化學(xué)平衡判斷標(biāo)志及實(shí)驗(yàn)考核題集1.化學(xué)平衡的基本概念化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)在一定條件下（溫度、壓強(qiáng)、濃度等）達(dá)到的一種動態(tài)平衡狀態(tài)。其核心特征為：正逆反應(yīng)速率相等（\(v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}\neq0\)）；各組分的濃度（或質(zhì)量、物質(zhì)的量、百分含量等）保持恒定（宏觀上反應(yīng)“停止”，微觀上正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行）。理解化學(xué)平衡的關(guān)鍵是“動態(tài)”與“恒定”的統(tǒng)一，這也是判斷平衡狀態(tài)的根本依據(jù)。2.化學(xué)平衡的判斷標(biāo)志化學(xué)平衡的判斷標(biāo)志可分為直接標(biāo)志（基于平衡核心特征）和間接標(biāo)志（需結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)推導(dǎo)），以下逐一分析：2.1直接標(biāo)志（核心依據(jù)）直接標(biāo)志是平衡狀態(tài)的充要條件，無需額外推導(dǎo)，直接對應(yīng)平衡的核心特征。（1）正逆反應(yīng)速率相等（\(v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}\)）需滿足兩點(diǎn)：同一物質(zhì)：該物質(zhì)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率（如\(v(\text{N}_2)_{\text{正}}=v(\text{N}_2)_{\text{逆}}\)）；不同物質(zhì)：速率比等于化學(xué)計量數(shù)之比（符號相反）。例如，對于反應(yīng)\(\text{N}_2+3\text{H}_2\rightleftharpoons2\text{NH}_3\)，需滿足\(v(\text{H}_2)_{\text{正}}:v(\text{NH}_3)_{\text{逆}}=3:2\)（正逆速率方向相反，比值等于計量數(shù)比）。誤區(qū)提醒：若僅給出“速率比等于計量數(shù)比”（如\(v(\text{N}_2)_{\text{正}}:v(\text{H}_2)_{\text{正}}=1:3\)），未明確“正逆”方向，則無法判斷平衡。（2）各組分濃度（或相關(guān)物理量）保持恒定包括：物質(zhì)的量濃度（\(c\)）、質(zhì)量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)（\(w\)）、體積分?jǐn)?shù)（\(\varphi\)）、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（\(x\)）等不變；對于有固體或純液體參與的反應(yīng)，固體的質(zhì)量、濃度（視為常數(shù)）不變（如\(\text{CaCO}_3(s)\rightleftharpoons\text{CaO}(s)+\text{CO}_2(g)\)，\(\text{CO}_2\)濃度不變時達(dá)到平衡）。注意：“恒定”不等于“相等”（如反應(yīng)\(\text{H}_2+\text{I}_2\rightleftharpoons2\text{HI}\)，平衡時\(c(\text{H}_2)\)與\(c(\text{I}_2)\)可能相等也可能不等，取決于起始濃度）。2.2間接標(biāo)志（需結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)推導(dǎo)）間接標(biāo)志是非核心但可推導(dǎo)為核心特征的物理量，需滿足“該物理量在非平衡狀態(tài)下變化，平衡狀態(tài)下不變”。以下是常見間接標(biāo)志及適用條件：（1）壓強(qiáng)（\(p\)）適用條件：反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不等（\(\Deltan(g)\neq0\)）且恒容（\(V\)不變）。舉例：正向氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)（如\(2\text{SO}_2+\text{O}_2\rightleftharpoons2\text{SO}_3\)，\(\Deltan(g)=-1\)）：恒容時，壓強(qiáng)不變→平衡；正向氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)（如\(\text{H}_2+\text{I}_2\rightleftharpoons2\text{HI}\)，\(\Deltan(g)=0\)）：恒容時，壓強(qiáng)始終不變→無法判斷平衡。（2）混合氣體密度（\(\rho\)）計算公式：\(\rho=\frac{m_{\text{總}}}{V}\)。