考點(diǎn)一 可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡狀態(tài)
1．可逆反應(yīng)
(1)概念
在同一條件下，既可以向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。
(2)特點(diǎn)
2.化學(xué)平衡狀態(tài)
(1)概念
在一定條件下的可逆反應(yīng)體系中，當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)物和生成物的濃度均保持不變，即體系的組成不隨時間而改變，表明該反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達(dá)到了“限度”，這時的狀態(tài)稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡。
(2)化學(xué)平衡的建立
繪制“反應(yīng)速率－時間”圖像，表示從正反應(yīng)開始建立化學(xué)平衡狀態(tài)的過程。
(3)平衡特征
(4)化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法
①v正＝v逆eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(同種物質(zhì)，消耗速率等于生成速率,不同種物質(zhì)，速率之比等于化學(xué)計,量數(shù)之比，但必須同時有正、逆反應(yīng)))
②宏觀組成標(biāo)志
各組分的濃度保持不變，或各組分的質(zhì)量、物質(zhì)的量、百分含量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)。
③間接標(biāo)志
a．有氣體參加的不等體反應(yīng)，氣體的總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量不變時，達(dá)到平衡狀態(tài)。
b．如果平衡體系中的物質(zhì)有顏色，則平衡體系的顏色不變時，達(dá)到平衡狀態(tài)。
c．氣體的密度、氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時，要具體分析各表達(dá)式中的分子或分母變化情況，判斷是否平衡(若體系中各組分均為氣體，氣體質(zhì)量守恒；若體系中不全是氣體，要注意氣體質(zhì)量變化)。
1．反應(yīng)2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O、Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3互為可逆反應(yīng)( )
2．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡后，反應(yīng)物和生成物的濃度或百分含量相等( )
3．在一定條件下，向密閉容器中充入1 ml N2和3 ml H2充分反應(yīng)，生成2 ml NH3( )
答案 1.× 2.× 3.×
一、可逆反應(yīng)的特征
1．在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)2Z(g)。已知反應(yīng)過程中某一時刻X、Y、Z的濃度分別為0.3 ml·L－1、0.1 ml·L－1、0.4 ml·L－1，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，不可能存在的是( )
A．c(X)＝0.5 ml·L－1
B．c(Y)＋c(X)＝0.5 ml·L－1
C．c(Y)＋c(Z)＝1.05 ml·L－1
D．c(X)＋c(Y)＋c(Z)＝0.75 ml·L－1
答案 C
解析 不確定下一時刻反應(yīng)進(jìn)行的方向，因此需要考慮反應(yīng)進(jìn)行的方向并結(jié)合極限思想解答。若該時刻后反應(yīng)正向進(jìn)行且Y全部轉(zhuǎn)化為Z，則
2X(g)＋Y(g)2Z(g)
某時刻/(ml·L－1) 0.3 0.1 0.4
轉(zhuǎn)化/(ml·L－1) 0.2 0.1 0.2
平衡/(ml·L－1) 0.1 0 0.6
若反應(yīng)逆向進(jìn)行，且Z全部轉(zhuǎn)化為X和Y，則
2X(g)＋Y(g)2Z(g)
某時刻/(ml·L－1) 0.3 0.1 0.4
轉(zhuǎn)化/(ml·L－1) 0.4 0.2 0.4
平衡/(ml·L－1) 0.7 0.3 0
平衡時0.1 ml·L－1＜c(X)＜0.7 ml·L－1，可能等于0.5 ml·L－1，故A不選；平衡時0.1 ml·L－1＜c(Y)＋c(X)＜1.0 ml·L－1，c(Y)＋c(X)可能等于0.5 ml·L－1，故B不選；平衡時0.3 ml·L－1＜c(Y)＋c(Z)＜0.6 ml·L－1，不可能等于1.05 ml·L－1，故C選；平衡時0.7 ml·L－1＜c(X)＋c(Y)＋c(Z)＜1.0 ml·L－1,0.75 ml·L－1介于0.7 ml·L－1和1.0 ml·L－1之間，故D不選。
二、平衡狀態(tài)的標(biāo)志
2．在一定溫度下的恒容容器中，當(dāng)下列物理量不再發(fā)生變化時：①混合氣體的壓強(qiáng)；②混合氣體的密度；③混合氣體的總物質(zhì)的量；④混合氣體的平均相對分子質(zhì)量；⑤混合氣體的顏色；⑥各反應(yīng)物或生成物的濃度之比等于化學(xué)計量數(shù)之比；⑦某種氣體的百分含量。
(1)能說明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______________(填序號，下同)。
