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第二节 化学平衡
课时1 化学平衡状态
一、知识目标
1.理解化学平衡状态的定义，掌握其特征（逆、动、等、定、变）。
2.学会计算反应物的转化率，理解化学反应的限度决定反应物在该条件下的最大转化率。
3.掌握判断可逆反应达到化学平衡状态的动态标志（正逆反应速率相等）和静态标志（变量不变）。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上观察可逆反应中各物质浓度、物质的量等物理量的变化，从微观上理解正逆反应速率的关系，建立化学平衡状态的概念。
2.证据推理与模型认知：通过分析合成氨等具体反应的实验数据和速率变化图像，建立化学平衡状态的模型，培养逻辑推理能力。
3.科学探究与创新意识：通过对化学平衡状态判定方法的探究，培养实验设计和数据分析能力，体会科学探究的过程和方法。
一、学习重点
1.化学平衡状态的定义、特征及判断标志。
2.反应物转化率的计算。
二、学习难点
1.对化学平衡状态动态特征的理解。
2.准确判断可逆反应是否达到化学平衡状态。
一、化学平衡状态
1．可逆反应
（1）概念
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）特征
2．化学平衡状态
（1）建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应：N2＋3H22NH3。
N2与H2反应 NH3的分解反应
绘制v－t图像 绘制v－t图像
（2）含义
在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
（3）特征
二、化学平衡状态的判断
1．简单判据
（1）“等”
正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。
①同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
（2）“定”
反应体系中各组成成分的质量、物质的量、浓度百分含量(质量分数、物质的量分数、气体的体积分数等)保持恒定不变。
2.注意事项
（1）本判据关于各组成成分的判断不适用于总质量、总物质的量、气体总体积等。
（2）本判据的核心为恒定不变，如2A(g)＋B(g) 3C(g)，c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶1∶3，并未体现出恒定不变，因此不能作为化学平衡状态的判据。
3．“复杂”判据——“变量不变”时即为平衡
当反应过程中变化的量不再改变时，化学反应达到平衡状态，即反应前后始终不变的量不能作为判据。
在恒温恒容条件下，下列三个可逆反应的某些“量”不再随时间改变时，判断是否一定达到了平衡状态。
N2(g)＋3H2(g) 2NH3 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) C(s)＋CO2(g) 2CO(g)
①混合气体的总质量m总 不一定 不一定 是
②混合气体的总物质的量n总 是 不一定 是
③混合气体的密度ρ 不一定 不一定 是
④体系的压强p 是 不一定 是
⑤混合气体的平均摩尔质量 是 不一定 是
⑥混合气体的颜色 是
（一）问题探究
合成氨工业的重要意义及反应限度问题
问题：合成氨工业在解决粮食问题上有重大贡献，结合资料查找，说说合成氨工业的发展历程以及它对农业生产的具体影响有哪些？为什么合成氨反应存在限度，这与反应的哪些因素有关？
答案：合成氨工业的发展历程：1909年，德国化学家哈伯（F. Haber）在实验室首次用氮气和氢气在高温高压及催化剂条件下合成了氨，这是合成氨工业的开端。之后经过不断改进和工业化生产，合成氨工业逐渐成熟并大规模应用。对农业生产的影响：氨可以进一步制成氮肥，如尿素、硝酸铵等，这些氮肥能为农作物提供氮元素，促进农作物的生长和发育，大大提高了农作物的产量，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题。合成氨反应存在限度，这是因为该反应是可逆反应，正反应和逆反应同时进行。反应的限度与反应的温度、压强、催化剂以及反应物和生成物的浓度等因素有关。例如，温度升高，反应速率加快，但可能会使平衡向逆反应方向移动；压强增大，平衡向气体分子数减小的方向移动，即正反应方向，但也有一定的限度。
化学平衡状态在实际生产中的应用
问题：查找资料，举例说明化学平衡状态的知识在其他工业生产中的应用，分析是如何利用化学平衡的原理来提高生产效率的？
答案：以二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的工业生产为例，反应方程式为。在实际生产中，通过以下方式利用化学平衡原理提高生产效率：
增大反应物浓度：通入过量的空气，增加氧气的浓度，使平衡向正反应方向移动，提高二氧化硫的转化率。
控制温度：该反应是放热反应，降低温度有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低会使反应速率减慢。所以实际生产中选择合适的温度，既能保证一定的反应速率，又能使平衡向生成三氧化硫的方向移动。
使用催化剂：使用五氧化二钒等催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不影响化学平衡的移动，从而提高单位时间内的产量。
（二）问题思考
合成氨反应中生产效率与反应速率的关系
问题：在合成氨生产中，只尽力提高化学反应速率，生产效率就一定高吗？结合学过的化学反应速率和可逆反应的知识进行思考。
答案：只尽力提高化学反应速率，生产效率不一定高。化学反应速率表示反应进行的快慢，而生产效率不仅与反应速率有关，还与反应的限度有关。合成氨反应是可逆反应，存在反应限度。如果只提高反应速率，而不考虑反应限度，原料可能无法充分转化为产品。例如，当反应达到平衡后，继续提高反应速率，反应物和生成物的浓度不再改变，产量也不会增加，此时生产效率并没有提高。所以要提高生产效率，需要综合考虑反应速率和反应限度，通过改变条件使平衡向正反应方向移动，提高原料的转化率。
可逆反应达到限度的判断
问题：在一定温度下，向容积固定的密闭容器中充入一定量的和，发生反应。下列说法能说明该反应达到限度的是（ ）
A. 和完全转化为 B. 、、的浓度不再变化
C. 、、的物质的量之比为 D. 正反应速率大于逆反应速率
答案：B。
解析：
A选项，可逆反应中反应物不能完全转化为生成物，所以和不能完全转化为，A错误；
