2017-2018学年高中化学 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.doc

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：N23H22NH3、Cl2H2OHClHClO、2SO2O22SO3。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()AH2Cl22HCl与2HClH2Cl2BH2SO4(浓)2HBr=2H2OBr2SO2与Br2SO22H2O=2HBrH2SO4C2NO2=N2O4与N2O4=2NO2D2SO2O22SO3与2SO3 2SO2O2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N23H22NH3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B3v正(B)2v逆(C)C混合气体密度不再变化D消耗1 mol A的同时生成2 mol C解析：选CA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)32，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1 mol A的同时，任何时间都生成2 mol C，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n mol A2的同时生成n mol ABB容器内的总压强不随时间变化C单位时间内生成2n mol AB的同时生成n mol B2D单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol B2E容器内A2、B2、AB的物质的量之比是112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n mol AB必消耗 mol A2，即单位时间内生成 mol A2的同时生成n mol AB，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2n mol AB时，消耗了n mol A2和n mol B2，说明反应处于平衡状态；D项，只知道单位时间生成n mol A2和n mol B2，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、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：.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)ABCD等效说明2 mol1 mol00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4 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 mol.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)ABCD等效说明2 mol1 mol00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4 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 mol.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)ABCD等效说明2 mol1 mol00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4 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 mol3.建立(1)外界条件相同：通常可以是恒温、恒容，恒温、恒压。 (2)平衡状态只与始态有关，而与途径无关。即：无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始；投料是一次还是分成几次；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：()A和B的起始浓度均为2 molL1；()C和D的起始浓度分别为2 molL1和6 molL1。下列叙述正确的是()A()和()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，()途径混合气体密度为()途径混合气体密度的2倍C()和()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，()途径的反应速率v(A)等于()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，()和()是等效平衡，平衡时()中各气体的物质的量是()中的2倍，A、B错误，C项正确。平衡时，()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) 2 mol 2 mol00 0 02 mol6 mol 下列叙述正确的是()A、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、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，途径所用的时间与途径所用的时间相同D达到平衡时，途径混合气体密度等于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、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2 mol SO2和1 mol O2，达平衡后，生成a mol SO3；若开始时放入x mol SO2、2 mol O2和2 mol SO3，达平衡后，SO3的物质的量是3a mol，则x为()A1 molB2 molC3 mol D4 mol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3a mol，相当于开始加入的反应物是最初的3倍(即6 mol SO2和3 mol O2)，2 mol SO3相当于2 mol SO2和1 mol O2，所以必须再加入4 mol SO2，即x4。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1 mol H2和2 mol Br2时，达到平衡后生成a mol HBr(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)H2Br2HBr120a24010.5amg(g2m)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。 因为标准项中n(H2起始)n(Br2起始)n(HBr平衡)12a，将n(H2起始)2 mol，n(Br2起始)4 mol，代入上式得n(HBr平衡)2a。参照标准项可知，n(HBr平衡)0.5a mol，需要n(H2起始)0.5 mol，n(Br2起始)1 mol，n(HBr起始)0 mol。而现在的起始状态，已有1 mol HBr，通过等价转换以后，就相当于起始时有0.5 mol H2和0.5 mol Br2的混合物，为使n(H2起始)n(Br2起始)12，则需要再加入0.5 mol Br2即可，故起始时H2和Br2的物质的量应为0 mol和0.5 mol。 