学年高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第1课时化学平衡状态的建立及.docx

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学年高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第1课时化学平衡状态的建立及

第1课时　化学平衡状态的建立及标志

[目标导航]　1.了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念。

2.了解化学平衡的建立，通过分析化学平衡的建立，培养归纳和形象思维能力。

3.理解化学平衡的特征，树立对立统一的辩证唯物主义观点。

一、可逆反应与不可逆反应

1．可逆反应

（1）概念：

在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的化学反应。

（2）表示方法：

用“”表示，把从左向右的反应称作正反应，从右向左的反应称作逆反应。

例如：

SO2与H2O反应可表示为SO2＋H2OH2SO3。

（3）特征：

①正、逆反应发生的条件相同；

②反应不能进行到底，反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。

2．可逆反应与不可逆反应的比较

可逆反应

不可逆反应

在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。

化学方程式中用“”表示，如N2＋3H2

2NH3、H2＋I2

2HI

正反应几乎能进行到底或逆反应进行的程度非常小，这样的反应通常称为不可逆反应，如NaOH＋HCl===NaCl＋H2O、H2＋Cl2

2HCl

【合作探究】

1．对于可逆反应：

2SO2＋O22SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够时间后，18O原子将存在于哪些物质中？

为什么？

答案　存在于SO2、O2、SO3中，因为通入18O2后，SO2和18O2反应生成含有18O的三氧化硫，同时三氧化硫再分解生成含有18O的二氧化硫和氧气。

2．判断下列关于“可逆反应”的叙述是否正确。

（1）反应物和生成物能相互转化的反应都是可逆反应（　　）

（2）可逆反应不能进行到底，反应物和生成物并存（　　）

（3）可逆反应进行到一定程度时，反应就会停止（　　）

（4）可逆反应中反应物的转化率不能达到100%（　　）

（5）H2和O2的化合与H2O的分解是可逆反应（　　）

（6）乙酸和乙醇的酯化反应与乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应是可逆反应（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

二、化学平衡状态

1．化学平衡的建立

在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。

反应过程如下：

以上过程可用下图表示：

2．化学平衡状态

一定条件下，可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各种物质的浓度或质量保持不变的状态。

3．化学平衡状态的特征

化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”的特征。

（1）逆：

化学平衡研究的对象是可逆反应。

（2）等：

正反应速率和逆反应速率相等。

（3）动：

化学平衡从表面上或宏观上看好像停止了，但从本质上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了。

（4）定：

在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变而改变。

（5）变：

化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡状态就会发生改变。

【合作探究】

1．v正＝v逆指的是同一种物质还是不同种物质？

当v正＝v逆时，化学反应停止了吗？

答案　

（1）化学反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等是指同一种物质的反应速率与生成速率相等。

不同种物质的正、逆反应速率不一定相等。

（2）v正＝v逆，但二者均不为0，即反应没有停止。

2．化学平衡状态的建立，与反应途径是否有关？

会不会因时间变化而变化？

答案　化学平衡状态的建立与反应途径无关，对于一个给定的可逆反应，如果反应条件一定，不论采取何种途径（反应无论是从反应物开始或还是从生成物开始）最后都能建立相同的化学平衡状态，该平衡状态也不会因时间的变化而变化。

一、可逆反应的判断与利用

【例1】　在密闭容器中进行反应：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g），已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是（　　）

A．Z为0.3mol·L－1

B．Y2为0.4mol·L－1

C．X2为0.2mol·L－1

D．Z为0.4mol·L－1

答案　A

【方法探究】　利用极端假设法确定各物质的浓度范围

上述题目中可利用极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。

假设反应正向进行到底：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g）

起始浓度（mol·L－1）0.10.30.2

改变浓度（mol·L－1）0.10.10.2

终态浓度（mol·L－1）00.20.4

假设反应逆向进行到底：

X2（g）＋Y2（g）

2Z（g）

起始浓度（mol·L－1）0.10.30.2

改变浓度（mol·L－1）0.10.10.2

终态浓度（mol·L－1）0.20.40

平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈（0，0.2），Y2∈（0.2，0.4），Z∈（0，0.4）。

变式训练1　在密闭容器中进行反应：

X2（g）＋3Y2（g）2Z（g），X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.2mol·L－1、0.6mol·L－1、0.4mol·L－1，当平衡时，下列数据肯定不正确的是（　　）

