备战2021 高考化学 考点38 可逆反应与化学平衡状态（原卷版）

备战2021 高考化学 考点38 可逆反应与化学平衡状态（原卷版）

考点 38 可逆反应与化学平衡状态 1．化学平衡研究的对象——可逆反应 （1）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化学反应，称为可逆反应。 在可逆反应中使用“ ”。 可逆反应必须是同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，对于在不同反应条件 下进行的反应物、生成物正好相反的反应则不能认为是可逆反应。 （2）特点：三同一小 ①三同：a．相同条件下；b．正、逆反应同时进行；c．反应物与生成物同时存在。 ②一小：任一组分的转化率都小于 100%。 2．化学平衡状态 一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生 成物的浓度不再改变，我们称之为“化学平衡状态”，简称化学平衡。 （1）建立过程 在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下： 以上过程可用如图表示： 3．化学平衡状态的特征 4．化学平衡状态的判断 （1）动态标志：v 正= v 逆≠0 ①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 ②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如 aA+bB cC+dD， A B v v 正 逆 （ ） （ ）= a b 时，反应达到平衡 状态。 （2）静态标志：各种“量”不变 ①各物质的质量、物质的量或浓度不变； ②各物质的百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）不变； ③温度、压强（化学反应方程式两边气体体积不相等）或颜色（某组分有颜色）不变。 （3）综合分析 举例 mA(g)+nB(g) pC(g) +qD(g) 状态 混合物体系中各成分 的含量 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 总压强、总体积、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了 m mol A，同时生成 m mol A，即 v 正=v 逆 平衡 在单位时间内消耗了 n mol B，同时生成 p mol C 不一定平衡 vA∶vB∶vC∶vD=m∶n∶p∶q，v 正不一定等于 v 逆 不一定平衡 在单位时间内生成了 n mol B，同时消耗了 q mol D 不一定平衡 压强 m+n≠p+q 时，总压强一定（其他条件一定） 平衡 m+n=p+q 时，总压强一定（其他条件一定） 不一定平衡 混合气体的平均相对 分子质量（ rM ） rM 一定，当 m+n≠p+q 时 平衡 rM 一定，当 m+n=p+q 时 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量的变化，在其他条件 不变的情况下，体系温度一定 平衡 密度 密度一定 不一定平衡 颜色 含有有色物质的体系颜色不再变化 平衡 考向一 可逆反应的特点 典例 1 在已达到平衡的可逆反应 2SO2＋O2  催化剂 △ 2SO3 中，充入由 18O 组成的氧气一段时间后，18O 存 在于下列物质中的 A．多余的氧气中 B．生成的三氧化硫中 C．氧气和二氧化硫中 D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中 1．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻 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，可能存在的数据是 A．SO2 为 0.4 mol·L−1，O2 为 0.2 mol·L−1 B．SO2 为 0.25 mol·L−1 C．SO3 为 0.4 mol·L−1 D．SO2、SO3 均为 0.15 mol·L−1 极端假设法确定物质的浓度范围 （1）原理：可逆反应不可能进行完全，反应体系各物质同时共存。 （2）假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。 考向二 化学平衡状态的确定 典例 2 在一定温度下，向 2 L 固定容积的密闭容器中通入 1 mol CO2、3 mol H2，发生反应 CO2(g)＋ 3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是 A．混合气体的平均相对分子质量不变 B．体系中 2 2 (CO ) (H ) n n ＝1 3 ，且保持不变 C．混合气体的密度不随时间变化 D．单位时间内有 n mol H—H 键断裂，同时有 n mol O—H 键生成 2．一定温度下，反应 N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为ΔH。现将 1 mol N2O4 充入一恒压密闭容器中，下列示 意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 判断化学平衡状态的方法——“逆向相等，变量不变” 1．下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是 A．开启啤酒瓶后，瓶中立刻泛起大量泡沫 B．在 4FeSO 溶液中加入少量铁粉以防止 2+Fe 被氧化 C．实验室中常用排饱和食盐水的方法收集 2Cl D． 2 2 32SO (g)+O (g) 2SO (g) 使用过量的空气以提高 2SO 的利用率 2．可逆反应 2NO2 2NO+O2，在恒容密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是（ ） ①单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2 ②单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO ③NO2、NO、O2 的反应速率的比为 2：2：1 的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 A．①④ B．②③⑤ C．①③④ D．①②③④⑤ 3．用 Cl2 生产某些含氯有机物时会生成副产物 HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g) 2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ·mol－1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述 反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是 A．