化學(xué)平衡狀態(tài)特征理解試題一、核心概念解析化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)在一定條件下達(dá)到的動態(tài)平衡狀態(tài)，其本質(zhì)特征可概括為“逆、等、動、定、變”五個字。逆：研究對象必須是可逆反應(yīng)，即同一條件下既能正向進(jìn)行又能逆向進(jìn)行的反應(yīng)，如合成氨反應(yīng)N?+3H??2NH?，其正逆反應(yīng)同時存在且均不能進(jìn)行到底。等：平衡狀態(tài)下，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率（v正=v逆），但不等于零。這里的“相等”需滿足兩個條件：一是速率方向相反，二是速率數(shù)值與化學(xué)計量數(shù)成正比。例如，對于反應(yīng)2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)，當(dāng)v正(SO?)=2v逆(O?)時，才能判定達(dá)到平衡。動：化學(xué)平衡是動態(tài)平衡，反應(yīng)并未停止。宏觀上各物質(zhì)濃度不變，微觀上正逆反應(yīng)仍在持續(xù)進(jìn)行，如一定溫度下，可逆反應(yīng)H?(g)+I?(g)?2HI(g)達(dá)到平衡后，1?I原子仍會在H?、I?、HI間不斷轉(zhuǎn)移。定：平衡體系中，各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量、百分含量等物理量保持恒定。例如，恒容容器中進(jìn)行的反應(yīng)CO(g)+H?O(g)?CO?(g)+H?(g)，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率不再隨時間變化。變：平衡狀態(tài)是相對的、有條件的，當(dāng)溫度、濃度、壓強(qiáng)等外界條件改變時，平衡會發(fā)生移動，直至建立新的平衡狀態(tài)。如升高溫度，放熱反應(yīng)的平衡會向吸熱方向移動。二、平衡狀態(tài)的判斷方法判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，需遵循“變量不變，速率相等”原則，具體可分為以下兩類標(biāo)志：（一）直接標(biāo)志：正逆反應(yīng)速率相等速率數(shù)值關(guān)系：同一物質(zhì)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，如v正(H?)=v逆(H?)；不同物質(zhì)的速率需滿足化學(xué)計量數(shù)比例關(guān)系，例如反應(yīng)N?+3H??2NH?中，3v正(N?)=v逆(H?)可作為平衡標(biāo)志。微觀粒子變化：若反應(yīng)中存在同位素原子，可通過同位素標(biāo)記法判斷。如用1?O標(biāo)記的O?參與反應(yīng)2SO?+O??2SO?，平衡時SO?、O?、SO?中均含1?O，且各物質(zhì)中1?O的含量不再變化。（二）間接標(biāo)志：物理量由“變量”變?yōu)椤昂懔俊睗舛认嚓P(guān)變量：各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量、質(zhì)量、百分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)等）不再變化。例如，恒容容器中反應(yīng)2NO?(g)?N?O?(g)，NO?的濃度從初始值逐漸減小，當(dāng)濃度不再改變時，反應(yīng)達(dá)到平衡。壓強(qiáng)與體積變量：對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的反應(yīng)，體系壓強(qiáng)（或氣體體積）會隨反應(yīng)進(jìn)行而變化，當(dāng)壓強(qiáng)（或體積）恒定且非零值時，可判定平衡。例如，反應(yīng)C(s)+H?O(g)?CO(g)+H?(g)（正反應(yīng)氣體分子數(shù)增多），恒容條件下壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)不變時達(dá)到平衡；而對于H?(g)+I?(g)?2HI(g)（反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變），壓強(qiáng)始終恒定，不能作為平衡標(biāo)志?；旌蠚怏w的平均摩爾質(zhì)量（M）：M=m總/n總，若反應(yīng)中氣體質(zhì)量或物質(zhì)的量發(fā)生變化，M會成為變量。例如，反應(yīng)CO(g)+2H?(g)?CH?OH(g)中，氣體總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減小，M逐漸增大，當(dāng)M不變時達(dá)到平衡；而對于反應(yīng)Fe(s)+4H?O(g)?Fe?O?(s)+4H?(g)，氣體總質(zhì)量和總物質(zhì)的量均不變，M始終恒定，不能作為平衡標(biāo)志。密度（ρ）：ρ=m/V，恒容條件下，若反應(yīng)中有固體或液體參與，氣體質(zhì)量會變化，ρ成為變量。例如，反應(yīng)CaCO?(s)?CaO(s)+CO?(g)，恒容時氣體質(zhì)量逐漸增大，ρ增大，當(dāng)ρ不變時達(dá)到平衡；恒壓條件下，若反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變，體積會變化，ρ也可能成為變量。顏色相關(guān)變量：若反應(yīng)中存在有色物質(zhì)，混合氣體的顏色可作為平衡標(biāo)志。例如，反應(yīng)2NO?(g)?N?O?(g)（NO?為紅棕色，N?O?為無色），隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體顏色逐漸變淺，當(dāng)顏色不再變化時，NO?濃度恒定，反應(yīng)達(dá)到平衡。三、典型例題解析例題1：基礎(chǔ)概念辨析題目：下列關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的說法正確的是（）A.