(2)能說明I2(g)＋H2(g)2HI(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______________。
(3)能說明2NO2(g)N2O4(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________________________。
(4)能說明C(s)＋CO2(g)2CO(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______________。
(5)能說明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______________。
(6)能說明5CO(g)＋I(xiàn)2O5(s)5CO2(g)＋I(xiàn)2(s)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______________。
答案 (1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
3．若上述題目中的(1)～(4)改成一定溫度下的恒壓密閉容器，結(jié)果又如何？
(1)__________________。(2)__________________。
(3)__________________。(4)__________________。
答案 (1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦
(4)②③④⑦
不能作為化學(xué)平衡狀態(tài)“標(biāo)志”的四種情況：
(1)反應(yīng)組分的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比。
(2)恒溫恒容下的體積不變的反應(yīng)，體系的壓強(qiáng)或總物質(zhì)的量不再隨時間而變化，如2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)。
(3)全是氣體參加的體積不變的反應(yīng)，體系的平均相對分子質(zhì)量不再隨時間而變化，如2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)。
(4)全是氣體參加的反應(yīng)，恒容條件下體系的密度保持不變。
考點(diǎn)二 化學(xué)平衡常數(shù)
1．概念
在一定溫度下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，即化學(xué)平衡常數(shù)，用符號K表示。
2．表達(dá)式
對于一般的可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，當(dāng)在一定溫度下達(dá)到平衡時，K＝eq \f(cp?C?·cq?D?,cm?A?·cn?B?)(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中)。
3．影響因素
K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)，與壓強(qiáng)變化、是否使用催化劑無關(guān)。
4．平衡常數(shù)的意義及應(yīng)用
(1)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度
(2)判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡或進(jìn)行的方向
對于化學(xué)反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意狀態(tài)，濃度商Q＝eq \f(cc?C?·cd?D?,ca?A?·cb?B?)。
Q＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
Q＝K，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
Q＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。
(3)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)
1．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝eq \f(c?CO?·c?H2?,c?C?·c?H2O?)( )
2．平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學(xué)平衡一定發(fā)生移動( )
3．化學(xué)平衡發(fā)生移動，平衡常數(shù)一定發(fā)生變化( )
4．平衡常數(shù)K越大，表示反應(yīng)進(jìn)行得越快( )
5．溫度不變，增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大( )
6．反應(yīng)A(g)＋B(g)C(g)達(dá)到平衡后，溫度不變，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大( )
答案 1.× 2.√ 3.× 4.× 5.× 6.×
一、化學(xué)平衡常數(shù)與化學(xué)方程式的關(guān)系
1．請寫出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)，并找出K1和K2、K3的關(guān)系。
(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K1
(2)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) K2
