资源描述
第2课时化学平衡状态学习目标定位1.了解化学反应的可逆性。2.通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，理解并会判断化学平衡状态的标志。一、化学平衡状态1.可逆反应(1)含义：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。(2)表示方法：如高温、高压并有催化剂作用的条件下，N2和H2反应生成NH3的可逆反应可表示为N23H22NH3。(3)特征正、逆反应发生的条件相同。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.化学平衡的建立在一定条件下，把1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中，在一定条件下发生反应。根据要求填表：N23H22NH3反应物浓度v正生成物浓度v逆开始时c(N2)最大c(H2)最大最大00进行中c(N2)减小c(H2)减小减小增大增大平衡时c(N2)不变c(H2)不变不变不变不变以上过程可用下图表示：(1)化学平衡状态的概念在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。(2)化学平衡的特征化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变，即：逆：研究的对象是可逆反应。等：化学平衡的条件是v正和v逆相等。动：化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。变：若外界条件改变，平衡可能发生改变，并在新条件下建立新的平衡。例1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)只有可逆反应才存在平衡状态()(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果()(3)化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应的速率都为0()(4)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等()(5)化学反应达到化学平衡状态时反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例()答案(1)(2)(3)(4) (5)考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的概念与特征例2(2018清江中学高二期末)一定条件下，A、B、C的起始浓度分别是0.5 molL1、0.1 molL1、1.6 molL1，可逆反应A(g)B(g)2C(g)达到平衡时，下列数据合理的是()A.c(A)1.0 molL1c(B)0.2 molL1B.c(B)0.5 molL1c(C)1.2 molL1C.c(A)0.4 molL1c(C)1.8 molL1D.c(A)0.9 molL1c(B)0.5 molL1答案D解析A(g)B(g)2C(g)起始量(molL1) 0.5 0.1 1.6正向进行极值转化(molL1) 0.4 0 1.8逆向进行极值转化(molL1) 1.3 0.9 0达到平衡状态时：0.4 molL1c(A)1.3 molL1，0c(B)0.9 molL1，0c(C)1.8 molL1。如果c(A)1.0 molL1，A增加0.5 molL1，则c(B)0.6 molL1，A项错误；如果c(B)0.5 molL1，则C减少0.8 molL1，则c(C)0.8 molL1，B项错误；根据以上分析可知C项错误；如果c(A)0.9 molL1，则A增加0.4 molL1，则c(B)0.5 molL1，D项正确。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(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0 0.2 0.4假设反应逆向进行到底：X2(g)Y2(g)2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0.2 0.4 0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)。二、化学平衡状态的判断依据与方法1.可逆反应达到化学平衡状态时的特征之一是v正v逆0。在一定温度下，可逆反应A(g)3B(g)2C(g)达到平衡的标志是。单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol BC的生成速率与C的分解速率相等3v正(A)v逆(B)单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C2.可逆反应达到化学平衡状态时的另一特征是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行如下反应：A(s)2B(g)C(g)D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是。混合气体的总物质的量B的物质的量浓度容器内气体的压强混合气体的密度化学平衡状态的判断依据(1)正反应速率与逆反应速率相等，v正v逆。对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对不同物质，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保持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，当可变量保持不变时，则反应达平衡。例3下列说法中，可以证明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是()A.1个NN键断裂的同时，有3个HH键形成B.1个NN键断裂的同时，有3个HH键断裂C.3个HH键形成的同时，有6个NH键断裂D.1个NN键断裂的同时，有6个NH键形成答案A解析B项，指的是正反应速率；C项，指的是逆反应速率；D项，指的是正反应速率。考点化学平衡状态及其判断题点由化学反应速率判断化学平衡状态例4(双选)(2017徐州高二期中)一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(g)2B(g)C(g)D(g)，观察下列物理量，能表明该反应已达到平衡状态的是()A.C物质的物质的量浓度不变B.物质C和物质D的物质的量浓度相等C.B物质的转化率不发生变化D.