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第二章　化学反应速率与化学平衡
第二节　化学平衡
第1课时　化学平衡状态
目
录
知识点二　化学平衡状态的判断
课时作业
知识点一　化学平衡状态
即时演练
1.变化观念与平衡思想:从可逆反应化学平衡状态的建立过程,认识化学平衡是一种动态平衡。2.证据推理与模型认知:熟知化学平衡状态的特征,建立化学平衡状态判断方法的思维模型。
核心素养发展目标
一
知识点一　化学平衡状态
1.可逆反应
(1)概念:在同一条件下,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
相同
同时
小于
2.化学平衡的建立
以合成氨反应(N2+3H2 2NH3)为例,分析化学平衡状态的建立过程。
(1)如图1所示,N2与H2发生化合反应。
随着反应的进行,体系中N2和H2的浓度逐渐____,v正逐渐____,而NH3的浓度逐渐____,v逆逐渐____。t1时刻,它们的浓度均不再改变。
减小
减小
增大
增大
(2)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____,v逆逐渐____,而N2和H2的浓度逐渐____,v正逐渐____。t2时刻起,它们的浓度均不再改变。
减小
减小
增大
增大
(3)利用速率—时间(v-t)图像理解化学平衡建立的过程。
3.化学平衡状态
(1)定义
在一定条件下的可逆反应体系中,当正、逆反应速率____时,反应物和生成物的浓度均保持不变的状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
(2)特征
可逆反应
＝
≠
不变
改变
相等
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)向含有3 mol H2的容器中通入足量N2,充分反应后会生成2 mol NH3。 (　 　)
(2)在化学平衡建立过程中,v正一定大于v逆。(　 　)
(3)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。 (　 　)
(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。 (　 　)
基础诊断
×
×
√
×
×
1.某温度下,向恒容密闭容器中充入NO2、SO2发生反应NO2(g)+SO2(g)
SO3(g)+NO(g)。向容器中充入S18O2和NO2,证明NO2、SO2的反应是可逆反应的是(　 　)
A.每消耗1 mol NO2同时消耗1 mol SO2
B.一段时间后容器中存在S18O3
C.一段时间后容器中存在N18O2
D.一段时间后SO3的浓度保持不变
C
解析:不管该反应是否为可逆反应,每消耗1 mol NO2都会同时消耗1 mol SO2,A不符合题意;不管该反应是否为可逆反应,一段时间后容器中都会存在S18O3,B不符合题意;若一段时间后容器中存在N18O2,则说明反应同时逆向进行,该反应是可逆反应,C符合题意;不管该反应是否为可逆反应,一段时间后SO3的浓度都会保持不变,D不符合题意。
2.一定温度下的密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程中SO3的物质的量的变化趋势如图所示,下列有关说法错误的是 (　 　)
A.0~t1内,正反应速率大于逆反应速率
B.t1时刻,反应达到最大限度
C.2 mol SO2和1 mol O2反应可生成2 mol SO3
D.向反应容器中再加入18O2,达新平衡时,18O存在于三种物质中
C
解析:0~t1内SO3的物质的量增加,反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,A正确;t1时刻开始SO3的物质的量保持不变,反应达到最大限度,B正确;反应为可逆反应,2 mol SO2和1 mol O2反应生成SO3的物质的量小于2 mol,C错误;题述反应达到平衡时并未停止反应,所以向题述反应中再加入18O2,达新平衡时,18O存在于SO2、O2和SO3中,D正确。
3.在恒容密闭容器中进行反应X2(g)+3Y2(g) 2Z(g),X2、Y2、Z的起始物质的量分别为0.2 mol、0.6 mol、0.4 mol,当达到平衡状态时,下列结论的数据一定错误的是 (　 　)
A.n(X2)=0.4 mol,n(Y2)=1.2 mol
B.n(Y2)=1 mol
C.n(X2)=0.3 mol,n(Z)=0.2 mol
D.Z的化学式可表示为XY3,n(Z)=0.6 mol
A
解析:若反应向正反应方向进行到达平衡,X2、Y2的物质的量最小,Z的物质的量最大,假定完全反应,则
　　　　　　　　X2(g)+3Y2(g) 2Z(g)
起始量/mol 0.2 0.6 0.4
变化量/mol 0.2 0.6 0.4
平衡量/mol 0 0 0.8
若反应向逆反应方向进行到达平衡,X2、Y2的物质的量最大,Z的物质的量最小,假定完全反应,则
　　　　　　　　X2(g)+3Y2(g) 2Z(g)
起始量/mol 0.2 0.6 0.4
变化量/mol 0.2 0.6 0.4
平衡量/mol 0.4 1.2 0
由于为可逆反应,物质不能完全转化,所以平衡时物质的量范围为0 mol利用极值法确定各物质浓度的范围
利用可逆反应的特点判断物质浓度的可能取值时,就是利用“极值法”:
(1)假设反应向右完全进行,得到反应物浓度的最小值和生成物浓度的最大值。
(2)假设反应向左完全进行,得到生成物浓度的最小值和反应物浓度的最大值。
方法规律
二
知识点二　化学平衡状态的判断
1.判断化学平衡状态的策略——“正逆相等,变量不变”
2.化学平衡的判定
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。
可逆反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 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 ______ ______ __
不一定
不一定
是
是
不一定
是
不一定
不一定
是
可逆反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H2(g)+I2(g) 2HI(g) C(s)+CO2(g)
2CO(g)
(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 — __ —
是
不一定
是
是
不一定
是
是
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)对于反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g),当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达到平衡状态。(　 　)
(2)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),当3v正(H2)=2v逆(NH3)时,反应达到平衡状态。(　 　)