(3)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K3
答案 K1＝eq \f(c2?NH3?,c?N2?·c3?H2?)，K2＝ SKIPIF 1 < 0 ，K3＝eq \f(c?N2?·c3?H2?,c2?NH3?)。K2＝ SKIPIF 1 < 0 ，K3＝eq \f(1,K1)。
2．已知下列反應(yīng)的平衡常數(shù)：
①H2(g)＋S(s)H2S(g) K1；
②S(s)＋O2(g)SO2(g) K2；
則反應(yīng)H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常數(shù)K＝________(用K1和K2表示)。
答案 eq \f(K1,K2)
(1)正、逆反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)互為倒數(shù)。
(2)若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)都變成n倍或eq \f(1,n)倍，則化學(xué)平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉淼膎次冪或eq \f(1,n)次冪。
(3)兩化學(xué)方程式相加得到新的化學(xué)方程式，其化學(xué)平衡常數(shù)是兩反應(yīng)平衡常數(shù)的乘積。
二、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用
3．研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)苯是優(yōu)質(zhì)儲氫材料：C6H6(l)＋3H2(g)C6H12(l)。一定溫度下，在密閉容器中充入一定量液態(tài)苯(足量)和適量氫氣，經(jīng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c(H2)＝2 ml·L－1。保持溫度不變，將體積壓縮至原來的一半，達(dá)到新平衡時c(H2)為( )
A．1 ml·L－1 B．2 ml·L－1
C．3 ml·L－1 D．4 ml·L－1
答案 B
解析 K＝eq \f(1,c3?H2?)，溫度不變，K不變，則c(H2)不變，故c(H2)＝2 ml·L－1。
4．在300 mL的密閉容器中，放入鎳粉并充入一定量的CO氣體，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知該反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下表所示。下列說法不正確的是( )
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反應(yīng)為放熱反應(yīng)
B．25 ℃時，反應(yīng)Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常數(shù)為2×10－5
C．80 ℃時，測得某時刻N(yùn)i(CO)4、CO的濃度均為0.5 ml·L－1，則此時v正>v逆
D．80 ℃達(dá)到平衡時，測得n(CO)＝0.3 ml，則Ni(CO)4的平衡濃度為2 ml·L－1
答案 C
解析 溫度升高，平衡常數(shù)減小，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項正確；25 ℃時，逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K′＝eq \f(1,K)＝eq \f(1,5×104)＝2×10－5，B項正確；80 ℃時，若Ni(CO)4、CO的濃度均為0.5 ml·L－1，則Q＝eq \f(c[Ni?CO?4],c4?CO?)＝eq \f(0.5,0.54)＝8>K，v正＜v逆，C項錯誤；80 ℃達(dá)到平衡時，若n(CO)＝0.3 ml，c(CO)＝1 ml·L－1，故c[Ni(CO)4]＝K·c4(CO)＝2×14 ml·L－1＝2 ml·L－1，D項正確。
5．已知反應(yīng)：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH>0。
(1)此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝________。
(2)溫度降低，則K________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(3)已知1 100 ℃時，K＝0.263。若1 100 ℃時測得c(CO2)＝0.025 ml·L－1，c(CO)＝0.01 ml·L－1，此時該反應(yīng)________(填“處于”或“不處于”)化學(xué)平衡狀態(tài)，化學(xué)反應(yīng)速率：正反應(yīng)速率______(填“>”“v(Z)，正確；C項，若Z點(diǎn)為平衡點(diǎn)，此時c(TOME)＝0.02a ml·L－1，c(MTP)＝ 0.98a ml·L－1，但因移出甲醇，甲醇濃度不為0.98a ml·L－1，錯誤；D項，0～150 min時間內(nèi)，Δc(MTP)＝0.67a ml·L－1，正確。
12．(1) 工業(yè)上，裂解正丁烷可以獲得乙烯、丙烯等化工原料。
反應(yīng)1：C4H10(g，正丁烷)CH4(g)＋C3H6(g) ΔH1
反應(yīng)2：C4H10(g，正丁烷)C2H6(g)＋C2H4(g) ΔH2
某溫度下，向2 L恒容密閉容器中投入2 ml正丁烷，假設(shè)控制反應(yīng)條件，只發(fā)生反應(yīng)1，達(dá)到平衡時測得CH4的體積分?jǐn)?shù)為eq \f(1,3)。下列情況表明上述反應(yīng)達(dá)到平衡的是________(填字母，下同)。
