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第六章 化学反应与能量
第
二
节 化学反应
速率
与
限度
)
知识思维导图
第3课时 化学平衡
课程学习目标
1、掌握化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义
2、知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变
3、掌握化学平衡状态的判断方法，熟悉化学平衡中转化率的相关计算
【新知学习】
知识点01可逆反应
1、可逆反应的定义：在同一条件下，正反应方向和逆反应方向均能同时进行的化学反应称为可逆反应
2、可逆反应的特点
(1)反应不能进行到底
(2)在一定条件下反应物与生成物同时存在
(3)正、逆反应方向同时进行
3、可逆反应的表示方法：可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“===”号
知识点02化学反应的限度
1、化学平衡的建立
(1)浓度对速率的影响的角度
对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将 2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中
浓度 速率变化 v正、v逆关系
反应开始 反应物浓度最大 v正最大 v正＞v逆
生成物浓度为0 v逆为0
反应进行中 反应物浓度逐渐减小 v正逐渐减小 v正＞v逆
生成物浓度逐渐增大 v逆增大
反应一段时间(t1)后 反应物浓度不再改变 v正不变 v正＝v逆≠0
生成物浓度不再改变 v逆不变
(2)利用速率—时间(v t)图像分析
2、化学平衡状态的概念：在一定条件下，当反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，称之为化学平衡状态，简称化学平衡
【易错提醒】
①化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最大限度，即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率
②对于可逆反应来说，当处于化学平衡状态时，转化率、产率达到了最大限度
3、化学平衡状态的特征
(1)逆：化学平衡状态研究的对象是可逆反应
(2)等：平衡时，同一物质的正、逆反应速率相等，即：v正＝v逆≠0(实质)
(3)动：平衡时，反应仍在不断进行，是一种动态平衡
(4)定：平衡时，各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的平均摩尔质量()、混合气体的密度(ρ)、压强(P)等所有物理量全部恒定
(5)变：外界条件改变时，平衡可能被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡，即发生化学平衡移动
知识点03化学反应条件的控制
1、化学反应条件的控制
(1)目的
①促进有利的化学反应，提高原料的利用率，加快反应速率
②控制有害的化学反应，减小甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的合理使用等
②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)等
(3)考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性
2、提高煤的燃烧效率问题探究
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率加快；通入过量空气的依据是空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多，若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用
3、提高燃料的燃烧效率的措施
(1)尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量
(2)尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率
4、提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节省资源、减少污染
【拓展培优】
【问题探究】
一．化学反应(限度)平衡状态的理解和判断
某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？
不能。D是固体，反应前后气体的物质的量不变，由于容器的体积不变，故气体的压强始终不变，因此压强不再改变，不能表明该反应已达到平衡状态。
【知识归纳总结1】
1．化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即：
逆 —化学平衡研究的对象是可逆反应
等 —达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
动 —化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
定 —达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间变化而变化
变 —外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡状态
2．化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)三关注：
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)判断方法：
1.v正（A）=v逆（A）
①同种物质：v正＝v逆≠0，(同一种物质的生成速率等于消耗速率)
②不同种物质：＝
a.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比
b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比
2.变量不再变：
①先判断所给物理量是否为变量
