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2021版高考化学（人教版）一轮复习学案：第23讲 化学平衡状态 化学平衡的移动
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第23讲 化学平衡状态 化学平衡的移动
考点一 可逆反应 化学平衡状态
[知识梳理]
一、可逆反应
二、化学平衡状态
1．概念：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，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
2．建立
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：
建立过程可用下图表示：
3．特点
三、判断化学平衡状态的两种方法
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。
如反应aA＋bBcC＋dD，＝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、体积分数等)不变。
(3)温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
总之，若物理量由“变量”变成了“不变量”，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量始终为“不变量”，则不能作为平衡标志。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)二次电池的充、放电为可逆反应。( )
(2)在化学平衡建立过程中，v正一定大于 v逆。( )
(3)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态。( )
(4)在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，生成2 mol NH3。( )
(5)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。( )
(6)在一定条件下的绝热恒容的密闭容器中发生某一可逆反应，若容器内温度不再改变，则该反应已达平衡。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
2．向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，充分反应后生成SO3的物质的量________2 mol(填“<”“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量________0 mol，SO2的转化率________100%，反应放出的热量________Q kJ。
答案：< > < <
演练一 极端假设法在可逆反应中的应用
1．(经典题)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
解析：选A。假设0.1 mol·L－1 X2(g)和Y2(g)反应全部转化为Z(g)，生成的c(Z)最大值为0.2 mol·L－1，因该反应是可逆反应，所以达到平衡时c(Z)最大值小于0.4 mol·L－1，同理可求出，0
A．c1∶c2＝3∶1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0
运用极端假设法确定各物质浓度范围
可逆反应中各物质浓度范围可根据极端假设法判断，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。
例如：可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)，各物质的起始浓度分别为c(A)＝0.1 mol·L－1，c(B)＝0.3 mol·L－1，c(C)＝0.2 mol·L－1。
假设反应正向进行到底：A(g)＋3B(g)2C(g)
起始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
终态浓度/(mol·L－1) 0 0 0.4
假设反应逆向进行到底：A(g)＋3B(g)2C(g)
起始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
终态浓度/(mol·L－1) 0.2 0.6 0
平衡体系中各物质的浓度范围为A∈(0，0.2)，B∈(0，0.6)，C∈(0，0.4)。
演练二 化学平衡状态的判断
3．在一个温度恒定、容积固定的密闭容器中，发生可逆反应mA(s)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，已知m＋n＝p＋q，且该反应为放热反应，反应达到平衡的标志是( )
①体系的压强不再改变
②气体的密度不再改变
③各气体的浓度不再改变
④各气体的质量分数不再改变
⑤反应速率v(C)∶v(D)＝p∶q
⑥单位时间内n mol B断键反应，同时p mol C也断键反应
A．①②③④⑤⑥ B．①②③
C．①②③④⑥ D．④⑤⑥
解析：选C。该反应的特点是随着反应进行，该体系的压强将改变，压强不变时说明达到平衡，①可以作为平衡的标志。随着反应进行，m(气)将发生变化，根据ρ＝，ρ不变，V不变，则m(气)也不变，说明达到平衡，②可以作为平衡的标志。各组分的浓度和质量分数不再改变，说明反应达到平衡状态，③和④可以作为平衡的标志。速率之比等于方程式的化学计量数之比，不论反应是否达到平衡状态都存在这一关系，故⑤不一定是平衡状态。单位时间内n mol B断键反应，说明反应正向进行，同时p mol C断键反应，说明反应逆向进行，正、逆反应速率相等，⑥可以作为平衡的标志。
4．一定温度下，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
解析：选D。因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝m/V可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意，故选D。
5．在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
答案：(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
6．若上述题目中的(1)～(4)改成在一定温度下的恒压密闭容器中进行，结果又如何？
答案：(1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦
(4)②③④⑦
规避两个易失分点
(1)化学平衡状态判断“三关注”
①关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)不能作为平衡标志的“四情况”
①反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比；
②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)；
③全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)；
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
考点二 化学平衡的移动
[知识梳理]
一、化学平衡移动的过程
二、化学平衡移动与化学反应速率的关系
1．v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
2．v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不移动。
3．v正
1．影响化学平衡的外界因素
条件的改变(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参与的反应)
反应前后气体分子数不变
增大压强
向气体体积减小的方向移动
减小压强
向气体体积增大的方向移动
反应前后气体分子数改变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
使用催化剂
同等程度改变v正、v逆，但平衡不移动
2.几种特殊情况说明
(1)改变固体或纯液体的量，对化学平衡没有影响。
(2)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
②恒温、恒压条件
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
四、勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
[深入解读] 化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向，如①增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；②若将体系温度从50 ℃升高到80 ℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新平衡时50 ℃
该原理适用于任何平衡体系：化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应速率改变，化学平衡也一定发生移动。( )
(2)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大。( )
(3)合成氨反应需要使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动，所以也可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因。( )
(4)平衡时，其他条件不变，分离出固体生成物，v正减小。( )
(5)C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH>0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。( )
(6)化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大。( )
(7)往平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅。( )