B选项，各物质浓度不再变化，说明正逆反应速率相等，反应达到了限度，B正确；
C选项，物质的量之比为不能说明反应达到限度，因为物质的量之比与反应是否达到平衡没有必然联系，C错误；
D选项，正反应速率大于逆反应速率，反应向正反应方向进行，未达到限度，D错误。
化学平衡状态的本质特征
问题：根据速率 - 时间图像，当正、逆反应速率相等时，反应处于什么状态？为什么说化学平衡是一种动态平衡？
答案：当正、逆反应速率相等时，反应达到化学平衡状态。化学平衡是一种动态平衡，是因为在平衡状态下，正反应和逆反应仍在继续进行，只是正反应速率和逆反应速率相等，单位时间内反应物转化为生成物的量和生成物转化为反应物的量相等，所以各物质的浓度保持不变，看起来好像反应停止了，但实际上反应一直在进行，因此是动态平衡。例如，在合成氨反应中，达到平衡时，氮气和氢气不断反应生成氨气，同时氨气也在不断分解生成氮气和氢气，只是两者的速率相等，使得各物质的浓度不再改变。
（三）归纳总结
化学平衡状态的定义和特征
问题：结合教材内容和课堂讲解，归纳化学平衡状态的定义和特征。
答案：定义：在一定条件下，在可逆反应体系中，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这时的状态称之为化学平衡状态。特征：
逆：研究对象是可逆反应。
动：动态平衡，正反应和逆反应仍在进行。
等：正逆反应速率相等且不等于零，这是化学平衡状态的本质特征。
定：平衡时，各组分的浓度保持一定。
变：当外界条件改变，原平衡发生移动。
反应物转化率的计算和理解
问题：总结反应物转化率的计算公式，分析化学反应限度与转化率的关系。
答案：反应物转化率的计算公式为：转化率，量可以是质量、物质的量、体积、物质的量浓度等。化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率。当反应达到平衡时，反应物的转化率达到该条件下的最大值。同一可逆反应，改变条件可改变反应限度，从而影响反应物的转化率。例如，在合成氨反应中，通过改变温度、压强等条件，使平衡向正反应方向移动，反应物的转化率就会提高。
化学平衡状态的判定标志
问题：归纳判断可逆反应达到化学平衡状态的动态标志和静态标志有哪些？
答案：
动态标志（）：
同一物质的生成速率等于其消耗速率。例如，在反应中，的生成速率等于的消耗速率时，反应达到平衡。
用不同物质表示反应速率时，必须符合两个条件，一是表示两个不同的反应方向，二是速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比。如在反应中，时，反应达到平衡。
静态标志（变量不变）：
随反应进行一定改变的量，如物质的量、物质的量浓度、质量、产率、颜色、转化率、百分含量等，当这些量不再变化时，反应达平衡。
气体相关物理量判断：
气体的（或或）：若反应前后气体分子数相等（左 = 右），则这些物理量不一定能说明反应达到平衡；若反应前后气体分子数不相等（左≠右），则当这些物理量不再变化时，反应一定达到平衡。例如，反应，反应前后气体分子数不变，压强不变不能说明反应达到平衡；而反应，反应前后气体分子数改变，压强不变说明反应达到平衡。
气体体积分数/物质的量分数：变量不变，达平衡。
气体平均相对分子质量：需要看反应的化学计量数和物质的状态来判断是否为变量。例如，在反应中，若容器体积不变，混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡。
气体密度：需要看反应的化学计量数、物质的状态以及恒压恒容情况判断是否为变量。如在恒容容器中，反应，由于是固体，随着反应的进行，混合气体的质量会发生变化，所以混合气体的密度会改变，当密度不变时，反应达到平衡。
其他：如绝热体系下温度不变等也可作为判断反应达到平衡的标志。
1.下列关于化学平衡的说法中，不正确的是()
A. 当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零
B. 当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等
C. 当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏
D. 当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变
【答案】A
【解析】化学平衡是一种动态平衡，当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但不等于零，A选项错误；可逆反应达到化学平衡的本质是正、逆反应速率相等，B选项正确；化学平衡是在一定条件下建立的，当外界条件改变时，原平衡会发生移动，即平衡被破坏，C选项正确；达到化学平衡时，体系的组成不随时间而改变，各物质的浓度保持不变，D选项正确。
2.某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A(g)＋3B(g) 2C(g)。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为VL，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是()
①原混合气体的体积为1.2VL
②原混合气体的体积为1.1VL
③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05VL
④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05VL
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
【答案】A
【解析】达到平衡时，C气体的体积为0.1VL，根据反应方程式A(g)＋3B(g) 2C(g)，生成0.1VL C气体，消耗A的体积为0.05VL，消耗B的体积为0.15VL。设原混合气体体积为V0L，根据差量法：反应前后气体体积减少量为生成C气体体积的一半，即减少了0.05VL，则V0 - VL = 0.05VL，解得V0 = 1.1VL。所以原混合气体的体积为1.1VL，反应达到平衡时气体A消耗掉0.05VL，②③正确，答案选A。
3.在一定温度下的恒容容器中，发生反应：2A(g)＋B(s) C(g)＋D(g)，下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是()
①混合气体的压强不变 ②混合气体的密度不变