反应速率v(A)v(D)答案AC解析C物质的物质的量浓度不变，表明该反应已达到平衡状态，A项正确；物质C和物质D的物质的量浓度相等，不能表明该反应已达到平衡状态，B项错误；B物质的转化率不发生变化，说明正反应速率与逆反应速率相等，表明达到平衡状态，C项正确；反应速率之比等于化学计量数之比，则任意时刻v(A)v(D)，D项错误。考点化学平衡状态及其判断题点由“变量”到“恒量”判断化学平衡状态例5一定条件下，将NO2与SO2以体积比12置于恒压容器中发生反应：NO2(g)SO2(g) SO3(g)NO(g)H41.8 kJmol，下列不能说明反应达到平衡状态的是()A.气体的密度保持不变B.混合气体颜色保持不变C.SO3和NO2的体积比保持不变D.每消耗1 mol SO3的同时消耗1 mol NO2答案A解析由于该反应中各物质均为气体且前后气体体积相等，故恒压容器的体积始终保持不变，根据质量守恒，气体的密度始终保持不变，故不能判断反应是否达到平衡状态；建立平衡过程中，混合气体颜色、SO3与NO2的体积比一直变化，当它们不变时即达到了平衡状态；消耗SO3和消耗NO2的物质的量相同时，说明正、逆反应速率相等，达到了平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合判断1.下列关于化学平衡状态的理解正确的是()A.所有反应都存在平衡状态B.反应物与生成物的浓度相等C.正反应与逆反应停止进行D.正反应和逆反应的速率相等答案D考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的概念与特征2.14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有()A.14CO2 B.14CO2、14COC.14CO2、14CO、14C D.14CO答案C解析14CO2与C反应生成14CO(正反应)的同时，逆反应14CO的分解(生成14CO2和14C)也在进行，故平衡混合物中含14C的粒子有14CO2、14CO、14C。考点可逆反应题点可逆反应的特征及其应用3.(2018泰兴高级中学高二月考)可逆反应2A(g)2B(g)C(g)在恒定容积密闭容器中反应，下列选项中不能说明反应已达到平衡状态的是()A.混合气体中A与B的物质的量之比保持恒定B.容器内气体总压强不再改变的状态C.用A、B、C的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为221D.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态答案C解析因A和B分别是反应物和生成物，混合气体中A与B的物质的量之比保持恒定，说明A和B的浓度不再改变，反应达到了平衡状态，A项正确；因2A(g)2B(g)C(g)是反应前后气体体积不相等的可逆反应，容器内气体总压强不再改变，说明反应达到了平衡状态，B项正确；因未说明用A、B、C的物质的量浓度变化表示的反应速率是正反应速率还是逆反应速率，无法证明正反应速率等于逆反应速率，则不能说明反应达到了平衡状态，C项错误；因反应前后气体的质量不变，但气体的总物质的量改变，所以混合气体的平均相对分子质量改变，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时，说明反应达到了平衡状态，D项正确。考点化学平衡状态及其判断题点由化学反应速率判断化学平衡4.工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是()A.单位时间内消耗2 mol的CO同时生成2 mol的CO2B.两个HO键断裂的同时有一个HH键断裂C.反应容器内的压强不再发生变化D.混合气体的相对分子质量不发生变化答案B解析A项描述的反应速率都是v正，无法判断是否达到平衡；B项说明H2O的分解速率(v正)与H2的消耗速率(v逆)相等，即v正(H2O)v逆(H2)，能判断反应达到平衡；C项，由于该反应前后气体的物质的量不变，故压强始终不变，不能说明可逆反应达到平衡；D项，混合气体的质量不变，物质的量不变，反应前后混合气体的相对分子质量不变，故不能说明反应达到平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合判断5.(1)在一定条件下，可逆反应达到平衡状态的本质特征是_，下列关系中能说明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)已经达到平衡状态的是_。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)(2)在一定温度下的恒容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理量恒定不变：a.各物质的浓度不变，b.平衡混合物中各组分的物质的量分数或质量分数不变，c.容器内气体压强不变，d.容器内气体密度不变，e.容器内气体颜色不变。能说明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的有_；能说明反应H2(g)I2(g)2HI(g)达到平衡状态的有_；能说明反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的有_。(3)已知N2O4(g)2NO2(g)H0，现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是_。答案(1)正反应速率与逆反应速率相等C(2)abcabeabce(3)B解析(2)由于在恒容条件下发生反应，反应在反应前后气体的质量不变，因此不能用气体的密度变化来判断反应是否处于化学平衡状态。反应是一个气体体积不变的反应，反应前后气体的压强保持不变，也不能用压强的变化来判断反应是否处于平衡状态。中无有色气体，因此不能用气体的颜色变化来判断反应是否处于平衡状态。(3)B项，对于一个特定反应，H固定不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据；C项，在t1时刻，2v正(N2O4)v逆(NO2)，反应达到平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合判断对点训练题组一可逆反应1.下列反应中，属于可逆反应的是()N23H22NH3,2NH33H2N22NaHCO3Na2CO3H2OCO2，Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3CH3CH2OHCH2=CH2H2O，CH2=CH2HOHCH3CH2OH2NaCl22NaCl,2NaCl2NaCl2A.只有 B.C. D.答案A解析可逆反应是指在同一条件下既向正反应方向进行，又向逆反应方向进行的反应，符合此条件的只有。考点可逆反应题点可逆反应的概念与判断2.可逆反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在下列物质中的()A.多余的氧气中B.