(3)对于反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),压强不随时间而改变,说明反应已达到平衡状态。(　 　)
(4)对于反应A(g)+B(g) 2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。(　 　)
基础诊断
×
×
×
×
1.向一个密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下发生反应合成NH3,下列描述能判断该反应达到平衡状态的是 (　 　)
A.N2完全转化为NH3
B.正反应速率和逆反应速率都为零
C.N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1︰3︰2
D.单位时间内消耗a mol N2,同时消耗2a mol NH3
D
解析:该反应是可逆反应,反应物不可能完全转化,A不符合题意;平衡时正、逆反应速率相等但不为零,B不符合题意;平衡时各组分浓度保持恒定,但比例不一定等于化学计量数之比,C不符合题意;单位时间内消耗a mol N2(正反应)与消耗2a mol NH3(逆反应)表示的速率相等,符合反应达到化学平衡时的速率关系,D符合题意。
2.已知:N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>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 (　 　)
B
解析:B项,对于一个特定反应,ΔH固定不变,其不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据。
3.一定温度下,在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为任意正整数时,下列说法一定能说明反应已达到平衡状态的有 (　 　)
①体系的压强不再发生变化
②体系的密度不再发生变化
③各组分物质的量浓度不再改变
④各组分的质量分数不再改变
⑤物质的量之比n(A)︰n(B)︰n(C)︰n(D)=m︰n︰p︰q
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
C
解析:体系的压强变化取决于气体物质的量变化,若m+n=p,压强始终不变,不能说明反应已达到平衡,①不符合题意;反应过程中气体总质量会发生变化(D是固体),而容器容积不变,导致混合气体密度发生变化,因此当体系的密度不再变化时,能说明反应达到平衡状态,②符合题意;浓度不变是化学平衡的直接标志(气体浓度有效,固体浓度无意义),③符合题意;质量分数不变说明各物质质量不再变化,能说明反应达到平衡,④符合题意;物质的量之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达到平衡,⑤不符合题意。
平衡状态判定“三看两公式”
一看:恒温恒容还是恒温恒压。
二看:可逆反应各物质的聚集状态。
三看:气体的化学计量数,反应前后气体体积是否改变,是增大还是减小。
两公式:密度计算公式ρ=,平均摩尔质量计算公式。
方法规律
三
即时演练
B
1.工业合成尿素[CO(NH2)2]的反应为2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O(l)　ΔH<0。恒温恒容下,向反应器中通入一定物质的量的NH3和CO2,不能说明该反应一定达到化学平衡状态的是(　 　)
A.容器中压强不再变化
B.n(NH3)︰n(CO2)=2︰1
C.v正(NH3)=2v逆(CO2)
D.混合气体密度不再变化
解析:该反应正向气体的物质的量总和减少,反应达到平衡之前,容器内的压强越来越小,当压强不再变化时,说明反应达到了平衡状态,A不符合题意;若初始投料比例为n(NH3)︰n(CO2)=2︰1,因二者的化学计量数之比也为2︰1,故二者消耗的物质的量之比也是2︰1,任意时刻二者的物质的量均存在这个比例关系,不能以此作为反应达到平衡的判据,B符合题意;根据反应方程式,氨气和CO2的速率之比一直存在关系:v(NH3)=2v(CO2),当v正(NH3)=2v逆(CO2)时,说明反应的正、逆反应速率相等,则反应达到了平衡状态,C不符合题意;容器容积不变,而气体总质量随反应减少,混合气体的密度在反应达到平衡之前一直在变化,混合气体的密度不再变化,表明反应已达到平衡,D不符合题意。
A
2.将气体X2和Y2充入密闭容器中,初始浓度均为0.2 mol·L-1,反应后生成Z,平衡时测得c(X2)=0.05 mol·L-1,c(Y2)=0.1 mol·L-1,c(Z)=0.1 mol·L-1,则Z的化学式可表示为(　 　)
A.Y2X3 B.YX3
C.X2Y D.XY
解析:反应初始至平衡时,Δc(X2)=0.2 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.15 mol·L-1,
Δc(Y2)=0.2 mol·L-1-0.1 mol·L-1=0.1 mol·L-1,Δc(Z)=0.1 mol·L-1,浓度的变化量之比等于化学计量数之比,0.15 mol·L-1︰0.1 mol·L-1︰0.1 mol·L-1=
3︰2︰2,因此该反应的化学方程式为3X2(g)+2Y2(g) 2Z(g),根据原子守恒,Z的化学式为Y2X3。
D
3.某同学为探究FeCl3与KI的反应是否为可逆反应,设计了如下实验方案(FeCl3溶液、KI溶液的浓度均为0.1 mol·L-1),其中最合理的方案是 (　 　)
A.方案1
B.方案2
C.方案3
D.方案4
解析:过量的KI溶液和FeCl3溶液发生氧化还原反应生成Fe2+和I2,向反应后的溶液中加入CCl4,若CCl4层呈紫红色,则说明有I2生成,向含Fe3+的溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液显红色,所以可取上层清液滴加KSCN溶液,若溶液显红色,则说明溶液中有Fe3+。
4.一定温度下,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____________。
解析:当N减少4 mol时,M增加2 mol,所以该反应的化学方程式为2N
M。
(2)在t2时刻存在的等量关系有_____________________,此时反应__(填“是”或“否”)达到化学平衡状态。
解析:t2时刻,n(M)=n(N)=4 mol,t2时刻后,N的物质的量继续减少,M的物质的量继续增加,故反应仍未达到平衡。
2N M
n(M)=n(N)(合理即可)
否
(3)在t3时刻v正__(填“>”“<”或“=”)v逆,理由是__________________ ____________________________________________________________。
解析:M和N的物质的量不再随时间的改变而发生变化,说明反应已达到平衡状态,故v正=v逆。
=
M和N的物质的量不再随时间的改变而发生变化,说明反应已达到平衡状态,故v正=v逆
四
课时作业7
D