③C(g)的物质的量浓度不变 ④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1
⑤单位时间内生成nmolC，同时生成nmolD ⑥单位时间内生成nmolD，同时生成2nmolA
A. ①②⑤ B. ②③⑤ C. ②③⑥ D. ①③⑥
【答案】C
【解析】该反应前后气体分子数不变，混合气体的压强始终不变，所以①不能表明反应达到平衡状态；由于B为固体，随着反应进行，气体质量发生变化，恒容条件下，混合气体的密度会改变，当密度不变时，说明反应达到平衡，②可以表明反应达到平衡；C的物质的量浓度不变，说明各物质的量不再变化，反应达到平衡，③可以表明反应达到平衡；容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1，不能说明各物质的浓度不再变化，不一定达到平衡，④不能表明反应达到平衡；单位时间内生成nmolC和nmolD，都表示正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，⑤不能表明反应达到平衡；单位时间内生成nmolD表示正反应速率，同时生成2nmolA表示逆反应速率，且满足化学计量数之比，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡，⑥可以表明反应达到平衡。综上，能表明反应已达到平衡状态的是②③⑥，答案选C。
4．在一个绝热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(s)，当m、n、p、q为任意整数时，一定可以作为反应达到平衡状态的标志是()
①体系的压强不再改变 ②体系的温度不再改变
③体系的密度不再变化 ④各组分质量分数不再改变
A．①②③ B．①②③④ C．②③④ D．③④
【答案】C
【解析】该反应中D为固体，若m + n = p，反应前后气体分子数不变，体系压强始终不变，所以①不一定能表明反应达到平衡；绝热体系中，反应过程中会有热量变化，体系温度会改变，当体系温度不再改变时，说明反应达到平衡，②可以表明反应达到平衡；由于D为固体，随着反应进行，气体质量发生变化，恒容条件下，体系的密度会改变，当密度不变时，说明反应达到平衡，③可以表明反应达到平衡；各组分质量分数不再改变，说明各物质的量不再变化，反应达到平衡，④可以表明反应达到平衡。综上，一定可以作为反应达到平衡状态标志的是②③④，答案选C。
5.在698K时，向某VL的密闭容器中充入2molH (g)和2molI (g)，发生反应：H (g)＋I (g) 2HI(g) ΔH＝－26.5kJ·mol ，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＝__________L。
（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 s；0.316 mol·L ·s ；（3）放出；41.87 kJ
【解析】（1）起始时H 和I 的物质的量均为2mol，由图可知起始时H 和I 的浓度均为1mol/L，根据(c = n/V)，可得(V = n/c = 2mol÷1mol/L = 2L)。
（2）由图可知，5s时各物质的浓度不再变化，说明反应达到最大限度；5s内HI的浓度变化量为1.58mol/L，则平均反应速率(v(HI)===0.316 mol·L ·s )。
（3）该反应的(H＜0)，为放热反应，达到平衡时生成HI的物质的量为(1.58mol/L×2L = 3.16mol)，根据热化学方程式可知，生成2molHI放出26.5kJ热量，则生成3.16molHI放出的热量为(×26.5kJ = 41.87kJ)。
一、化学平衡状态的建立
1．可逆反应
（1）概念：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）特征
2．化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H22NH3
如图1所示，N2与H2发生反应。随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐减小，v正逐渐减小，而NH3的浓度逐渐增大，v逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡。
如图2所示，NH3发生分解反应。随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐减小，v逆逐渐减小，而N2和H2的浓度逐渐增大，v正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡。
通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。
3．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
4．化学平衡状态的特征
二、化学平衡状态的判断方法
1．用本质特征判断
判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。
（1）同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
（2）不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
2．用宏观特征判断
判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
（1）各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。
（2）各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。
（3）反应物的转化率、产物的产率保持不变。
3．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
（1）恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 是
当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定
混合气体的 当m＋n≠p＋q时，一定 是
当m＋n＝p＋q时，一定 不一定
（2）恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如