(8)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系，压缩体积，增大压强，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
2．(教材改编题)在体积不变的密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，只改变一种外界条件，完成下表：
改变条件
平衡移动方向
氢气的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)
氨的体积分数(填“增大”“减小”或“不变”)
增大氮气的浓度
________
________
—
增大氨的浓度
________
________
________
升高温度
________
________
________
充入适量氩气
________
________
________
答案：(从左到右，从上到下)正向 增大 逆向 减小 增大 逆向 减小 减小 不移动 不变 不变
(1)化学平衡发生移动的实质是正、逆反应速率不相等。但正、逆反应速率发生变化，平衡不一定移动。例如：使用催化剂，正、逆反应速率均增大，但是增大后的正、逆反应速率仍然相等，所以平衡不发生移动。
(2)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v(正)>v(逆)时，平衡才向正反应方向移动。
(3)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，只会使其他反应物的转化率提高。
演练一 化学平衡的移动
1．工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体，同时有氢气生成[2Ga(s)＋2NH3(g)2GaN(s)＋3H2(g)]。反应中，每生成3 mol H2时放出30.8 kJ的热量。恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是( )
A．Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B．Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率
C．Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率
D．Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
解析：选A。A项，Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，正反应速率会突然增大，且平衡逆向移动，图像符合题意，正确；B项，根据题意知，该反应前后气体分子数增大，则增大压强，平衡逆向移动，镓的转化率降低，错误；C项，Ga是固体，其质量不影响反应速率，错误；D项，反应方程式为2Ga(s)＋2NH3(g)2GaN(s)＋3H2(g) ΔH<0，相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量增大，错误。
2．在压强为0.1 MPa、温度为300 ℃条件下，a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________(填字母)。
A．c(H2)减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．反应物转化率增大
D．重新平衡后减小
(2)若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________(填字母)。
A．升高温度
B．将CH3OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
解析：(1)该反应为正向气体分子数减小的可逆反应，缩小体积，压强增大，平衡正向移动，c(H2)增大，正、逆反应速率均增大，因而A、B均不正确。(2)由于该反应正向是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH的产率降低；体积不变，充入He，平衡不移动。
答案：(1)CD (2)B
1．判断化学平衡移动方向的思维模型
2．解化学平衡移动题的思维过程
关注特点—
―→分析条件(浓度、温度、压强等)―→想原理(平衡移动原理)―→综合判断得结论。
演练二 新旧平衡的比较
3．(教材改编题)在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器体积缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a
D．物质D的浓度减小
解析：选C。容器体积缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，而实际A的浓度是原来的1.6倍，说明平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，a>c＋d，D的浓度增大。
4．[2017·高考全国卷Ⅰ，28(3)②③]H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02，此时H2S的转化率为α1。
(1)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“＝”)
(2)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A．H2S B．CO2
C．COS D．N2
解析：(1)总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大。即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。(2)平衡之后，再充入H2S，则CO2的转化率增大，H2S的转化率减小，A项错误；充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确；充入COS，平衡向左移动，H2S的转化率减小，C项错误；充入N2，无论体积是否变化，对于反应前后气体分子数相等的反应，平衡不移动，H2S的转化率不变，D项错误。
答案：(1)> > (2)B
1．恒容状态下的化学平衡分析
在恒容容器中，当改变其中一种气态物质的浓度时，必然会引起压强的改变，但判断平衡移动的方向时，仍以浓度的影响来考虑。如反应2NO2N2O4，达到平衡后，若向容器中再通入反应物NO2，则c(NO2)增大，平衡向正反应方向移动；若向容器中通入生成物N2O4，则c(N2O4)增大，平衡向逆反应方向移动。但由于两种情况下，容器内的压强都增大，故对最终平衡状态的影响是一致的，则两种情况下，达到新的平衡时，NO2的百分含量都比原平衡时要小。
2．平衡转化率的分析与判断方法
(1)反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。
②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。
(2)反应mA(g)nB(g)＋qC(g)的转化率分析
在温度、体积不变时，增加A的量，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A)
考点三 等效平衡
[知识梳理]
一、等效平衡的含义
在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
二、等效平衡的判断方法
1．恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法：极值等量即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0
② 0 0 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol，O2均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足c＋a＝2，＋b＝1时，即与上述平衡等效。
2．恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法：极值等比即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0
② 1 mol 0.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则①②中＝，故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足＝或＝，c≥0时，即与①②平衡等效。
3．恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如：H2(g)＋I2(g)2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②两种情况下，＝1，故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足＝1或＝1，c≥0时，即与①②平衡等效。
三、虚拟“中间态”法构建等效平衡
1．构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
2．构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
1．(经典题)(恒温恒容下的等效平衡)向一固定体积的密闭容器中通入a mol N2O4气体，在密闭容器内发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，达到平衡时再通入a mol N2O4气体，再次达到平衡时，与第一次达平衡时相比，N2O4的转化率( )
A．不变 B．增大
C．减小 D．无法判断
解析：选C。恒温恒容条件下，投料等比增加相当于增大压强，增大压强平衡逆向移动，N2O4的转化率减小。
2．(恒温恒容下的等效平衡)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、
3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度/
(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强/Pa
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是( )
A．2c1>c3 B．a＋b＝92.4