1.(3分)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.2H2O 2H2↑+O2↑与2H2+O2 2H2O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
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、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;可逆反应不能进行完全,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.(3分)一定条件下,向2 L恒容密闭容器中充入1 mol COCl2(g),发生反应:COCl2(g) Cl2(g)+CO(g),反应过程中测得的有关数据如下表所示,下列说法不正确的是 (　 　)
A.6 s之后反应达到平衡状态,容器内的压强不再随时间的变化而改变
B.达到6 s时,反应停止,不再进行
C.8 s时,反应容器中各物质的浓度不再发生变化
D.生成Cl2的平均反应速率:v(0~2 s)>v(2~4 s)
B
t/s 0 2 4 6 8
n(Cl2)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40
解析:6 s之后Cl2的物质的量不再改变,化学反应达到平衡状态,容器内气体总物质的量保持不变,因而压强不再随时间的变化而改变,A正确;6 s时达到平衡状态,反应不会停止,仍在进行,B错误;8 s时是平衡状态,反应容器中各物质的浓度不再发生变化,C正确;0~2 s生成0.30 mol Cl2,2~4 s生成0.09 mol Cl2,可知0~2 s内生成Cl2的平均反应速率更大,D正确。
3.(3分)已知NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g) N2O4(g)(ΔH<0),一定温度下,将一定量NO2置于恒容容器中,下列说法不能作为反应达到平衡状态的判断依据是(　 　)
A.v正(NO2)=2v逆(N2O4)
B.气体压强不再改变
C.气体的质量不再改变
D.气体平均摩尔质量不再改变
C
解析:根据反应的化学方程式,正反应中NO2的消耗速率与逆反应中N2O4的消耗速率应满足2︰1的关系,因此v正(NO2)=2v逆(N2O4)表明正、逆反应速率相等,是平衡状态的判断依据;反应前后气体体积发生变化,则压强发生变化,当压强不再改变时说明反应达到平衡;反应中所有物质均为气体,总质量始终不变,因此气体的质量不再改变不能作为平衡判断依据;气体平均摩尔质量=总质量÷总物质的量,总质量固定,总物质的量变化,当气体平均摩尔质量不再改变时说明反应达到平衡。
D
4.(3分)乙醛是重要的化工原料,工业上利用乙醇催化无氧脱氢制乙醛的反应为C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g)　ΔH。一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量C2H5OH(g)催化无氧脱氢制乙醛,下列叙述不能说明反应达到平衡状态的是 (　 　)
A.断裂1 mol C—H的同时断裂1 mol H—H
B.容器内的压强不再变化
C.混合气体的平均摩尔质量不再变化
D.容器内的不再变化
解析:断裂1 mol C—H的同时断裂1 mol H—H,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,A不符合题意;该反应为非等体积反应,恒容容器内的压强不再变化,即气体总物质的量不再变化,能说明反应达到平衡状态,B不符合题意;根据,混合气体的平均摩尔质量不再变化,即气体总物质的量不再变化,能说明反应达到平衡状态,C不符合题意;根据反应C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g)可知,容器内的恒为1,据此不能说明反应达到平衡状态,D符合题意。
5.(3分)下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是 (　 　)
A.H2(g)+Br2(g) 2HBr(g),绝热恒容条件下,反应体系中气体的压强保持不变
B.2NO2(g) N2O4(g),恒温恒容条件下,反应体系中气体的颜色保持不变
C.CaCO3(s) CO2(g)+CaO(s),恒温恒容条件下,反应体系中气体的密度保持不变
D.NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g),恒温恒容条件下,反应体系中气体的平均摩尔质量保持不变
D
解析:该反应为等体积反应,但为绝热体系,随着反应进行,体系内温度升高,压强增大,当压强不变时反应达到平衡状态,A不符合题意;恒温恒容条件下,反应体系中气体的颜色保持不变,说明NO2的浓度不再变化,说明反应达到平衡,B不符合题意;该反应中只有CO2是气体,随着反应进行,CO2的物质的量不断变化,恒温恒容条件下,体系中气体的密度保持不变,说明反应达到平衡,C不符合题意;反应体系中气体只有NH3和HCl,且两者比例恒为1︰1,则气体的平均摩尔质量始终保持恒定,不能据此说明反应达到平衡状态,D符合题意。
A
6.(3分)向绝热恒容密闭容器中通入一定量的SO2和NO2,一定条件下发生反应:SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)　ΔH<0,测得SO3浓度随时间变化如表所示,下列说法不正确的是 (　 　)
A.50 s时,SO3的生成速率为0.002 8 mol·L-1·s-1
B.40~90 s时间段:v正>v逆
C.0~50 s的反应速率小于70~80 s的反应速率
D.110 s时,反应已达到平衡
反应时间/s 40 50 60 70 80 90 100 110
SO3浓度/ (mol·L-1) 0.10 0.14 0.21 0.26 0.30 0.32 0.33 0.33
解析:化学反应速率是平均速率,不是瞬时速率,因此不能计算50 s时SO3的生成速率,A错误;根据速率与时间关系可知,在90 s后,SO3的浓度还在
增大,说明此时反应正向进行,未达到平衡状态,故在40~90 s时间段:v正>
v逆,B正确。
7.(3分)温度恒定,向某恒容容器中按体积比1︰3︰1充入CO2、H2和Ar。同时发生反应:
Ⅰ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
Ⅱ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
已知:分压=总压×物质的量分数。则下列可以作为反应Ⅰ达到平衡状态的判据是(　 　)
A.H2与H2O的总物质的量不再变化
B.c(H2O)=c(CO)+c(CH3OH)
C.混合气体的密度不再变化
D.Ar的分压不再改变
A
