高中化学专题2化学反应速率与化学平衡第二单元第二课时化学平衡状态学案苏教版选修4.docx

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高中化学专题2化学反应速率与化学平衡第二单元第二课时化学平衡状态学案苏教版选修4

第二课时　化学平衡状态

—————————————————————————————————————[课标要求]

1．了解化学反应的可逆性。

2．了解化学平衡建立的过程。

3．理解化学平衡的特征。

1.可逆反应“两特点”：

（1）正、逆两个反应是同一条件下同时进行的。

（2）可逆反应中反应物、生成物共存，反应物转化率小于100%。

2．化学平衡“五特征”：

逆、等、定、动、变。

3．平衡状态判断“两依据”：

（1）根本依据：

v（正）＝v（逆）。

（2）直接依据：

各组分的浓度保持不变。

可逆反应

1．可逆反应

在相同条件下，既可以向正反应方向进行，又可以向逆反应方向进行的反应。

2．不可逆反应

有些反应因逆反应进行程度太小而可忽略，正反应几乎完全进行到底，一般认为这些反应不可逆。

例如，H2的燃烧、酸碱中和等。

3．可逆反应的特点

（1）“三性”

（2）实例

下列反应都是可逆反应：

N2＋3H2

2NH3、

Cl2＋H2OHCl＋HClO、

2SO2＋O2

2SO3。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）可逆反应是指在同一条件下能同时向正逆两个方向进行的反应（　　）

（2）CO2与水的反应是不可逆反应（　　）

（3）NH3和HCl生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应（　　）

（4）可逆反应中反应物的转化率能达到100%（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×

2．下列各组两个反应互为可逆反应的是（　　）

A．H2＋Cl2

2HCl与2HCl

H2↑＋Cl2↑

B．H2SO4（浓）＋2HBr===2H2O＋Br2＋SO2↑与Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

C．2NO2===N2O4与N2O4===2NO2

D．2SO2＋O2

2SO3与2SO3

2SO2＋O2

解析：

选CD　可逆反应必须是在相同条件下同时向正、逆两个方向都能进行的反应。

C、D两项均为可逆反应。

化学平衡状态

1．化学平衡状态的建立

（1）建立过程（以N2＋3H22NH3为例）

物质浓度

反应速率

反应物

生成物

正反应

逆反应

开始时

最大

0

最大

0

进行中

减小

增大

减小

增大

平衡时

不变

不变

v（正反应）＝v（逆反应）

（2）浓度－时间图像和速率－时间图像分别为

2．化学平衡状态的概念

可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应达到化学平衡状态。

3．五大特征

[特别提醒]

（1）可逆反应达到平衡状态后，反应并没有停止，而是反应在该条件下进行的最大限度。

（2）可逆反应达到平衡后，各组分的浓度保持不变，并不是各组分的浓度相等。

1．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：

A（g）＋3B（g）2C（g），能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是（　　）

A．体系的压强不再发生变化

B．3v正（B）＝2v逆（C）

C．混合气体密度不再变化

D．消耗1molA的同时生成2molC

解析：

选C　A项，在一定温度下的某容积可变的密闭容器中发生反应时，压强始终不变，体系的压强不再发生变化，不能表示已经达到了化学平衡状态，错误；B项，v正（B）∶v逆（C）＝3∶2，故2v正（B）＝3v逆（C），表示正逆反应速率相等，错误；C项，该反应是一个气体体积变化的反应，而质量不变，故混合气体密度不再变化，能够表示已经达到了化学平衡状态，正确；D项，消耗1molA的同时，任何时间都生成2molC，不能表示已经达到了化学平衡状态，错误。

