀態。(3)全是氣體參加的且反應前后化學計量數改變的可逆反應，平均相對分子質量保持不變。(4)對同一物質而言，斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等。【典型例題】例1．（2023春·貴州六盤水·高一統考期末）某溫度下，在恒容密閉容程中發生反應：，反應過程中化學反應速率隨時間變化關系如圖所示。下列說法正確的是A．時，B．時，反應達到最大限度，反應已經停止C．溫度升高可使化學反應速率加快，所以實際生產中溫度越高越好D．容器中充入氦氣增大壓強，可以加快該反應的化學反應速率【答案】A【解析】A．時，反應未達平衡狀態，，根據速率之比等于計量數之比，則，即有，故A正確；B．時，反應達平衡狀態，處于動態平衡，反應并未停止，故B錯誤；C．實際生產中考慮到設備、催化劑等因素，并不是溫度越高越好，故C錯誤；D．容器中充入氦氣，雖然壓強增大，但是各物質濃度不變，分壓不變，反應速率不變，故D錯誤；故選A。例2．（2023春·黑龍江哈爾濱·高一哈爾濱市第一二二中學校校考期末）在一定溫度下，向恒容密閉容器中充入一定量的A氣體和B氣體進行下述反應：。下列表述不能判斷該反應達到化學平衡狀態的是A．B．容器中混合氣體的密度不再變化C．容器中混合氣體總壓強不再發生變化D．容器中混合氣體的平均相對分子質量不再變化【答案】C【解析】A．，說明該反應正逆反應速率相等，能判斷該反應達到化學平衡狀態，A項正確；B．該反應中D是固體，反應前后氣體總質量發生改變，容器體積不變，所以混合氣體的密度是變量，當容器中混合氣體的密度不再變化，能判斷該反應達到化學平衡狀態，B項正確；C．該反應是氣體體積不變的反應，反應前后體系的壓強始終不變，不能判斷該反應達到化學平衡狀態，C項錯誤；D．混合氣體的平均相對分子質量，該反應中D是固體，反應前后氣體總質量發生改變，該反應是氣體體積不變的反應，反應前后混合氣體的總物質的量不變，所以混合氣體的平均相對分子質量是變量，當混合氣體的平均相對分子質量不再變化時，能判斷該反應達到化學平衡狀態，D項錯誤；答案選C。【達標檢測】1．在一定溫度時，2SO2+O22SO3達到平衡后，則A．三氧化硫的分子數等于二氧化硫和氧氣分子數之和B．二氧化硫和氧氣不再反應C．混合物中三氧化硫的物質的量不變D．三氧化硫不再分解【答案】C【解析】A．三氧化硫的分子數等于二氧化硫和氧氣分子數之和不能說明正逆反應速率相等，不能說明反應達到平衡，故A錯誤；B．可逆反應達到平衡時，正、逆反應速率相等，但不等于零，二氧化硫和氧氣仍然在反應，故B錯誤；C．混合物中三氧化硫的物質的量不變，說明正、逆反應速率相等，反應達到平衡，故C正確；D．可逆反應達到平衡時，正、逆反應速率相等，但不等于零，三氧化硫仍然在分解，故D錯誤；故選C。2．一定溫度下，在2L的恒容密閉容器中發生反應。反應過程中的部分數據如下表所示：n/molt/min02.02.4050.9101.6151.6下列說法正確的是A．0～5min用A表示的平均反應速率為B．該反應在10min后才達到平衡C．平衡狀態時，D．物質B的平衡轉化率為20%【答案】C【解析】A．0~5min內C的物質的量增加了0.9mol，由于容器的容積是2L，則用C物質濃度變化表示的反應速率v(C)==0.09mol/(L\min)，A錯誤；B．反應進行到10min時，A物質的物質的量減少0.4mol，根據物質反應轉化關系可知B物質的物質的量減少0.8mol，B的物質的量為2.4mol0.8mol=1.6mol，B的物質的量等于15min時B的物質的量，說明該反應在10min時已經達到平衡狀態，而不是在10min后才達到平衡，B錯誤；C．