課時06可逆反應化學平衡狀態(tài)（精講）-2022-2023學年高二化學精講精練（人教選擇性必修1）

第二章化學反應速率與平衡第二節(jié)化學平衡課時精講06可逆反應化學平衡狀態(tài)【目標導航】1．了解可逆反應的含義及其特點。2．了解化學平衡的建立過程，掌握化學平衡狀態(tài)的特征。3．學會平衡狀態(tài)的判斷方法?！局R導圖】一、可逆反應1．定義在同一條件下既可以向正反應方向進行，同時又可以向逆反應方向進行的化學反應。2．特點(1)二同：①相同條件下；②正、逆反應同時進行。(2)一小：反應物與生成物同時存在，任一組分的轉化率都小于100%。3．表示在方程式中反應符號用“”表示。二、化學平衡的概念1．概念：在一定條件下的可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，反應物和生成物的濃度不再發(fā)生變化的狀態(tài)。2．化學平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動、定、變。三、化學平衡及建立1．定義：對于可逆反應，在同一條件下既可以向正反應方向進行同時又能向逆反應方向進行，反應物不能完全轉化為生成物，即可逆反應有一定的限度。2．化學平衡的建立反應開始(t=0)時，c反應物最大，c生成物=0，即v正最大，v逆=0。隨著反應的進行，即t>0時，v正減小，v逆增大，在坐標圖上表示為當可逆反應進行到一定程度時，c反應物、c生成物不再發(fā)生改變，即v正=v逆，反應達到化學平衡狀態(tài)。3．化學平衡的建立方向(1)正反應方向建立平衡，v正減小，v逆增大，v正=v逆時達到平衡。(2)逆反應方向建立平衡，v正增大，v逆減小，v正=v逆時達到平衡。例如，一定條件下，把一定量的H2和N2充入恒容密閉容器中，在催化劑作用下發(fā)生反應N2+3H22NH3，從反應開始到平衡過程中，各物質的濃度變化如圖(a)所示；同理，一定條件下，充入一定量的NH3發(fā)生分解反應，隨著反應的進行，各物質的濃度變化如圖(b)所示。四、化學平衡狀態(tài)的判斷方法1．用本質特征判斷判斷依據：正反應速率與逆反應速率相等，即v正＝v逆。(1)同一種物質：該物質的生成速率等于它的消耗速率。(2)不同的物質：速率之比等于化學方程式中各物質的化學計量數(shù)之比，但必須是不同方向的速率。2．用宏觀特征判斷判斷依據：反應混合物中各組成成分的濃度、含量保持不變。(1)各組成成分的質量、物質的量、分子數(shù)、體積(氣體)、物質的量濃度均保持不變。(2)各組成成分的質量分數(shù)、物質的量分數(shù)、氣體的體積分數(shù)均保持不變。(3)反應物的轉化率、產物的產率保持不變。【小試牛刀】判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)可逆反應是指在同一條件下能同時向正、逆兩個方向進行的反應()(2)Cl2與水的反應是不可逆反應()(3)NH3和HCl生成NH4Cl與NH4Cl分解生成NH3和HCl互為可逆反應()(4)電解水是氫氣在氧氣中燃燒的逆反應()(5)所有的化學反應都存在化學平衡狀態(tài)()(6)平衡時反應已經達到最大限度，反應停止了()(7)平衡時各組分的濃度相等()×(8)化學平衡狀態(tài)是一種動態(tài)平衡()【答案】(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8√考點一可逆反應【例1】在固定容積的密閉容器中進行反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，已知反應過程中某一時刻SO2、O2、SO3的濃度分別為0.2mol·L-1、0.1mol·L-1、0.2mol·L-1，達到平衡時濃度可能是()A．SO2、O2分別為0.4mol·L-1、0.2mol·L-1B．SO2為0.25mol·L-1C．SO2、SO3均為0.15mol·L-1D．SO2為0.24mol·L-1，SO3為0.14mol·L-1【答案】B【解析】可逆反應不可能進行到底，假設反應由正反應或逆反應開始建立。