2．在一定温度下，反应A2（g）＋B2（g）2AB（g）达到平衡状态的标志是________。

A．单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolAB

B．容器内的总压强不随时间变化

C．单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2

D．单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolB2

E．容器内A2、B2、AB的物质的量之比是1∶1∶2时的状态

F．容器中c（A2）＝c（B2）＝c（AB）时的状态

解析：

A项，根据化学方程式中的化学计量数之比，可知生成nmolAB必消耗

molA2，即单位时间内生成

molA2的同时生成nmolAB，反应未达到平衡状态；B项，由于此反应是反应前后气体分子数不变的反应，达到平衡或未达到平衡时压强都不随时间变化，因此不能用压强不变来说明反应是否达到平衡状态；C项，单位时间内生成2nmolAB时，消耗了nmolA2和nmolB2，说明反应处于平衡状态；D项，只知道单位时间生成nmolA2和nmolB2，却不知道同时消耗多少A2和多少B2，不能确定反应是否达到平衡；E项、F项，由于达到化学平衡状态时，反应混合物中各物质的浓度保持不变，并不是相等，其物质的量之比不一定等于其化学方程式中各物质的化学计量数之比，所以E、F两项均不符合题意。

答案：

C

[方法技巧]

判断可逆反应达到平衡状态的方法

1.从化学反应速率的角度判断（即v正＝v逆≠0）

有两层含义：

对于同一物质，该物质的生成速率等于其消耗速率；对于不同的物质，速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。

2.利用“变量”与“不变量”判断

（1）确定反应中的“变量”，即随反应的进行而变化的量，当变量不再变化时，表明反应已达平衡状态。

而当“不变量”不变时，不能判断反应是否处于平衡状态。

（2）常见的变量有：

气体的颜色；对于气体体积有变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强；对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应来说，混合气体的平均相对分子质量；对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等。

应当注意，在利用

、ρ、n（总）、p（总）判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。

等效平衡

1．概念

在一定条件下（恒温、恒容或恒温、恒压），对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。

2．分类

根据反应条件（恒温、恒压或恒温、恒容）以及可逆反应的

特点（反应前后气体分子数是否相等），可将等效平衡问题分成三类：

Ⅰ.恒温、恒容条件下，反应前后气体分子数不相等的可逆反应：

如果按方程式中的化学计量关系转化为同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的（即投料相同，此法又称一边倒法）。

举例：

2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（g）

A

B

C

D

等效说明

①

2mol

1mol

0

0

①③⑤互为等效平衡，表现在物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量（摩尔分数、质量分数、体积分数）相同

②

4mol

2mol

0

0

③

1mol

0.5mol

1.5mol

0.5mol

④

0

1mol

3mol

1mol

⑤

0

0

3mol

1mol

　　Ⅱ.恒温、恒容条件下，反应前后气体分子数相等的可逆反应：

如果按方程式的化学计量关系转化为同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡是等效的（即投料比相同）。

举例：

2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（s）

A

B

C

D

等效说明

①

2mol

1mol

0

0

①②③⑤互为等效平衡，表现在组分百分含量（摩尔分数、质量分数、体积分数）相同

②

4mol

2mol

0

0

③

1mol

0.5mol

1.5mol

0.5mol

④

0

1mol

3mol

1mol

⑤

0

0

3mol

1mol

Ⅲ.恒温、恒压条件下，反应前后气体分子数任意型的可逆反应：

如果按方程式的化学计量关系转化为同一半边的物质，其物质的量的比值与对应组分的起始加入量的比值相同，则建立的化学平衡状态是等效的（即投料比相同）。

举例：

2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（g）

A

B

C

D

等效说明

①

2mol

1mol

0

0

①②③⑤互为等效平衡，表现在物质的量浓度、组分百分含量（摩尔分数、质量分数、体积分数）相同

②

4mol

2mol

0

0

③

1mol

0.5mol

1.5mol

0.5mol

④

0

1mol

3mol

1mol

⑤

0

0

3mol

1mol

3.建立

（1）外界条件相同：

通常可以是①恒温、恒容，②恒温、恒压。

（2）平衡状态只与始态有关，而与途径无关。

即：

①无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始；②投料是一次还是分成几次；③反应容器经过扩大－缩小或缩小－扩大的过程，只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。

4．三类等效平衡的比较

为更好理解等效平衡这一重难点，下面再对上述三类等效平衡情况进行列表分析比较。

等效类型

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

条件

恒温、恒容

恒温、恒容

恒温、恒压

起始投料“量”

