考點15-化學平衡狀態(tài)標志的判斷(要點總結)

2019-2020學年高一化學期末復習高頻考點通關（人教版2019必修第二冊）考點15化學平衡狀態(tài)標志的判斷復習要點1.了解化學反應的可逆性及化學平衡的建立。2.掌握化學平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。核心梳理一、化學平衡狀態(tài)的建立(1)化學平衡狀態(tài):在一定條件下，當一個可逆反應進行到正反應速率和逆反應速率相等時，反應物的濃度和生成物的濃度不再變化，達到一種表面靜止的狀態(tài)。(2)化學平衡狀態(tài)的建立過程(3)化學平衡建立過程中化學反應速率的變化圖像二、化學平衡狀態(tài)的特征化學平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動、定、變，即：(1)同一反應在不同條件下，反應的限度不同。(2)相同條件下，不同的可逆反應，其反應的限度不同。注意：1．化學反應的限度(或化學平衡狀態(tài))研究對象為可逆反應，且要求在一定條件下，如恒溫恒容或恒溫恒壓。2．化學反應限度的本質(zhì)：v(正)=v(逆)≠0，可理解為同一物質(zhì)的生成速率等于其消耗速率，如果不是同一物質(zhì)的速率，應依據(jù)化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化為同一物質(zhì)速率。3．化學反應限度的宏觀特征：反應物和生成物的濃度不再變化。應理解為：物質(zhì)的量濃度一定；組成成分的百分含量一定；反應體系的壓強一定(反應前后氣體體積相等的除外)；混合氣體的平均相對分子質(zhì)量一定(化學計量數(shù)相等的除外)等。不能理解為各組成成分的含量或濃度相等，通常情況下平衡時各組成成分的含量或濃度是不相等的。三、化學平衡狀態(tài)的判斷方法1．直接標志(1)v正=v逆。①同一種物質(zhì)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(zhì)的生成速率與消耗速率之比等于化學計量數(shù)之比；③在化學方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等于化學計量數(shù)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(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、體積分數(shù)不隨時間的改變而改變。2．間接標志(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(zhì)的可逆反應，若體系中顏色不再改變，則反應達到平衡狀態(tài)。(3)全是氣體參加的反應前后化學計量數(shù)改變的可逆反應，平均相對分子質(zhì)量保持不變。(4)對同一物質(zhì)而言，斷裂化學鍵的物質(zhì)的量與形成化學鍵的物質(zhì)的量相等。深化理解1.對于密閉容器中的反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，根據(jù)對化學平衡狀態(tài)概念的理解，判斷下列各情況是否達到平衡。2.有關化學平衡狀態(tài)的理解和判斷的誤區(qū)(1)對化學平衡狀態(tài)理解的“三種誤區(qū)”：①誤認為反應物能夠完全轉(zhuǎn)化成生成物?？赡娣磻蟹磻锊荒?00%轉(zhuǎn)化，反應物和生成物共存。②誤認為達到平衡時化學反應停止了。反應達到化學平衡狀態(tài)時，反應并沒有停止，實際上正反應與逆反應始終在進行，只是正反應速率等于逆反應速率。③誤認為外界條件改變對平衡狀態(tài)無影響。任何化學平衡狀態(tài)均是相對的、有條件的，當外界條件變化時，化學平衡狀態(tài)也會發(fā)生相應的變化。(2)化學平衡狀態(tài)判斷的“兩種誤區(qū)”：①誤認為各組分的濃度相等證明反應達到平衡狀態(tài)。②誤認為各組分的分子數(shù)之比等于化學計量數(shù)之比證明反應達到平衡狀態(tài)。反應達到化學平衡狀態(tài)時各組分的濃度保持不變，但不一定相等，也不一定等于化學計量數(shù)之比。典型例題例1（2020·山東省高一月考）恒溫恒容條件下，能說明反應A（s）+2B（g）C（g）+D（g）一定處于化學平衡狀態(tài)的是A．C的濃度不再改變 B．容器內(nèi)的壓強保持不變C．C與D的物質(zhì)的量相等 D．消耗1molB的同時生成0.5molD答案A解析A.C的濃度不再改變，說明固體質(zhì)量不變，反應達平衡狀態(tài)，故A正確；B.兩邊氣體計量數(shù)相等，容器內(nèi)的壓強一直保持不變，故B錯誤；C.