关注各物质的状态 是否平衡
密度 C(s)＋CO2(g) 2CO(g)(ρ一定) 是
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(ρ一定) 不一定
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)(ρ一定) 不一定
考点一　可逆反应
1．下列关于可逆反应的叙述正确的是(　　)
A．可逆反应是指既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应
B．2H2O2H2↑＋O2↑与2H2＋O22H2O互为可逆反应
C．对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率就会减小
D．密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)开始后，三种气体一定同时存在
答案　D
解析　只有在相同条件下，正、逆反应同时进行的化学反应才是可逆反应，故A错误；2H2O2H2↑＋O2↑与2H2＋O22H2O的反应条件不同，所以这两个反应不互为可逆反应，故B错误；对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率可能增大，也可能不变，故C错误；可逆反应不能进行到底，反应开始后一定会有生成物产生，同时反应物必然有剩余，故D正确。
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(　　)
A．14CO2 B．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在三种物质中都有。
3．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g) 2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是(　　)
①X2为0.2 mol·L－1　②Y2为0.1 mol·L－1 ③Z2为0.3 mol·L－1　④Y2为0.6 mol·L－1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案　B
解析　在可逆反应中，反应物不可能完全转化为生成物，平衡时不可能出现某物质的浓度为零的情况。①X2为0.2 mol·L－1，表明Z2全部转化为X2和Y2，①错误；同理，④错误。
考点二　化学平衡状态
1．下列对化学反应限度的叙述中，不正确的是(　　)
A．任何可逆反应在给定的条件下的进程都有一定的限度，不同反应的限度不同
B．可逆反应的最大转化率不能达到100%，所以可逆反应不容易发生
C．化学反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度均不再改变，但物质间的转化仍在进行
D．改变反应条件，化学反应限度可能改变
答案　B
解析　任何可逆反应都有一定的限度，但化学反应不同，限度不同，A正确；可逆反应不可能完全转化，反应物的转化率不可能达到100%，但有些可逆反应容易发生，如氨气溶于水与水反应就是容易发生的可逆反应，B错误；当化学反应达到反应限度时，正、逆反应速率相等，但反应没有停止，只不过生成与消耗的同种物质的物质的量相等，C正确；化学反应限度是在一定条件下的平衡状态，当外界条件发生改变时，正、逆反应速率可能不相等，则平衡可能发生移动，即化学反应的限度可以通过改变条件而改变，D正确。
2．在1 273 K、100.0 kPa条件下，化学反应C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)达到平衡后(　　)
A．C2H6的浓度保持不变 B．C2H6仍在不断分解，其浓度不断减少
C．C2H6的分解速率大于生成速率 D．C2H4仍在不断生成，其浓度不断增加
答案　A
解析　达到平衡后，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不再变化，但各种物质仍在反应。
3.如图表示可逆反应：N2＋3H2(g) 2NH3的化学反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是(　　)
A．t1时，反应逆向进行 B．t2时，c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)一定为1∶3∶2
C．t2时，H2在该条件下转化率达到最大 D．t2～t3，反应停止
答案　C
解析　由图像可知，在t1时刻，v正＞v逆，反应正向进行，A项错误；t2时刻反应达到平衡，但起始浓度未知，故无法计算N2、H2、NH3三者浓度大小关系，B项错误；t2时刻反应达到平衡，正、逆反应速率相等，反应达到限度，反应物的转化率最大，C项正确；t2～t3，反应达到平衡状态，v正＝v逆≠0，反应没有停止，D项错误。
4．恒温时向2 L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)＋Y(g) 3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．正反应速率a点比b点小
B．t0 min时该反应停止
C．t0 min时，c(Z)＝0.75 mol·L－1
D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到了化学平衡状态
答案　C
解析　反应开始加入一定量的气体X和Y，则反应2X(g)＋Y(g) 3Z(g)从正反应方向开始进行，随着反应的进行，正反应速率越来越小，到平衡时达到最小值，则根据图示可知，a点的正反应速率大于b点的正反应速率，A错误；可逆反应从b点开始达到平衡，化学平衡为动态平衡，此时反应仍在进行，正反应速率等于逆反应速率，B错误；从图像中可以看出，从反应开始到平衡，参加反应的Y的物质的量为0.5 mol，根据物质反应转化关系可知，生成的Z的物质的量为1.5 mol，由于容器的容积是2 L，因此t0 min时，c(Z)＝＝0.75 mol·
L－1，C正确；该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，体系的压强始终不变，因此不能根据压强不变判断反应是否达到平衡状态，D错误。
5．在一定条件下，气体参与的某正反应方向ΔH＜0的可逆反应达到化学平衡时，下列说法不正确的是(　　)