②当变量不在变化，即为化学平衡状态
【典例1】（23-24高一下·安徽·期中）将置于恒容密闭容器中，升高温度发生分解反应：。下列能判断该反应达到平衡状态的个数为
①的浓度不再变化 ②不再变化 ③ ④ ⑤混合气体的密度不变 ⑥压强不变
A．2 B．3 C．4 D．5
【答案】C
【详解】①为固体，浓度不发生变化，不能判断该反应达到平衡状态；
②不再变化，能判断该反应达到平衡状态；
③结合系数关系，为定值，不能判断该反应达到平衡状态；
④说明正逆反应速率相等，能判断该反应达到平衡状态；
⑤该反应为气体物质的量增大的反应，混合气体的密度不变，能判断该反应达到平衡状态；
⑥该反应为气体物质的量增大的反应，压强不变能判断该反应达到平衡状态；
故选C。
（变式训练1）（23-24高一下·山东青岛·期中）接触法制硫酸工艺主反应在并有催化剂存在下进行：，下列描述中能说明上述反应已达平衡的是
A．
B．容器中与分子个数比不再发生变化
C．容器中气体的密度不随时间而变化
D．容器中气体的分子总数不随时间而变化
【答案】D
【详解】A．化学反应速率之比等于其化学计量数之比，2v(O2)正=v(SO3)逆时说明反应达到平衡状态，A错误；
B．SO2(g)与O2(g)均为反应物，两者分子数按化学计量数比变化，若反应前SO2(g)与O2(g)分子数比等于化学计量数比，则SO2(g)与O2(g)分子数比始终不变，即容器中SO2(g)与O2(g)分子个数比不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，B错误；
C．依据质量守恒定律，气体总质量不变，若容器体积不变，则容器中气体的密度始终不变，即容器中气体的密度不随时间而变化，不能说明反应达到平衡状态，C错误；
D．该反应为反应前后气体分子数改变的反应，当容器中气体的分子总数不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，D正确；
故答案选D。
二．化学反应速率与限度的图像题解题通法
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像的形式出现在平面直角坐标系中，可能出现反应物的物质的量、浓度、压强、时间等因素。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三步来分析。
(1)“一看”——看图像
①看面，弄清楚横、纵轴所表示的含义；
②看线，弄清楚线的走向和变化趋势；
③看点，弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的折点、交点、最高点、最低点等；
④看辅助线，作横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)；
⑤看量的变化，弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化，还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时，外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
(3)“三判断”
利用有关规律，结合图像，通过对比分析，作出正确判断。
【典例2】（23-24高一下·浙江杭州·期中）某温度时，在容积为2L的密闭容器中发生A、B两种物质间的转化反应，A、B物质的量时间变化的曲线如图所示，以下说法合理的是
A．该反应的化学方程式为
B．从反应开始到4min，
C．4min时，反应达到平衡
D．16min时，正反应速率等于逆反应速率
【答案】D
【详解】A．A的物质的量减少、B的物质的量增加，A是反应物、B是生成物，4min时，A、B的物质的量变化量分别为0.4mol、0.2mol，变化量比等于系数比，8min后达到平衡状态，该反应的化学方程式为，故A错误；
B．从反应开始到4min，A的物质的量减少0.4mol，，故B错误；
C．根据图示，4min时，反应物、生成物的物质的量还发生改变，反应没有达到平衡状态，故C错误；
D．16min时，反应处于平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，故D正确；
答案选D。
（变式训练2）（23-24高一下·广东湛江·期末）一定条件下，A、B、C三种气体在某恒容密闭容器中发生反应，各气体的浓度随时间变化的曲线如图所示。0～2min内该反应共吸收了akJ(a>0)能量。下列说法不正确的是
A．达到平衡时，A的浓度不再变化
B．反应的化学方程式为
C．反应达到平衡后，往容器中充入He，反应速率加快
D．该条件下，0.8molA(g)的总能量小于0.4molB(g)和1.2molC(g)的总能量
【答案】C
【详解】A．反应达到平衡状态时各组分浓度不再变化，即达到平衡时，A的浓度不再变化，故A正确；
B．参加反应的A和生成物B、C的物质的量浓度之比为(2.0-1.2)mol/L：0.4mol/L：1.2mol/L=2：1：3，则反应的化学方程式是，故B正确；
C．恒容容器中冲入稀有气体，反应物与生成物的浓度不变，反应速率不变，故C错误；
D．该反应的化学方程式为，0～2min内该反应共吸收了a(a＞0)kJ能量，说明该反应为吸热反应，该条件下0.8molA(g)的总能量小于0.4molB(g)和1.2molC(g)的总能量，故D正确；
答案选C
三、“三段式”突破平衡转化率和物质百分含量的计算　
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx
转化率：α(A)＝×100%，α(B)＝×100%
气体体积分数(物质的量分数)：φ(A)＝×100% φ(D)＝×100%
【典例3】 （23-24高一下·山东青岛·期中）在一个固定容积的密闭容器中通入与的混合气体，保持温度不变，发生如下反应：，反应达平衡时，混合气体的体积为448L(标况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%，下列说法错误的是
A．若反应到某时刻时，，则
B．平衡时NH3的物质的量5mol
C．混合气体平均摩尔质量不变时，反应达平衡状态
D．平衡时，混合气体的密度约为
【答案】D