生成的三氧化硫中C.氧气和二氧化硫中D.二氧化硫、氧气和三氧化硫中答案D解析 18O2的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含有18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使得SO2和O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。考点可逆反应题点可逆反应的特征及其应用3.可逆反应N23H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到()A.0.1 molL1 B.0.2 molL1C.0.05 molL1 D.0.15 molL1答案B解析2 mol N2和3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则3 mol H2完全反应，生成2 mol NH3，此时NH3浓度为0.2 molL1，但由于反应是可逆反应，不能完全反应，所以NH3浓度达不到0.2 molL1。考点可逆反应题点可逆反应的特征及其应用题组二化学平衡状态的建立与特征4.在一定条件下，某容器中发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，以下叙述错误的是()A.开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零B.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零C.随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定D.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定答案B解析化学平衡建立过程中，反应物浓度逐渐减小，故正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，故逆反应速率逐渐增大，当二者相等时达到平衡状态，但都不为零。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的概念与特征5.N23H22NH3在密闭容器中反应一段时间后，达到平衡状态。则下列说法中正确的是()A.N2、H2不再化合B.N2、H2、NH3浓度不再变化C.N2、H2、NH3的质量相等D.改变条件，N2、H2、NH3的浓度也不再变化答案B解析化学平衡是动态平衡，若条件变化时平衡发生移动，N2、H2、NH3的浓度会随之改变。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的概念与特征6.密闭的烧瓶里盛放气体A，在25 时建立平衡：2A(g)B(g)H0，把烧瓶置于100 的沸水中，在建立新平衡的过程中，烧瓶内混合气体的物理量始终不变的是()A.平均相对分子质量 B.密度C.容器内的压强 D.物质的量答案B解析若反应未达到平衡，则气体的物质的量就会发生变化，容器内的压强也会发生变化；由于总质量不变，则气体的平均摩尔质量会发生变化，所以平均相对分子质量也会发生变化，A、C、D错误；由于反应混合物都是气体，在任何时刻气体的质量不变，由于烧瓶的容积不变，则根据气体的密度计算公式可知气体的密度不变，故B正确。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的概念与特征题组三化学平衡状态的判断7.一定条件下，可逆反应2A(g)B(g)3C(g)，在下列四种状态中处于平衡状态的是()选项正反应速率逆反应速率Av(A)2 molL1min1v(B)2 molL1min1Bv(A)2 molL1min1v(C)2 molL1min1Cv(A)1 molL1min1v(B)2 molL1min1Dv(A)1 molL1min1v(C)1.5 molL1min1答案D解析根据平衡状态的判断依据v正v逆知，v(A)v(B)v(C)213，即D中的反应达到平衡。考点化学平衡状态及其判断题点由化学反应速率判断化学平衡状态8.(2017泰州中学5月月度检测)可逆反应2NO2(g)2NO(g)O2(g)在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是()单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO 用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态A. B.C. D.答案A解析用不同物质的反应速率判断达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，生成O2，反应向正反应方向进行，生成NO2，反应向逆反应方向进行，且它们的速率之比等于12，能说明反应达到平衡，正确；根据的分析，错误；没有指明反应的方向，错误；NO2为红棕色气体，其余为无色气体，因此气体颜色不变，说明反应达到平衡，正确；A项正确。考点化学平衡状态及其判断题点由“变量”到“恒量”判断化学平衡状态9.(2017扬大附中期中)在一定条件下，使一定量的A和B气体混合发生2A(g)3B(g)4C(g)反应。下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是()A.各物质的浓度之比c(A)c(B)c(C)234B.混合气体中各物质的浓度相等C.单位时间内，若消耗了a mol A物质，同时也消耗了2a mol C物质D.混合气体的体积是反应开始前的答案C解析开始时不知道A、B物质的量，且平衡状态与各物质浓度之比无关，因此无法判断，A项错误；根据化学平衡状态定义，是各组分浓度保持不变，不是浓度相等，B项错误；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量数之比，C项正确；此反应是可逆反应，不能进行到底，D项错误。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合判断10.298 K时，将20 mL 3x molL1 Na3AsO3、20 mL 3x molL1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)I2(aq)2OH(aq)AsO(aq)2I(aq)H2O(l)，溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。下列不能判断反应达到平衡的是()A.