解析:不妨设在反应Ⅰ中,H2减少x mol,H2O增加x mol,总物质的量不变,但在反应Ⅱ中,H2减少3y mol,H2O增加y mol,总物质的量减少2y mol。当总物质的量不再变化时,说明y不再变化(反应Ⅱ平衡),此时反应Ⅰ的x也必然稳定(否则会破坏反应Ⅱ的平衡),A正确;根据反应方程式,H2O的物质的量始终等于CO和CH3OH的物质的量之和,该等式恒成立,与是否平衡无关,B错误;反应Ⅰ和Ⅱ的总质量始终不变(反应前后气体总质量守恒),且容器容积不变,因此密度始终不变,C错误;根据pV=nRT,容器容积不变,温度恒定,Ar组分的分压只与物质的量成正比,反应过程中Ar的物质的量不变,所以分压始终不变,不能作为平衡状态的判据,D错误。
D
8.(3分)在一个密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可出现的数据是(　 　)
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO3)=0.15 mol·L-1,c(SO2)=0.15 mol·L-1
C.c(O2)=0.3 mol·L-1
D.c(SO3)+c(SO2)=0.4 mol·L-1
解析:反应过程中的某一时刻SO2、O2和SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1和0.2 mol·L-1,若极限转化,则SO2、O2和SO3的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1和0 mol·L-1或0 mol·L-1、0 mol·L-1和0.4 mol·L-1。根据分析可知,09.(3分)某反应2X(g)+Y(g) 3Z(g)+M(s)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),在与外界隔热且容积不变的密闭容器中进行时,下列关于平衡的相关说法不正确的是(　 　)
A.达到平衡时,反应放出的总热量可能为a kJ
B.当容器内气体的物质的量分数n(X)%︰n(Y)%不变时,则反应一定达到平衡状态
C.当容器内气体的密度不再变化时,则反应达到平衡状态
D.当容器内压强不再变化时,则反应达到平衡状态
B
解析:若起始反应物足够多,反应可能放出a kJ热量,A正确;若起始X与Y的物质的量之比为2︰1,反应过程中n(X)%︰n(Y)%始终不变,此时无法判断反应是否达到平衡,B错误;生成固体M导致气体总质量发生变化,密度不变时说明反应达到平衡状态,C正确;反应放热导致温度发生变化,压强由决定,当压强不变时说明温度稳定,即反应达到平衡,D正确。
10.(3分)某温度下,在2 L恒容密闭容器中加入3.0 mol X,发生反应3X(s)
Y(g)+2Z(g),反应过程中有关数据如下表:
下列说法错误的是 (　 　)
A.5 min时,Y的浓度为0.025 mol·L-1
B.0~10 min内,Y的平均反应速率为0.004 5 mol·L-1·min-1
C.当容器内的值不变时,该反应达到平衡状态
D.当混合气体的密度不再改变时,该反应达到最大限度
时间/min 0 5 10 15 20 25
Z的物质的量/mol 0 0.1 0.18 0.25 0.25 0.25
C
解析:5 min时,生成Z的物质的量为0.1 mol,Y的浓度为=0.025 mol·L-1,A正确;0~10 min内,生成Y的浓度为=0.045 mol·L-1,Y的平均反应速率为=0.004 5 mol·L-1·min-1,B正确;反应中,容器内,为恒量,不能据此判断反应达到平衡状态,C错误;反应向右进行,气体质量增大,气体体积不变,密度增大,当气体密度不再改变时,该反应达到最大限度,D正确。
11.(9分)恒温恒容条件下,将2 mol A气体和2 mol B气体通入容积为2 L的密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g) xC(g)+2D(s),2 min时反应达到平衡状态,此时剩余1.2 mol B,并测得C的浓度为1.2 mol·L-1。
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成C的平均反应速率为______________。
解析:v(C)==0.6 mol·L-1· min-1。
0.6 mol·L-1· min-1
(2)x=__。
解析: 2A(g)+B(g) xC(g)+2D(s)
开始浓度/(mol·L-1) 1 1 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.8 0.4 1.2
平衡浓度/(mol·L-1) 0.2 0.6 1.2
由此可知,2︰1︰x=0.8︰0.4︰1.2=2︰1︰3,解得x=3。
3
(3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是____(填字母)。
a.压强不再变化
b.气体密度不再变化
c.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2︰1
d.A的百分含量保持不变
bd
解析: a项,x=3,该反应前后气体的物质的量不变,无论反应是否达到平衡状态,压强均不会变化;b项,气体的密度不再变化,而气体的体积不变,说明气体的质量不再发生变化,由于D为固体,故气体的密度不再发生变化时,能说明反应已达到平衡状态;c项,A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致,不能说明反应已达到平衡状态;d项,A的百分含量保持不变,说明反应已达到平衡状态。
12.(11分)在容积为2 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的物质的量随时间变化如图所示。
(1)前10 min,v(CO2)=_______ mol·L-1· min-1。
解析:由题图可知,前10 min,CO2的物质的量减少了(1.00-0.25) mol=0.75 mol,则v(CO2)==0.037 5 mol·L-1· min-1。
0.037 5
(2)能说明上述反应达到平衡状态的是____(填字母)。
a.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1︰1(即图中交叉点)
b.混合气体的压强不随时间的变化而变化
c.单位时间内生成1 mol H2O,同时生成1 mol CH3OH
d.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
e.混合气体的密度不随时间的变化而变化
f.CO2和CH3OH的反应速率之比为1︰1
bd
解析:反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1︰1(即题图中交叉点),之后CO2的物质的量仍然在减小,CH3OH的物质的量继续增大,说明反应未达到平衡,a不符合题意;化学平衡的本质特征是正、逆反应速率相等,而生成H2O和生成CH3OH均表示正反应速率,即单位时间内生成1 mol H2O,同时生成1 mol CH3OH不能说明反应达到平衡,c不符合题意;由题干信息可知,反应过程中气体总质量保持不变,容器的容积保持不变,即混合气体的密度一直保持不变,则混合气体的密度不随时间的变化而变化,不能说明反应达到化学平衡,e不符合题意;化学平衡的本质特征是正、逆反应速率相等,CO2和CH3OH的反应速率之比为1︰1,未告知正、逆反应速率,故不能说明反应达到化学平衡,f不符合题意。