【分析】反应达平衡时，混合气体的体积为448L(标况下)，物质的量为=20mol，其中NH3的含量(体积分数)为25%，则n(NH3)=20mol×25%=5mol。
【详解】A．若反应到某时刻时， n(NH3)=2mol，则参加反应N2的物质的量为1mol，剩余n(N2)=9mol，所以a=1mol+9mol=10mol，A正确；
B．由分析可知，平衡时NH3的物质的量5mol，B正确；
C．反应前后混合气的质量不变，但平衡前混合气的总物质的量不断改变，平均相对分子质量不断改变，当混合气体平均摩尔质量不变时，反应达平衡状态，C正确；
D．平衡时，混合气体的体积为448L，总物质的量为20mol，但质量无法计算，所以密度无法计算，D错误；
故选D。
（变式训练3）（23-24高一下·青海·期中）一定条件下，向2L恒容密闭容器中充入4.00molCO和6.00molNO，发生反应仅生成两种无毒气体。容器内两种气体的浓度随时间变化如图1所示，反应至60min时，仅改变某一反应条件，反应速率变化如图2所示。下列说法错误的是
A．a表示CO2的浓度随时间的变化曲线
B．20min时，v正＞v逆
C．60min时，改变的条件可能是降低温度
D．40min时，混合气体中，CO2的体积分数约为38.1%
【答案】C
【分析】一定条件下，向2L恒容密闭容器中充入4.00molCO和6.00molNO，发生反应仅生成两种无毒气体，反应为，b为反应物，浓度由2.00mol/L变为0.4mol/L，而a的浓度由0变为1.60mol/L，则a表示CO2的浓度随时间的变化曲线，b表示的CO浓度随时间的变化曲线，据此分析解答。
【详解】A．根据分析，a表示的是CO2浓度随时间的变化曲线，A正确；
B．20min时，反应物浓度减小，反应正向进行，v正＞v逆，B正确；
C．结合图2，60min时，正逆反应速率均变大，不可能是降低温度，C错误；
D．40min时，列出三段式：
混合气体中CO2的体积分数为，D正确；
故答案选C。
【课堂检测】
一、单选题
1．（22-23高一下·宁夏石嘴山·期中）下列反应不属于可逆反应的是
A．溶于水和分解 B．和化合成和分解
C．和化合成和分解 D．和化合成HI和HI分解
【答案】B
【详解】A．SO2溶于水和H2SO3分解在相同的条件下能够同时进行，属于可逆反应，故A不选；
B．H2O电解生成H2和H2燃烧生成H2O的反应条件不同，不属于可逆反应，故B选；
C．N2跟H2化合生成NH3和NH3分解在相同的条件下能够同时进行，属于可逆反应，故C不选；
D．H2和I2化合生成HI和HI分解在相同的条件下能够同时进行，属于可逆反应，故D不选；
故选B。
2．（23-24高一下·新疆巴音郭楞·期中）可逆反应SO2+O22SO3，在混合气体中充入定量的18O2，足够长的时间后18O
A．只存在于O2中 B．只存在于O2和SO3
C．只存在于O2和SO3 D．存在于O2、SO2和SO3
【答案】D
【详解】该反应为可逆反应，在混合气体中充入一定量的18O2，SO2和18O2反应生成的SO3中含有18O，同时SO3分解生成SO2和O2，则SO2中含有18O原子，则足够长的时间后18O原子存在于O2、SO2和SO3中，故选D。
3．（23-24高一下·广西柳州·期末）如图所示为时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时的浓度变化情况，则下列说法错误的是
A．2min后反应达到平衡状态
B．前2min，A的分解速率为0.1
C．发生的反应可表示为
D．2min时，A、B、C的浓度之比为
【答案】C
【详解】A．2min后A、B、C的浓度不再变化，反应达到平衡状态，故A正确；
B．前2min，A的分解速率为，故B正确；
C．根据图像可知，反应过程中A的浓度减小，B、C的浓度增大，因此A为反应物，B、C为生成物，根据0~2min内浓度的变化量 c(A)=(0.4-0.2)mol/L=0.2mol/L、 c(B)=(0.3-0.1)mol/L=0.2mol/L、 c(C)=0.1mol/L，变化量与化学计量数成正比，可以确定反应为，故C错误；
D．据图可知2min时，A、B、C的浓度分别为0.2mol/L、0.3mol/L 、0.1mol/L，比值为2:3:1，故D正确；
故答案为C。
4．（23-24高一下·福建龙岩·阶段练习）下列说法中，可以证明反应N2+3H22NH3，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键断裂
B．N2、H2、NH3的分子数之比为1:3:2
C．1个N≡N键断裂的同时有6个N-H键形成
D．N2、H2、NH3的浓度不再变化
【答案】D
【详解】A．1个N≡N键断裂的同时有3个H-H键断裂，虽然变化量之比等于化学计量数之比，但反应进行的方向相同，则反应不一定达平衡状态，A不符合题意；
B．N2、H2、NH3的分子数之比为1:3:2，可能是反应进行过程中的某个阶段，不一定是平衡状态，B不符合题意；
C．1个N≡N键断裂的同时有6个N-H键形成，虽然变化量之比等于化学计量数之比，但反应进行的方向相同，则反应不一定达平衡状态，C不符合题意；
D．N2、H2、NH3的浓度不再变化，则正、逆反应速率相等，反应达平衡状态，D符合题意；
故选D。
5．（23-24高一下·广东惠州·期中）高炉炼铁的原料是焦炭和Fe2O3，发生的反应主要有：①；②。 下列有关说法错误的是
A．对于反应②，当CO和CO2的正反应速率相等时，反应达到平衡
B．高炉炼铁前先将矿石粉碎，可以加快反应速率
C．高炉炼铁尾气中，总是存在一定量的CO
D．在给定条件下，反应①和②达到平衡时，Fe的产量达到最大
【答案】A
【详解】A．根据反应速率之比等于化学计量数之比可知，对于反应②，任意时刻CO和CO2的正反应速率相等，故当CO和CO2的正反应速率相等时，不能说明反应达到平衡，A错误；
B．高炉炼铁前先将矿石粉碎，可以增大固体和气体的接触面积，从而加快反应速率，B正确；
C．由题干信息可知，反应②是一个可逆反应，可逆反应存在一定的反应限度，故高炉炼铁尾气中，总是存在一定量的CO，C正确；
D．在给定条件下，反应①和②达到平衡时，反应达到最大限度，则Fe的产量达到最大，D正确；
故答案为：A。
6．（23-24高一下·贵州·期中）一定条件下，在密闭容器中，发生合成氨反应：。下列说法错误的是
A．添加适当的催化剂可以加快化学反应速率