换算为同一半边时，投料相同

换算为同一半边时，投料比相同

换算为同一半边时，投料比相同

对反应的要求

任何可逆反应

反应前后气体体积相等

任何可逆反应

平衡特点

w

相同

相同

相同

c

相同

成比例

相同（气体）

n

相同

成比例

成比例

5.解题思想——极值法

无论平衡从哪个方向建立，在判断时，都可以根据题给条件，把生成物全部换算成反应物或把反应物全部换算成生成物，再与平衡开始时加入的物质的量相比较。

换算公式是：

某反应物的物质的量＋变成生成物而消耗了该反应物的物质的量＝原来该反应物的物质的量。

1．在恒温、恒容条件下有下列反应：

2A（g）＋2B（g）C（g）＋3D（g）。

现分别从两条途径建立平衡：

（Ⅰ）A和B的起始浓度均为2mol·L－1；（Ⅱ）C和D的起始浓度分别为2mol·L－1和6mol·L－1。

下列叙述正确的是（　　）

A．（Ⅰ）和（Ⅱ）两途径最终达到平衡时，体系内各气体的物质的量分别相同

B．达到平衡时，（Ⅰ）途径混合气体密度为（Ⅱ）途径混合气体密度的2倍

C．（Ⅰ）和（Ⅱ）两途径最终达到平衡时，体系内各气体的体积分数分别相同

D．达到平衡时，（Ⅰ）途径的反应速率v（A）等于（Ⅱ）途径的反应速率v（B）

解析：

选C　化学方程式两边气体的物质的量相等，（Ⅰ）和（Ⅱ）是等效平衡，平衡时（Ⅱ）中各气体的物质的量是（Ⅰ）中的2倍，A、B错误，C项正确。

平衡时，（Ⅰ）的压强小，反应速率小，D项错误。

2．在恒温、恒压下，有下列气体反应分别从两条途径进行

　2A（g）＋2B（g）C（g）＋3D（g）

Ⅰ　　2mol　　2mol　　0　　0

Ⅱ　　　0　　　0　　　2mol　6mol

下列叙述正确的是（　　）

A．Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同

B．Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成不同

C．达到平衡时，Ⅰ途径所用的时间与Ⅱ途径所用的时间相同

D．达到平衡时，Ⅰ途径混合气体密度等于Ⅱ途径混合气体的密度

解析：

选AD　因反应前后气体分子数不变，且恒压条件下，途径Ⅰ、Ⅱ为等效平衡，故AD两项正确。

3．恒温、恒压下，在一个可变容积的密闭容器中发生如下反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），若开始时放入2molSO2和1molO2，达平衡后，生成amolSO3；若开始时放入xmolSO2、2molO2和2molSO3，达平衡后，SO3的物质的量是3amol，则x为（　　）

A．1mol　　　　　　　　B．2mol

C．3molD．4mol

解析：

选D　根据恒温恒压下的等效平衡可知，生成SO3的物质的量是3amol，相当于开始加入的反应物是最初的3倍（即6molSO2和3molO2），2molSO3相当于2molSO2和1molO2，所以必须再加入4molSO2，即x＝4。

4．在一个固定容积的密闭容器中，保持一定的温度进行以下反应：

H2（g）＋Br2（g）2HBr。

已知加入1molH2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr（见下表已知项），在相同条件下，且保持平衡时各组分的体积分数不变，对下列编号①～③的状态，填写下表中的空白。

　　已知

编号　　

起始状态的物质的量n（mol）

平衡时HBr

的物质的量n（mol）　　

H2

Br2

HBr

1

2

0

a

①

2

4

0

②

1

0.5a

③

m

g（g≥2m）

解析：

在定温、定容下，H2（g）＋Br2（g）2HBr建立起化学平衡状态，从化学方程式可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应。

根据“等价转换”法，通过反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。

①因为标准项中n（H2起始）∶n（Br2起始）∶n（HBr平衡）＝1∶2∶a，将n（H2起始）＝2mol，n（Br2起始）＝4mol，代入上式得n（HBr平衡）＝2a。