(3)反应前与平衡时的压强之比为______。
解析:根据三段式分析:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量/mol 0.25 0.75 0.75 0.75
根据恒温恒容时,气体的压强之比等于气体的物质的量之比,故反应前与平衡时的压强之比为(1+3) mol︰(0.25+0.75+0.75+0.75) mol=8︰5。
8︰5
(4)平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是________。
解析:由(3)分析可知,平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是(0.25×44) g︰(0.75×2) g=22︰3。
22︰3
Thank you
本课结束第二节　化学平衡
第1课时　化学平衡状态
1.变化观念与平衡思想:从可逆反应化学平衡状态的建立过程,认识化学平衡是一种动态平衡。2.证据推理与模型认知:熟知化学平衡状态的特征,建立化学平衡状态判断方法的思维模型。
知识点一　化学平衡状态
1.可逆反应
(1)概念:在同一条件下,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.化学平衡的建立
以合成氨反应(N2+3H22NH3)为例,分析化学平衡状态的建立过程。
(1)如图1所示,N2与H2发生化合反应。
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,它们的浓度均不再改变。
(2)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,它们的浓度均不再改变。
(3)利用速率—时间(v-t)图像理解化学平衡建立的过程。
3.化学平衡状态
(1)定义
在一定条件下的可逆反应体系中,当正、逆反应速率相等时,反应物和生成物的浓度均保持不变的状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
(2)特征
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)向含有3 mol H2的容器中通入足量N2,充分反应后会生成2 mol NH3。 (　×　)
(2)在化学平衡建立过程中,v正一定大于v逆。 (　×　)
(3)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。 (　√　)
(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。 (　×　)
1.某温度下,向恒容密闭容器中充入NO2、SO2发生反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)。向容器中充入S18O2和NO2,证明NO2、SO2的反应是可逆反应的是(　C　)
A.每消耗1 mol NO2同时消耗1 mol SO2
B.一段时间后容器中存在S18O3
C.一段时间后容器中存在N18O2
D.一段时间后SO3的浓度保持不变
解析:不管该反应是否为可逆反应,每消耗1 mol NO2都会同时消耗1 mol SO2,A不符合题意;不管该反应是否为可逆反应,一段时间后容器中都会存在S18O3,B不符合题意;若一段时间后容器中存在N18O2,则说明反应同时逆向进行,该反应是可逆反应,C符合题意;不管该反应是否为可逆反应,一段时间后SO3的浓度都会保持不变,D不符合题意。
2.一定温度下的密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),反应过程中SO3的物质的量的变化趋势如图所示,下列有关说法错误的是 (　C　)
A.0~t1内,正反应速率大于逆反应速率
B.t1时刻,反应达到最大限度
C.2 mol SO2和1 mol O2反应可生成2 mol SO3
D.向反应容器中再加入18O2,达新平衡时,18O存在于三种物质中
解析:0~t1内SO3的物质的量增加,反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,A正确;t1时刻开始SO3的物质的量保持不变,反应达到最大限度,B正确;反应为可逆反应,2 mol SO2和1 mol O2反应生成SO3的物质的量小于2 mol,C错误;题述反应达到平衡时并未停止反应,所以向题述反应中再加入18O2,达新平衡时,18O存在于SO2、O2和SO3中,D正确。
3.在恒容密闭容器中进行反应X2(g)+3Y2(g)2Z(g),X2、Y2、Z的起始物质的量分别为0.2 mol、0.6 mol、0.4 mol,当达到平衡状态时,下列结论的数据一定错误的是 (　A　)
A.n(X2)=0.4 mol,n(Y2)=1.2 mol
B.n(Y2)=1 mol
C.n(X2)=0.3 mol,n(Z)=0.2 mol
D.Z的化学式可表示为XY3,n(Z)=0.6 mol
解析:若反应向正反应方向进行到达平衡,X2、Y2的物质的量最小,Z的物质的量最大,假定完全反应,则
　　　　　　　　 X2(g)+3Y2(g) 2Z(g)
起始量/mol 0.2 0.6 0.4
变化量/mol 0.2 0.6 0.4
平衡量/mol 0 0 0.8
若反应向逆反应方向进行到达平衡,X2、Y2的物质的量最大,Z的物质的量最小,假定完全反应,则
　　　　　　　 　X2(g)+3Y2(g) 2Z(g)
起始量/mol 0.2 0.6 0.4
变化量/mol 0.2 0.6 0.4
平衡量/mol 0.4 1.2 0
由于为可逆反应,物质不能完全转化,所以平衡时物质的量范围为0 mol利用极值法确定各物质浓度的范围
利用可逆反应的特点判断物质浓度的可能取值时,就是利用“极值法”:
(1)假设反应向右完全进行,得到反应物浓度的最小值和生成物浓度的最大值。
(2)假设反应向左完全进行,得到生成物浓度的最小值和反应物浓度的最大值。
知识点二　化学平衡状态的判断
1.判断化学平衡状态的策略——“正逆相等,变量不变”
2.化学平衡的判定
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。
可逆反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 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 —
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)对于反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达到平衡状态。(　×　)
(2)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),当3v正(H2)=2v逆(NH3)时,反应达到平衡状态。(　×　)
(3)对于反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),压强不随时间而改变,说明反应已达到平衡状态。(　×　)