C．2p21
解析：选B。根据“一边倒”的方法可知甲、乙两容器中的反应为等效平衡，且甲中生成的NH3与乙中分解的NH3的和为2 mol，此时α1＋α2＝1，a+b=92.4。而丙中加入的NH3是乙中的2倍，丙中压强亦是乙中的2倍，增大压强，平衡正向移动，则平衡时2c1p3，A、C项错误，B项正确；增大压强，不利于NH3的分解，则α2>α3，故α1＋α3<1，D项错误。
3．(恒温恒压下的等效平衡)恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是( )
A．若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成的C的物质的量为3a mol
B．若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，B的物质的量一定大于4 mol
C．若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为
D．若在原平衡体系中，再通入1 mol A和1 mol B，混合气体的平均相对分子质量不变
解析：选B。A项，开始时通入3 mol A和3 mol B，由于容器保持恒压，故容积增大，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3a mol；B项，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol；C项，再次达到的平衡与题干所给平衡互为等效平衡，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为；D项，这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。
4．(恒温恒容与恒温恒压条件下等效平衡的比较)有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。
(1)在相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________ (填选项字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________。
A．小于m mol B．等于m mol
C．在m～2m mol之间 D．等于2m mol
E．大于2m mol
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入________mol N2和________mol H2。
解析：(1)由于甲容器恒容，而乙容器恒压，若它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。若甲、乙两容器的容积始终相等，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于 2m mol。
(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投料量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为0.5 mol, H2为0 mol。
答案：(1)D E (2)0.5 0
1．(2018·高考天津卷)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
解析：选D。加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
2．[2017·高考全国卷Ⅲ，28(4)①②③]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：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)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(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________________________________________________________。
解析：(1)溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知，反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。(3)从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。
答案：(1)ac (2)大于 (3)小于 tm时生成物浓度较低
一、选择题
1．在1 L定容的密闭容器中，可以证明可逆反应N2＋3H22NH3已达到平衡状态的是( )
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成
C．其他条件不变时，混合气体的密度不再改变
D．v正(N2)＝2v逆(NH3)
解析：选B。c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能说明各物质的浓度不变，不一定为平衡状态，A错误；1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B正确；混合气体的密度ρ＝，气体质量在反应前后守恒，容器体积不变，故密度始终不变，所以密度不变的状态不一定是平衡状态，C错误；v正(N2)＝2v逆(NH3)时，正、逆反应速率不相等，未达到平衡状态，D错误。
2．反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH<0，达到平衡时，下列说法正确的是( )
A．减小容器体积，平衡向右移动
B．加入催化剂，Z的产率增大
C．增大c(X)，X的转化率增大
D．降低温度，Y的转化率增大
解析：选D。该反应前后气体分子数相等，减小容器体积(加压)，平衡不发生移动，A项错误；加入催化剂可同时同倍数地改变正、逆反应速率，故平衡不发生移动，Z的产率不变，B项错误；增大c(X)，平衡正向移动，但X的转化率减小，C项错误；此反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大，D项正确。
3．下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( )
A．在强碱存在的条件下，酯的水解反应进行较完全
B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C．可用浓氨水和NaOH固体快速制取氨
D．加压条件下有利于SO2与O2反应生成SO3
解析：选B。应注意区别化学平衡移动原理和化学反应速率理论的应用范围，加催化剂只能提高化学反应速率，故B项不能用化学平衡移动原理解释。
4．可逆反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在容积固定的密闭容器中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
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为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
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
解析：选A。①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，说明反应已达到平衡状态。②单位时间内生成n mol O2必生成2n mol NO，不能说明反应达到平衡状态。③中无论达到平衡与否，用各物质表示的化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④有色气体的颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡状态。⑤气体体积固定、反应前后质量守恒，密度始终不变。⑥反应前后ΔV(g)≠0，压强不变，意味着各物质的含量不再变化，说明已达到平衡状态。⑦由于气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，说明反应已达到平衡状态。
5．(2020·龙岩高三模拟)利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。
反应一：
Ni(粗，s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0
反应二：
Ni(CO)4(g)Ni(纯，s)＋4CO(g) ΔH>0
下列说法错误的是( )
A．对于反应一，适当增大压强，有利于Ni(CO)4的生成
B．提纯过程中，CO气体可循环使用
C．升高温度，反应一的反应速率减小，反应二的反应速率增大
D．对于反应二，在180～200 ℃，温度越高，Ni(CO)4(g)的转化率越高
解析：选C。反应一的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡右移，有利于Ni(CO)4的生成，A正确；反应一以CO为原料，反应二产生CO，故CO可以循环使用，B正确；升高温度，反应一和反应二的反应速率都增大，C不正确；反应二的正反应是吸热反应，在180～200 ℃，温度越高，反应进行的程度越大，Ni(CO)4(g)的转化率越高，D正确。
6．某温度时，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，向三个体积相等的恒容密闭容器A、B、C中，分别加入①2 mol HI；②3 mol HI；③1 mol H2与1 mol I2，分别达到平衡时，以下关系正确的是( )
A．平衡时，各容器的压强：②＝①＝③
B．平衡时，I2的浓度：②>①>③
C．平衡时，I2的体积分数：②＝①＝③
D．从反应开始到达平衡的时间：①>②＝③
解析：选C。根据等效平衡原理，若1 mol H2与1 mol I2完全转化为HI，则HI为2 mol，所以①和③是完全相同的等效平衡，所以二者的浓度、百分含量、压强、转化率等都一样；②与①相比增大了HI的量，该反应为反应前后气体体积不变的反应，增大HI的量，达到平衡时，新平衡与原平衡相同，所以各物质的百分含量不变，但是浓度增大。
7．已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是( )
A．上述反应的ΔH<0