气体的质量不再改变 B．氯化氢的转化率不再改变 C．断开 4 mol H—Cl 键的同时生成 4 mol H—O 键 D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2 4．现在一容器中加入一定量的 A 和 B，发生化学反应：A＋2B 3C。如果在反应中用 v(A)、v(B)、 v(C)表示正反应速率，用 v′(A)、v′(B)、v′(C)表示逆反应速率，下列描述中正确的是 A．在容器中，任何时候 v(A)＝v(B)＝v(C) B．在任何时候容器中都必然存在着：v(A)∶v(B)∶v(C)＝v′(A)∶v′(B)∶v′(C)＝1∶2∶3 C．当 v(A)＝v(B)＝v′(A)＝v′(B)时，表示反应已达到平衡状态 D．当 v′(A)＝ 1 2 v′(B)时，表示反应已达到平衡状态 5．在其它条件一定时，图中曲线表示反应 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH>0 达平衡时 NO 的转化率与温 度的关系，图上标有 A、B、C、D、E 点，其中表示未达平衡状态且 v 正>v 逆的点是 A．A 或 E B．B 点 C．C 点 D．D 点 6．在 3 个容积均为 10L 的密闭容器中分别放入 0.2mol PCl3 和 0.2 molCl2，在不同条件下发生反应 PCl3(g)+Cl2(g)  PCl5(g)。各容器内气体总压强随时间的变化如图所示。 下列说法错误的是 A．实验 a 从反应开始至达到平衡时的平均速率 v(Cl2)= 1 6000 mol·L-1·min-1 B．与实验 a 相比，实验 b 使用了催化剂，实验 c 是在较高温度下进行的 C．实验 c 中反应的平衡常数为 50 9 L·mol-1 D．三组实验中反应的平衡转化率：a=b＞c 7．在反应 2SO2＋O2 2SO3 中，有 a mol SO2 和 b mol O2 参加反应，达到化学平衡状态时有 c mol SO3 生成，则 SO2 在反应混合物中的体积分数为 A． 100c ab ×100% B． 100c a b c  ×100% C．     100c a b a c   ×100% D．  100 0.5 a c a b c    % 8．在恒容密闭容器中通入 A、B 两种气体，在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH>0。达到 平衡后，改变一个条件(x)，下列量(y)一定符合图中曲线的是 选项 x y A 通入 A 气体 B 的转化率 B 加入催化剂 A 的体积分数 C 增大压强 混合气体的总物质的量 D 升高温度 混合气体的总物质的量 9．已知 X(g)和 Y(g)可以相互转化：2X(g) Y(g) ΔH<0。现将一定量 X(g)和 Y(g)的混合气体通入一体积 为 1 L 的恒温密闭容器中，反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说法不正确的是 A．若混合气体的压强不变，则说明反应已达化学平衡状态 B．a、b、c、d 四个点表示的反应体系中，表示化学反应处于平衡状态的只有 b 点 C．25~30 min 内用 X 表示的平均化学反应速率是 0.08 mol·L−1·min−1 D．反应进行至 25 min 时，曲线发生变化的原因是增加 Y 的浓度 10．中国政府承诺，到 2020 年，单位 GDP 二氧化碳排放比 2005 年下降 40%～50%。CO2 可转化成有机物 实现碳循环。在体积为 1 L 的密闭容器中，充入 1 mol CO2 和 3 mol H2，一定条件下反应：CO2(g)＋ 3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，测得 CO2 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。 （1）从 3 min 到 9 min，v(H2)＝_______mol·L－1·min－1。 （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．混合气体的密度不随时间的变化而变化 C．单位时间内消耗 3 mol H2，同时生成 1 mol H2O D．CO2 的体积分数在混合气体中保持不变 （3）平衡时 CO2 的转化率为________。 （4）平衡时混合气体中 CH3OH(g)的体积分数是________________________________。 （5）一定温度下，第 9 min 时 v 逆(CH3OH)________(填“大于”“小于”或“等于”)第 3 min 时 v 正(CH3OH)。 1．[2019 浙江 4 月选考]下列说法正确的是 A．H(g)＋I2(g) 2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变 B．C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡 C．若压强不再随时间变化能说明反应 2A(?)＋B(g) 2C(?)已达平衡，则 A、C 不能同时是气体 D．1 mol N2 和 3 mol H2 反应达到平衡时 H2 转化率为 10%，放出的热量为 Q1；在相同温度和压强下，当 2 mol NH3 分解为 N2 和 H2 的转化率为 10%时，吸收的热量为 Q2，Q2 不等于 Q1 2．[2017 新课标Ⅲ]砷（As）是第四周期ⅤA 族元素，可以形成 As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4 等化合物， 有着广泛的用途。回答下列问题： （4）298 K 时，将 20 mL 3x mol·L−1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L−1 I2 和 20 mL NaOH 溶液混合，发生反 应： 3 3AsO  (aq)+I2(aq)+2OH−(aq) 3 4AsO  (aq)+2I−(aq)+ H2O(l)。溶液中 c( 3 4AsO  )与反应时间（t）的 关系如图所示。 ①下列可判断反应达到平衡的是__________（填标号）。 a．溶液的 pH 不再变化 b．v(I−)=2v( 3 3AsO  ) c．c( 3 4AsO  )/c( 3 3AsO  )不再变化 d．c(I−)=y mol·L−1 ②tm 时，v 正_____ v 逆（填“大于”“小于”或“等于”）。 ③tm 时 v 逆_____ tn 时 v 逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_____________。