新苏教版高中化学选择性必修1学案：2.2.2 化学平衡状态

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第二课时化学平衡状态课程标准要求1.了解化学反应的可逆性，认识化学变化有一定限度。2.了解化学平衡建立的过程，理解化学平衡的特征。3.学会平衡状态的判断方法，建立化学平衡状态判断的思维模型。一、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化学反应。2.表示方法可逆反应化学方程式常用“”连接，把从左向右进行的反应称为正反应，把从右向左进行的反应称为逆反应。3.特点(1)同一条件下，正反应和逆反应同时发生、同时存在。(2)反应不能进行到底，反应物不能实现完全转化。(3)反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存于同一反应体系。(4)反应达到限度时，反应仍在进行，没有停止。【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)H2与O2点燃可以生成水，电解水又可以生成H2与O2，所以两个反应是可逆反应。()(2)二次电池充、放电发生的反应为可逆反应。()(3)可逆反应不能完全进行，存在一定的限度。()(4)已知N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3，若1molN2与3molH2充分反应，可得到2molNH3。()答案(1)×(2)×(3)√(4)×二、化学平衡状态1.化学平衡的建立(1)化学平衡的建立过程在一定条件下，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：(2)平衡建立过程中的浓度－时间图像和速率－时间图像2.化学平衡状态当外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物和生成物的浓度不再随时间而发生变化，称之为化学平衡状态。3.化学平衡状态的特征【微自测】2.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反应物和生成物的浓度相等。()(4)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)×一、化学平衡状态的建立1.化学平衡状态既可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立，或者同时从正、逆反应方向建立。2.极端假设法确定各物质的浓度范围利用极端假设法判断可逆反应物质的浓度范围，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。以反应X2(g)＋Y2(g)2Z(g)为例。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)。1.如图是可逆反应X＋3Y2Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是()A.t2～t3时，各物质的浓度不再发生变化B.t2时，反应未达到限度C.t2～t3时，反应已停止进行D.t1时，反应只向正反应方向进行答案A解析t2～t3时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，各物质的浓度不再发生变化，A正确；t2时，正、逆反应的速率相等，反应达到平衡状态，即反应达到限度，B错误；t2～t3时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，但反应速率不为0，反应没有停止，C错误；t1时，正、逆反应速率均不为0，反应向正反应方向进行的同时也向逆反应方向进行，D错误。2.在一密闭容器中进行反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.6mol·L－1、0.3mol·L－1、0.6mol·L－1，当反应至正、逆反应速率相等时，可能存在的状态是()A.SO2为1.2mol·L－1、O2为0.6mol·L－1B.SO2为0.75mol·L－1C.SO2、SO3均为0.45mol·L－1D.SO3为1.2mol·L－1答案B解析由题意可知若SO3全部转化为SO2和O2，则SO2、O2的浓度分别为1.2mol·L－1、0.6mol·L－1；而若SO2和O2全部化合成SO3，则SO3的浓度为1.2mol·L－1。因为该反应是可逆反应，三种物质必须同时存在(即可逆反应中的物质均不可能100%转化)，因此，体系中SO3、SO2、O2的浓度范围分别是0～1.2mol·L－1、0～1.2mol·L－1、0～0.6mol·L－1，很显然，A、D是不可能的；根据硫原子守恒，C项表示SO2和SO3同时消耗而减少，这是绝对不可能的。二、化学平衡状态的判断判断化学平衡状态的标志(1)直接标志——“正、逆相等”①v正＝v逆a.同一种物质的生成速率等于消耗速率；b.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比；c.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。d.对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。②各组分的质量、物质的量浓度保持一定a.各组分的质量、物质的量浓度不随时间的改变而改变；b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。(2)间接标志——“变量不变”①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于等温、等体积反应前后气体体积不等的反应)。②反应体系中的总物质的量不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。