根據選項B分析可知：反應在進行到10min時，A物質的物質的量減少0.4mol，根據物質反應轉化關系可知B物質的物質的量減少0.8mol，則此時B的物質的量為2.4mol0.8mol=1.6mol，B的物質的量等于15min時B的物質的量，說明該反應在10min時已經達到平衡狀態，此時反應產生C的物質的量是1.2mol，由于容器的容積是2L，則平衡狀態時，c(C)==0.6mol·L1，C正確；D．反應開始時n(B)=2.4mol，反應達到平衡時△n(B)=0.8mol，則B物質的平衡轉化率為：×100%=33.3%，D錯誤；故選C。3．可以充分說明可逆反應A(g)+3B(g)3C(g)+D(g)，在恒溫下達到平衡狀態的是A．反應器內壓強不隨時間變化而變化B．反應器內A、B、C、D四種氣共存C．生成A的速率和生成的D的速率相等D．生成1molA同時有3molC的消耗【答案】C【解析】A．該反應是反應前后氣體的物質的量不變的反應，所以無論平衡與否氣體的壓強都不會發生變化，反應器內壓強不變不能說明反應達到平衡狀態，故A不選；B．該反應是可逆反應，故反應物和生成物均可共存，所以反應器內A、B、C、D四種氣體共存不能說明反應達到平衡狀態，故B不選；C．A和D的系數一樣，生成A的速率和生成的D的速率相等，即v正=v逆，反應達到平衡，故C選；D．無論平衡與否，生成1molA的同時一定消耗3molC，不能說明反應達到平衡，故D不選；故選C。4．氮是生命的基礎，氮及其化合物在生產生活中具有廣泛應用。對于反應N2+3H22NH3，下列有關說法不正確的是A．在容器中充入1molN2和3molH2，一定條件下充分反應，轉移電子的物質的量為6molB．在恒容容器內，反應達到平衡后，通入，壓強增大，但和都不變C．斷裂6molN—H鍵的同時，斷裂鍵3molH—H，說明該反應達到平衡伏態D．絕熱條件下當體系溫度不變時，說明該反應達到平衡狀態【答案】A【解析】A．氮氣與氫氣生成氨氣的反應為可逆反應，可逆反應不可能完全反應，則在容器中充入1mol氮氣和3mol氫氣，一定條件下充分反應，轉移電子的物質的量小于6mol，故A錯誤；B．在恒容容器內，反應達到平衡后，通入氬氣，容器內氣體壓強增大，但反應體系中各物質的濃度不變，所以正、逆反應速率不變，故B正確；C．斷裂6molN—H鍵的同時，斷裂鍵3molH—H說明正逆反應速率相等，反應已達到平衡，故C正確；D．合成氨反應為放熱反應，絕熱條件下當體系溫度不變說明正逆反應速率相等，反應已達到平衡，故D正確；故選A。5．在恒溫恒容的條件下，加入等物質的量的A和B發生A(g)+B(g)2C(g)+D(s)反應，下列說法能作為該反應達到平衡狀態的標志的是①單位時間內消耗amolA，同時生成2amolC②混合氣體的密度不再變化③A、B的轉化率相等時④混合氣體的總壓強不再變化⑤A、B、C的分子數之比為1∶1∶2A．② B．②③ C．①③⑤ D．②④【答案】A【分析】A(g)+B(g)2C(g)+D(s)為氣體體積不變的可逆反應，該反應達到平衡狀態時，正反應速率與逆反應速率相等，各組分的濃度、百分含量等變量不再變化，以此進行判斷。【解析】①單位時間內消耗amolA，同時生成2amolC，表示的都是正反應速率，無法判斷平衡狀態，①不合題意；②D為固態，混合氣體的密度為變量，當混合氣體的密度不再變化時，表明達到平衡狀態，②符合題意；③由題干已知A、B的起始量相等，根據反應方程式可知，A、B的轉化量相等，即A、B的轉化率一直相等，則A、B的轉化率相等時不一定為平衡狀態，③不合題意；④該反應前后氣體體積不變，則壓強始終不變，不能根據混合氣體的總壓強判斷平衡狀態，④不合題意；⑤平衡的特征之一是各物質的分子數保持不變，而不是相等或成比例，故A、B、C的分子數之比為1∶1∶2，不能說明反應達到化學平衡，⑤不合題意；綜上分析只有②符合題意，故答案為A。6．反應NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)一定條件下，將NO2與SO2以體積比1:2置于一定體積密閉容器中發生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的是A．