浅谈化学平衡状态的判定

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一、直接判断标志

1.

例1 对可逆反应，下列叙述正确的是（ ）

A. 达到化学平衡时，

B. 若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态

C. 达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大

D. 化学反应速率的关系是：

解析 本题直接考查可逆反应达到平衡状态的本质标志：v正=v逆。根据反应速率之比等于化学计量数之比，由反应方程式可得：，所以表示v正=v逆，A项正确；不论可逆反应是否达到化学平衡，单位时间内生成的同时必消耗，B项错误；由于反应中各物质都是气体，所以增加容器体积，v正、v逆 都减小，C项错误；D项错误。

答案 A

例2 下列说法可以证明反应已达到平衡状态的是（ ）

A. 1个NN键断裂的同时，有3个H—H键形成

B. 1个NN键断裂的同时，有3个H—H键断裂

C. 1个NN键断裂的同时，有6个N—H键断裂

D. 1个NN键断裂的同时，有6个N—H键形成

解析 根据化学平衡的定义，当一个可逆反应达平衡时，v正=v逆，同时各物质的质量分数保持不变。从本质上来讲，反应虽然仍在进行，但各种物质的绝对量不再变化，我们称达到平衡状态。对本题要分清谁表示v正，谁表示v逆，例如，1个NN键断裂和生成6个N—H键，表示向右进行生成NH3，即v正；6个N—H键断裂和一个NN键生成表示向左进行，即v逆。所以C项中，v正=v逆。

答案 C

点拨 （1）同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率。（2）不同的物质分两种情况：在方程式同一侧的不同物质，它们的生成速率与消耗速率之比等于反应方程式中化学计量数之比；方程式不同侧的物质，它们的生成速率与生成速率之比等于反应方程式中化学计量数之比。

2. 各组分的含量保持不变

例3 一定条件下，可逆反应，下列说法能作为达到化学平衡状态的标志的是（ ）

A. I2在混合气体中体积分数保持不变

B. H2、I2、HI的浓度相等

C. H2、I2、HI的浓度不再变化

D. c（H2）∶c（I2）∶c（HI）=1∶1∶2

解析 达到化学平衡时，反应混合物中各组分的浓度是保持不变，而不是相等，所以A、C项正确，B项错误。达到化学平衡时，c（H2）∶c（I2）∶c（HI）不一定等于1∶1∶2，这只是它们的化学计量数之比与是否达到平衡状态无关，所以D项错误。

答案 AC

点拨 正因为v正=v逆≠0，所以同一瞬间、同一物质的生成量等于其消耗量。总的结果是混合体系中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度、各组分的百分含量（体积分数、质量分数）、转化率等不随时间变化而改变。

二、间接判断标志

1. 压强、体积、平均相对分子质量

A. 单位时间内生成2n mol A，同时生成n mol D

B. 容器内压强不随时间而变化

C. 单位时间内生成n mol B，同时消耗1.5n mol C

D. 容器内混合气体平均相对分子质量不随时间而变化

解析 本题考查判断可逆反应达到平衡状态的特征。化学平衡的根本原因是正、逆反应速率相等，反应混合物中各组分的百分含量保持不变。但必须明确：正、逆反应同时在进行，单位时间内生成2n mol A，同时生成n mol D，A项是正确的。C项中单位时间内生成n mol B，同时消耗1.5n mol C，说明反应在逆向进行，未达到平衡状态，C项是错误的。B项，因为反应前后气体总体积不变，不论反应开始进行，还是达到平衡，体系的压强始终不变，B项不能作为判定依据。D项，本反应是一个气态反应，在恒容条件下，无论起始还是达到平衡，混合气体的密度始终不变，D项不能作为判定依据。

答案 A

2. 密度

例5 在一定温度下的定容密闭容器中，当物质的下列物理量不再变化时，表明反应已达平衡的是（ ）

A. 混合气体的压强

B. 混合气体的密度

C. B的物质的量浓度

D. 气体的总物质的量

解析 对反应，反应方程式两边气体分子的化学计量数相等，显然不能用混合气体总压强不变来判断其是否已达平衡，故A项错误。由于该反应在容积不变的密闭容器中进行，如果只有气体参加反应，“密度不变”是不能作为判断已达到平衡的标志的〔因为反应过程中质量不变、气体体积不变，则密度（[ρ=mV]）也不变，始终为一定值〕。但现在有固体A参加反应，只要A的消耗速率不等于A的生成速率，混合气体的密度就会不断地变化。反之，只要A消耗的速率等于A生成的速率，混合气体的密度就不会再发生变化，故B项可作为判断已达平衡的标志。同样道理，B为非固态物质，其浓度不会是一个常数。因此，当B的浓度（或体积分数）不再发生变化时，就意味着正反应速率等于逆反应速率，反应已达平衡，所以C项也正确。该反应方程式两边气体分子数相等，因此，不论反应进行到什么程度，气体的总物质的量始终为一定值，故D项错误。

答案 BC

点拨 混合气体密度[ρ=m总V总]保持不变，能否用来判断达到平衡状态，取决于m总、V总的情况。

3. 体系温度、颜色

例5 可逆反应：在体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

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 ①中反应方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，可以说明。②中反应方向相同，即使满足速率之比是相应的化学计量数之比，也不能说明。用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态，该状态不能说明物质的各种含量是否不变，所以③不能说明。颜色的深浅与其自身的浓度大小有关，颜色不再改变，即其浓度也不再变化，可以说明。混合气体的密度是混合气体的质量和容器容积的比值，根据题意，二者是不变的，所以密度也是不变的，⑤不能说明。反应前后气体的体积是变化的，所以压强也是变化的，当压强不再变化时，可以说明，⑥正确。混合气体的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的物质的量的比值，质量不变，但混合气的物质的量是变化的，所以当混合气体的平均相对分子质量不再改变时，是可以说明的，⑦正确。

答案 A

点拨 （1）颜色的深浅代表着有色物质的浓度大小。但颜色改变平衡并不一定发生移动。比如反应中，改变体积颜色肯定改变，但平衡不会发生移动，这种颜色改变是由体积变化导致的。（2）任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时，肯定达到平衡状态。