设起始时HBr的物质的量为x mol，转换成H2和Br2后，则H2和Br2的总量分别为(mx/2)mol和(gx/2)mol，根据(mx/2)(gx/2)12解得x2(g2m)，设平衡时HBr的物质的量为y mol，则有1a(mx/2)y，解得 ya(gm)。答案：2a00.52(g2m)a(gm) 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()ACuCl2CuCl2，CuCl2CuCl2BNH3CO2H2O=NH4HCO3，NH4HCO3NH3CO2H2OCH2与I2在加热时生成HI，同时HI又分解出H2和I2D2AgBr22AgBr,2AgBr2AgBr2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2SO2O22SO3一定达到平衡状态的是()消耗2 mol SO2的同时生成2 mol SO3SO2、O2与SO3的物质的量之比为212反应混合物中SO3的浓度不再改变ABC只有 D只有解析：选C不论是否平衡状态，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，不一定是平衡状态；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0B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)。单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂百分含量w(HI)w(I2)反应速率v(H2)v(I2)v(HI)c(HI)c(H2)c(I2)211温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化温度和体积一定时，容器内压强不再变化条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化(2)在上述的说法中能说明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：v(正)2wC 1.00.51.50.5等效于2100wD21 31等效于42002wE21 32等效于42 012wD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w mol，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Bv正(CO)v逆(H2O)C生成n mol CO的同时生成n mol H2D1 mol HH键断裂的同时断裂2 mol HO键解析：选C不论反应达到平衡，还是未达到平衡，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。 3一定条件下，将A、B、C三种物质各1 mol通入一个密闭容器中发生反应：2AB2C，达到平衡时，B的物质的量可能是()A1.5 mol B1 molC0.5 mol D0解析：选B若A完全反应，达平衡时B的物质的量为0.5 mol，若C完全反应，达平衡时B为1.5 mol，但反应为可逆反应，不能进行到底，故0.5 moln平(B)容器中SO2的转化率与容器中SO3的转化率之和小于1A BC D解析：选C容器中反应向正反应方向进行，又因正反应为放热反应，温度升高；容器中保持恒温，故中温度高于中，则平衡常数不同，错误；容器、中开始时反应速率相同，反应过程中由于容器中压强大于中则反应速率大于，错误；此反应的逆反应2SO3(g)2SO2(g)O2(g)为反应前后气体体积增大的反应，加入2 mol SO3时平衡右移达到平衡时，压强增大；而相当于此时体积增大，直到保持恒温恒压，平衡继续右移，故中SO3的转化率小于中SO3的转化率，故SO3的体积分数：，正确；若容器为恒温恒容，则与容器等效，容器中SO2的转化率与容器中SO3的转化率之和等于1，由于容器为绝热恒容，温度升高，平衡逆向移动，使SO2的转化率减小，故容器中SO2的转化率与容器中SO3的转化率之和小于1，正确。7将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是()A2v(NH3)v(CO2)B密闭容器中总压强不变C密闭容器中混合气体的密度不变D密闭容器中氨气的体积分数不变解析：选BCA没有指明正、逆反应速率，不能判断是否达到平衡，错误；B该反应前后的n(气体)0，当总压强始终保持不变时，反应达到平衡，正确；C随反应进行，混合气体的质量增大，容器的容积不变，混合气体的密度增大，当密度不再变化，说明达到平衡状态，正确；D反应混合气体只有氨气与二氧化碳，二者物质的量之比始终为21，氨气的体积分数始终不变，不能说明达到平衡状态，错误。8在体积均为1.0 L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉，再分别加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2，在不同温度下反应CO2(g)C(s)2CO(g)达到平衡，平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如下图所示(图中、点均处于曲线上)。下列说法正确的是()A反应CO2(g)C(s)=2CO(g)的S0、H2p总(状态)C体系中c(CO)：c(CO，状态)v逆(状态)解析：选BCA选项，由图像知，温度越高，二氧化碳的量越少，所以该反应的正反应为吸热反应，即H0，所以错误。B选项，设状态和状态时二氧化碳的物质的量浓度为x，则状态时容器内一氧化碳气体的物质的量为2(1x)，即此时该容器中气体的物质的量之和为x2(1x)2x；状态时容器内一氧化碳的物质的量为2(2x)，即此时该容器中气体的物质的量为x2(2x)4x2(2)，因此p总(状态)2p总(状态)，所以正确。C选项，状态相当于状态体积缩小一半后的状态，如果体积缩小一半，平衡不移动，则c(CO，状态)2c(CO，状态)，但体积压缩的过程中，平衡向左移动，因此c(CO，状态)2c(CO，状态)，所以正确。D选项，状态的温度比状态的温度高，温度高反应速率快，因此v逆(状态)v逆(状态)，所以错误。三、非选择题9在2 L密闭容器内，800 时反应2NO(g)O2(g)=2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表：时间(s)012345n(NO)/mol0.020.0100.0080.0070.0070.007(1)上图表示NO2的浓度变化的曲线是_。用O2表示从02 s内该反应的平衡速率v_。(2)能说明该反应已达到平衡状态的是_。Av(NO2)2v(O2)B容器内压强保持不变Cv逆(NO)2v正(O2)D容器内密度保持不变解析：该反应达平衡时，n(NO)0.007 mol，此时n(NO2)0.013 mol，其浓度变化量为0.006 5 molL1，所以表示NO2浓度变化的曲线是b。在(2)中，A表示是同一方向的速率，在任何时候都成立，而D中容器的体积及气体的总质量都不变，气体的密度也始终不变。答案：(1)b1.5103 molL1s1(2)BC10一定温度下，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解析：v(SO2)0.03 molL1min12SO2O22SO3开始： 5 mol3 mol0变化： 3 mol1.5 mol3 mol平衡： 2 mol1.5 mol3 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。答案：(1)30.03 molL1min1(2)0.3 molL160%(3)6.5(4)