SO2和SO3濃度相等B．SO2和NO的體積比保持不變C．每消耗1molSO3的同時生成1molNO2D．容器中混合氣體的密度保持不變【答案】B【解析】A．SO2和SO3濃度相等，濃度不一定不再改變，反應不一定平衡，故不選A；B．SO2是反應物、NO是生成物，反應過程中SO2和NO的體積比是變量，SO2和NO的體積比保持不變，反應達到平衡狀態，故選B；C．每消耗1molSO3的同時生成1molNO2，不能判斷正逆反應速率是否相等，反應不一定平衡，故不選C；D．反應前后氣體總質量不變、容器體積不變，所以氣體密度是恒量，容器中混合氣體的密度保持不變，反應不一定平衡，故不選D；選B。7．在下列反應中，加入后，則存在于A．只存在于CO和中 B．存在于CO、、中C．只存在于CO中 D．存在于CO、、、中【答案】B【解析】是可逆反應，加入后，反應同時向正逆兩個方向進行，存在于CO、、中，故選B。8．對于以下反應：A(s)＋3B(g)?2C(g)＋D(g)，在一定溫度、壓強下，在一體積可變的容器中，當下列物理量不再發生變化時就可確定反應一定達到平衡狀態的是A．A的濃度不再改變B．容器的體積不再發生變化C．B、C、D的分子個數之比為3∶2∶1D．B的消耗速率和D的消耗速率之比為3∶1【答案】D【分析】在一定條件下，當化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、物質的量、物質的百分含量都不變，注意該反應中，A為固體，反應前后氣體的化學計量數之和相等，不能從壓強的角度判斷化學反應是否達到平衡狀態。【解析】A．A為固體，濃度視為常數，不管是否達到平衡，A濃度均不變，故A不符合題意；B．A為固體，反應前后氣體的化學計量數之和相等，無論是否達到平衡狀態，氣體體積不變，所以不能根據容器體積判斷是否達到平衡狀態，故B不符合題意；C．B、C、D的分子個數之比取決于起始物質的配料比以及轉化的程度，不能用以判斷是否達到平衡狀態，故C不符合題意；D．B的消耗速率和D的消耗速率之比為3∶1，說明正反應速率等于逆反應速率，能說明反應達到平衡，故D符合題意。答案選D。9．一定溫度下，在的密閉容器中發生反應：，A、C的物質的量隨時間變化的關系如圖。下列有關說法正確的是A．B．反應進行到時，反應體系達到化學平衡狀態C．當氣體的密度不在變化時，該反應達到化學平衡狀態D．內用物質A表示的平均反應速率為【答案】D【解析】A．根據圖中分析達到平衡時A、C改變量分別為0.2mol、0.2mol，根據改變量之比等于計量系數之比，則，故A錯誤；B．反應進行到時，反應體系未達到化學平衡狀態，反應進行到2min，各物質的量不再改變，此時反應體系達到化學平衡狀態，故B錯誤；C．氣體密度等于氣體質量除以容器體積，氣體質量不變，容器體積不變，密度始終不變，當氣體的密度不在變化時，不能說明該反應達到化學平衡狀態，故C錯誤；D．內A的改變量為0.2mol，用物質A表示的平均反應速率為，故D正確。綜上所述，答案為D。10．一定條件下，容積2L的密閉容器中，將2molL氣體和3molM氣體混合，發生如下反應：，10s末，生成2.4molR，測得Q的濃度為0.4mol/L。(1)前10s內用M表示的化學反應速率為。(2)化學方程式中x值為。(3下列說法可以說明該反應已達平衡的是。(填序號)①體系內壓強不再改變②容器內氣體的密度不再改變③混合氣體的平均相對分子質量不再改變④單位時間內消耗3molM的同時生成3molR⑤【答案】(1)0.12(2)1(3)①③【解析】（1）由化學方程式可知，10s末，生成2.4molR，則消耗2.4molM，前10s內用M表示的化學反應速率==0.12mol/(L?s)?；（2）10s末，生成2.4molR，并測定Q的濃度為0.4mol/L?，則Q轉化的物質的量=0.4mol/L×2L=0.8mol