B．N点时的反应速率一定比M点的快
C．降低温度，H2的转化率可达到100%
D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
解析：选A。根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；N点压强大于 M点的，M点温度高于N点的，因此无法确定两点的反应速率快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；控制合适的温度和压强，既能保证反应速率较快，也能保证H2有较高的转化率，采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。
8．(2020·焦作一模)在某2 L恒容密闭容器中充入2 mol X(g)和1 mol Y(g)发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g) ΔH，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( )
A．M点时Y的转化率最大
B．升高温度，平衡向逆反应方向移动
C．平衡后充入Z，达到新平衡时Z的体积分数增大
D．W、M两点Y的正反应速率相等
解析：选B。温度在a ℃之前，升高温度，X的体积分数减小，温度在a ℃之后，升高温度，X的体积分数增大，曲线上最低点为平衡点，最低点之前未达到平衡，反应向正反应方向进行，最低点之后，升高温度，X的体积分数增大，平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应。A项，曲线上最低点Q为平衡点，升高温度，平衡向逆反应方向移动，Y的转化率减小，所以Q点时Y的转化率最大，错误；B项，根据上述分析可知，升高温度，平衡向逆反应方向移动，正确；C项，反应前后气体的物质的量不变，平衡后充入Z，达到的新平衡与原平衡是等效平衡，所以达到新平衡时Z的体积分数不变，错误；D项，W点对应的温度低于M点对应的温度，温度越高，反应速率越大，所以W点Y的正反应速率小于M点Y的正反应速率，错误。
9．(新题预测)在恒温恒压下，向密闭容器中充入4 mol SO2和2 mol O2，发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0。2 min后，反应达到平衡，生成SO3为1.4 mol，同时放出热量Q kJ。则下列分析正确的是( )
A．在该条件下，反应前后的压强之比为6∶5.3
B．若反应开始时容器体积为2 L，则v(SO3)＝0.35 mol/(L·min)
C．若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”，平衡后n(SO3)<1.4 mol
D．若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”，达平衡时放出热量大于Q kJ
解析：选C。由平衡时n(SO3)＝1.4 mol可知，此时n(SO2)＝2.6 mol，n(O2)＝1.3 mol。因是恒温恒压条件，所以反应前后压强不变，A错误；因该反应是气体分子数减小的反应，所以随着反应的进行，体积逐渐减小，小于2 L，所以v(SO3)大于0.35 mol/(L·min)，B错误；该反应为放热反应，在绝热条件下随着反应的进行要放热，达到平衡时与恒温恒压条件下的平衡比较，平衡要逆向移动，所以n(SO3)<1.4 mol，C正确；恒温恒容下的平衡与原平衡比较，平衡逆向移动，所以放出的热量小于Q kJ，D错误。
10．(2020·黄山一模)某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段，分别改变影响反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示：
下列说法中正确的是( )
A．30～40 min 内该反应使用了催化剂
B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
C．30 min时降低温度，40 min时升高温度
D．8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1
解析：选D。若使用催化剂，则化学反应速率增大，A错误；由浓度时间图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由反应速率时间图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，B、C错误；前8 min内A的平均反应速率为＝0.08 mol·L－1·min－1，D正确。
二、非选择题
11．(2020·南昌一模)(1)一定条件下，将2 mol SO2与1 mol O2置于恒容密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，下列状态能说明该反应达到化学平衡的是________(填字母)。
A．混合气体的密度保持不变
B．SO2的转化率保持不变
C．SO2和O2的物质的量之比保持不变
D．O2的消耗速率和SO3的消耗速率相等
(2)已知反应2NO(g)N2(g)＋O2(g) ΔH<0，在不同条件时N2的体积分数随时间(t)的变化如图所示。根据图像可以判断曲线R1、R2对应的下列反应条件中不同的是________(填字母)。
A．压强 B．温度 C．催化剂
(3) LX11 CO和H2在一定条件下可以合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。在体积为1 L的恒容密闭容器(如图甲所示)中通入1 mol CO和2 mol H2，测定不同时间、不同温度(T ℃)下容器中CO的物质的量如下表：
0 min
10 min
20 min
30 min
40 min
T1
1 mol
0.8 mol
0.62 mol
0.4 mol
0.4 mol
T2
1 mol
0.7 mol
0.5 mol
a
a
①T1________(填“>”“<”或“＝”)T2，理由是___________________________________
________________________________________________________________________。
已知T2℃时，第20 min时容器内压强不再改变，此时H2的转化率为________。
②若将1 mol CO和2 mol H2通入原体积为1 L的恒压密闭容器(如图乙所示)中达到平衡，若再向容器中通入1 mol CH3OH(g)，重新达到平衡后，CH3OH(g)在体系中的百分含量________(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：(1)SO2、O2和SO3都是气体，恒容反应时混合气体的密度始终不变，A错误。反应正向进行，SO2的转化率增大，反应逆向进行，SO2的转化率减小，故SO2的转化率保持不变，该反应达到平衡状态，B正确。起始加入SO2和O2的物质的量之比为2∶1，与其化学计量数之比相等，则二者的物质的量之比始终等于2∶1，C错误。O2的消耗速率与SO3的消耗速率之比为1∶2，该反应达到平衡状态，D错误。
(2)由题图可知，曲线R2代表的反应比曲线R1代表的反应先达到平衡状态，且R1平衡时N2的体积分数更大。A项，若R表示压强，改变压强，平衡不移动，N2的体积分数不变，与图像不符合。B项，若R表示温度，该反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，N2的体积分数减小，与图像符合。C项，若R表示催化剂，使用催化剂，只能改变反应速率，平衡不移动，N2的体积分数不变，与图像不符合。
(3)①由题表中数据可知，未达到平衡之前，相同时间内，T2℃时CO的变化量大于T1℃时，则T2℃时化学反应速率快，又温度越高，反应速率越快，故有T1
起始浓度/(mol·L－1) 1 2 0
转化浓度/(mol·L－1) 0.5 1 0.5
平衡浓度/(mol·L－1) 0.5 1 0.5
故20 min 时H2的转化率为×100%＝50%。②若再向容器中通入1 mol CH3OH(g)，由于是恒压条件，该平衡与之前的平衡等效，重新达到平衡后，CH3OH(g)在体系中的百分含量不变。
答案：(1)B (2)B (3)①< 相同时间内，T2℃时CO的变化量大于T1℃时CO的变化量 50% ②不变
12．运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。
(1)硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。
①若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
②若反应进行到状态D时，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
(2)课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，应用此法反应达到平衡时反应物的转化率不高。
①能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是________(填字母)。
A．使用更高效的催化剂
B．升高温度
C．及时分离出氨
D．充入氮气，增大氮气的浓度(保持容器体积不变)
②若在某温度下，2 L的密闭容器中发生合成氨的反应，图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线。用H2表示0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝________。从第11 min起，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为________(填字母)。
解析：(1)①恒温恒压条件下，向题述平衡体系中通入氦气，则反应容器的体积会增大，各物质的浓度会减小，平衡会向气体分子数增大的方向(向左)移动。②反应进行到状态D时没有达到平衡，反应向右进行，所以v正>v逆。(2)①该反应是一个气体分子数减少的放热反应，升高温度，平衡逆向移动；使用更高效的催化剂，反应速率增大，但平衡不移动；分离出氨，平衡虽然正向移动，但反应速率减小；充入氮气，平衡正向移动且反应速率增大。②0～10 min时，N2从0.6 mol减少到0.2 mol，变化量为0.4 mol，则H2的变化量为1.2 mol，v(H2)＝1.2 mol÷2 L÷10 min＝0.06 mol·L－1·min－1。平衡时压缩容器的体积，气体的压强增大，平衡正向移动，N2的物质的量在原有基础上减小，曲线d符合题意。
