易错点4 平衡状态和平衡计算-2022-2023学年高二化学期末复习易错归纳与巩固（人教版2019选择性必修1）（学生版）

易错点4平衡状态和平衡计算易错题【01】平衡状态的标志1.直接标志（1）正逆反应速率相等，也就是v（正）=v（逆）。对于这个标志的使用有注意两点：一是反应速率应有一正一逆，二是正逆反应速率相等。（2）各组分的物质的量浓度保持一定，也就是不再发生改变。2.等价标志（1）与v正=v逆等价的标志：从物质的生成速率和消耗速率角度进行判断，对于同一物质，某物质的生成速率等于消耗速率；对于不同物质，速率之比等于化学反应方程式的系数之比，但必须是不同方向的化学反应速率；从同一时间物质的变化角度进行判断，对于同一物质，同一时间内，生成的物质的量等于消耗的物质的量，对于不同物质，同一时间内，生成的物质的量与消耗的物质的量之比等于化学反应方程式系数之比；从正逆反应速率的变化角度进行判断，正逆反应速率不再发生改变；从物质的微观变化角度进行判断，如从单位时间内化学键的变化情况、单位时间内电子得失情况的变化、单位时间内分子的变化情况等等。对反应N2+3H2 ⇌2NH3，当有3molH—H键断裂，同时有6molN—H键断裂，则该反应达到了化学平衡。（2）与各组分的物质的量浓度保持一致等价的标志：从质量角度进行判断，如各组分质量不再发生变化，反应物总质量或生成物总质量不再发生变化，各组分的质量分数不再发生变化等；从物质的量角度进行判断，如各组分物质的量不再发生变化，各组分的物质的量分数不再发生变化，反应物总的物质的量或生成物总的物质的量不再发生变化（只适用与反应前后体积发生改变的反应，对于等体积如H2 +I2 ⇌2HI的反应除外）；对于有气体参加的反应，且反应前后气体体积发生改变的反应，还可以采用以下特殊的判断标志，如总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）保持不变，利用总压强作为判断标志，要从PV=nRT公式出发，先看体系的温度和体积是否恒定，再关注反应前后气体体积是否恒定，如满足上述两个条件，则压强恒定反应平衡；利用平均摩尔质量（平均相对分子质量）作为判断标志，要从M=m/n公式出发，先看反应前后是否有发生状态的改变（如气体转变为固体液体或固体液体转变化气体），再看反应前后气体体积是否恒定，如满足上述两个条件，则平均摩尔质量恒定反应平衡；利用混合物的密度作为判断标志，要从ρ=m/V公式出发，先看体系的温度和体积是否恒定，再关注反应前后是否有发生状态的改变（如气体转变为固体液体或固体液体转变化气体），如满足上述两个条件，则密度恒定反应平衡。总之，反应前后一直发生改变的物理量不再发生改变则可以作为平衡的标志，而反应前后一直不变的物质量恒定则不可以作为平衡的标志。易错题【02】平衡常数（1）定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，该常数就是该反应的化学平衡常数。对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋q D(g)，化学平衡常数K＝。（2）意义：一定温度下，平衡常数K越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；平衡常数K越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。（3）书写：①②如果某个反应可以表示为两个或多个反应的总和，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。如已知：2H2O(g)2H2(g)+O2(g)K1，2CO2(g)2CO(g)+O2 K2， 则CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。（4）影响因素：K的大小与物质的浓度、压强等无关，只随温度的变化而变化。（5）应用：①某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻产物的浓度商Qc与Kc比较大小来判断。当Qc>kc，υ(正)<υ(逆),未达平衡，反应逆向进行；当Qc<kc，υ(正)>υ(逆),未达平衡，反应正向进行；当Qc=kc，υ(正)=υ(逆),达到平衡，平衡不移动。②利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应易错题【03】平衡计算1.计算模式：化学平衡计算的最基本的方法模式是“平衡三段式法”。具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量(也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积)，再根据题意列式求解，起始、转化、平衡是化学平衡计算的“三步曲”， 三步是化学平衡计算的一般格式，根据题意和恰当的假设列出起始量、转化量、平衡量。但要注意计算的单位必须保持统一，可用mol、mol/L，也可用L。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)n(起始)/molab00n(转化)/molmxnxpxqxn(平衡)/mola－mxb－nxpxqx反应可从左向右开始，也可以从右向左开始，也可以多种物质同时充入。可逆反应达到平衡状态时各物质浓度间的关系。反应物：平衡浓度=起始浓度-转化浓度；生成物：平衡浓度=起始浓度+转化浓度，其中各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中各物质的化学计量数之比。2.解题思路：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x；根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按“模式”列表；明确了“始”、“变”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。