溶液的pH不再变化B.v(I)2v(AsO)C.c(AsO)/c(AsO)不再变化D.c(I)2y molL1答案B解析溶液pH不变时，则c(OH)也保持不变，反应达到平衡状态；同一个化学反应，速率之比等于化学计量数之比，无论是否达到平衡，都存在v(I)2v(AsO)；c(AsO)/c(AsO)不再变化，可说明各物质的浓度不再变化，反应达到平衡状态；由图可知，当c(AsO)y molL1时，浓度不再发生变化，则达到平衡状态，由方程式可知此时c(I)2y molL1，达到平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合判断11.在一个绝热的固定容积的密闭容器中，可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qQ(g)(m、n、p、q为任意整数)达到平衡时的标志是()体系的压强不再改变体系的温度不再改变各组分的浓度不再改变各组分的质量分数不再改变反应速率vAvBvCvQmnpq单位时间内m mol A断键的同时有p mol C也断键A. B.C. D.答案C解析由于m、n、p、q的关系未知，所以压强不变不能作为平衡的标志；在整个平衡建立过程中，速率之比均等于化学计量数之比。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合判断12.在一定条件下，将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)B(g)xC(g)2D(g)。2 min末该反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的浓度为0.2 molL1。下列判断错误的是()A.x1B.2 min内A的反应速率为0.3 molL1min1C.B的转化率为50%D.若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应达到平衡状态答案C解析3A(g)B(g)xC(g)2D(g)起始(mol) 3 1 0 0转化(mol) 3a a xa 2a平衡(mol) 33a 1a xa 2a由题意得：2a0.8 mol，a0.4 mol。0.2 molL1，x1，A正确；B项，v(A)0.3 molL1min1，B正确；C项，(B)100%40%，C错误；D项，由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，气体的总物质的量只有在平衡时才保持不变，所以平均相对分子质量不变能说明该反应达到平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合考查综合强化13.一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：(1)该反应的化学方程式为_。(2)在t2时刻存在的等量关系是_，此时反应是否达到化学平衡状态？_(填“是”或“否”)。(3)在t3时刻v正_(填“”“”或“”)v逆，理由是_。答案(1)2NM(2)n(M)n(N)否(3)M和N的物质的量不再发生变化，所以反应已达到平衡状态，故v正v逆解析(1)当N减少4 mol时，M增加2 mol，所以化学方程式为2NM。(2)t2时刻，n(M)n(N)4 mol，t2时刻后，N物质的量继续减小，M物质的量继续增加，故仍未达到平衡。(3)t3时刻，M和N的物质的量均不再发生变化，所以反应已达到平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合考查14.一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和 3 mol O2，发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有3 mol SO2发生了反应。(1)反应生成了_ mol SO3，v(SO2)_。(2)平衡时SO3的浓度是_，SO2的转化率是_。(3)平衡时容器内气体的总物质的量为_ mol。(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是_(填序号)。体系内压强不再改变容器内气体的密度不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变v正(SO3)2v逆(O2)n(SO3)n(O2)n(SO2)212答案(1)30.03 molL1min1(2)0.3 molL160%(3)6.5(4)解析v(SO2)0.03 molL1min12SO2O22SO3开始： 5 mol 3 mol 0变化： 3 mol 1.5 mol 3 mol平衡： 2 mol 1.5 mol 3 mol则平衡时SO3的浓度为0.3 molL1，SO2的转化率为100%60%，平衡时混合气体的总物质的量为2 mol1.5 mol3 mol6.5 mol。(4)根据反应方程式知：中体系压强不变，说明反应已达平衡状态；中容器的体积不变，混合气体的质量不变，则反应过程中密度始终不变，密度不变不能说明反应已达平衡状态；中混合气体的总质量不变，但反应过程中混合气体的总物质的量改变，若平均相对分子质量不变，说明反应已达平衡状态；表示v正v逆，说明反应已达平衡状态；中三者的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明反应已达平衡状态。考点化学平衡状态及其判断题点化学平衡状态的综合考查15.工业上“固定”和利用CO2能有效地减轻“温室”效应，可用CO2生产燃料甲醇：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49.0 kJmol1(1)在相同温度和容积不变时，能说明该反应已达平衡状态的是_。A.n(CO2)n(H2)n(CH3OH)n(H2O)1311B.容器内压强保持不变C.H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为31D.容器内的密度保持不变(2)一定温度下，将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如图所示(实线)。图中数据a(1,6)代表的意思是：在1 min时H2的物质的量是6 mol。a点正反应速率_(填“大于”“等于”或“小于”)逆反应速率，在13 min内的平均反应速率v(H2) _。答案(1)BC(2)大于0.75 molL1min1解析(1)n(CO2)n(H2)n(CH3OH)n(H2O)1311，之后浓度可能还在变化，故A不一定达到平衡状态；该反应为反应前后压强可变的反应，压强不变时一定达到平衡状态；H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为31可知v正(H2)3v逆(CH3OH)，一定达到平衡状态；根据，从开始反应到反应达到平衡，密度不变，不能作为平衡标志，故D错误。(2)a点氢气的量在减少，故正反应速率大于逆反应速率；v(H2)0.75 molL1min1。
展开阅读全文