B．在未达到化学平衡之前正反应速率大于逆反应速率
C．与的物质的量浓度之比为1：3时，该反应一定达到化学平衡状态
D．升高温度能加快合成氨的速率
【答案】C
【详解】A．催化剂可以降低反应的活化能，添加适当的催化剂可以加快化学反应速率，A正确；
B．反应开始时，反应物浓度最大，生成物浓度为零，所以正反应速率大于逆反应速率，到达化学平衡状态时正反应速率才等于逆反应速率，B正确；
C．与的物质的量浓度之比为1：3时，不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡状态，C错误；
D．升高温度，反应物获得能量，活化分子百分数增大，反应速率加快，D正确；
故选C。
7．（23-24高一下·湖北武汉·期中）在一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。下列情况下不能说明该反应一定达到化学平衡的是
A．NH3的质量分数保持不变 B．H2的含量保持不变
C．正反应和逆反应的速率相等 D．N2、H2和NH3的物质的量之比为1：3：2
【答案】D
【详解】A．反应物、生成物均为气体，混合气体的质量不变，当NH3的质量分数保持不变，即NH3的质量不变，说明正、逆反应速率相等，反应一定达到平衡状态，A不符合题意；
B．H2的含量保持不变，说明正、逆反应速率相等，反应一定达到平衡状态，B不符合题意；
C．正反应和逆反应的速率相等，各物质浓度不再改变，说明反应一定达到平衡状态，C不符合题意；
D．N2、H2和NH3的物质的量之比为1∶3∶2，不能判断浓度是否还发生改变，不能说明该反应一定达到化学平衡，D符合题意；
故选D。
8．（23-24高一下·广东茂名·期末）一定温度下，向容积为1 L的密闭容器中加入2 mol 和1 mol ，发生反应：，下列能说明此反应达到平衡状态的是
A． B．容器内压强不变
C．混合气体的密度不变 D．混合气体中、的物质的量之比为2∶1
【答案】B
【详解】A．反应达到平衡时，消耗1分子的同时，消耗2分子，所以，A不符合题意；
B．反应后物质的量增加，容器内压强增大，压强是变量，故压强不变时反应达到平衡，B符合题意；
C．反应物与生成物都为气体且容器体积固定，反应前后气体密度不变，不能以此判断反应是否平衡，C不符合题意；
D．由于投料比等于化学计量数之比，所以和在任意时刻物质的量之比都为2∶1，不能用于判断反应是否达到平衡，D不符合题意；
故选B。
9．（23-24高一下·广东广州·期中）一定温度下，2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示，10s时达到平衡。下列说法不正确的是
A．反应的化学方程式为：
B．时，Z和X浓度相等，正反应速率大于逆反应速率
C．当X的物质的量不再随时间而变化，此时正、逆反应速率相等，但不为零
D．从反应开始到10s内，用Z的浓度变化表示的平均反应速率为
【答案】D
【详解】A．由图可知，X、Y为反应物，不能完全转化，该反应为可逆反应，Z为生成物，X、Y、Z的系数比为(1.2-0.41)mol：(1-0.21)mol：1.58mol=1：1：2，化学方程式为：X(g)+Y(g) 2Z(g)，A正确；
B．由图可知，反应正向建立平衡，t1时，Z和X浓度相等，反应未达平衡状态，故(正)＞(逆)，B正确；
C．由图可知，当X的物质的量不再随时间而变化，此时正、逆反应速率相等，但不为零，C正确；
D．由题干图像信息可知，反应开始到10s，用Z表示的反应速率为=0.079mol/(L s)，D错误；
故答案为：D。
10．（23-24高一下·江西宜春·期中）时℃，向容积为的恒容密闭容器中加入和，模拟发生脱硝反应：，测得的物质的量随时间的变化如图所示，下列说法错误的是
A．时，容器内
B．时，的转化率为60%
C．，
D．平衡时，
【答案】C
【详解】A．向容积为2L的恒容密闭容器中加入和，模拟发生脱硝反应：，由方程式系数关系可知15min时，容器内，A正确；
B．由图可知，10min时，n(NO)=0.8mol，NO的转化率为=60%，B正确；
C．，，C错误；
D．平衡时，，同物质的正逆反应速率相等，不同物质的速率与化学计量数成正比，可以判断为平衡状态， D正确；
故选C。
11．（23-24高一下·河南洛阳·期中）NO2和N2O4可以相互转化：2NO2(g)N2O4(g)，反应过程放热，现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入体积为1L的恒容密闭容器中，NO2和N2O4浓度随时间变化关系如图。下列说法正确的是
A．a点时达到了化学平衡状态
B．反应速率v正(b点)>v正(c点)
C．25min时改变的条件是增大了N2O4的浓度
D．容器内混合气体的平均摩尔质量不变时可判断达到了化学平衡状态
【答案】D
【详解】A．a点后物质浓度继续变化，此时没有达到了化学平衡状态，A错误；
B．c点物质浓度更大，则反应速率更快，故反应速率v正(b点)C．25min时二氧化氮浓度瞬间增大、而四氧化二氮浓度不变，则改变的条件是增大了NO2的浓度，C错误；
D．混合气体的平均摩尔质量为M=，气体质量不变，但是气体的总物质的量随反应进行而改变，所以M会发生改变，当M不变时，反应达到平衡，D正确；
故选D。
12．（23-24高一下·陕西安康·期中）一定温度下，体积为2L的恒容密闭容器中进行合成氨反应，5min内NH3的质量增加了1.7g，且反应达到平衡，已知该反应为放热反应。下列说法正确的是
A．1molN2和3molH2的能量之和小于2molNH3具有的能量
B．用H2表示该反应5min内的平均速率为
C．达到平衡时，反应物的浓度之和与生成物浓度相等且满足
D．升温时，正反应速率减小，逆反应速率增大
【答案】B
【详解】A．由题干信息可知，反应是一个放热反应，则说明1molN2和3molH2的能量之和大于2molNH3具有的能量，A错误；
B．由题干信息可知，5min内NH3的质量增加了1.7g，即生成=0.1mol，根据反应方程式可知，消耗H2为0.15mol，则用H2表示该反应5min内的平均速率为，B正确；
C．化学平衡的特征之一为反应体系各组分的浓度保持不变，而不是相等，故达到平衡时，反应物的浓度之和与生成物浓度不一定相等，本质特征为正、逆反应速率相等，结合反应速率之比等于化学计量数之比有，C错误；