3.计算公式：(1)变化量之比等于化学计量数之比v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q(未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化学计量数)。(2)化学平衡常数K＝＝，若用任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示。则其与K比较，当Q>K，v正<v逆；Q<K，v正>v逆。(3)平衡浓度c(A)平＝＝。(4)反应物转化率α(A)＝×100%＝×100%。(5)平衡百分含量φ(A)＝×100%。(6)平衡时与起始时的压强比＝＝(同T、V时)，混合气体的密度比＝(同T、p时)，＝(同质量的气体时)等。(7)混合气体的密度(混)＝＝(g·L－1)(T、V不变时，不变)。(8)混合气体的平均摩尔质量＝＝(g·mol－1)。典例分析例1、在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达到平衡状态的是(　　)①混合气体的压强　②混合气体的密度　③B的物质的量浓度　④混合气体的总物质的量　⑤ 混合气体的平均相对分子质量　⑥v(C)与v(D)的比值　⑦混合气体的总质量　⑧混合气体的总体积　⑨C、D的分子数之比为1∶1A.①②③④⑤⑥⑦⑧B.①③④⑤C.①②③④⑤⑦D.①③④⑤⑧⑨例2、(1)化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度，K值越大，表示_________，K值的大小与温度的关系是：温度升高，K值______________(填“一定增大”“一定减小”或“可能增大也可能减小”)。(2)在一体积为10L的容器中，通入一定量的CO和H2O，在850℃时发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2＋Q(Q＞0)，CO和H2O的浓度变化如图所示，则0～4min间平均反应速率v(CO)＝________mol/(L·min)。(3)t℃(高于850℃)时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如下表，t℃时物质浓度(mol/L)的变化时间(min)COH2OCO2H200.2000.3000020.1380.2380.0620.0623c1c2c3c34c1c2c3c350.1160.2160.08460.960.2660.104①表中3～4min之间反应处于________状态；c1数值________0.08mol/L(填“大于”“小于”或“等于”)。②反应在4～5min间，平衡逆向移动，可能的原因是________(单选)，表中5～6min之间数值发生变化，可能的原因是________。a．增加水蒸气　　　b．降低温度c．使用催化剂d．增加氢气浓度例3、(1)CrO42—和Cr2O72—在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72—)随c(H＋)的变化如图所示。①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：。 ②由图可知，溶液酸性增大，CrO42—的平衡转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为。③升高温度，溶液中CrO42—的平衡转化率减小，则该反应的ΔH0(填“大于”“小于”或“等于”)。（2）Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)。在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为。②上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝min－1。③由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为(填字母)。（3）随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为：CO2(g)＋4H2(g)RuCH4(g)＋2H2O(g)，已知H2的体积分数随温度的升高而增加。若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。(选填“增大”“减小”或“不变”)v正v逆平衡常数K转化率α相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表，则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为____________。c(CO2)/(mol·L－1)c(H2)/(mol·L－1)c(CH4)/(mol·L－1)c(H2O)/(mol·L－1)ⅠabcdⅡmnxy 1．（2022·全国·高二课时练习）下列说法中，可以证明反应已达到平衡状态的是A．1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成B．1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键断裂C．3个H-H键形成的同时，有6个N-H键断裂D．1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键形成2．（2022·浙江·杭州市长河高级中学高一期中）某温度下，体积一定的密闭容器中进行如下可逆反应：X(g)+Y(g)⇌W(s)，下列叙述正确的是A．加入少量W，逆反应速率增大B．增大压强时，正反应速率增大，逆反应速率减小C．