②参照标准项可知，n（HBr平衡）＝0.5amol，需要n（H2起始）＝0.5mol，n（Br2起始）＝1mol，n（HBr起始）＝0mol。

而现在的起始状态，已有1molHBr，通过等价转换以后，就相当于起始时有0.5molH2和0.5molBr2的混合物，为使n（H2起始）∶n（Br2起始）＝1∶2，则需要再加入0.5molBr2即可，故起始时H2和Br2的物质的量应为0mol和0.5mol。

③设起始时HBr的物质的量为xmol，转换成H2和Br2后，则H2和Br2的总量分别为（m＋x/2）mol和（g＋x/2）mol，根据（m＋x/2）∶（g＋x/2）＝1∶2解得x＝2（g－2m），设平衡时HBr的物质的量为ymol，则有1∶a＝（m＋x/2）∶y，解得y＝a（g－m）。

答案：

①2a　②0　0.5　③2（g－2m）　a（g－m）

[方法技巧]

等效平衡问题的三个“两”

等效平衡问题可以用三个“两”来概括或帮助我们记忆，即：

两种反应

反应前后气体分子数可变的反应和反应前后气体分子数不变的反应

两种条件

恒温恒容和恒温恒压

两种等效

投料相同和投料比相同

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列各组反应中，属于可逆反应的一组是（　　）

A．Cu＋Cl2

CuCl2，CuCl2

Cu＋Cl2↑

B．NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，NH4HCO3

NH3↑＋CO2↑＋H2O

C．H2与I2在加热时生成HI，同时HI又分解出H2和I2

D．2Ag＋Br2

2AgBr,2AgBr

2Ag＋Br2

解析：

选C　可逆反应必须在相同条件，同时进行。

2．一定条件下在密闭容器中能表示可逆反应2SO2＋O22SO3一定达到平衡状态的是（　　）

①消耗2molSO2的同时生成2molSO3

②SO2、O2与SO3的物质的量之比为2∶1∶2

③反应混合物中SO3的浓度不再改变

A．①②　　　　　　B．②③

C．只有③D．只有①

解析：

选C　不论是否平衡状态，①始终存在；平衡状态时各物质的物质的量与化学方程式中的化学计量数无关，②不一定是平衡状态；③一定是平衡状态。

3．已知汽车尾气无害化处理反应为2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）。

下列说法不正确的是（　　）

A．达到化学平衡时正、逆反应速率都为0

B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率

C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定

D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡

解析：

选A　化学平衡是动态平衡，反应并未停止，A项错误，B项正确；反应达到平衡后，正反应速率和逆反应速率相等，C、D项正确。

4．

（1）下列方法可以证明H2（g）＋I2（g）2HI（g）已达平衡状态的是__________（填序号）。

①单位时间内生成nmolH2的同时，生成nmolHI

②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂

③百分含量w（HI）＝w（I2）

④反应速率v（H2）＝v（I2）＝

v（HI）

⑤c（HI）∶c（H2）∶c（I2）＝2∶1∶1

⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化

⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化

⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化

⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化

（2）在上述⑥～⑩的说法中能说明2NO2（g）N2O4（g）达到平衡状态的是__________。

解析：

（1）H2（g）＋I2（g）2HI（g）是一气体体积不变的反应：

①v（正）

v（HI）；⑤c（HI）∶c（H2）∶c（I2）＝2∶1∶1也是反应过程中的特殊状态，不能作为判断是否达到平衡的依据；⑥生成物浓度不再发生变化，则说明已达平衡；⑦因该反应为体积不变的反应，压强始终不变；⑧Mr－＝

，三种物质均为气体，故总质量不变，气体总物质的量不变，故混合气体的平均相对分子质量不变；⑨混合气体颜色不变，说明c（I2）不变，已达平衡；⑩ρ＝

，总质量不变，气体总体积不变，则ρ不变。

（2）2NO2（g）N2O4（g）是一体积可变的反应，⑥⑨浓度不变，说明反应已达平衡；⑦压强不变，说明各组分的含量不变，也已达平衡；⑧M－＝

，m总不变，若M－不变，说明n总不变，则各组分含量不变，已达平衡；⑩ρ＝

，恒温恒压下，m总不变，若ρ不变，则V总不变，说明n总不变，已达平衡。

答案：

（1）②⑥⑨　

（2）⑥⑦⑧⑨⑩

5．在一个容积固定不变的密闭容器中进行反应：

2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（s），已知将2molA和1molB充入该容器中，反应在某温度下达到平衡时，C的物质的量为wmol，C在平衡混合气体中的体积分数为n%。