C與D的物質(zhì)的量相等，不能說明C.

D的物質(zhì)的量不變，故C錯誤；D.只要反應發(fā)生就有消耗1molB的同時生成0.5molD，故D錯誤；故選A?！军c睛】根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)。例2中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，一定條件下反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下圖所示。（1）從3min到9min，υ(H2)=________；（2）能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是____________（填編號）。A．反應中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1（即圖中交叉點）B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化C．單位時間內(nèi)消耗3molH2，同時生成1molH2OD．CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變（3）平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為______________。（4）平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分數(shù)是__________________。（5）一定溫度下，第9分鐘時υ逆(CH3OH)_______（填“大于”、“小于”或“等于”）第3分鐘時υ正(CH3OH)。答案（1）0.125mol·L－1·min－1（2）D（3）75﹪（4）30﹪（5）小于解析【分析】（1）3min到9min，根據(jù)CO2濃度變化計算CO2化學反應速率，利用計量數(shù)之比得到v（H2）；（2）化學反應達到平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的物理量不變；（3）由圖象可知平衡時CO2為0.25mol/L，可知消耗0.75mol/L，以此計算轉(zhuǎn)化率；（4）結合各物質(zhì)的平衡濃度，利用三段式法計算；（5）第9分鐘時達到平衡，υ逆（CH3OH）=υ正（CH3OH），隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小．【詳解】（1）3min到9min,CO2濃度變化為0.5mol/L?0.25mol/L=0.25mol/L,CO2反應速率為：0.25mol/L÷(9min?3min)=0.256mol/(L?min),v(H2)=3×v(CO2)=0.125mol/(L?min)，故答案為0.125mol/(L?min)；（2）A.反應中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1:1(即圖中交叉點)，濃度相等而不是不變，故A錯誤；B.反應前后，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，則氣體密度始終不變，不能判斷是否平衡，故B錯誤；C.單位時間內(nèi)每消耗3molH2,同時生成1molH2O，從反應開始到平衡始終相等，不一定平衡，故C錯誤；D.CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明正逆反應速率相等，達平衡狀態(tài)，故D正確；故答案為D；（3）由圖象可知平衡時CO2的為0.25mol/L,可知消耗0.75mol/L,則轉(zhuǎn)化率為0.75×100%=75%，故答案為75%；（4）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始(mol/L):1300轉(zhuǎn)化(mol/L):0.752.250.750.75平衡(mol/L):0.250.750.750.75則平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分數(shù)為0.75÷(0.25+0.75+0.75+0.75)×100%=30%，故答案為30%；（5）第9分鐘時達到平衡,υ逆(CH3OH)=υ正(CH3OH),隨著反應的進行,正反應速率逐漸減小,則第9分鐘時υ逆(CH3OH)小于第3分鐘時υ正(CH3OH).，故答案為小于?！军c睛】可逆反應處于平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)：同一物質(zhì)的正逆反應速率相等，物質(zhì)的百分含量不變，據(jù)此分析。變式強化1．（2020·河北省唐山一中高一月考）在一定溫度下，可逆反應A(g)+3B(g)2C(g)達到平衡的標志是A．C的生成速率與C分解的速率相等B．單位時間生成nmolA，同時生成3nmolBC．單位時間生成B的速率，與生成C的速率相等（數(shù)值）D．單位時間消耗nmolA，同時生成2nmolC答案A解析A.C的生成速率和C的分解速率相等，則該反應一定達到平衡狀態(tài)，故A正確；B.無論該反應是否達到平衡狀態(tài)，單位時間生成nmolA一定同時生成3nmolB，所以不能據(jù)此判斷化學反應是否達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；C.