A．混合氣體的密度保持不變
B．甲烷、丙烯的生成速率相等
C．混合氣體壓強(qiáng)保持不變
D．丙烯的體積分?jǐn)?shù)保持不變
(2)深入研究碳、氮元素的物質(zhì)轉(zhuǎn)化有著重要的實(shí)際意義，合成尿素的反應(yīng)為2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－87.0 kJ·ml－1
若向某恒溫且恒容的密閉容器中加入等物質(zhì)的量的NH3和CO2，發(fā)生上述反應(yīng)。下列敘述不能說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。
A．?dāng)嗔? ml N—H的同時斷裂2 ml O—H
B．壓強(qiáng)不再變化
C．混合氣體的密度不再變化
D．CO2的體積分?jǐn)?shù)不再變化
(3)反應(yīng)：4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)，恒溫恒容情況下，下列說法能判斷此反應(yīng)達(dá)到平衡的是________。
A．氣體物質(zhì)中氮元素與氧元素的質(zhì)量比不變
B．容器內(nèi)氣體密度不變
C．容器內(nèi)氣體顏色不變
D．容器內(nèi)NaNO3的濃度保持不變
答案 (1)CD (2)A (3)ABC
解析 (1)氣體密度等于氣體質(zhì)量除以容器體積，反應(yīng)1的反應(yīng)物和生成物都是氣體，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，因此在恒溫恒容條件下氣體密度始終不變，因此密度不變不能作為判斷平衡的標(biāo)志，故A不符合題意；甲烷、丙烯均屬于生成物，兩者的化學(xué)計量數(shù)相同，無論是否達(dá)到平衡，它們的生成速率始終相等，故B不符合題意；在恒容恒溫下，氣體分子數(shù)逐漸增多，氣體壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)壓強(qiáng)不變時反應(yīng)達(dá)到平衡，故C符合題意；丙烯體積分?jǐn)?shù)由0逐漸增大，丙烯體積分?jǐn)?shù)不變時表明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D符合題意。
(2)根據(jù)方程式可知：每2分子NH3反應(yīng)產(chǎn)生1分子CO(NH2)2，會斷裂2個N—H，即1個NH3分子斷裂1個N—H?，F(xiàn)在斷裂6 ml N—H, 就是6 ml NH3反應(yīng)，要生成3 ml H2O，形成6 ml O—H；斷裂2 ml O—H，就是1 ml水發(fā)生反應(yīng)，生成水的物質(zhì)的量大于消耗水的物質(zhì)的量，正、逆反應(yīng)速率不相等，沒有達(dá)到平衡，A符合題意；該反應(yīng)在恒溫恒容條件下進(jìn)行，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變，當(dāng)氣體壓強(qiáng)不再變化時，氣體的物質(zhì)的量不變，則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，B不符合題意；反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量發(fā)生變化，而反應(yīng)在恒溫恒容條件下進(jìn)行，氣體的體積不變，則混合氣體的密度不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，C不符合題意；若CO2的體積分?jǐn)?shù)不再變化，說明混合氣體中各氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，D不符合題意。
(3)反應(yīng)物NO2中氮元素與氧元素的質(zhì)量比為7∶16，生成物NO中氮元素和氧元素的質(zhì)量比為7∶8，所以未平衡前氣體物質(zhì)中氮元素和氧元素的質(zhì)量比是變量，當(dāng)氣體物質(zhì)中氮元素與氧元素的質(zhì)量比不變時，反應(yīng)達(dá)到了平衡，故A選；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體物質(zhì)的質(zhì)量在減小，而容器體積不變，所以混合氣體的密度在減小，當(dāng)容器內(nèi)氣體密度不變時，反應(yīng)達(dá)到了平衡，故B選；NO2是紅棕色氣體，Cl2是黃綠色氣體，未平衡前混合氣體的顏色在改變，當(dāng)容器內(nèi)氣體顏色不變時，說明NO2和Cl2的濃度均不再改變，反應(yīng)達(dá)到了平衡，故C選；NaNO3是固體，不能用固體濃度不變衡量反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故D不選。
13．已知：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH
(1)經(jīng)測定不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：
該反應(yīng)為________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。
(2)250 ℃時，某時刻測得該反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物濃度為c(CO)＝0.4 ml·L－1、c(H2)＝
0.4 ml·L－1、c(CH3OH)＝0.8 ml·L－1，則此時v正______(填“>”“＝”或“

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