A．反应物的浓度一定等于生成物的浓度 B．反应体系中压强恒定
C．反应体系中混合物的组成保持不变 D．反应体系中温度不变
答案　A
解析　对于放热的可逆反应，达到平衡时，反应物与生成物的浓度不一定相等，A项错误；可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，气体分子数保持不变，反应体系中压强恒定，混合物的组成保持不变，反应体系中温度不变，B、C、D项正确。
考点三　化学平衡状态的判断
1．可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)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　可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，而3v正(N2)＝v正(H2)并未反映出v正＝v逆的关系，即A项不正确；在N2与H2合成NH3的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率，二要注意不同物质的速率之比等于化学计量数之比。
2．下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是(　　)
选项 反应条件 可逆反应 标志
A 恒温恒容 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 混合气体的密度不变
B 恒温恒压 NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g) NH3在混合气体中的百分含量不变
C 恒温恒容 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) 2v正(H2)＝v逆(HI)
D 恒温恒压 2NO2(g) N2O4(g) c(NO2)＝2c(N2O4)
答案　C
解析　该反应的反应物和生成物都是气体，气体的质量不变；反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，则无论反应是否达到平衡，反应混合气体的密度始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，A不符合题意；该反应中只有生成物是气体，二者的物质的量之比为定值，则无论反应是否达到平衡状态，NH3在混合气体中的百分含量始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，B不符合题意；在任何时刻都存在2v正(H2)＝v正(HI)，若2v正(H2)＝v逆(HI)，则v正(HI)＝v逆(HI)，HI的浓度不变，反应处于平衡状态，C符合题意；在任何时刻物质反应时转化浓度关系为c(NO2)＝2c(N2O4)，但反应达到平衡时是否存在该浓度关系，与开始时加入反应物的多少及反应条件有关，不能据此判断反应是否达到平衡状态，D不符合题意。
3．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)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A．恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化
B．两个H—O断裂的同时有两个C==O断裂
C．在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化
D．混合气体的平均摩尔质量不再发生变化
答案　B
解析　该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，恒温恒容条件下，混合气体的压强不变，无法说明反应达到平衡状态，A项错误；两个H—O断裂表示的是正反应速率，两个C==O断裂表示的是逆反应速率，正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，B项正确；在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，则混合气体的密度始终不变，所以反应容器内的气体密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，C项错误；该反应是反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，根据＝可知，混合气体的平均摩尔质量始终不发生变化，所以混合气体的平均摩尔质量不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。
4．对于反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，判断下列说法正确的是(　　)
①单位时间内生成2 mol SO2，同时生成1 mol O2，则处于化学平衡状态　②SO2的生成速率等于SO2的消耗速率，则处于化学平衡状态　③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化，则处于化学平衡状态　④SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2，则处于化学平衡状态
A．①③ B．②④
C．②③ D．③④
答案　C
解析　①生成2 mol SO2、生成1 mol O2均代表逆反应方向，错误；②正、逆反应速率相等，则处于平衡状态，正确；③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化，即各组分的浓度保持不变，处于平衡状态，正确；④SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2，并不能说明各组分的浓度保持不变，不一定处于平衡状态，错误。
5．在一个绝热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(s)，当m、n、p、q为任意整数时，一定可以作为反应达到平衡状态的标志是(　　)
①体系的压强不再改变　②体系的温度不再改变　③体系的密度不再变化　④各组分质量分数不再改变
A．①②③ B．①②③④
C．②③④ D．③④
答案　C