D．升温时，正反应速率增大，逆反应速率也增大，D错误；
故答案为：B。
13．（23-24高一下·黑龙江·期末）某温度下，将等物质的量的气体A、B混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：，经2 min后测得B的物质的量分数为25%，以D表示的反应速率v(D)=0.25 mol/(L·min)，下列说法正确的是
A．2 min时，B的浓度为1.5 mol/L
B．反应时，向容器中通入氦气，容器内压强增大，化学反应速率加快
C．反应前后容器内气体的压强之比为1：1
D．若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应已达到平衡状态
【答案】C
【分析】假设反应开始时A、B的浓度都是a mol/L，根据反应2 min后v(D)=0.25 mol/(L·min)，可知△c(D)=0.25 mol/(L·min)×2 min=0.5 mol/L，则根据物质反应转化关系可知此时△c(A)=(a-0.25) mol/L，△c(B)=(a-0.75) mol/L，△c(C)=△c(D)=0.5 mol/L，测得B的物质的量分数为25%，可得×100%=25%，解得a=1.5 mol/L，据此分析解答。
【详解】A．根据上述分析可知：开始时加入A、B物质的浓度为1.5 mol/L，反应进行到2 min时，消耗B物质浓度为△c(B)=(a-0.75) mol/L=(1.5-0.75)mol/L=0.75 mol/L，故2 min时，B的浓度为c(B)=1.5 mol/L-0.75 mol/L=0.75 mol/L，A错误；
B．反应时，向容器中通入氦气，容器内压强增大，但容器的容积不变，反应混合物中任何物质的浓度不变，因此化学反应速率也不变，B错误；
C．该反应是反应前后气体物质的量不变的反应，反应在恒温、恒容体积下进行，因此反应前后气体的压强不变，故反应前后容器内气体的压强之比为1：1，C正确；
D．根据反应方程式可知：该反应是反应前后气体物质的量不变的反应；反应混合物都是气体，气体的质量始终不变，则无论反应是否达到平衡状态，混合气体的平均相对分子质量始终不变，因此不能根据混合气体的平均相对分子质量不变判断反应是否达到平衡状态，D错误；
故合理选项是C。
14．（21-22高二上·四川资阳·期末）下列关于各图像的解释或得出的结论不正确的是
A．由甲图可知，反应在t1时刻可能改变了压强或使用了催化剂
B．由乙图可知，反应在m点可能达到了平衡状态
C．由丙图可知，C点：v正>v逆
D．由丁图可知，交点A表示反应一定处于平衡状态，此时v正=v逆
【答案】D
【详解】A．改变条件后，正逆反应速率增大且相等，若对前后气体分子数相等的化学反应，可能是加压，也可能是加了催化剂，故A正确；
B．生成物的百分含量随温度的升高而增大，m为曲线的最高点，生成物的百分含量达到最大值，达到相应温度下的限度，即建立了相应温度下的平衡状态；继续升温生成物的百分含量减小，说明升温反应向相反方向移动，故B正确；
C．C点位于曲线以下，表示未达到该温度下的最大转化率，此时平衡会向正反应方向移动，v正＞v逆，故C正确；
D．A点时c(反应物)=c(生成物)，不一定达到平衡状态，故D错误；
故选：D。
二、非选择题
15．（23-24高一下·河北唐山·期中）的资源化利用能有效减少排放，充分利用碳资源。
(1)一定条件下与可发生反应：，该反应为放热反应，对于该反应，反应物的化学键断裂要吸收的能量 生成物的化学键形成要放出的能量(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(2)恒温条件下，在体积为2 L的密闭容器中，充入2 mol 和6 mol ，发生上述反应，测得和的浓度随时间变化如下图所示。
①在4 min到9 min时间段， 。
②能说明上述反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A．与相等
B．的体积分数在混合气体中保持不变
C．单位时间内每消耗3mol，同时生成1 mol
D．混合气体的平均相对分子质量不变
E．混合气体的密度保持不变
③下列措施能增大反应速率的是 (填字母)。
A．升高温度 B．扩大容器体积 C．充入一定量氦气 D．加入催化剂
④平衡时的物质的量为 mol；该反应达平衡时的转化率为 。
⑤容器内起始压强与达平衡时的压强之比是： 。
【答案】(1)小于
(2) 0.15 BD AD 1.5 75% 8:5
【详解】（1）该反应为放热反应，反应物的化学键断裂要吸收的能量小于生成物的化学键形成要放出的能量；
（2）①在4 min到9 min时间段，CO2的浓度变化量为0.25mol/L，根据方程可知，H2的浓度变化量为：，；
②A．与相等，并没有指明正、逆反应方向，不能判断达到平衡状态，A错误；
B．的体积分数在混合气体中保持不变，达到平衡状态，B正确；
C．单位时间内每消耗3mol，同时生成1 mol，均为正反应方向，不能判断达到平衡状态，C错误；
D．反应前后混合气体的总物质的量减少，总质量不变，当混合气体的平均相对分子质量不变时达到平衡状态，D正确；
E．反应前后气体的总质量不变，容器体积不变，故混合气体的密度一直保持不变，不能判断达到平衡状态，E错误；
故选BD；
③A．升高温度，化学反应速率增大，A正确；
B．扩大容器体积，各物质浓度降低，反应速率减小，B错误；
C．充入一定量氦气，各物质浓度不变，反应速率不变，C错误；
D．加入催化剂，反应速率增大，D正确；
故选AD；
④平衡时CH3OH的物质的量浓度变化量为0.75mol/L，可列出三段式：，平衡时的物质的量为；的平衡转化率为。
⑤容器内起始物质的量为8mol，平衡后气体的物质的量之和为：0.5+1.5+1.5+1.5=5mol，恒容条件下，起始压强与达平衡时的压强之比是：8:5。
16．（23-24高一下·海南·期中）氮氧化物为常见的大气污染物，从源头杜绝污染和科学地处理污染，是化学工作者研究的重要课题之一、治理的反应原理为，一定温度下，在2L恒容密闭容器中投入等物质的量的和，在一定条件下充分反应，部分反应物和生成物的物质的量随时间的变化曲线如图所示：
回答下列问题：
(1)曲线M、N分别代表的物质是 、 (填化学式)。
(2)图中a、b、c三点的逆反应速率由大到小的顺序是 (用a、b、c表示)，理由是 。