（1）如果用下列的配比做起始物，在同样容积和温度下达到平衡，其结果一定是：

C的物质的量是2wmol，C在平衡混合气体中的体积分数仍为n%的是________。

A．4molA＋2molB

B．6molC＋1molD

C．1.0molA＋0.5molB＋1.5molC＋0.5molD

D．2molA＋1molB＋3molC＋1molD

E．2molA＋1molB＋3molC＋2molD

（2）若维持该题条件不变，仅从生成物开始配比，要求达到平衡时，C的物质的量仍为wmol，则D的起始物质的量n（D）应满足的条件是__________（用含有w的代数式表示）。

解析：

（1）在定温、定容下，2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（s）建立起化学平衡状态，从化学方程式可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应。

根据“等价转换”法，通过反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。

由于达到平衡时C的物质的量为2wmol，故起始投料量须为原来的2倍。

2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（s）　平衡时，n（C）

已知（mol）　2　　1　　　0　　　0　　　w

　A　　　4　　2　　　0　　　0　　　2w

　B　　　0　　0　　　6　　　1

等效于　　2　　1　　　3　　　0　　　>2w

　C　　1.0　0.5　　　1.5　　0.5

等效于　　2　　1　　　0　　　0　　　w

　D　　　2　　1　　　3　　　1

等效于　　4　　2　　　0　　　0　　　2w

　E　　　2　　1　　　3　　　2

等效于　　4　　2　　　0　　　1　　　2w

D为固体，固体量的多少对平衡无影响，故A、D、E符合题意。

（2）已知条件下，达到平衡时，C的物质的量为wmol，则同时生成D

mol，若仅从生成物开始配比，又D为固体，固体量的多少对平衡无影响，则n（D）>

mol。

答案：

（1）A、D、E　

（2）n（D）>

mol

一、单项选择题

1．在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：

2NO2（g）N2O4（g）达到平衡时，再向容器中通入一定量的NO2，重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2体积分数（　　）

A．不变　　　　　　　B．增大

C．减小D．无法判断

解析：

选C　可假设先反应的NO2和后加入的NO2各自建立平衡，因反应物只有NO2一种物质，因此两平衡等效，现把两平衡压缩在一个容器中，相当于增大压强，而增大压强平衡右移，NO2的体积分数减小。

2．在一定温度下某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。

不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是（　　）

A．体系的压强不再发生变化

B．v正（CO）＝v逆（H2O）

C．生成nmolCO的同时生成nmolH2

D．1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键

解析：

选C　不论反应达到平衡，还是未达到平衡，生成nmolCO的同时都会生成nmolH2。

3．一定条件下，将A、B、C三种物质各1mol通入一个密闭容器中发生反应：

2A＋B2C，达到平衡时，B的物质的量可能是（　　）

A．1.5molB．1mol

C．0.5molD．0

解析：

选B　若A完全反应，达平衡时B的物质的量为0.5mol，若C完全反应，达平衡时B为1.5mol，但反应为可逆反应，不能进行到底，故0.5mol

4．可逆反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。

下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是（　　）

A．3v正（N2）＝v正（H2）

B．v正（N2）＝v逆（NH3）

C．2v正（H2）＝3v逆（NH3）

D．v正（N2）＝3v逆（H2）

解析：

选C　达到平衡状态时，正、逆反应速率相等。

利用速率判断，要观察速率的数值和反应方向两个方面，当速率之比等于化学计量数之比且方向相反时，就达到了平衡状态。

5．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是（　　）

A．反应的化学方程式为2MN

B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡

C．t3时，正反应速率大于逆反应速率

D．t1