(4)对于反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。(　×　)
1.向一个密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下发生反应合成NH3,下列描述能判断该反应达到平衡状态的是 (　D　)
A.N2完全转化为NH3
B.正反应速率和逆反应速率都为零
C.N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1︰3︰2
D.单位时间内消耗a mol N2,同时消耗2a mol NH3
解析:该反应是可逆反应,反应物不可能完全转化,A不符合题意;平衡时正、逆反应速率相等但不为零,B不符合题意;平衡时各组分浓度保持恒定,但比例不一定等于化学计量数之比,C不符合题意;单位时间内消耗a mol N2(正反应)与消耗2a mol NH3(逆反应)表示的速率相等,符合反应达到化学平衡时的速率关系,D符合题意。
2.已知:N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>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 (　B　)
解析:B项,对于一个特定反应,ΔH固定不变,其不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据。
3.一定温度下,在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为任意正整数时,下列说法一定能说明反应已达到平衡状态的有 (　C　)
①体系的压强不再发生变化
②体系的密度不再发生变化
③各组分物质的量浓度不再改变
④各组分的质量分数不再改变
⑤物质的量之比n(A)︰n(B)︰n(C)︰n(D)=m︰n︰p︰q
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
解析:体系的压强变化取决于气体物质的量变化,若m+n=p,压强始终不变,不能说明反应已达到平衡,①不符合题意;反应过程中气体总质量会发生变化(D是固体),而容器容积不变,导致混合气体密度发生变化,因此当体系的密度不再变化时,能说明反应达到平衡状态,②符合题意;浓度不变是化学平衡的直接标志(气体浓度有效,固体浓度无意义),③符合题意;质量分数不变说明各物质质量不再变化,能说明反应达到平衡,④符合题意;物质的量之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达到平衡,⑤不符合题意。
平衡状态判定“三看两公式”
一看:恒温恒容还是恒温恒压。
二看:可逆反应各物质的聚集状态。
三看:气体的化学计量数,反应前后气体体积是否改变,是增大还是减小。
两公式:密度计算公式ρ=,平均摩尔质量计算公式。
1.工业合成尿素[CO(NH2)2]的反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH<0。恒温恒容下,向反应器中通入一定物质的量的NH3和CO2,不能说明该反应一定达到化学平衡状态的是(　B　)
A.容器中压强不再变化
B.n(NH3)︰n(CO2)=2︰1
C.v正(NH3)=2v逆(CO2)
D.混合气体密度不再变化
解析:该反应正向气体的物质的量总和减少,反应达到平衡之前,容器内的压强越来越小,当压强不再变化时,说明反应达到了平衡状态,A不符合题意;若初始投料比例为n(NH3)︰n(CO2)=2︰1,因二者的化学计量数之比也为2︰1,故二者消耗的物质的量之比也是2︰1,任意时刻二者的物质的量均存在这个比例关系,不能以此作为反应达到平衡的判据,B符合题意;根据反应方程式,氨气和CO2的速率之比一直存在关系:v(NH3)=2v(CO2),当v正(NH3)=2v逆(CO2)时,说明反应的正、逆反应速率相等,则反应达到了平衡状态,C不符合题意;容器容积不变,而气体总质量随反应减少,混合气体的密度在反应达到平衡之前一直在变化,混合气体的密度不再变化,表明反应已达到平衡,D不符合题意。
2.将气体X2和Y2充入密闭容器中,初始浓度均为0.2 mol·L-1,反应后生成Z,平衡时测得c(X2)=0.05 mol·L-1,c(Y2)=0.1 mol·L-1,c(Z)=0.1 mol·L-1,则Z的化学式可表示为(　A　)
A.Y2X3 B.YX3
C.X2Y D.XY
解析:反应初始至平衡时,Δc(X2)=0.2 mol·L-1-0.05 mol·L-1=0.15 mol·L-1,Δc(Y2)=0.2 mol·L-1-0.1 mol·L-1=0.1 mol·L-1,Δc(Z)=0.1 mol·L-1,浓度的变化量之比等于化学计量数之比,0.15 mol·L-1︰0.1 mol·L-1︰0.1 mol·L-1=3︰2︰2,因此该反应的化学方程式为3X2(g)+2Y2(g) 2Z(g),根据原子守恒,Z的化学式为Y2X3。
3.某同学为探究FeCl3与KI的反应是否为可逆反应,设计了如下实验方案(FeCl3溶液、KI溶液的浓度均为0.1 mol·L-1),其中最合理的方案是 (　D　)
A.方案1 B.方案2
C.方案3 D.方案4
解析:过量的KI溶液和FeCl3溶液发生氧化还原反应生成Fe2+和I2,向反应后的溶液中加入CCl4,若CCl4层呈紫红色,则说明有I2生成,向含Fe3+的溶液中滴加几滴KSCN溶液,溶液显红色,所以可取上层清液滴加KSCN溶液,若溶液显红色,则说明溶液中有Fe3+。
4.一定温度下,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2NM。
(2)在t2时刻存在的等量关系有n(M)=n(N)(合理即可),此时反应否(填“是”或“否”)达到化学平衡状态。
(3)在t3时刻v正=(填“>”“<”或“=”)v逆,理由是M和N的物质的量不再随时间的改变而发生变化,说明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,所以该反应的化学方程式为2NM。(2)t2时刻,n(M)=n(N)=4 mol,t2时刻后,N的物质的量继续减少,M的物质的量继续增加,故反应仍未达到平衡。(3)M和N的物质的量不再随时间的改变而发生变化,说明反应已达到平衡状态,故v正=v逆。
(总分:50分)
1.(3分)下列关于可逆反应的叙述正确的是 (　D　)
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
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、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;可逆反应不能进行完全,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.(3分)一定条件下,向2 L恒容密闭容器中充入1 mol COCl2(g),发生反应:COCl2(g)Cl2(g)+CO(g),反应过程中测得的有关数据如下表所示,下列说法不正确的是 (　B　)
t/s 0 2 4 6 8
