高中化學(xué)平衡題目解析與提高一、化學(xué)平衡的核心概念：解題的“底層邏輯”化學(xué)平衡是高中化學(xué)的核心模塊，也是高考的難點與熱點（占比約15%~20%）。要解決平衡題目，必須先吃透以下基礎(chǔ)概念：1.可逆反應(yīng)與平衡狀態(tài)的特征可逆反應(yīng)：指在同一條件下，正反應(yīng)與逆反應(yīng)同時進行的反應(yīng)（如\(\text{N}_2+3\text{H}_2\rightleftharpoons2\text{NH}_3\)）。平衡狀態(tài)的“四大特征”：動：動態(tài)平衡，正逆反應(yīng)速率相等但不為零（\(v_{\text{正}}=v_{\text{逆}}\neq0\)）；定：各組分的濃度、百分含量（質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)）保持不變；變：條件（濃度、溫度、壓強）改變時，平衡會向減弱條件變化的方向移動（勒夏特列原理）；等：正逆反應(yīng)速率的數(shù)值比等于化學(xué)計量數(shù)比（如\(v_{\text{正}}(\text{N}_2):v_{\text{逆}}(\text{NH}_3)=1:2\)）。2.平衡常數(shù)（\(K\)）：量化平衡的“標尺”表達式：對于反應(yīng)\(a\text{A}(g)+b\text{B}(g)\rightleftharpoonsc\text{C}(g)+d\text{D}(g)\)，\(K=\frac{[\text{C}]^c\cdot[\text{D}]^d}{[\text{A}]^a\cdot[\text{B}]^b}\)（注意：固體、純液體的濃度視為1，不寫入表達式）。意義：\(K\)值越大，說明平衡正向進行的程度越大；\(K\)值越小，逆向進行的程度越大。影響因素：僅與溫度有關(guān)（吸熱反應(yīng)，溫度升高\(K\)增大；放熱反應(yīng)，溫度升高\(K\)減?。c濃度、壓強、催化劑無關(guān)。二、常見題型解析：從“基礎(chǔ)”到“進階”化學(xué)平衡題目主要分為平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)計算、平衡移動分析、等效平衡、圖像題五大類，以下逐一拆解：（一）平衡狀態(tài)的判斷：“變量不變”是關(guān)鍵判斷依據(jù)：某物理量由“變化”轉(zhuǎn)為“不變”，則達到平衡狀態(tài)。常見物理量分析（以\(m\text{A}(g)+n\text{B}(g)\rightleftharpoonsp\text{C}(g)+q\text{D}(g)\)為例）：物理量能否作為平衡標志說明各組分的濃度/百分含量能直接反映平衡狀態(tài)的“定”混合氣體的總壓強不一定（取決于\(m+n\)與\(p+q\)）若\(m+n\neqp+q\)，壓強不變則平衡；若\(m+n=p+q\)，壓強始終不變混合氣體的密度不一定（取決于是否有固體/液體）恒溫恒容時，若有固體參與（如\(\text{C}(s)+\text{H}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons\text{CO}(g)+\text{H}_2(g)\)），密度不變則平衡；無固體時，密度始終不變混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不一定（取決于\(m+n\)與\(p+q\)及是否有固體）若\(m+n\neqp+q\)或有固體參與，平均摩爾質(zhì)量（\(M=m_{\text{總}}/n_{\text{總}}\)）不變則平衡顏色（若有有色物質(zhì)）能顏色深淺反映有色物質(zhì)濃度，濃度不變則平衡（如\(2\text{NO}_2(g)\rightleftharpoons\text{N}_2\text{O}_4(g)\)，紅棕色褪去至不變）例1（2022·全國甲卷）：在一定溫度下，可逆反應(yīng)\(\text{2SO}_2(g)+\text{O}_2(g)\rightleftharpoons\text{2SO}_3(g)\)達到平衡的標志是（）A.單位時間內(nèi)生成\(n\)mol\(\text{SO}_3\)的同時生成\(n\)mol\(\text{SO}_2\)B.混合氣體的總壓強不再改變C.混合氣體的密度不再改變D.\(\text{SO}_2\)的轉(zhuǎn)化率不再改變解析：A：生成\(\text{SO}_3\)（正反應(yīng)）與生成\(\text{SO}_2\)（逆反應(yīng)）的速率比應(yīng)為\(2:2=1:1\)？不，正確比例應(yīng)為\(v_{\text{正}}(\text{SO}_3):v_{\text{逆}}(\text{SO}_2)=2:2=1:1\)？不，等一下，\(v_{\text{正}}(\text{SO}_3)=v_{\text{逆}}(\text{SO}_3)\)，而\(v_{\text{逆}}(\text{SO}_3)=v_{\text{逆}}(\text{SO}_2)\)（因為\(\text{SO}_3\)分解生成\(\text{SO}_2\)的系數(shù)比是2:2=1:1），所以A選項中“生成\(n\)mol\(\text{SO}_3\)”（正）與“生成\(n\)mol\(\text{SO}_2\)”（逆）的速率相等嗎？