答案：(1)①向左 ②> (2)①D ②0.06 mol·L－1·min－1 d
考点一 可逆反应 化学平衡状态
[知识梳理]
一、可逆反应
二、化学平衡状态
1．概念：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，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
2．建立
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：
建立过程可用下图表示：
3．特点
三、判断化学平衡状态的两种方法
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。
如反应aA＋bBcC＋dD，＝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、体积分数等)不变。
(3)温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
总之，若物理量由“变量”变成了“不变量”，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量始终为“不变量”，则不能作为平衡标志。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)二次电池的充、放电为可逆反应。( )
(2)在化学平衡建立过程中，v正一定大于 v逆。( )
(3)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态。( )
(4)在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，生成2 mol NH3。( )
(5)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。( )
(6)在一定条件下的绝热恒容的密闭容器中发生某一可逆反应，若容器内温度不再改变，则该反应已达平衡。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
2．向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，充分反应后生成SO3的物质的量________2 mol(填“<”“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量________0 mol，SO2的转化率________100%，反应放出的热量________Q kJ。
答案：< > < <
演练一 极端假设法在可逆反应中的应用
1．(经典题)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
解析：选A。假设0.1 mol·L－1 X2(g)和Y2(g)反应全部转化为Z(g)，生成的c(Z)最大值为0.2 mol·L－1，因该反应是可逆反应，所以达到平衡时c(Z)最大值小于0.4 mol·L－1，同理可求出，0
A．c1∶c2＝3∶1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0
运用极端假设法确定各物质浓度范围
可逆反应中各物质浓度范围可根据极端假设法判断，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。
例如：可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)，各物质的起始浓度分别为c(A)＝0.1 mol·L－1，c(B)＝0.3 mol·L－1，c(C)＝0.2 mol·L－1。
假设反应正向进行到底：A(g)＋3B(g)2C(g)
起始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
终态浓度/(mol·L－1) 0 0 0.4
假设反应逆向进行到底：A(g)＋3B(g)2C(g)
起始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
终态浓度/(mol·L－1) 0.2 0.6 0
平衡体系中各物质的浓度范围为A∈(0，0.2)，B∈(0，0.6)，C∈(0，0.4)。
演练二 化学平衡状态的判断
3．在一个温度恒定、容积固定的密闭容器中，发生可逆反应mA(s)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，已知m＋n＝p＋q，且该反应为放热反应，反应达到平衡的标志是( )
①体系的压强不再改变
②气体的密度不再改变
③各气体的浓度不再改变
④各气体的质量分数不再改变
⑤反应速率v(C)∶v(D)＝p∶q
⑥单位时间内n mol B断键反应，同时p mol C也断键反应
A．①②③④⑤⑥ B．①②③
C．①②③④⑥ D．④⑤⑥
解析：选C。该反应的特点是随着反应进行，该体系的压强将改变，压强不变时说明达到平衡，①可以作为平衡的标志。随着反应进行，m(气)将发生变化，根据ρ＝，ρ不变，V不变，则m(气)也不变，说明达到平衡，②可以作为平衡的标志。各组分的浓度和质量分数不再改变，说明反应达到平衡状态，③和④可以作为平衡的标志。速率之比等于方程式的化学计量数之比，不论反应是否达到平衡状态都存在这一关系，故⑤不一定是平衡状态。单位时间内n mol B断键反应，说明反应正向进行，同时p mol C断键反应，说明反应逆向进行，正、逆反应速率相等，⑥可以作为平衡的标志。
4．一定温度下，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
解析：选D。因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝m/V可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意，故选D。
5．在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
答案：(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
6．若上述题目中的(1)～(4)改成在一定温度下的恒压密闭容器中进行，结果又如何？
答案：(1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦
(4)②③④⑦
规避两个易失分点
(1)化学平衡状态判断“三关注”
①关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)不能作为平衡标志的“四情况”
①反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比；
②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)；
③全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)；
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
考点二 化学平衡的移动
[知识梳理]
一、化学平衡移动的过程
二、化学平衡移动与化学反应速率的关系
1．v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
2．v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不移动。
3．v正
1．影响化学平衡的外界因素
条件的改变(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参与的反应)
反应前后气体分子数不变
增大压强
向气体体积减小的方向移动
减小压强
向气体体积增大的方向移动
反应前后气体分子数改变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
使用催化剂
同等程度改变v正、v逆，但平衡不移动
2.几种特殊情况说明
(1)改变固体或纯液体的量，对化学平衡没有影响。
(2)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
②恒温、恒压条件
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
四、勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
[深入解读] 化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向，如①增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；②若将体系温度从50 ℃升高到80 ℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新平衡时50 ℃
该原理适用于任何平衡体系：化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应速率改变，化学平衡也一定发生移动。( )
(2)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大。( )
(3)合成氨反应需要使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动，所以也可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因。( )
(4)平衡时，其他条件不变，分离出固体生成物，v正减小。( )
(5)C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH>0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。( )
(6)化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大。( )
(7)往平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅。( )
(8)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系，压缩体积，增大压强，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅。( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