n(Cl2)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40
A.6 s之后反应达到平衡状态,容器内的压强不再随时间的变化而改变
B.达到6 s时,反应停止,不再进行
C.8 s时,反应容器中各物质的浓度不再发生变化
D.生成Cl2的平均反应速率:v(0~2 s)>v(2~4 s)
解析:6 s之后Cl2的物质的量不再改变,化学反应达到平衡状态,容器内气体总物质的量保持不变,因而压强不再随时间的变化而改变,A正确;6 s时达到平衡状态,反应不会停止,仍在进行,B错误;8 s时是平衡状态,反应容器中各物质的浓度不再发生变化,C正确;0~2 s生成0.30 mol Cl2,2~4 s生成0.09 mol Cl2,可知0~2 s内生成Cl2的平均反应速率更大,D正确。
3.(3分)已知NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)N2O4(g)(ΔH<0),一定温度下,将一定量NO2置于恒容容器中,下列说法不能作为反应达到平衡状态的判断依据是 (　C　)
A.v正(NO2)=2v逆(N2O4)
B.气体压强不再改变
C.气体的质量不再改变
D.气体平均摩尔质量不再改变
解析:根据反应的化学方程式,正反应中NO2的消耗速率与逆反应中N2O4的消耗速率应满足2︰1的关系,因此v正(NO2)=2v逆(N2O4)表明正、逆反应速率相等,是平衡状态的判断依据;反应前后气体体积发生变化,则压强发生变化,当压强不再改变时说明反应达到平衡;反应中所有物质均为气体,总质量始终不变,因此气体的质量不再改变不能作为平衡判断依据;气体平均摩尔质量=总质量÷总物质的量,总质量固定,总物质的量变化,当气体平均摩尔质量不再改变时说明反应达到平衡。
4.(3分)乙醛是重要的化工原料,工业上利用乙醇催化无氧脱氢制乙醛的反应为C2H5OH(g)CH3CHO(g)+H2(g)　ΔH。一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量C2H5OH(g)催化无氧脱氢制乙醛,下列叙述不能说明反应达到平衡状态的是 (　D　)
A.断裂1 mol C—H的同时断裂1 mol H—H
B.容器内的压强不再变化
C.混合气体的平均摩尔质量不再变化
D.容器内的不再变化
解析:断裂1 mol C—H的同时断裂1 mol H—H,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,A不符合题意;该反应为非等体积反应,恒容容器内的压强不再变化,即气体总物质的量不再变化,能说明反应达到平衡状态,B不符合题意;根据,混合气体的平均摩尔质量不再变化,即气体总物质的量不再变化,能说明反应达到平衡状态,C不符合题意;根据反应C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g)可知,容器内的恒为1,据此不能说明反应达到平衡状态,D符合题意。
5.(3分)下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是 (　D　)
A.H2(g)+Br2(g)2HBr(g),绝热恒容条件下,反应体系中气体的压强保持不变
B.2NO2(g)N2O4(g),恒温恒容条件下,反应体系中气体的颜色保持不变
C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s),恒温恒容条件下,反应体系中气体的密度保持不变
D.NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g),恒温恒容条件下,反应体系中气体的平均摩尔质量保持不变
解析:该反应为等体积反应,但为绝热体系,随着反应进行,体系内温度升高,压强增大,当压强不变时反应达到平衡状态,A不符合题意;恒温恒容条件下,反应体系中气体的颜色保持不变,说明NO2的浓度不再变化,说明反应达到平衡,B不符合题意;该反应中只有CO2是气体,随着反应进行,CO2的物质的量不断变化,恒温恒容条件下,体系中气体的密度保持不变,说明反应达到平衡,C不符合题意;反应体系中气体只有NH3和HCl,且两者比例恒为1︰1,则气体的平均摩尔质量始终保持恒定,不能据此说明反应达到平衡状态,D符合题意。
6.(3分)向绝热恒容密闭容器中通入一定量的SO2和NO2,一定条件下发生反应:SO2(g)+
NO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH<0,测得SO3浓度随时间变化如表所示,下列说法不正确的是 (　A　)
反应时间/s 40 50 60 70 80 90 100 110
SO3浓度/ (mol·L-1) 0.10 0.14 0.21 0.26 0.30 0.32 0.33 0.33
A.50 s时,SO3的生成速率为0.002 8 mol·L-1·s-1
B.40~90 s时间段:v正>v逆
C.0~50 s的反应速率小于70~80 s的反应速率
D.110 s时,反应已达到平衡
解析:化学反应速率是平均速率,不是瞬时速率,因此不能计算50 s时SO3的生成速率,A错误;根据速率与时间关系可知,在90 s后,SO3的浓度还在增大,说明此时反应正向进行,未达到平衡状态,故在40~90 s时间段:v正>v逆,B正确。
7.(3分)温度恒定,向某恒容容器中按体积比1︰3︰1充入CO2、H2和Ar。同时发生反应:
Ⅰ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
Ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
已知:分压=总压×物质的量分数。则下列可以作为反应Ⅰ达到平衡状态的判据是 (　A　)
A.H2与H2O的总物质的量不再变化
B.c(H2O)=c(CO)+c(CH3OH)
C.混合气体的密度不再变化
D.Ar的分压不再改变
解析:不妨设在反应Ⅰ中,H2减少x mol,H2O增加x mol,总物质的量不变,但在反应Ⅱ中,H2减少3y mol,H2O增加y mol,总物质的量减少2y mol。当总物质的量不再变化时,说明y不再变化(反应Ⅱ平衡),此时反应Ⅰ的x也必然稳定(否则会破坏反应Ⅱ的平衡),A正确;根据反应方程式,H2O的物质的量始终等于CO和CH3OH的物质的量之和,该等式恒成立,与是否平衡无关,B错误;反应Ⅰ和Ⅱ的总质量始终不变(反应前后气体总质量守恒),且容器容积不变,因此密度始终不变,C错误;根据pV=nRT,容器容积不变,温度恒定,Ar组分的分压只与物质的量成正比,反应过程中Ar的物质的量不变,所以分压始终不变,不能作为平衡状态的判据,D错误。
8.(3分)在一个密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可出现的数据是(　D　)
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO3)=0.15 mol·L-1,c(SO2)=0.15 mol·L-1
C.c(O2)=0.3 mol·L-1
D.c(SO3)+c(SO2)=0.4 mol·L-1