(3)0~5min内，用表示的化学反应速率 。
(4)c点时的转化率为 。
(5)在2.5min末，的物质的量浓度为 。
(6)若上述反应在甲、乙两个相同容器内、不同温度下同时进行，反应达到平衡之前，测得相同时间内甲中，乙中，则 (填“甲”或“乙”)中温度更高。
【答案】(1)
(2) 可逆反应达到平衡前，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大
(3)0.07
(4)70%
(5)
(6)乙
【详解】（1）随着反应进行N的物质的量减小、M的增加，说明N为反应物、M为生成物，且0~5min内 n(N)=2.0mol-0.6mol=1.4mol、 n(M)=1.4mol，说明M和N的系数比为1:1，反应原理为，则曲线M、N分别代表的物质是H2O、H2；
（2）反应物浓度越小、生成物浓度越大，逆反应速率越大，则a、b、c三点的逆反应速率由大到小的顺序是；
（3）0~5min内， n(H2)=2.0mol-0.6mol=1.4mol，则，反应速率之比等于系数比，用表示的化学反应速率；
（4）0~5min内 n(H2)=2.0mol-0.6mol=1.4mol，c点时的转化率为；
（5）在2.5min末，生成1mol水，同时生成0.25mol氮气，此时的物质的量浓度为；
（6）测得相同时间内甲中，乙中，将乙中速率换算为氢气的速率，即，则乙中速率比甲的快，则乙中温度更高。
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知识思维导图
第3课时 化学平衡
课程学习目标
1、掌握化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义
2、知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变
3、掌握化学平衡状态的判断方法，熟悉化学平衡中转化率的相关计算
【新知学习】
知识点01可逆反应
1、可逆反应的定义：在同一条件下， 和 均能同时进行的化学反应称为可逆反应
2、可逆反应的特点
(1)反应不能进行到底
(2)在一定条件下反应物与生成物同时存在
(3)正、逆反应方向同时进行
3、可逆反应的表示方法：可逆反应的化学方程式中，用“ ”号代替“===”号
知识点02化学反应的限度
1、化学平衡的建立
(1)浓度对速率的影响的角度
对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将 2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中
浓度 速率变化 v正、v逆关系
反应开始 反应物浓度 v正 v正 v逆
生成物浓度为 v逆为
反应进行中 反应物浓度 v正 v正 v逆
生成物浓度 v逆
反应一段时间(t1)后 反应物浓度 v正 v正 v逆≠0
生成物浓度 v逆
(2)利用速率—时间(v t)图像分析
2、化学平衡状态的概念：在一定条件下，当反应进行到一定程度时， 与 相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，称之为化学平衡状态，简称化学平衡
【易错提醒】
①化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最大限度，即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大
②对于可逆反应来说，当处于化学平衡状态时，转化率、产率达到了
3、化学平衡状态的特征
(1)逆：化学平衡状态研究的对象是 反应
(2)等：平衡时，同一物质的正、逆反应速率相等，即：v正＝v逆≠0(实质)
(3)动：平衡时，反应仍在不断进行，是一种 态平衡
(4)定：平衡时，各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的平均摩尔质量()、混合气体的密度(ρ)、压强(P)等所有物理量全部恒定
(5)变：外界条件改变时，平衡可能被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡，即发生化学平衡移动
知识点03化学反应条件的控制
1、化学反应条件的控制
(1)目的
①促进 的化学反应，提高原料的利用率，加快反应速率
②控制 的化学反应，减小甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的合理使用等
②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)等
(3)考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性
2、提高煤的燃烧效率问题探究
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是 ；通入过量空气的依据是空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多，若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用
3、提高燃料的燃烧效率的措施
(1)尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量
(2)尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率
4、提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节省资源、减少污染
【拓展培优】
【问题探究】
一．化学反应(限度)平衡状态的理解和判断
某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？
【知识归纳总结1】
1．化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即：
逆 —化学平衡研究的对象是可逆反应
等 —达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
动 —化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