2．(教材改编题)在体积不变的密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，只改变一种外界条件，完成下表：
改变条件
平衡移动方向
氢气的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)
氨的体积分数(填“增大”“减小”或“不变”)
增大氮气的浓度
________
________
—
增大氨的浓度
________
________
________
升高温度
________
________
________
充入适量氩气
________
________
________
答案：(从左到右，从上到下)正向 增大 逆向 减小 增大 逆向 减小 减小 不移动 不变 不变
(1)化学平衡发生移动的实质是正、逆反应速率不相等。但正、逆反应速率发生变化，平衡不一定移动。例如：使用催化剂，正、逆反应速率均增大，但是增大后的正、逆反应速率仍然相等，所以平衡不发生移动。
(2)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v(正)>v(逆)时，平衡才向正反应方向移动。
(3)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，只会使其他反应物的转化率提高。
演练一 化学平衡的移动
1．工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体，同时有氢气生成[2Ga(s)＋2NH3(g)2GaN(s)＋3H2(g)]。反应中，每生成3 mol H2时放出30.8 kJ的热量。恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是( )
A．Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B．Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率
C．Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率
D．Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
解析：选A。A项，Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，正反应速率会突然增大，且平衡逆向移动，图像符合题意，正确；B项，根据题意知，该反应前后气体分子数增大，则增大压强，平衡逆向移动，镓的转化率降低，错误；C项，Ga是固体，其质量不影响反应速率，错误；D项，反应方程式为2Ga(s)＋2NH3(g)2GaN(s)＋3H2(g) ΔH<0，相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量增大，错误。
2．在压强为0.1 MPa、温度为300 ℃条件下，a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________(填字母)。
A．c(H2)减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．反应物转化率增大
D．重新平衡后减小
(2)若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________(填字母)。
A．升高温度
B．将CH3OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
解析：(1)该反应为正向气体分子数减小的可逆反应，缩小体积，压强增大，平衡正向移动，c(H2)增大，正、逆反应速率均增大，因而A、B均不正确。(2)由于该反应正向是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH的产率降低；体积不变，充入He，平衡不移动。
答案：(1)CD (2)B
1．判断化学平衡移动方向的思维模型
2．解化学平衡移动题的思维过程
关注特点—
―→分析条件(浓度、温度、压强等)―→想原理(平衡移动原理)―→综合判断得结论。
演练二 新旧平衡的比较
3．(教材改编题)在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器体积缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a
D．物质D的浓度减小
解析：选C。容器体积缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，而实际A的浓度是原来的1.6倍，说明平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，a>c＋d，D的浓度增大。
4．[2017·高考全国卷Ⅰ，28(3)②③]H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02，此时H2S的转化率为α1。
(1)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“＝”)
(2)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A．H2S B．CO2
C．COS D．N2
解析：(1)总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大。即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。(2)平衡之后，再充入H2S，则CO2的转化率增大，H2S的转化率减小，A项错误；充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确；充入COS，平衡向左移动，H2S的转化率减小，C项错误；充入N2，无论体积是否变化，对于反应前后气体分子数相等的反应，平衡不移动，H2S的转化率不变，D项错误。
答案：(1)> > (2)B
1．恒容状态下的化学平衡分析
在恒容容器中，当改变其中一种气态物质的浓度时，必然会引起压强的改变，但判断平衡移动的方向时，仍以浓度的影响来考虑。如反应2NO2N2O4，达到平衡后，若向容器中再通入反应物NO2，则c(NO2)增大，平衡向正反应方向移动；若向容器中通入生成物N2O4，则c(N2O4)增大，平衡向逆反应方向移动。但由于两种情况下，容器内的压强都增大，故对最终平衡状态的影响是一致的，则两种情况下，达到新的平衡时，NO2的百分含量都比原平衡时要小。
2．平衡转化率的分析与判断方法
(1)反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。
②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。
(2)反应mA(g)nB(g)＋qC(g)的转化率分析
在温度、体积不变时，增加A的量，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A)
考点三 等效平衡
[知识梳理]
一、等效平衡的含义
在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
二、等效平衡的判断方法
1．恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法：极值等量即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0
② 0 0 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol，O2均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足c＋a＝2，＋b＝1时，即与上述平衡等效。
2．恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法：极值等比即等效。
例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0
② 1 mol 0.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则①②中＝，故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足＝或＝，c≥0时，即与①②平衡等效。
3．恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如：H2(g)＋I2(g)2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②两种情况下，＝1，故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足＝1或＝1，c≥0时，即与①②平衡等效。
三、虚拟“中间态”法构建等效平衡
1．构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
2．构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
1．(经典题)(恒温恒容下的等效平衡)向一固定体积的密闭容器中通入a mol N2O4气体，在密闭容器内发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，达到平衡时再通入a mol N2O4气体，再次达到平衡时，与第一次达平衡时相比，N2O4的转化率( )
A．不变 B．增大
C．减小 D．无法判断
解析：选C。恒温恒容条件下，投料等比增加相当于增大压强，增大压强平衡逆向移动，N2O4的转化率减小。
2．(恒温恒容下的等效平衡)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、
3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度/
(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强/Pa
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是( )
A．2c1>c3 B．a＋b＝92.4
C．2p2