解析:反应过程中的某一时刻SO2、O2和SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1和0.2 mol·L-1,若极限转化,则SO2、O2和SO3的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1和0 mol·L-1或0 mol·L-1、0 mol·L-1和0.4 mol·L-1。根据分析可知,09.(3分)某反应2X(g)+Y(g)3Z(g)+M(s)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),在与外界隔热且容积不变的密闭容器中进行时,下列关于平衡的相关说法不正确的是 (　B　)
A.达到平衡时,反应放出的总热量可能为a kJ
B.当容器内气体的物质的量分数n(X)%︰n(Y)%不变时,则反应一定达到平衡状态
C.当容器内气体的密度不再变化时,则反应达到平衡状态
D.当容器内压强不再变化时,则反应达到平衡状态
解析:若起始反应物足够多,反应可能放出a kJ热量,A正确;若起始X与Y的物质的量之比为2︰1,反应过程中n(X)%︰n(Y)%始终不变,此时无法判断反应是否达到平衡,B错误;生成固体M导致气体总质量发生变化,密度不变时说明反应达到平衡状态,C正确;反应放热导致温度发生变化,压强由决定,当压强不变时说明温度稳定,即反应达到平衡,D正确。
10.(3分)某温度下,在2 L恒容密闭容器中加入3.0 mol X,发生反应3X(s)Y(g)+2Z(g),反应过程中有关数据如下表:
时间/min 0 5 10 15 20 25
Z的物质 的量/mol 0 0.1 0.18 0.25 0.25 0.25
下列说法错误的是 (　C　)
A.5 min时,Y的浓度为0.025 mol·L-1
B.0~10 min内,Y的平均反应速率为0.004 5 mol·L-1·min-1
C.当容器内的值不变时,该反应达到平衡状态
D.当混合气体的密度不再改变时,该反应达到最大限度
解析:5 min时,生成Z的物质的量为0.1 mol,Y的浓度为=0.025 mol·L-1,A正确;0~10 min内,生成Y的浓度为=0.045 mol·L-1,Y的平均反应速率为=0.004 5 mol·L-1·min-1,B正确;反应中,容器内,为恒量,不能据此判断反应达到平衡状态,C错误;反应向右进行,气体质量增大,气体体积不变,密度增大,当气体密度不再改变时,该反应达到最大限度,D正确。
11.(9分)恒温恒容条件下,将2 mol A气体和2 mol B气体通入容积为2 L的密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g)xC(g)+2D(s),2 min时反应达到平衡状态,此时剩余1.2 mol B,并测得C的浓度为1.2 mol·L-1。
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成C的平均反应速率为0.6 mol·L-1· min-1。
(2)x=3。
(3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是bd(填字母)。
a.压强不再变化
b.气体密度不再变化
c.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2︰1
d.A的百分含量保持不变
解析:(1)v(C)==0.6 mol·L-1· min-1。
(2) 2A(g)+B(g) xC(g)+2D(s)
开始浓度/(mol·L-1) 1 1 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.8 0.4 1.2
平衡浓度/(mol·L-1) 0.2 0.6 1.2
由此可知,2︰1︰x=0.8︰0.4︰1.2=2︰1︰3,解得x=3。(3)a项,x=3,该反应前后气体的物质的量不变,无论反应是否达到平衡状态,压强均不会变化;b项,气体的密度不再变化,而气体的体积不变,说明气体的质量不再发生变化,由于D为固体,故气体的密度不再发生变化时,能说明反应已达到平衡状态;c项,A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致,不能说明反应已达到平衡状态;d项,A的百分含量保持不变,说明反应已达到平衡状态。
12.(11分)在容积为2 L的恒温密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的物质的量随时间变化如图所示。
(1)前10 min,v(CO2)=0.037 5 mol·L-1· min-1。
(2)能说明上述反应达到平衡状态的是bd(填字母)。
a.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1︰1(即图中交叉点)
b.混合气体的压强不随时间的变化而变化
c.单位时间内生成1 mol H2O,同时生成1 mol CH3OH
d.混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
e.混合气体的密度不随时间的变化而变化
f.CO2和CH3OH的反应速率之比为1︰1
(3)反应前与平衡时的压强之比为8︰5。
(4)平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是22︰3。
解析:(1)由题图可知,前10 min,CO2的物质的量减少了(1.00-0.25) mol=0.75 mol,则v(CO2)==0.037 5 mol·L-1· min-1。(2)反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1︰1(即题图中交叉点),之后CO2的物质的量仍然在减小,CH3OH的物质的量继续增大,说明反应未达到平衡,a不符合题意;化学平衡的本质特征是正、逆反应速率相等,而生成H2O和生成CH3OH均表示正反应速率,即单位时间内生成1 mol H2O,同时生成1 mol CH3OH不能说明反应达到平衡,c不符合题意;由题干信息可知,反应过程中气体总质量保持不变,容器的容积保持不变,即混合气体的密度一直保持不变,则混合气体的密度不随时间的变化而变化,不能说明反应达到化学平衡,e不符合题意;化学平衡的本质特征是正、逆反应速率相等,CO2和CH3OH的反应速率之比为1︰1,未告知正、逆反应速率,故不能说明反应达到化学平衡,f不符合题意。(3)根据三段式分析:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量/mol 0.25 0.75 0.75 0.75
根据恒温恒容时,气体的压强之比等于气体的物质的量之比,故反应前与平衡时的压强之比为(1+3) mol︰(0.25+0.75+0.75+0.75) mol=8︰5。(4)由(3)分析可知,平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是(0.25×44) g︰(0.75×2) g=22︰3。

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