平衡時各物質(zhì)的濃度相等B.平衡時正逆反應(yīng)速率均為零C.升高溫度，所有可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)都會被破壞D.加入催化劑可使不平衡的反應(yīng)達(dá)到平衡解析：A項(xiàng)錯誤：平衡時各物質(zhì)濃度保持不變，但不一定相等，例如反應(yīng)2SO?+O??2SO?，平衡時SO?與O?的濃度可能為2:1，而非相等。B項(xiàng)錯誤：平衡時v正=v逆≠0，反應(yīng)仍在進(jìn)行，屬于動態(tài)平衡。C項(xiàng)正確：溫度改變會影響反應(yīng)速率，且正逆反應(yīng)速率變化程度不同（吸熱反應(yīng)速率受溫度影響更大），平衡一定移動。D項(xiàng)錯誤：催化劑只能同等程度改變正逆反應(yīng)速率，不影響平衡狀態(tài)，不能使不平衡的反應(yīng)達(dá)到平衡。答案：C例題2：速率關(guān)系判斷題目：在恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2A(g)+B(g)?3C(g)+D(s)，下列速率關(guān)系能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是（）A.v正(A)=2v逆(B)B.3v正(B)=v逆(C)C.v正(C)=3v正(A)D.v正(D)=v逆(D)解析：A項(xiàng)：v正(A)與v逆(B)的計量數(shù)關(guān)系應(yīng)為v正(A)=2v正(B)=2v逆(B)，即v正(A)=2v逆(B)，正確。B項(xiàng)：v正(B)與v逆(C)的關(guān)系應(yīng)為3v正(B)=v正(C)=v逆(C)，即3v正(B)=v逆(C)，正確。C項(xiàng)：v正(C)與v正(A)均為正反應(yīng)速率，無論是否平衡，均滿足v正(C)=3/2v正(A)，不能說明平衡。D項(xiàng)：D為固體，固體的濃度視為常數(shù)，其反應(yīng)速率不用于平衡判斷。答案：AB例題3：多變量綜合判斷題目：在體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)H?NCOONH?(s)?2NH?(g)+CO?(g)，下列能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是（）①2v正(NH?)=v逆(CO?)②容器內(nèi)總壓強(qiáng)不變③混合氣體密度不變④混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變⑤混合氣體總物質(zhì)的量不變⑥CO?的體積分?jǐn)?shù)不變解析：①錯誤：NH?與CO?的速率關(guān)系應(yīng)為v正(NH?)=2v逆(CO?)，而非2v正(NH?)=v逆(CO?)。②正確：反應(yīng)生成NH?和CO?，氣體分子數(shù)增多，總壓強(qiáng)增大，當(dāng)壓強(qiáng)不變時達(dá)到平衡。③正確：恒容條件下，氣體質(zhì)量逐漸增大（H?NCOONH?固體分解），密度ρ=m/V增大，當(dāng)ρ不變時達(dá)到平衡。④錯誤：混合氣體中NH?與CO?的物質(zhì)的量之比恒為2:1，平均相對分子質(zhì)量M=(2×17+1×44)/3=26，始終不變，不能作為平衡標(biāo)志。⑤正確：氣體總物質(zhì)的量隨反應(yīng)進(jìn)行而增大，當(dāng)總物質(zhì)的量不變時達(dá)到平衡。⑥錯誤：CO?的體積分?jǐn)?shù)始終為1/3（因NH?與CO?體積比恒為2:1），不能作為平衡標(biāo)志。答案：②③⑤例題4：結(jié)合圖像的平衡判斷題目：某溫度下，在恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)X(g)+3Y(g)?2Z(g)，各物質(zhì)濃度隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是（）A.t?時刻，v正(X)=v逆(X)B.t?時刻，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C.0~t?內(nèi)，Y的濃度減少量為0.6mol/LD.平衡時，Z的體積分?jǐn)?shù)為40%解析：圖像分析：X、Y濃度隨時間減?。ǚ磻?yīng)物），Z濃度增大（生成物），t?時刻后各物質(zhì)濃度不變，說明t?時刻達(dá)到平衡。A項(xiàng)錯誤：t?時刻X濃度仍在變化，v正(X)＞v逆(X)。B項(xiàng)正確：t?時刻各物質(zhì)濃度恒定，反應(yīng)達(dá)到平衡。C項(xiàng)正確：Y的初始濃度為1.0mol/L，t?時刻為0.4mol/L，減少量為0.6mol/L。D項(xiàng)正確：平衡時X、Y、Z的濃度分別為0.8mol/L、0.4mol/L、0.4mol/L，Z的體積分?jǐn)?shù)=0.4/(0.8+0.4+0.4)=25%（此處需注意，體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，因容器體積相同，可直接用濃度計算）。答案：BCD四、易錯點(diǎn)與解題技巧固體/純液體的處理：固體或純液體的濃度、密度、物質(zhì)的量等不影響平衡判斷，如反應(yīng)C(s)+CO?(g)?2CO(g)，增加C的質(zhì)量不改變反應(yīng)速率，也不影響平衡。反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的情況：對于H?(g)+I?(g)?2HI(g)等反應(yīng)，壓強(qiáng)、氣體體積、密度（恒容時）等物理量始終不變，不能作為平衡標(biāo)志?！白兞俊迸c“恒量”的區(qū)分：需先判斷物理量是否隨反應(yīng)進(jìn)行而變化，若始終恒定（如反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變且分子數(shù)不變的M），則不能作為平衡標(biāo)志；若為變量（如反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的壓強(qiáng)），則“不變”時可判斷平衡。速率關(guān)系的比例