解析：选B。根据“一边倒”的方法可知甲、乙两容器中的反应为等效平衡，且甲中生成的NH3与乙中分解的NH3的和为2 mol，此时α1＋α2＝1，a+b=92.4。而丙中加入的NH3是乙中的2倍，丙中压强亦是乙中的2倍，增大压强，平衡正向移动，则平衡时2c1
3．(恒温恒压下的等效平衡)恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是( )
A．若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成的C的物质的量为3a mol
B．若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，B的物质的量一定大于4 mol
C．若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为
D．若在原平衡体系中，再通入1 mol A和1 mol B，混合气体的平均相对分子质量不变
解析：选B。A项，开始时通入3 mol A和3 mol B，由于容器保持恒压，故容积增大，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3a mol；B项，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol；C项，再次达到的平衡与题干所给平衡互为等效平衡，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为；D项，这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。
4．(恒温恒容与恒温恒压条件下等效平衡的比较)有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。
(1)在相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________ (填选项字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________。
A．小于m mol B．等于m mol
C．在m～2m mol之间 D．等于2m mol
E．大于2m mol
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入________mol N2和________mol H2。
解析：(1)由于甲容器恒容，而乙容器恒压，若它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。若甲、乙两容器的容积始终相等，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于 2m mol。
(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投料量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为0.5 mol, H2为0 mol。
答案：(1)D E (2)0.5 0
1．(2018·高考天津卷)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
解析：选D。加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
2．[2017·高考全国卷Ⅲ，28(4)①②③]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：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)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(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________________________________________________________。
解析：(1)溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知，反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。(3)从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。
答案：(1)ac (2)大于 (3)小于 tm时生成物浓度较低
一、选择题
1．在1 L定容的密闭容器中，可以证明可逆反应N2＋3H22NH3已达到平衡状态的是( )
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成
C．其他条件不变时，混合气体的密度不再改变
D．v正(N2)＝2v逆(NH3)
解析：选B。c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能说明各物质的浓度不变，不一定为平衡状态，A错误；1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B正确；混合气体的密度ρ＝，气体质量在反应前后守恒，容器体积不变，故密度始终不变，所以密度不变的状态不一定是平衡状态，C错误；v正(N2)＝2v逆(NH3)时，正、逆反应速率不相等，未达到平衡状态，D错误。
2．反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH<0，达到平衡时，下列说法正确的是( )
A．减小容器体积，平衡向右移动
B．加入催化剂，Z的产率增大
C．增大c(X)，X的转化率增大
D．降低温度，Y的转化率增大
解析：选D。该反应前后气体分子数相等，减小容器体积(加压)，平衡不发生移动，A项错误；加入催化剂可同时同倍数地改变正、逆反应速率，故平衡不发生移动，Z的产率不变，B项错误；增大c(X)，平衡正向移动，但X的转化率减小，C项错误；此反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大，D项正确。
3．下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( )
A．在强碱存在的条件下，酯的水解反应进行较完全
B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C．可用浓氨水和NaOH固体快速制取氨
D．加压条件下有利于SO2与O2反应生成SO3
解析：选B。应注意区别化学平衡移动原理和化学反应速率理论的应用范围，加催化剂只能提高化学反应速率，故B项不能用化学平衡移动原理解释。
4．可逆反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在容积固定的密闭容器中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
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为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
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
解析：选A。①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，说明反应已达到平衡状态。②单位时间内生成n mol O2必生成2n mol NO，不能说明反应达到平衡状态。③中无论达到平衡与否，用各物质表示的化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④有色气体的颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡状态。⑤气体体积固定、反应前后质量守恒，密度始终不变。⑥反应前后ΔV(g)≠0，压强不变，意味着各物质的含量不再变化，说明已达到平衡状态。⑦由于气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，说明反应已达到平衡状态。
5．(2020·龙岩高三模拟)利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。
反应一：
Ni(粗，s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0
反应二：
Ni(CO)4(g)Ni(纯，s)＋4CO(g) ΔH>0
下列说法错误的是( )
A．对于反应一，适当增大压强，有利于Ni(CO)4的生成
B．提纯过程中，CO气体可循环使用
C．升高温度，反应一的反应速率减小，反应二的反应速率增大
D．对于反应二，在180～200 ℃，温度越高，Ni(CO)4(g)的转化率越高
解析：选C。反应一的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡右移，有利于Ni(CO)4的生成，A正确；反应一以CO为原料，反应二产生CO，故CO可以循环使用，B正确；升高温度，反应一和反应二的反应速率都增大，C不正确；反应二的正反应是吸热反应，在180～200 ℃，温度越高，反应进行的程度越大，Ni(CO)4(g)的转化率越高，D正确。
6．某温度时，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，向三个体积相等的恒容密闭容器A、B、C中，分别加入①2 mol HI；②3 mol HI；③1 mol H2与1 mol I2，分别达到平衡时，以下关系正确的是( )
A．平衡时，各容器的压强：②＝①＝③
B．平衡时，I2的浓度：②>①>③
C．平衡时，I2的体积分数：②＝①＝③
D．从反应开始到达平衡的时间：①>②＝③
解析：选C。根据等效平衡原理，若1 mol H2与1 mol I2完全转化为HI，则HI为2 mol，所以①和③是完全相同的等效平衡，所以二者的浓度、百分含量、压强、转化率等都一样；②与①相比增大了HI的量，该反应为反应前后气体体积不变的反应，增大HI的量，达到平衡时，新平衡与原平衡相同，所以各物质的百分含量不变，但是浓度增大。
7．已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是( )
A．上述反应的ΔH<0
B．N点时的反应速率一定比M点的快
C．降低温度，H2的转化率可达到100%
D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