適用條件：有固體/液體參與且恒容（\(V\)不變）：如\(\text{C}(s)+\text{H}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons\text{CO}(g)+\text{H}_2(g)\)，恒容時\(m_{\text{總}}\)隨反應(yīng)進(jìn)行增大（\(C\)固體參與），\(\rho\)不變→平衡；全氣體反應(yīng)且恒壓（\(p\)不變）：如\(2\text{NO}_2\rightleftharpoons\text{N}_2\text{O}_4\)，恒壓時\(V\)隨反應(yīng)進(jìn)行減小，\(\rho\)不變→平衡。（3）混合氣體平均摩爾質(zhì)量（\(\overline{M}\)）計算公式：\(\overline{M}=\frac{m_{\text{總}}}{n_{\text{總}}}\)。適用條件：\(m_{\text{總}}\)不變且\(n_{\text{總}}\)變化（如\(2\text{SO}_2+\text{O}_2\rightleftharpoons2\text{SO}_3\)，\(m_{\text{總}}\)不變，\(n_{\text{總}}\)減小→\(\overline{M}\)增大，平衡時\(\overline{M}\)不變）；\(n_{\text{總}}\)不變且\(m_{\text{總}}\)變化（如\(\text{C}(s)+\text{H}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons\text{CO}(g)+\text{H}_2(g)\)，\(n_{\text{總}}\)增大，\(m_{\text{總}}\)增大→\(\overline{M}\)變化，平衡時\(\overline{M}\)不變）。（4）溫度（\(T\)）適用條件：可逆反應(yīng)為吸熱或放熱反應(yīng)（\(\DeltaH\neq0\)）且絕熱體系（無熱量交換）。舉例：\(\text{N}_2+3\text{H}_2\rightleftharpoons2\text{NH}_3\)（\(\DeltaH<0\)，放熱），絕熱體系中溫度不變→平衡（反應(yīng)放熱使溫度升高，平衡時正逆反應(yīng)熱量交換相等，溫度恒定）。（5）顏色（針對有有色物質(zhì)的反應(yīng)）適用條件：有色物質(zhì)的濃度變化會導(dǎo)致顏色變化。舉例：\(\text{2NO}_2(g)\rightleftharpoons\text{N}_2\text{O}_4(g)\)（\(\text{NO}_2\)紅棕色，\(\text{N}_2\text{O}_4\)無色）：顏色不變→\(c(\text{NO}_2)\)恒定→平衡；\(\text{FeCl}_3+3\text{KSCN}\rightleftharpoons\text{Fe(SCN)}_3+3\text{KCl}\)（\(\text{Fe(SCN)}_3\)紅色）：顏色不變→\(c(\text{Fe(SCN)}_3)\)恒定→平衡。2.3常見誤區(qū)辨析誤區(qū)1：“反應(yīng)停止了”→錯誤，平衡是動態(tài)平衡，正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行；誤區(qū)2：“各組分濃度相等”→錯誤，“恒定”≠“相等”；誤區(qū)3：“速率比等于計量數(shù)比”→錯誤，需明確“正逆”方向；誤區(qū)4：“壓強(qiáng)不變一定是平衡”→錯誤，需滿足\(\Deltan(g)\neq0\)且恒容。3.實(shí)驗(yàn)考核題集3.1選擇題（基礎(chǔ)判斷）例1：對于反應(yīng)\(\text{2SO}_2(g)+\text{O}_2(g)\rightleftharpoons2\text{SO}_3(g)\)（\(\DeltaH<0\)），下列能判斷達(dá)到平衡狀態(tài)的是（）A.\(v(\text{SO}_2)_{\text{正}}=v(\text{SO}_3)_{\text{正}}\)B.混合氣體的密度不變（恒容）C.混合氣體的壓強(qiáng)不變（恒容）D.混合氣體中\(zhòng)(\text{O}_2\)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變答案：CD解析：A項(xiàng)未明確“逆”方向（\(v(\text{SO}_3)_{\text{正}}\)是正向速率，與\(v(\text{SO}_2)_{\text{正}}\)均為正向，無法判斷）；B項(xiàng)恒容時\(m_{\text{總}}\)、\(V\)均不變，\(\rho\)始終不變，無法判斷；C項(xiàng)\(\Deltan(g)\neq0\)，恒容時壓強(qiáng)不變→平衡；D項(xiàng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變→濃度恒定→平衡。例2：下列不能說明\(\text{FeCl}_3+3\text{KSCN}\rightleftharpoons\text{Fe(SCN)}_3+3\text{KCl}\)達(dá)到平衡的是（）A.溶液顏色不再變化B.加入\(\text{KSCN}\)固體后，顏色加深C.體系中\(zhòng)(\text{Fe}^{3+}\)的濃度不變D.正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率答案：B解析：B項(xiàng)加入\(\text{KSCN}\)后，平衡正向移動，顏色加深，說明未達(dá)平衡（若已平衡，加入\(\text{KSCN}\)會瞬間加深后保持不變）；A、C、D均為平衡標(biāo)志。