其實更準確的是，\(v_{\text{正}}(\text{SO}_2)=v_{\text{逆}}(\text{SO}_2)\)，即單位時間內(nèi)生成\(2n\)mol\(\text{SO}_3\)（正）的同時生成\(2n\)mol\(\text{SO}_2\)（逆），所以A錯誤。B：反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不等（2+1=3≠2），總壓強不變說明各組分濃度不變，能作為標志。C：恒溫恒容，氣體質(zhì)量不變（無固體），密度始終不變，不能作為標志。D：轉(zhuǎn)化率不再改變，說明反應(yīng)物消耗速率等于生成速率，能作為標志。答案：BD（二）平衡常數(shù)計算：“三段式”是萬能工具核心方法：起始濃度→轉(zhuǎn)化濃度→平衡濃度（簡稱“三段式”），適用于所有平衡計算（轉(zhuǎn)化率、濃度、\(K\)值）。步驟：1.設(shè)未知數(shù)（通常設(shè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化濃度為\(x\)）；2.列“三段式”（起始濃度、轉(zhuǎn)化濃度、平衡濃度）；3.根據(jù)平衡時的已知條件（如某組分濃度、轉(zhuǎn)化率）求\(x\)；4.代入\(K\)表達式計算。例2（2023·山東卷）：在1L密閉容器中，加入0.5mol\(\text{N}_2\)和1.5mol\(\text{H}_2\)，發(fā)生反應(yīng)\(\text{N}_2(g)+3\text{H}_2(g)\rightleftharpoons2\text{NH}_3(g)\)，5min后達到平衡，測得\(\text{NH}_3\)的濃度為0.4mol/L。求：（1）平衡常數(shù)\(K\)；（2）\(\text{N}_2\)的轉(zhuǎn)化率。解析：（1）列三段式（單位：mol/L）：物質(zhì)\(\text{N}_2\)\(\text{H}_2\)\(\text{NH}_3\)起始濃度0.51.50轉(zhuǎn)化濃度\(x\)\(3x\)\(2x\)平衡濃度0.5-\(x\)1.5-\(3x\)\(2x\)已知平衡時\(\text{NH}_3\)濃度為0.4mol/L，故\(2x=0.4\)，解得\(x=0.2\)。平衡時：\([\text{N}_2]=0.5-0.2=0.3\)mol/L，\([\text{H}_2]=1.5-3×0.2=0.9\)mol/L，\([\text{NH}_3]=0.4\)mol/L。代入\(K\)表達式：\(K=\frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2]\cdot[\text{H}_2]^3}=\frac{(0.4)^2}{0.3\cdot(0.9)^3}\approx\frac{0.16}{0.3×0.729}\approx0.74\)。（2）\(\text{N}_2\)的轉(zhuǎn)化率\(=\frac{\text{轉(zhuǎn)化濃度}}{\text{起始濃度}}×100\%=\frac{0.2}{0.5}×100\%=40\%\)。（三）平衡移動分析：勒夏特列原理的“正確應(yīng)用”勒夏特列原理：當外界條件（濃度、溫度、壓強）改變時，平衡會向減弱這種改變的方向移動（注意：“減弱”≠“抵消”）。常見條件對平衡的影響：條件改變平衡移動方向備注增大反應(yīng)物濃度/減小生成物濃度正向移動轉(zhuǎn)化率：增大廉價反應(yīng)物濃度，可提高昂貴反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率（如合成氨中增大\(\text{N}_2\)濃度，提高\(\text{H}_2\)轉(zhuǎn)化率）升高溫度向吸熱反應(yīng)方向移動放熱反應(yīng)（\(\DeltaH<0\)）：溫度升高，\(K\)減小；吸熱反應(yīng)（\(\DeltaH>0\)）：溫度升高，\(K\)增大增大壓強（氣體反應(yīng)）向氣體分子數(shù)減少的方向移動若\(m+n>p+q\)，增大壓強，平衡正向移動；若\(m+n=p+q\)，壓強不影響平衡加入催化劑不移動催化劑同等程度改變正逆反應(yīng)速率，不改變平衡狀態(tài)，但縮短達到平衡的時間例3（2021·全國乙卷）：對于反應(yīng)\(\text{CO}(g)+\text{H}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons\text{CO}_2(g)+\text{H}_2(g)\)（\(\DeltaH<0\)），下列措施能使平衡正向移動且\(\text{CO}\)轉(zhuǎn)化率增大的是（）A.升高溫度B.增大\(\text{CO}\)濃度C.增大\(\text{H}_2\text{O}(g)\)濃度D.加入催化劑解析：A：反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，\(\text{CO}\)轉(zhuǎn)化率減小，錯誤；B：增大\(\text{CO}\)濃度，平衡正向移動，但\(\text{CO}\)轉(zhuǎn)化率減?。