③对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。3.一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)ΔH＝－41.8kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是()A.体系压强保持不变B.混合气体颜色保持不变C.SO3和NO的体积比保持不变D.每消耗1molSO3的同时生成1molNO2答案B解析由于该反应为反应前后气体体积相等的反应，体系的压强始终保持不变，故压强不变反应不一定达到平衡，A项错误；SO3与NO的体积比始终保持1∶1，C项错误；消耗SO3和生成NO2同为反应的逆方向，D项错误。4.在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________。(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。答案(1)①③④⑦(2)⑤⑦(3)①③④⑤⑦(4)①②③④⑦(5)①②③(6)②④⑦1.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)，此反应不一定达到平衡的是()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∶2D.单位时间内生成1molO2，同时生成2molNO2答案C解析A项，该反应前后气体体积减小，当容器内压强不随时间变化时，必达到平衡；B项，浓度不变时，一定为平衡状态；C项，其比例是化学方程式中的化学计量数之比，不能反映各组分的量已固定，所以，不一定是平衡状态；D项，O2的生成是逆向反应，NO2的生成是正向反应，比例1∶2与化学方程式中的化学计量数相符，必是平衡状态。2.下列叙述中可以说明反应：P(g)＋Q(g)R(g)＋S(g)在恒温下已达平衡状态的是()A.反应容器内压强不随时间变化B.P和S的生成速率相等C.反应容器内P、Q、R、S四者共存D.反应容器内气体总物质的量不随时间而变化答案B解析该反应是气体体积不变的反应，反应过程中气体的压强始终不变，所以压强不能作为判断化学平衡状态的依据，A项错误；P为反应物、S为生成物，P和S的生成速率相等时，表示正、逆反应速率相等，达到了平衡状态，B项正确；任何可逆反应，反应物和生成物一定会共存，所以反应容器内P、Q、R、S四者共存，无法判断是否达到平衡状态，C项错误；反应方程式两边气体的体积不变，气体的总物质的量始终不变，所以气体的总物质的量不能作为判断化学平衡状态的依据，D项错误。3.一定条件下，A、B、C的起始浓度分别是0.5mol·L－1、0.1mol·L－1、1.6mol·L－1，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)＝1.0mol·L－1c(B)＝0.2mol·L－1B.c(B)＝0.5mol·L－1c(C)＝1.2mol·L－1C.c(A)＝0.4mol·L－1c(C)＝1.8mol·L－1D.c(A)＝0.9mol·L－1c(B)＝0.5mol·L－1答案D解析eq\a\vs4\ac\hs10\co6(,A（g）,＋,B（g）,,2C（g）,起始（mol·L－1）,0.5,,0.1,,1.6,正向极值转化（mol·L－1）,0.4,,0,,1.8,逆向极值转化（mol·L－1）,1.3,,0.9,,0)达到平衡状态时：0.4mol·L－1＜c(A)＜1.3mol·L－1，0＜c(B)＜0.9mol·L－1，0＜c(C)＜1.8mol·L－1，C项错误；如果c(A)＝1.0mol·L－1，A增加0.5mol·L－1，则c(B)＝0.6mol·L－1，A项错误；如果c(B)＝0.5mol·L－1，则C减少0.8mol·L－1，则c(C)＝0.8mol·L－1，B项错误；如果c(A)＝0.9mol·L－1，A增加0.4mol·L－1，则c(B)＝0.5mol·L－1，D项正确。4.已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g)ΔH＝－akJ·mol－1(a＞0)。下列说法不正确的是()A.0.1molX和0.2molY充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3molB.达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度不再发生变化C.达到化学平衡状态时，反应放出的总热量不变D.升高反应温度，逆反应速率增大、正反应速率减小答案D解析反应属于可逆反应，则0.1molX和0.2molY充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3mol，A项正确；达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，X、Y、Z的浓度不再发生变化，B项正确；该反应为放热反应，达到化学平衡状态时，处于动态平衡，则反应放出的总热量保持不变，C项正确；升高反应温度，正、逆反应速率均增大，D项错误。5.在2L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/s012345n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007(1)图中表示NO2的浓度变化的曲线是________。用O2表示0～2s内该反应的平均反应速率v＝________。(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________。A.v(NO2)＝2v(O2)B.容器内气体总的物质的量保持不变C.v逆(NO)＝2v正(O2)D.容器内密度保持不变答案(1)b1.5×10－3mol·L－1·s－1