A項，0.2mol·L-1SO3全部轉化時，SO2和O2的濃度分別是0.4mol·L-1、0.2mol·L-1；B項，SO2的濃度應在0~0.4mol·L-1之間；根據S元素守恒，SO2和SO3濃度之和應為0.4mol·L-1，C、D兩項都錯誤。【解題技法】化學平衡狀態(tài)具有的“五大特征”(1)逆：指化學平衡狀態(tài)只適用于可逆反應，同一可逆反應，在同一條件下，無論反應從正反應方向開始還是從逆反應方向開始，或同時從正、逆反應方向開始，以一定的配比投入反應物或生成物，則可以達到相同的平衡狀態(tài)。(2)動：指動態(tài)平衡，即化學反應處于平衡狀態(tài)時，正、逆反應并未停止，仍在進行，只是正、逆反應速率相等。(3)等：指“v正＝v逆≠0”。即某一物質在單位時間內消耗的物質的量濃度和生成的物質的量濃度相等，也可以用不同物質的化學反應速率表示該反應的正、逆反應速率相等。(4)定：指參加反應的各組分的含量保持不變，即各組分的濃度、質量分數(shù)、體積分數(shù)(有氣體參加的可逆反應)、反應物的轉化率等均保持不變。(5)變：指平衡移動?？赡娣磻钠胶鉅顟B(tài)是相對的、暫時的，當外界某一條件改變時，原平衡被破壞，化學平衡向著減弱這種改變的方向移動，在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)?！緦c訓練1】一定條件下，對于可逆反應X(g)+3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始濃度分別為c1、c2、c3(均不為零)，達到平衡時，X、Y、Z的濃度分別為0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1。下列判斷正確的是()A．c1∶c2=3∶1B．達到平衡時，Y和Z的生成速率之比為2∶3C．X、Y的轉化率不相等D．c1的取值范圍為0<c1<0.14mol·L-1【答案】D【解析】平衡濃度之比為1∶3，轉化濃度之比也為1∶3，故c1∶c2=1∶3，A、C兩項不正確；速率之比等于化學計量數(shù)之比，達到平衡時，vY(生成)∶vZ(生成)=3∶2，B項不正確；由可逆反應的特點可知0<c1<0.14mol·L-1，D項正確?？键c二化學平衡狀態(tài)【例2】已知：X(g)+2Y(g)3Z(g)ΔH=-akJ·mol-1(a>0)下列說法不正確的是()A．升高反應溫度，正、逆反應速率均增大B．達到化學平衡時，X、Y、Z的質量不再發(fā)生變化C．達到化學平衡時，反應放出的總熱量可達akJD．X和Y充分反應生成Z的物質的量不可能達到3mol【答案】D【解析】A項，升高反應溫度，正、逆反應速率均增大，正確；B項，達到化學平衡時，正、逆反應速率相等，X、Y、Z的質量不再發(fā)生變化，正確；C項，達到化學平衡時，如果消耗1molX，則反應放出的總熱量可達akJ，正確；D項，如果X和Y的起始量比較多，X和Y充分反應生成Z的物質的量可能達到3mol，錯誤?！窘忸}技法】對于可逆反應，在同一條件下既可以向正反應方向進行同時又能向逆反應方向進行，反應物不能完全轉化為生成物，即可逆反應有一定的限度?；瘜W平衡的建立的過程如下：反應開始時，也就是t＝0時，c反最大，c生＝0，即v(正)最大，v(逆)＝0。隨著反應的進行，也就是t>0時，v(正)減小，v(逆)增大，在坐標圖上表示為當可逆反應進行到一定程度時，c反、c生不再發(fā)生改變，即v(正)＝v(逆)，反應達到化學平衡狀態(tài)?！緦c訓練2】在一定條件下，使SO2和O2在一密閉容器中進行反應，下列說法中不正確的是()A．隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，最后為零B．隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，最后不變C．隨著反應的進行，逆反應速率逐漸增大，最后不變D．反應開始時，正反應速率最大，逆反應速率為零【答案】A【解析】SO2和O2在密閉容器中開始發(fā)生反應時，反應物濃度最大，具有最大的正向速率，隨著反應的進行，反應物濃度減小，生成物濃度增大，正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，當正、逆反應速率相等時，達到化學平衡狀態(tài)，但正、逆反應速率均不為零?？