A．X2为0.4mol·L－1，Y2为1.2mol·L－1

B．Y2为1.0mol·L－1

C．X2为0.3mol·L－1，Z为0.2mol·L－1

D．Z为0.6mol·L－1

答案　A

解析　化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目时要善于利用极值法，可分别考虑反应正向进行彻底和反应逆向进行彻底两种情况。

由可逆反应的含义知，0＜c（X2）＜0.4mol·L－1，0＜c（Y2）＜1.2mol·L－1，0＜c（Z）＜0.8mol·

L－1。

二、化学平衡状态的判断标志

【例2】　可逆反应：

2NO22NO＋O2在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是（　　）

①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2

②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO

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．①④⑥⑦B．②③⑤⑦

C．①③④⑤D．全部

解析　依据v正＝v逆≠0判断：

①单位时间内生成nmolO2的同时必消耗2nmolNO2，①能说明反应已达到平衡；②描述的均是正反应速率，无法判断；③无论反应是否达到平衡，均有此关系；依据组成一定判断：

④NO2（红棕色）为有颜色的气体，颜色不变能说明反应体系中NO2浓度一定，反应已达到平衡；⑤因ρ＝

，反应前后，m、V均不变，ρ也不变，不能说明反应达到平衡；这是一个反应前后气体分子数发生改变的反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡。

答案　A

【归纳总结】

1．判断依据

（1）正反应速率与逆反应速率相等：

v正＝v逆

①对于同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；

②对于不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。

（2）可逆反应发生过程中的可变量达不变

在可逆反应中有很多可变量，如：

浓度、物质的量、百分含量等，当可变量达不变时，则反应达平衡。

2．判断方法

以反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）为例

v正＝v逆

同一物质

生成速率等于消耗速率

不同物质

化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向（即“一正一逆”）

可变量达不变

各物质的物理量

各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变

各物质的含量

各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变

气体的总物质的量

m＋n≠p＋q时，气体的总物质的量一定

恒容条件下的压强

m＋n≠p＋q时，总压强一定

恒压条件下气体的密度

m＋n≠p＋q时，ρ＝

一定

混合气体的平均相对分子质量（M

r）

当m＋n≠p＋q时，M

r＝

一定

有颜色变化的反应

气体的颜色不再变化

变式训练2　下列说法可以证明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

答案　②⑥⑨

解析　

（1）对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、平均相对分子质量、压强、密度等来判断。

（2）对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来判断（此时平均相对分子质量、压强、密度不能作为判断依据）。

1．下列有关可逆反应的说法不正确的是（　　）

A．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

B．2HI

H2＋I2是可逆反应

C．2H2＋O2

2H2O与2H2O

2H2↑＋O2↑互为可逆反应

D．可逆反应中反应物和生成物同时存在

答案　C

解析　C项中两个反应是在不同的条件下进行的，故两个反应不互为可逆反应，C项不正确。

2．一定条件下，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

答案　B

解析　可逆反应不能进行彻底，若反应正向进行彻底，则剩余B0.5mol；若反应逆向进行彻底，则剩余B1.5mol。

故平衡时，0.5mol

3．一定条件下反应2AB（g）A2（g）＋B2（g）达到平衡状态的标志是（　　）

A．容器内压强不随时间变化

B．容器内，3种气体AB、A2、B2共存

C．容器中各组分的体积分数不随时间变化

D．AB的消耗速率等于A2的消耗速率

答案　C

解析　A项，该反应为等体积反应，压强不变不能作为平衡的标志；B项，未到达平衡状态，三种物质也能共存；D项，当AB的消耗速率应等于A2消耗速率的2倍时，该反应才达到平衡状态。

4．一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）可建立平衡状态。

下列状态中不能确定该反应已达到平衡状态的是（　　）

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

答案　C

解析　不论反应是否达到平衡状态，生成nmolCO的同时都会生成nmolH2。

5．在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molO2和2molNO，发生如下反应：

O2（g）＋2NO（g）2NO2（g），此反应不一定达平衡的是（　　）

A．容器内压强不随时间变化

B．容器内各物质的浓度不随时间变化

C．容器内O2、NO、NO2的浓度之比为1∶2∶2

D．单位时间内生成1molO2，同时生成2molNO