升高温度，正、逆反应速率都增大D．X和Y以物质的量1：1投料比进行反应，当X的体积分数不变时，反应达平衡状态3．（2022·江西·金溪一中高二阶段练习）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)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变B．2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变C．CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变D．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3：14．（2023·河南·高二阶段练习）利用二氧化碳催化加氢合成是一种制备的方法，反应的热化学方程式为。500K时，在某恒容密闭容器中充入一定量的和，下列各项能说明反应达到平衡状态的是A．混合气体的密度保持不变B．混合气体的平均相对分子质量保持不变C．的物质的量浓度等于的物质的量浓度D．的消耗速率与的消耗速率之比为3∶15．（2022·河北·大名县第一中学高二阶段练习）可逆反应：2NO2(g)2NO(g)+O2 (g)，在容积不变的密闭容器中进行，下列能说明该反应达到平衡状态的有①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO   ②容器内总压强不再变化③NO2、NO、O2的物质的量浓度之比为2：2：1     ④混合气体的密度不再改变⑤混合气体的颜色不再改变           ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变A．①②⑤B．②⑤⑥C．③⑥D．②③⑥6．（2022·广西·桂林市临桂区五通中学高一期中）可逆反应，在容积固定的密闭容器中达到平衡状态的标志是①单位时间内生成的同时生成②单位时间内生成的同时生成③用表示的反应速率之比为的状态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混合气体的物质的量不再改变的状态A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部7．（2022·天津市汇文中学高二阶段练习）在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g)，所得实验数据如下表：实验编号温度/℃起始时物质的量/mol平衡时物质的量/moln(X)n(Y)n(M)17000.400.100.09028000.100.400.08038000.200.30a49000.100.15b下列说法正确的是A．实验①中，若5min时测得n(M)=0.050mol，则0~5min时间内，用N表示的平均反应速率B．实验②中，该反应的平衡常数K=2.0 C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%D．实验④中，达到平衡时，b>0.0608．（2022·山西长治·高三阶段练习）向恒容密闭容器中充入1molQ(g)和4molR(g)，其他条件相同，在T1和T2两个温度下发生反应生成W，  ∆H。Q(g)的转化率随时间的变化关系如图所示，下列说法正确的是A．T1＜T2B．该反应为放热反应C．A点分别对应两种条件下的反应速率相等D．T1时，该反应的化学平衡常数9．（2023·河南·高二阶段练习）高炉炼铁是重要的工业过程。1200K时，在某恒容密闭容器中同时发生如下反应：反应Ⅰ.反应Ⅱ.注：Kp为用气体分压表示的平衡常数。若反应达平衡时，体系总压强为1200kPa，下列说法错误的是A．平衡时，容器中CO(g)和CO2(g)的分压相等B．1200K时，反应Ⅱ的C．温度升高，Kp1减小，Kp2增大D．反应Ⅱ在较低温度下能自发进行10．（2022·云南·曲靖市第二中学高二阶段练习）CH4与CO2催化重整生成H2和CO，可减少温室气体排放，同时得到高热值的燃料。重整时涉及的主要反应如下：①CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g)△H=+247.1kJ•mo1-1； ②H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)+CO(g)△H=+41.2kJ•mo1-1。在恒压密闭容器中，起始时通入n(CH4)：n(CO2)=1：1，实验测得CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是A．曲线A表示CH4的平衡转化率随温度的变化B．若压强恒为p0，则800K时反应②的压强平衡常数Kp=1C．当CO2反应至转化率为X点的值时，改变除温度外的某一条件继续反应，平衡时CO2的转化率不可能达到Y点的值D．升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率11．（2021·安徽省六安中学高二期中）在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：，已知反应平衡常数与温度的关系如下表，下列说法不正确的是温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10-5A．上述生成Ni(CO)4的反应为放热反应B．25℃时，反应的逆反应平衡常数为2×10-5C．80℃达到平衡时，测得n(CO)=0.3mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2mol∙L−1D．80℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol∙L−1，则此时v(正)＞v(逆)12．