解析　无法判断反应前后气体体积的关系，则无法确定压强是否为变量，无法根据体系的压强判断平衡状态，①错误；在一个绝热的固定容积的密闭容器中，体系的温度为变量，温度不再改变，说明正、逆反应速率相等，能据此判断反应达到平衡状态，②正确；D为固态，混合气体的质量为变量，容器容积为定值，则密度为变量，当混合气体密度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；各组分的质量分数不再改变，表明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，④正确。
6．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)。下列各项：①2v(NH3)＝v(CO2)；②密闭容器中总压强不变；③密闭容器中混合气体的密度不变；④密闭容器中氨气的体积分数不变；⑤密闭容器中c(NH3)不变。能判断该反应已经达到化学平衡状态的是(　　)
A．②③⑤ B．②③④
C．①④ D．全部
答案　A
解析　2v(NH3)＝v(CO2)，没有说明是正反应速率，还是逆反应速率，也不符合化学计量数的比例关系，①错误；该反应是气体体积增大、压强增大的反应，密闭容器中总压强不变，能说明反应达到平衡，②正确；根据ρ＝，气体质量增加，容器体积不变，密闭容器中混合气体的密度不变，能说明反应达到平衡，③正确；NH3(g)、CO2(g)的量始终是以2∶1增加，因此密闭容器中氨气的体积分数始终不变，不能说明反应达到平衡，④错误；密闭容器中c(NH3)不变，各物质的浓度不再改变能作为反应达到平衡状态的标志，⑤正确。
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第二节 化学平衡
课时1 化学平衡状态
一、知识目标
1.理解化学平衡状态的定义，掌握其特征（逆、动、等、定、变）。
2.学会计算反应物的转化率，理解化学反应的限度决定反应物在该条件下的最大转化率。
3.掌握判断可逆反应达到化学平衡状态的动态标志（正逆反应速率相等）和静态标志（变量不变）。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：从宏观上观察可逆反应中各物质浓度、物质的量等物理量的变化，从微观上理解正逆反应速率的关系，建立化学平衡状态的概念。
2.证据推理与模型认知：通过分析合成氨等具体反应的实验数据和速率变化图像，建立化学平衡状态的模型，培养逻辑推理能力。
3.科学探究与创新意识：通过对化学平衡状态判定方法的探究，培养实验设计和数据分析能力，体会科学探究的过程和方法。
一、学习重点
1.化学平衡状态的定义、特征及判断标志。
2.反应物转化率的计算。
二、学习难点
1.对化学平衡状态动态特征的理解。
2.准确判断可逆反应是否达到化学平衡状态。
一、化学平衡状态
1．可逆反应
（1）概念
在_____下，既能向__________进行，同时又能向__________进行的反应。
（2）特征
2．化学平衡状态
（1）建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应：N2＋3H22NH3。
N2与H2反应 NH3的分解反应
绘制v－t图像 绘制v－t图像
（2）含义
在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率_____时，反应物和生成物的浓度均__________，即体系的组成_______________，这表明该反应中物质的转化达到了_____，这时的状态我们称之为__________，简称__________。
（3）特征
二、化学平衡状态的判断
1．简单判据
（1）“等”
正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。
①同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的__________之比，但必须是__________的速率。
（2）“定”
反应体系中各组成成分的质量、物质的量、浓度百分含量(质量分数、物质的量分数、气体的体积分数等)保持恒定不变。
2.注意事项
（1）本判据关于各组成成分的判断不适用于总质量、总物质的量、气体总体积等。
（2）本判据的核心为恒定不变，如2A(g)＋B(g) 3C(g)，c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶1∶3，并未体现出恒定不变，因此不能作为化学平衡状态的判据。
3．“复杂”判据——“变量不变”时即为平衡
当反应过程中变化的量不再改变时，化学反应达到平衡状态，即反应前后始终不变的量不能作为判据。
在恒温恒容条件下，下列三个可逆反应的某些“量”不再随时间改变时，判断是否一定达到了平衡状态。
N2(g)＋3H2(g) 2NH3 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) C(s)＋CO2(g) 2CO(g)
①混合气体的总质量m总 _____ _____ _____
②混合气体的总物质的量n总 _____ _____ _____
③混合气体的密度ρ _____ _____ _____
④体系的压强p _____ _____ _____
⑤混合气体的平均摩尔质量 _____ _____ _____
⑥混合气体的颜色 _____
（一）问题探究
合成氨工业的重要意义及反应限度问题
问题：合成氨工业在解决粮食问题上有重大贡献，结合资料查找，说说合成氨工业的发展历程以及它对农业生产的具体影响有哪些？为什么合成氨反应存在限度，这与反应的哪些因素有关？
化学平衡状态在实际生产中的应用
问题：查找资料，举例说明化学平衡状态的知识在其他工业生产中的应用，分析是如何利用化学平衡的原理来提高生产效率的？
（二）问题思考
合成氨反应中生产效率与反应速率的关系
问题：在合成氨生产中，只尽力提高化学反应速率，生产效率就一定高吗？结合学过的化学反应速率和可逆反应的知识进行思考。
可逆反应达到限度的判断
问题：在一定温度下，向容积固定的密闭容器中充入一定量的和，发生反应。下列说法能说明该反应达到限度的是（ ）
A. 和完全转化为 B. 、、的浓度不再变化
C. 、、的物质的量之比为 D. 正反应速率大于逆反应速率
化学平衡状态的本质特征
问题：根据速率 - 时间图像，当正、逆反应速率相等时，反应处于什么状态？为什么说化学平衡是一种动态平衡？
（三）归纳总结
化学平衡状态的定义和特征
问题：结合教材内容和课堂讲解，归纳化学平衡状态的定义和特征。
反应物转化率的计算和理解
问题：总结反应物转化率的计算公式，分析化学反应限度与转化率的关系。
化学平衡状态的判定标志