ㄒ驗閈(\text{CO}\)的總量增加），錯誤；C：增大\(\text{H}_2\text{O}(g)\)濃度，平衡正向移動，\(\text{CO}\)轉(zhuǎn)化率增大（\(\text{H}_2\text{O}\)是反應(yīng)物，且過量），正確；D：催化劑不影響平衡，錯誤。答案：C（四）等效平衡：“相同平衡狀態(tài)”的判斷等效平衡：指同一反應(yīng)在不同起始條件下，達到平衡時各組分的百分含量（質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)）相同的狀態(tài)。分類與判斷條件：反應(yīng)類型恒溫恒容（\(V\)不變）恒溫恒壓（\(P\)不變）氣體分子數(shù)變化（\(\Deltan\neq0\)）起始投料**完全相同**（轉(zhuǎn)化為同一側(cè)后，物質(zhì)的量相等）起始投料**比例相同**（轉(zhuǎn)化為同一側(cè)后，物質(zhì)的量之比相等）氣體分子數(shù)不變（\(\Deltan=0\)）起始投料**比例相同**起始投料**比例相同**例4（2020·江蘇卷）：恒溫恒容下，反應(yīng)\(\text{2SO}_2(g)+\text{O}_2(g)\rightleftharpoons\text{2SO}_3(g)\)，起始投料為2mol\(\text{SO}_2\)、1mol\(\text{O}_2\)，平衡時\(\text{SO}_3\)的質(zhì)量分數(shù)為\(w\)。若起始投料為1mol\(\text{SO}_2\)、0.5mol\(\text{O}_2\)、1mol\(\text{SO}_3\)，平衡時\(\text{SO}_3\)的質(zhì)量分數(shù)為（）A.\(w\)B.大于\(w\)C.小于\(w\)D.無法確定解析：恒溫恒容，反應(yīng)\(\Deltan\neq0\)（2+1=3≠2），需將起始投料轉(zhuǎn)化為同一側(cè)（\(\text{SO}_2\)和\(\text{O}_2\)）：1mol\(\text{SO}_3\)相當于1mol\(\text{SO}_2\)和0.5mol\(\text{O}_2\)（根據(jù)反應(yīng)式\(2\text{SO}_3\rightleftharpoons2\text{SO}_2+\text{O}_2\)）。因此，總投料為：\(1+1=2\)mol\(\text{SO}_2\)，\(0.5+0.5=1\)mol\(\text{O}_2\)，與原起始投料完全相同，故為等效平衡，\(\text{SO}_3\)的質(zhì)量分數(shù)仍為\(w\)。答案：A（五）圖像題：“看趨勢、找拐點、析斜率”圖像題是平衡題的“綜合考查”，常見類型有濃度-時間圖、速率-時間圖、轉(zhuǎn)化率-溫度（壓強）圖、百分含量-溫度（壓強）圖。解題步驟：1.看坐標軸：明確橫坐標（自變量，如時間、溫度、壓強）和縱坐標（因變量，如濃度、轉(zhuǎn)化率、百分含量）；2.看趨勢：曲線的上升/下降方向（如溫度升高，轉(zhuǎn)化率增大，說明反應(yīng)吸熱）；3.找拐點：拐點越早，反應(yīng)速率越快（溫度越高、壓強越大、催化劑存在）；4.析斜率：斜率越大，反應(yīng)速率越快（如濃度-時間圖中，斜率表示反應(yīng)速率）。例5（2023·浙江卷）：下圖為某反應(yīng)的濃度-時間曲線（恒溫恒容），橫坐標為時間（\(t\)），縱坐標為濃度（\(c\)）。下列說法正確的是（）（曲線：\(\text{A}\)的濃度從2mol/L逐漸減小到1mol/L；\(\text{B}\)的濃度從0逐漸增大到1mol/L；\(\text{C}\)的濃度從0逐漸增大到0.5mol/L；\(t_1\)后各濃度不變）A.該反應(yīng)的化學(xué)方程式為\(\text{A}\rightleftharpoons\text{B}+\text{C}\)B.平衡時\(\text{A}\)的轉(zhuǎn)化率為50%C.平衡時\(v_{\text{正}}(\text{A})=v_{\text{逆}}(\text{B})\)D.若增大壓強，平衡正向移動解析：A：轉(zhuǎn)化濃度比等于化學(xué)計量數(shù)比。\(\text{A}\)轉(zhuǎn)化了\(2-1=1\)mol/L，\(\text{B}\)生成了1mol/L，\(\text{C}\)生成了0.5mol/L，故計量數(shù)比為\(\text{A}:\text{B}:\text{C}=1:1:0.5=2:2:1\)，反應(yīng)式應(yīng)為\(2\text{A}\rightleftharpoons2\text{B}+\text{C}\)，錯誤；B：\(\text{A}\)的轉(zhuǎn)化率\(=\frac{1}{2}×100\%=50\%\)，正確；C：平衡時\(v_{\text{正}}(\text{A})=v_{\text{逆}}(\text{A})\)，而\(v_{\text{逆}}(\text{A})=v_{\text{逆}}(\text{B})\)（計量數(shù)比為2:2=1:1），故\(v_{\text{正}}(\text{A})=v_{\text{逆}}(\text{B})\)，正確；D：反應(yīng)式為\(2\text{A}\rightleftharpoons2\text{B}+\text{C}\)，氣體分子數(shù)增大（2→3），增大壓強平衡逆向移動，錯誤。答案：BC三、解題策略與提高方法：從“會做”到“做對”1.強化“三段式”