（2021·广东·华中师大龙岗附中高二期中）工业上取SCl2的反应之一为S2Cl2(g)+Cl2(g)2SCl2(g)，一定压强下，向10L密闭容器中充入和1molS2Cl2和1molCl2发生上述反应，SCl2和Cl2的消耗速率与温度的关系如图所示，下列说法正确的是 A．该反应的△H>0B．A点对应的状态为化学平衡状态C．使用高效催化剂能提高S2Cl2的平衡产率D．若300℃达平衡时，S2Cl2的转化率为α，则300℃时，该反应的化学平衡常数K=13．（2022·河北·大名县第一中学高二阶段练习）回答下列问题(1)某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图所示。由图中的数据分析，该反应的化学方程式为_______；反应开始至2min时Z的平均反应速率为_______；(2)把气体和气体混合放入2L密闭容器中，在一定条件下发生反应：，经5min达到平衡，此时生成，测得D的平均反应速率为，求：①x的值_______，B的转化率_______。②平衡时压强与初始时压强之比_______。③该温度下此反应的平衡常数_______。14．（2022·河南·南阳中学高三阶段练习）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一。反应如下：反应ⅰ．； 反应ⅱ．；回答下列问题：(1)反应ⅲ．的__________；若在一定温度下的容积固定的密闭容器中进行该反应，则可以提高平衡转化率的措施有_______(写出一条即可)(2)对于反应ⅰ，向体积为2L的恒容密闭容器中，按投料。①若在恒温条件下，反应达到平衡时的转化率为50%，则平衡时容器内的压强与起始压强之比为_______(最简单整数比)。②其他条件相同时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应相同时间，的转化率随反应温度的变化如图所示。a点_______(填“是”或“不是”)化学平衡状态，的转化率：c点点，原因是_______。(3)某科研小组研究了反应ⅱ的动力学，获得其速率方程，k为速率常数(只受温度影响)，m为的反应级数。在某温度下进行实验，测得各组分初浓度和反应初速率如下：实验序号10.1000.10020.1000.200的反应级数__________，当实验2进行到某时刻，测得，则此时的反应速率__________(保留3位有效数字，已知)。(4)甲烷水蒸气催化重整制备高纯氢只发生反应ⅰ、反应ⅱ。在恒温、恒压条件下，和反应达平衡时，的转化率为a，的物质的量为，则反应ⅰ的平衡常数 __________[写出含有a、b的计算式；对于反应，x为物质的量分数]。15．（2021·山东济宁·高二期中）聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸已酯，该反应的化学方程式为：已知：，，；其中、为正、逆反应速率，、为速率常数，x为各组分的物质的量分数。是该反应以物质的量分数表示的化学平衡常数。(1)反应开始时，已醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料，测得、、三个温度下乙酸甲酯转化率()随时间(t)的变化关系如下图所示。则___________(用、表示)；在曲线①、②、③中，值最大的曲线是___________；A、B、C、D四点中，最大的是___________，最大的是___________。(2)时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。则达到平衡后，初始投料比___________时，乙酸甲酯转化率最大；与按1∶2投料相比，按2∶1投料时化学平衡常数___________(填增大、减小或不变)。16．（2021·浙江·金华市江南中学高二期中）完成下列问题。(1)工业上用二氧化碳催化加氢可合成乙醇，其反应原理为：2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g)△H。①该反应的△H_______(填“>”“<”或“=”)0；其正反应在_______(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。②该反应的反应速率表达式为v正=k正·c2(CO2)·c6(H2)，v逆=k逆·c(C2H5OH)·c3(H2O)，其中k正、k逆为速率常数。则该反应的平衡常数K=_______(用含k正、k逆的代数式表示)，若其他条件不变，降低温度，则下列推断合理的是_______(填标号)。 A．k正增大，k逆减小     　　        B．k正减小，k逆增大C．k正减小的倍数大于k逆    　　　   D．k正减小的倍数小于k逆(2)在一定条件下，二氧化硫和氧气发生反应：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)。①降低温度，正反应速率_______(填“增大”“减小”或“不变”)，逆反应速率_______(填“增大”“减小”或“不变”)。②600℃时，在一容积为2L的密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，在反应进行至10min和20min时，分别改变了影响反应速率的一个条件，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图所示，前10min正反应速率逐渐_______(填“增大”“减小”或“不变”)；前15min内用SO3表示平均反应速率为_______。③图中反应进程，表示正反应速率与逆反应速率相等的时间段是_______。④根据上图判断，10min时改变的反应条件可能是_______(填编号，下同)；20min时改变的反应条件可能是_______。A．加入催化剂        B．缩小容器容积         C．降低温度         D．增加O2的物质的量