问题：归纳判断可逆反应达到化学平衡状态的动态标志和静态标志有哪些？
1.下列关于化学平衡的说法中，不正确的是()
A. 当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零
B. 当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等
C. 当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏
D. 当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变
2.某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A(g)＋3B(g) 2C(g)。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为VL，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是()
①原混合气体的体积为1.2VL
②原混合气体的体积为1.1VL
③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05VL
④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05VL
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
3.在一定温度下的恒容容器中，发生反应：2A(g)＋B(s) C(g)＋D(g)，下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是()
①混合气体的压强不变 ②混合气体的密度不变
③C(g)的物质的量浓度不变 ④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1
⑤单位时间内生成nmolC，同时生成nmolD ⑥单位时间内生成nmolD，同时生成2nmolA
A. ①②⑤ B. ②③⑤ C. ②③⑥ D. ①③⑥
4．在一个绝热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(s)，当m、n、p、q为任意整数时，一定可以作为反应达到平衡状态的标志是()
①体系的压强不再改变 ②体系的温度不再改变
③体系的密度不再变化 ④各组分质量分数不再改变
A．①②③ B．①②③④ C．②③④ D．③④
5.在698K时，向某VL的密闭容器中充入2molH (g)和2molI (g)，发生反应：H (g)＋I (g) 2HI(g) ΔH＝－26.5kJ·mol ，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＝__________L。
（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__________。
一、化学平衡状态的建立
1．可逆反应
（1）概念：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）特征
2．化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H22NH3
如图1所示，N2与H2发生反应。随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐减小，v正逐渐减小，而NH3的浓度逐渐增大，v逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡。
如图2所示，NH3发生分解反应。随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐减小，v逆逐渐减小，而N2和H2的浓度逐渐增大，v正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正＝v逆，反应达到平衡。
通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。
3．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
4．化学平衡状态的特征
二、化学平衡状态的判断方法
1．用本质特征判断
判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。
（1）同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
（2）不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
2．用宏观特征判断
判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
（1）各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。
（2）各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。
（3）反应物的转化率、产物的产率保持不变。
3．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
（1）恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 是
当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定
混合气体的 当m＋n≠p＋q时，一定 是
当m＋n＝p＋q时，一定 不一定
（2）恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如
关注各物质的状态 是否平衡
密度 C(s)＋CO2(g) 2CO(g)(ρ一定) 是
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(ρ一定) 不一定
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)(ρ一定) 不一定
考点一　可逆反应
1．下列关于可逆反应的叙述正确的是(　　)
A．可逆反应是指既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应