單位時間內(nèi)生成B的速率和生成C的速率之比為3：2時，該反應達到平衡狀態(tài)，所以單位時間生成B的速率與生成C的速率相等，該反應一定不達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；D.無論該反應是否達到平衡狀態(tài)，單位時間消耗nmolA，同時生成2nmolC，所以不能據(jù)此判斷化學反應是否達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；答案選A。2．（2019·威遠中學校高一月考）I．一定溫度下，在2L的密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示：（1）寫出該反應的化學方程式_________。（2）下列敘述中不能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是___________。A．當X與Y的反應速率之比為1∶1B．在混合氣體中X的質(zhì)量百分數(shù)保持不變C．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不隨時間的變化而變化D．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化E．X、Y、Z的濃度之比為1∶1∶2（3）為使該反應的反應速率減小，可采取的措施是__________。A．恒壓時充入NeB．適當升高溫度C．縮小容器的體積D．選擇高效催化劑II．一定溫度下將3mol的A及3molB混合于2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，經(jīng)過5分鐘后反應達到平衡，測得A的轉(zhuǎn)化率為60﹪，C的平均反應速率是0.18mol/(L·min)。求：（1）平衡時B的濃度=___________mol/L。（2）D的平均反應速率υ(D)=__________mol/(L·min)。（3）x=______。答案I.（1）X(g)+Y(g)2Z(g)（2）ACDE（3）AII．（1）1.2（2）0.12（3）3解析【分析】I.（1）根據(jù)化學反應中各物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化量與化學計量數(shù)之比呈正比書寫化學方程式；（2）根據(jù)可逆反應平衡狀態(tài)時的實質(zhì)和特征，結合反應方程式中物質(zhì)的化學計量數(shù)關系判斷平衡狀態(tài)；（3）根據(jù)影響化學反應速率的因素分析判斷；II.根據(jù)A起始時的物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)化率計算轉(zhuǎn)化量，根據(jù)速率定義式計算V(A)，然后根據(jù)速率比等于化學計量數(shù)的比，結合V(C)大小，計算V(B)、V(D)及x值。【詳解】（1）由圖象可以看出X、Y的物質(zhì)的量減小，Z的物質(zhì)的量增多，則X、Y為反應物，Z為生成物，化學反應中各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化量與化學計量數(shù)之比呈正比，則有Y：X：Z=(1.20mol-0.41mol)：(.0mol-0.21mol)：1.58mol=1：1：2，由于最后三種物質(zhì)都存在，可見該反應為可逆反應，則反應的化學方程式為X+Y2Z；（1）A.X、Y是反應物，方程式的系數(shù)相同，在任何情況下二者反應速率都相等，因此不能根據(jù)X與Y的反應速率之比為1：1判斷平衡狀態(tài)，A符合題意；B.若反應達到平衡狀態(tài)，任何一組分的質(zhì)量不變，則物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)不變，故在混合氣體中X的質(zhì)量百分數(shù)保持不變可以判斷反應處于平衡狀態(tài)，B不符合題意；C.由于反應前后氣體的質(zhì)量不變，氣體的物質(zhì)的量不變，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量總是不隨時間的變化而變化，故不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，C符合題意；D.由于反應前后氣體的質(zhì)量不變，氣體的體積不變，所以混合氣體的密度總是不隨時間的變化而變化，故不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，D符合題意；E.X、Y、Z的濃度之比為1：1：2可能處于平衡狀態(tài)，也可能不是平衡狀態(tài)，E符合題意；故合理選項是ACDE；（3）A.恒壓時充入Ne，容器的容積擴大，物質(zhì)的濃度減小，反應速率減小，A符合題意；B.適當升高溫度，物質(zhì)的內(nèi)能增加，反應速率加快，B不符合題意；C.縮小容器的體積，物質(zhì)的濃度增大，化學反應速率加快，C不符合題意；D.選擇高效催化劑，化學反應速率加快，D不符合題意；故合理選項是A；II.發(fā)生反應3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，由于反應在2L的密閉容器內(nèi)進行，n(A)=3mol，A的轉(zhuǎn)化率是60%，則A轉(zhuǎn)化量為△n=3mol×60%=1.8mol。（1）根據(jù)反應方程式的系數(shù)可知：每有3molA發(fā)生反應，同時消耗1molB，則A反應了1.8mol，所以B反應