3.2填空題（綜合應(yīng)用）例3：對于反應(yīng)\(\text{C}(s)+\text{H}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons\text{CO}(g)+\text{H}_2(g)\)（\(\DeltaH>0\)），在恒容密閉容器中，能判斷達(dá)到平衡的標(biāo)志有________（填序號）。①\(v(\text{H}_2\text{O})_{\text{正}}=v(\text{CO})_{\text{逆}}\)②混合氣體的壓強(qiáng)不變③混合氣體的密度不變④混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變⑤\(c(\text{CO})=c(\text{H}_2)\)答案：①②③④解析：①同一物質(zhì)正逆速率相等→平衡；②\(\Deltan(g)=+1\)（氣體分子數(shù)增加），恒容時壓強(qiáng)不變→平衡；③恒容時\(m_{\text{總}}\)隨\(C\)消耗增大（\(C\)是固體），\(\rho=m_{\text{總}}/V\)不變→平衡；④\(\overline{M}=m_{\text{總}}/n_{\text{總}}\)，\(m_{\text{總}}\)增大、\(n_{\text{總}}\)增大，但二者變化速率不同，平衡時\(\overline{M}\)不變→平衡；⑤\(c(\text{CO})=c(\text{H}_2)\)僅取決于起始濃度，與平衡無關(guān)→不能判斷。3.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計題（探究性實(shí)驗(yàn)）例4：某同學(xué)欲通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證\(\text{2NO}_2(g)\rightleftharpoons\text{N}_2\text{O}_4(g)\)（\(\DeltaH<0\)）的平衡移動，請設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，寫出實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象及結(jié)論。實(shí)驗(yàn)方案：1.步驟1：取兩個相同的注射器，分別吸入等體積的\(\text{NO}_2\)氣體（紅棕色），將注射器活塞固定在同一刻度（如10mL），密封。2.步驟2：將其中一個注射器放入熱水中，另一個放入冷水中，觀察顏色變化。3.步驟3：待顏色穩(wěn)定后，對比兩個注射器的顏色及活塞位置?，F(xiàn)象與結(jié)論：熱水中：注射器內(nèi)氣體顏色加深（\(\text{NO}_2\)濃度增大），活塞向外移動（氣體分子數(shù)增加）→平衡逆向移動（放熱反應(yīng)，升溫抑制正向反應(yīng)）；冷水中：注射器內(nèi)氣體顏色變淺（\(\text{NO}_2\)濃度減?。钊騼?nèi)移動（氣體分子數(shù)減少）→平衡正向移動（放熱反應(yīng)，降溫促進(jìn)正向反應(yīng)）。設(shè)計思路：通過改變溫度（變量），觀察顏色（\(\text{NO}_2\)濃度）和活塞位置（氣體分子數(shù)）的變化，驗(yàn)證平衡移動規(guī)律（勒夏特列原理）。3.4計算題（平衡常數(shù)與標(biāo)志結(jié)合）例5：在恒容密閉容器中，反應(yīng)\(\text{A}(g)+2\text{B}(g)\rightleftharpoons2\text{C}(g)\)（\(\DeltaH>0\)）達(dá)到平衡時，\(c(\text{A})=0.5\text{mol/L}\)，\(c(\text{B})=1\text{mol/L}\)，\(c(\text{C})=2\text{mol/L}\)。若此時向容器中加入\(1\text{mol}\)\(\text{A}\)（假設(shè)體積不變），請判斷：（1）加入\(\text{A}\)后，正反應(yīng)速率（\(v_{\text{正}}\)）與逆反應(yīng)速率（\(v_{\text{逆}}\)）的大小關(guān)系；（2）達(dá)到新平衡時，\(c(\text{B})\)較原平衡增大還是減??？答案：（1）\(v_{\text{正}}>v_{\text{逆}}\)（加入\(\text{A}\)后，\(c(\text{A})\)增大，正反應(yīng)速率瞬間增大，逆反應(yīng)速率不變，故\(v_{\text{正}}>v_{\text{逆}}\)，平衡正向移動）；（2）減小（平衡正向移動，\(\text{B}\)的轉(zhuǎn)化率增大，\(c(\text{B})\)較原平衡減?。?。4.總結(jié)與備考建議4.1核心結(jié)論直接標(biāo)志是判斷平衡的“金標(biāo)準(zhǔn)”（\(v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}\)、各組分濃度恒定）；間接標(biāo)志需結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)（\(\Deltan(g)\)、物質(zhì)狀態(tài)、體系條件）推導(dǎo)，避免生搬硬套；實(shí)驗(yàn)題需關(guān)注“變量控制”（如溫度、濃度）與“現(xiàn)象對應(yīng)”（如顏色、壓強(qiáng)），體現(xiàn)勒夏特列原理的應(yīng)用。4.2備考建議1.分類總結(jié)：將常見反應(yīng)（如合成氨、二氧化硫氧化、碘化氫分解、鐵離子與硫氰根反應(yīng)）的平衡標(biāo)志整理成表格，對比記憶；2.誤區(qū)規(guī)避