B．2H2O2H2↑＋O2↑与2H2＋O22H2O互为可逆反应
C．对于可逆反应，当正反应速率增大时，逆反应速率就会减小
D．密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)开始后，三种气体一定同时存在
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(　　)
A．14CO2 B．14CO2、14CO
C．14CO2、14CO、14C D．14CO
3．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g) 2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是(　　)
①X2为0.2 mol·L－1　②Y2为0.1 mol·L－1 ③Z2为0.3 mol·L－1　④Y2为0.6 mol·L－1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
考点二　化学平衡状态
1．下列对化学反应限度的叙述中，不正确的是(　　)
A．任何可逆反应在给定的条件下的进程都有一定的限度，不同反应的限度不同
B．可逆反应的最大转化率不能达到100%，所以可逆反应不容易发生
C．化学反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度均不再改变，但物质间的转化仍在进行
D．改变反应条件，化学反应限度可能改变
2．在1 273 K、100.0 kPa条件下，化学反应C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)达到平衡后(　　)
A．C2H6的浓度保持不变 B．C2H6仍在不断分解，其浓度不断减少
C．C2H6的分解速率大于生成速率 D．C2H4仍在不断生成，其浓度不断增加
3.如图表示可逆反应：N2＋3H2(g) 2NH3的化学反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是(　　)
A．t1时，反应逆向进行 B．t2时，c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)一定为1∶3∶2
C．t2时，H2在该条件下转化率达到最大 D．t2～t3，反应停止
4．恒温时向2 L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)＋Y(g) 3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．正反应速率a点比b点小
B．t0 min时该反应停止
C．t0 min时，c(Z)＝0.75 mol·L－1
D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到了化学平衡状态
5．在一定条件下，气体参与的某正反应方向ΔH＜0的可逆反应达到化学平衡时，下列说法不正确的是(　　)
A．反应物的浓度一定等于生成物的浓度 B．反应体系中压强恒定
C．反应体系中混合物的组成保持不变 D．反应体系中温度不变
考点三　化学平衡状态的判断
1．可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)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)
2．下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是(　　)
选项 反应条件 可逆反应 标志
A 恒温恒容 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 混合气体的密度不变
B 恒温恒压 NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g) NH3在混合气体中的百分含量不变
C 恒温恒容 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) 2v正(H2)＝v逆(HI)
D 恒温恒压 2NO2(g) N2O4(g) c(NO2)＝2c(N2O4)
3．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)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A．恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化
B．两个H—O断裂的同时有两个C==O断裂
C．在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化
D．混合气体的平均摩尔质量不再发生变化
4．对于反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，判断下列说法正确的是(　　)
①单位时间内生成2 mol SO2，同时生成1 mol O2，则处于化学平衡状态　②SO2的生成速率等于SO2的消耗速率，则处于化学平衡状态　③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化，则处于化学平衡状态　④SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2，则处于化学平衡状态
A．①③ B．②④
C．②③ D．③④
5．在一个绝热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(s)，当m、n、p、q为任意整数时，一定可以作为反应达到平衡状态的标志是(　　)
①体系的压强不再改变　②体系的温度不再改变　③体系的密度不再变化　④各组分质量分数不再改变
A．①②③ B．①②③④
C．②③④ D．③④
6．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)。下列各项：①2v(NH3)＝v(CO2)；②密闭容器中总压强不变；③密闭容器中混合气体的密度不变；④密闭容器中氨气的体积分数不变；⑤密闭容器中c(NH3)不变。能判断该反应已经达到化学平衡状态的是(　　)
A．②③⑤ B．②③④
C．①④ D．全部
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