键c三化學平衡狀態(tài)的標志【例3】在一個不傳熱的固定容積的密閉容器中發(fā)生可逆反應：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)(m、n、p、q為任意整數(shù))下列不能作為達到平衡狀態(tài)的標志的是()A．單位時間內有mmolA消耗，同時有pmolC生成B．體系的溫度不再改變C．各組分的濃度不再改變D．各組分的質量分數(shù)不再改變【答案】A【解析】A項均指正反應速率，不能作為達到平衡狀態(tài)的標志，平衡狀態(tài)的直接標志是各組分的濃度不再改變，則各組分的質量分數(shù)不再改變，C、D兩項能作為達到平衡狀態(tài)的標志；間接標志是體系的溫度不再改變，故B項能作為達到平衡狀態(tài)的標志。【解題技法】化學平衡狀態(tài)的標志1．直接標志(1)反應速率關系：v正=v逆(指瞬時速率)對于同一物質而言，該物質的生成速率等于它的消耗速率；對于不同物質而言，反應速率之比等于化學方程式中的化學計量數(shù)之比，但必須是不同方向的反應速率。(2)含量關系：反應體系中各組分的濃度、質量分數(shù)、物質的量、物質的量分數(shù)等保持不變。2．間接標志(1)反應物的轉化率保持不變。(2)各物質的物質的量不隨時間的改變而改變。(3)各氣體的體積不隨時間的改變而改變。以反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)為例來說明：A．混合物體系中各成分的含量①各物質的物質的量、質量或物質的量分數(shù)、質量分數(shù)一定——平衡②各氣體的體積或體積分數(shù)一定——平衡③總體積、總壓強、總物質的量一定——不一定平衡B．正、逆反應速率的關系①在單位時間內消耗了mmolA，同時也生成了mmolA，即v正=v逆——平衡②在單位時間內消耗了nmolB的同時消耗了pmolC，即v正=v逆——平衡③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆(平衡與否該式都成立)——不一定平衡④在單位時間內生成了nmolB的同時消耗了qmolD，v正不一定等于v逆——不一定平衡C．壓強①m+n≠p+q時，總壓強一定(恒溫恒容)——平衡②m+n=p+q時，總壓強一定(恒溫恒容)——不一定平衡D．混合氣體的平均相對分子質量(Mr①當m+n≠p+q時，Mr一定——②當m+n=p+q時，Mr一定——e.溫度：任何化學反應都伴隨著能量變化，當體系溫度一定時(絕熱裝置，其他條件不變)——平衡f.氣體的密度(ρ)，密度(ρ=mV)一定——g.顏色：反應體系內有色物質的顏色穩(wěn)定不變——平衡3．用“總壓強、混合氣體的密度、平均摩爾質量”判斷平衡狀態(tài)的注意事項(1)恒溫恒容條件下，用“總壓強、平均摩爾質量”判斷平衡狀態(tài)時，要特別關注反應前后氣體分子總數(shù)的變化，如：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)是否平衡壓強當m＋n≠p＋q時，總壓強一定(其他條件一定)是當m＋n＝p＋q時，總壓強一定(其他條件一定)不一定混合氣體的eq\x\to(M)當m＋n≠p＋q時，eq\x\to(M)一定是當m＋n＝p＋q時，eq\x\to(M)一定不一定(2)恒溫恒容條件下，用“混合氣體的密度”判斷平衡狀態(tài)時，要特別關注反應前后是否有非氣態(tài)物質參與反應，如：關注各物質的狀態(tài)是否平衡密度ρC(s)＋CO2(g)2CO(g)(ρ一定)是N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(ρ一定)不一定H2(g)＋I2(g)2HI(g)(ρ一定)不一定【對點訓練3】在恒溫下的密閉容器中，有可逆反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH＜0，不能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是()A．正反應生成NO2的速率和逆反應生成O2的速率相等B．反應器