定 —达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间变化而变化
变 —外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡状态
2．化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)三关注：
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)判断方法：
1.v正（A）=v逆（A）
①同种物质：v正＝v逆≠0，(同一种物质的生成速率等于消耗速率)
②不同种物质：＝
a.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比
b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比
2.变量不再变：
①先判断所给物理量是否为变量
②当变量不在变化，即为化学平衡状态
【典例1】（23-24高一下·安徽·期中）将置于恒容密闭容器中，升高温度发生分解反应：。下列能判断该反应达到平衡状态的个数为
①的浓度不再变化 ②不再变化 ③ ④ ⑤混合气体的密度不变 ⑥压强不变
A．2 B．3 C．4 D．5
（变式训练1）（23-24高一下·山东青岛·期中）接触法制硫酸工艺主反应在并有催化剂存在下进行：，下列描述中能说明上述反应已达平衡的是
A．
B．容器中与分子个数比不再发生变化
C．容器中气体的密度不随时间而变化
D．容器中气体的分子总数不随时间而变化
二．化学反应速率与限度的图像题解题通法
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像的形式出现在平面直角坐标系中，可能出现反应物的物质的量、浓度、压强、时间等因素。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三步来分析。
(1)“一看”——看图像
①看面，弄清楚横、纵轴所表示的含义；
②看线，弄清楚线的走向和变化趋势；
③看点，弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的折点、交点、最高点、最低点等；
④看辅助线，作横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)；
⑤看量的变化，弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化，还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时，外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。
(3)“三判断”
利用有关规律，结合图像，通过对比分析，作出正确判断。
【典例2】（23-24高一下·浙江杭州·期中）某温度时，在容积为2L的密闭容器中发生A、B两种物质间的转化反应，A、B物质的量时间变化的曲线如图所示，以下说法合理的是
A．该反应的化学方程式为
B．从反应开始到4min，
C．4min时，反应达到平衡
D．16min时，正反应速率等于逆反应速率
（变式训练2）（23-24高一下·广东湛江·期末）一定条件下，A、B、C三种气体在某恒容密闭容器中发生反应，各气体的浓度随时间变化的曲线如图所示。0～2min内该反应共吸收了akJ(a>0)能量。下列说法不正确的是
A．达到平衡时，A的浓度不再变化
B．反应的化学方程式为
C．反应达到平衡后，往容器中充入He，反应速率加快
D．该条件下，0.8molA(g)的总能量小于0.4molB(g)和1.2molC(g)的总能量
三、“三段式”突破平衡转化率和物质百分含量的计算　
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx
转化率：α(A)＝×100%，α(B)＝×100%
气体体积分数(物质的量分数)：φ(A)＝×100% φ(D)＝×100%
【典例3】 （23-24高一下·山东青岛·期中）在一个固定容积的密闭容器中通入与的混合气体，保持温度不变，发生如下反应：，反应达平衡时，混合气体的体积为448L(标况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%，下列说法错误的是
A．若反应到某时刻时，，则
B．平衡时NH3的物质的量5mol
C．混合气体平均摩尔质量不变时，反应达平衡状态
D．平衡时，混合气体的密度约为
（变式训练3）（23-24高一下·青海·期中）一定条件下，向2L恒容密闭容器中充入4.00molCO和6.00molNO，发生反应仅生成两种无毒气体。容器内两种气体的浓度随时间变化如图1所示，反应至60min时，仅改变某一反应条件，反应速率变化如图2所示。下列说法错误的是
A．a表示CO2的浓度随时间的变化曲线
B．20min时，v正＞v逆
C．60min时，改变的条件可能是降低温度
D．40min时，混合气体中，CO2的体积分数约为38.1%
【课堂检测】
一、单选题
1．（22-23高一下·宁夏石嘴山·期中）下列反应不属于可逆反应的是
A．溶于水和分解 B．和化合成和分解
C．和化合成和分解 D．和化合成HI和HI分解
2．（23-24高一下·新疆巴音郭楞·期中）可逆反应SO2+O22SO3，在混合气体中充入定量的18O2，足够长的时间后18O
A．只存在于O2中 B．只存在于O2和SO3
C．只存在于O2和SO3 D．存在于O2、SO2和SO3
3．（23-24高一下·广西柳州·期末）如图所示为时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时的浓度变化情况，则下列说法错误的是
A．2min后反应达到平衡状态
B．前2min，A的分解速率为0.1
C．发生的反应可表示为
D．2min时，A、B、C的浓度之比为
4．（23-24高一下·福建龙岩·阶段练习）下列说法中，可以证明反应N2+3H22NH3，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键断裂
B．N2、H2、NH3的分子数之比为1:3:2