解析：选A。根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；N点压强大于 M点的，M点温度高于N点的，因此无法确定两点的反应速率快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；控制合适的温度和压强，既能保证反应速率较快，也能保证H2有较高的转化率，采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。
8．(2020·焦作一模)在某2 L恒容密闭容器中充入2 mol X(g)和1 mol Y(g)发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g) ΔH，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( )
A．M点时Y的转化率最大
B．升高温度，平衡向逆反应方向移动
C．平衡后充入Z，达到新平衡时Z的体积分数增大
D．W、M两点Y的正反应速率相等
解析：选B。温度在a ℃之前，升高温度，X的体积分数减小，温度在a ℃之后，升高温度，X的体积分数增大，曲线上最低点为平衡点，最低点之前未达到平衡，反应向正反应方向进行，最低点之后，升高温度，X的体积分数增大，平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应。A项，曲线上最低点Q为平衡点，升高温度，平衡向逆反应方向移动，Y的转化率减小，所以Q点时Y的转化率最大，错误；B项，根据上述分析可知，升高温度，平衡向逆反应方向移动，正确；C项，反应前后气体的物质的量不变，平衡后充入Z，达到的新平衡与原平衡是等效平衡，所以达到新平衡时Z的体积分数不变，错误；D项，W点对应的温度低于M点对应的温度，温度越高，反应速率越大，所以W点Y的正反应速率小于M点Y的正反应速率，错误。
9．(新题预测)在恒温恒压下，向密闭容器中充入4 mol SO2和2 mol O2，发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0。2 min后，反应达到平衡，生成SO3为1.4 mol，同时放出热量Q kJ。则下列分析正确的是( )
A．在该条件下，反应前后的压强之比为6∶5.3
B．若反应开始时容器体积为2 L，则v(SO3)＝0.35 mol/(L·min)
C．若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”，平衡后n(SO3)<1.4 mol
D．若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”，达平衡时放出热量大于Q kJ
解析：选C。由平衡时n(SO3)＝1.4 mol可知，此时n(SO2)＝2.6 mol，n(O2)＝1.3 mol。因是恒温恒压条件，所以反应前后压强不变，A错误；因该反应是气体分子数减小的反应，所以随着反应的进行，体积逐渐减小，小于2 L，所以v(SO3)大于0.35 mol/(L·min)，B错误；该反应为放热反应，在绝热条件下随着反应的进行要放热，达到平衡时与恒温恒压条件下的平衡比较，平衡要逆向移动，所以n(SO3)<1.4 mol，C正确；恒温恒容下的平衡与原平衡比较，平衡逆向移动，所以放出的热量小于Q kJ，D错误。
10．(2020·黄山一模)某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段，分别改变影响反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示：
下列说法中正确的是( )
A．30～40 min 内该反应使用了催化剂
B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
C．30 min时降低温度，40 min时升高温度
D．8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1
解析：选D。若使用催化剂，则化学反应速率增大，A错误；由浓度时间图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1；由反应速率时间图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，B、C错误；前8 min内A的平均反应速率为＝0.08 mol·L－1·min－1，D正确。
二、非选择题
11．(2020·南昌一模)(1)一定条件下，将2 mol SO2与1 mol O2置于恒容密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，下列状态能说明该反应达到化学平衡的是________(填字母)。
A．混合气体的密度保持不变
B．SO2的转化率保持不变
C．SO2和O2的物质的量之比保持不变
D．O2的消耗速率和SO3的消耗速率相等
(2)已知反应2NO(g)N2(g)＋O2(g) ΔH<0，在不同条件时N2的体积分数随时间(t)的变化如图所示。根据图像可以判断曲线R1、R2对应的下列反应条件中不同的是________(填字母)。
A．压强 B．温度 C．催化剂
(3) LX11 CO和H2在一定条件下可以合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。在体积为1 L的恒容密闭容器(如图甲所示)中通入1 mol CO和2 mol H2，测定不同时间、不同温度(T ℃)下容器中CO的物质的量如下表：
0 min
10 min
20 min
30 min
40 min
T1
1 mol
0.8 mol
0.62 mol
0.4 mol
0.4 mol
T2
1 mol
0.7 mol
0.5 mol
a
a
①T1________(填“>”“<”或“＝”)T2，理由是___________________________________
________________________________________________________________________。
已知T2℃时，第20 min时容器内压强不再改变，此时H2的转化率为________。
②若将1 mol CO和2 mol H2通入原体积为1 L的恒压密闭容器(如图乙所示)中达到平衡，若再向容器中通入1 mol CH3OH(g)，重新达到平衡后，CH3OH(g)在体系中的百分含量________(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：(1)SO2、O2和SO3都是气体，恒容反应时混合气体的密度始终不变，A错误。反应正向进行，SO2的转化率增大，反应逆向进行，SO2的转化率减小，故SO2的转化率保持不变，该反应达到平衡状态，B正确。起始加入SO2和O2的物质的量之比为2∶1，与其化学计量数之比相等，则二者的物质的量之比始终等于2∶1，C错误。O2的消耗速率与SO3的消耗速率之比为1∶2，该反应达到平衡状态，D错误。
(2)由题图可知，曲线R2代表的反应比曲线R1代表的反应先达到平衡状态，且R1平衡时N2的体积分数更大。A项，若R表示压强，改变压强，平衡不移动，N2的体积分数不变，与图像不符合。B项，若R表示温度，该反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，N2的体积分数减小，与图像符合。C项，若R表示催化剂，使用催化剂，只能改变反应速率，平衡不移动，N2的体积分数不变，与图像不符合。
(3)①由题表中数据可知，未达到平衡之前，相同时间内，T2℃时CO的变化量大于T1℃时，则T2℃时化学反应速率快，又温度越高，反应速率越快，故有T1
起始浓度/(mol·L－1) 1 2 0
转化浓度/(mol·L－1) 0.5 1 0.5
平衡浓度/(mol·L－1) 0.5 1 0.5
故20 min 时H2的转化率为×100%＝50%。②若再向容器中通入1 mol CH3OH(g)，由于是恒压条件，该平衡与之前的平衡等效，重新达到平衡后，CH3OH(g)在体系中的百分含量不变。
答案：(1)B (2)B (3)①< 相同时间内，T2℃时CO的变化量大于T1℃时CO的变化量 50% ②不变
12．运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。
(1)硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。
①若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
②若反应进行到状态D时，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
(2)课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，应用此法反应达到平衡时反应物的转化率不高。
①能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是________(填字母)。
A．使用更高效的催化剂
B．升高温度
C．及时分离出氨
D．充入氮气，增大氮气的浓度(保持容器体积不变)
②若在某温度下，2 L的密闭容器中发生合成氨的反应，图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线。用H2表示0～10 min内该反应的平均速率v(H2)＝________。从第11 min起，压缩容器的体积为1 L，则n(N2)的变化曲线为________(填字母)。
解析：(1)①恒温恒压条件下，向题述平衡体系中通入氦气，则反应容器的体积会增大，各物质的浓度会减小，平衡会向气体分子数增大的方向(向左)移动。②反应进行到状态D时没有达到平衡，反应向右进行，所以v正>v逆。(2)①该反应是一个气体分子数减少的放热反应，升高温度，平衡逆向移动；使用更高效的催化剂，反应速率增大，但平衡不移动；分离出氨，平衡虽然正向移动，但反应速率减小；充入氮气，平衡正向移动且反应速率增大。②0～10 min时，N2从0.6 mol减少到0.2 mol，变化量为0.4 mol，则H2的变化量为1.2 mol，v(H2)＝1.2 mol÷2 L÷10 min＝0.06 mol·L－1·min－1。平衡时压缩容器的体积，气体的压强增大，平衡正向移动，N2的物质的量在原有基础上减小，曲线d符合题意。
答案：(1)①向左 ②> (2)①D ②0.06 mol·L－1·min－1 d
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