C．1个N≡N键断裂的同时有6个N-H键形成
D．N2、H2、NH3的浓度不再变化
5．（23-24高一下·广东惠州·期中）高炉炼铁的原料是焦炭和Fe2O3，发生的反应主要有：①；②。 下列有关说法错误的是
A．对于反应②，当CO和CO2的正反应速率相等时，反应达到平衡
B．高炉炼铁前先将矿石粉碎，可以加快反应速率
C．高炉炼铁尾气中，总是存在一定量的CO
D．在给定条件下，反应①和②达到平衡时，Fe的产量达到最大
6．（23-24高一下·贵州·期中）一定条件下，在密闭容器中，发生合成氨反应：。下列说法错误的是
A．添加适当的催化剂可以加快化学反应速率
B．在未达到化学平衡之前正反应速率大于逆反应速率
C．与的物质的量浓度之比为1：3时，该反应一定达到化学平衡状态
D．升高温度能加快合成氨的速率
7．（23-24高一下·湖北武汉·期中）在一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。下列情况下不能说明该反应一定达到化学平衡的是
A．NH3的质量分数保持不变 B．H2的含量保持不变
C．正反应和逆反应的速率相等 D．N2、H2和NH3的物质的量之比为1：3：2
8．（23-24高一下·广东茂名·期末）一定温度下，向容积为1 L的密闭容器中加入2 mol 和1 mol ，发生反应：，下列能说明此反应达到平衡状态的是
A． B．容器内压强不变
C．混合气体的密度不变 D．混合气体中、的物质的量之比为2∶1
9．（23-24高一下·广东广州·期中）一定温度下，2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示，10s时达到平衡。下列说法不正确的是
A．反应的化学方程式为：
B．时，Z和X浓度相等，正反应速率大于逆反应速率
C．当X的物质的量不再随时间而变化，此时正、逆反应速率相等，但不为零
D．从反应开始到10s内，用Z的浓度变化表示的平均反应速率为
10．（23-24高一下·江西宜春·期中）时℃，向容积为的恒容密闭容器中加入和，模拟发生脱硝反应：，测得的物质的量随时间的变化如图所示，下列说法错误的是
A．时，容器内
B．时，的转化率为60%
C．，
D．平衡时，
11．（23-24高一下·河南洛阳·期中）NO2和N2O4可以相互转化：2NO2(g)N2O4(g)，反应过程放热，现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入体积为1L的恒容密闭容器中，NO2和N2O4浓度随时间变化关系如图。下列说法正确的是
A．a点时达到了化学平衡状态
B．反应速率v正(b点)>v正(c点)
C．25min时改变的条件是增大了N2O4的浓度
D．容器内混合气体的平均摩尔质量不变时可判断达到了化学平衡状态
12．（23-24高一下·陕西安康·期中）一定温度下，体积为2L的恒容密闭容器中进行合成氨反应，5min内NH3的质量增加了1.7g，且反应达到平衡，已知该反应为放热反应。下列说法正确的是
A．1molN2和3molH2的能量之和小于2molNH3具有的能量
B．用H2表示该反应5min内的平均速率为
C．达到平衡时，反应物的浓度之和与生成物浓度相等且满足
D．升温时，正反应速率减小，逆反应速率增大
13．（23-24高一下·黑龙江·期末）某温度下，将等物质的量的气体A、B混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：，经2 min后测得B的物质的量分数为25%，以D表示的反应速率v(D)=0.25 mol/(L·min)，下列说法正确的是
A．2 min时，B的浓度为1.5 mol/L
B．反应时，向容器中通入氦气，容器内压强增大，化学反应速率加快
C．反应前后容器内气体的压强之比为1：1
D．若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应已达到平衡状态
14．（21-22高二上·四川资阳·期末）下列关于各图像的解释或得出的结论不正确的是
A．由甲图可知，反应在t1时刻可能改变了压强或使用了催化剂
B．由乙图可知，反应在m点可能达到了平衡状态
C．由丙图可知，C点：v正>v逆
D．由丁图可知，交点A表示反应一定处于平衡状态，此时v正=v逆
二、非选择题
15．（23-24高一下·河北唐山·期中）的资源化利用能有效减少排放，充分利用碳资源。
(1)一定条件下与可发生反应：，该反应为放热反应，对于该反应，反应物的化学键断裂要吸收的能量 生成物的化学键形成要放出的能量(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(2)恒温条件下，在体积为2 L的密闭容器中，充入2 mol 和6 mol ，发生上述反应，测得和的浓度随时间变化如下图所示。
①在4 min到9 min时间段， 。
②能说明上述反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A．与相等
B．的体积分数在混合气体中保持不变
C．单位时间内每消耗3mol，同时生成1 mol
D．混合气体的平均相对分子质量不变
E．混合气体的密度保持不变
③下列措施能增大反应速率的是 (填字母)。
A．升高温度 B．扩大容器体积 C．充入一定量氦气 D．加入催化剂
④平衡时的物质的量为 mol；该反应达平衡时的转化率为 。
⑤容器内起始压强与达平衡时的压强之比是： 。
16．（23-24高一下·海南·期中）氮氧化物为常见的大气污染物，从源头杜绝污染和科学地处理污染，是化学工作者研究的重要课题之一、治理的反应原理为，一定温度下，在2L恒容密闭容器中投入等物质的量的和，在一定条件下充分反应，部分反应物和生成物的物质的量随时间的变化曲线如图所示：
回答下列问题：
(1)曲线M、N分别代表的物质是 、 (填化学式)。
(2)图中a、b、c三点的逆反应速率由大到小的顺序是 (用a、b、c表示)，理由是 。
(3)0~5min内，用表示的化学反应速率 。
(4)c点时的转化率为 。
(5)在2.5min末，的物质的量浓度为 。
(6)若上述反应在甲、乙两个相同容器内、不同温度下同时进行，反应达到平衡之前，测得相同时间内甲中，乙中，则 (填“甲”或“乙”)中温度更高。
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