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

第二章化學(xué)反應(yīng)速率與平衡第二節(jié)化學(xué)平衡課時精講06可逆反應(yīng)化學(xué)平衡狀態(tài)【目標導(dǎo)航】1．了解可逆反應(yīng)的含義及其特點。2．了解化學(xué)平衡的建立過程，掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征。3．學(xué)會平衡狀態(tài)的判斷方法。【知識導(dǎo)圖】一、可逆反應(yīng)1．定義在同一條件下既可以向正反應(yīng)方向進行，同時又可以向逆反應(yīng)方向進行的化學(xué)反應(yīng)。2．特點(1)二同：①相同條件下；②正、逆反應(yīng)同時進行。(2)一小：反應(yīng)物與生成物同時存在，任一組分的轉(zhuǎn)化率都小于100%。3．表示在方程式中反應(yīng)符號用“”表示。二、化學(xué)平衡的概念1．概念：在一定條件下的可逆反應(yīng)進行到一定程度時，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再發(fā)生變化的狀態(tài)。2．化學(xué)平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動、定、變。三、化學(xué)平衡及建立1．定義：對于可逆反應(yīng)，在同一條件下既可以向正反應(yīng)方向進行同時又能向逆反應(yīng)方向進行，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，即可逆反應(yīng)有一定的限度。2．化學(xué)平衡的建立反應(yīng)開始(t=0)時，c反應(yīng)物最大，c生成物=0，即v正最大，v逆=0。隨著反應(yīng)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(yīng)進行到一定程度時，c反應(yīng)物、c生成物不再發(fā)生改變，即v正=v逆，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)。3．化學(xué)平衡的建立方向(1)正反應(yīng)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(yīng)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(yīng)N2+3H22NH3，從反應(yīng)開始到平衡過程中，各物質(zhì)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(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，各物質(zhì)的濃度變化如圖(b)所示。四、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法1．用本質(zhì)特征判斷判斷依據(jù)：正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，即v正＝v逆。(1)同一種物質(zhì)：該物質(zhì)的生成速率等于它的消耗速率。(2)不同的物質(zhì)：速率之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)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(jù)：反應(yīng)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(zhì)量、物質(zhì)的量、分子數(shù)、體積(氣體)、物質(zhì)的量濃度均保持不變。(2)各組成成分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、氣體的體積分數(shù)均保持不變。(3)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物的產(chǎn)率保持不變?！拘≡嚺５丁颗袛嗾`(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)可逆反應(yīng)是指在同一條件下能同時向正、逆兩個方向進行的反應(yīng)()(2)Cl2與水的反應(yīng)是不可逆反應(yīng)()(3)NH3和HCl生成NH4Cl與NH4Cl分解生成NH3和HCl互為可逆反應(yīng)()(4)電解水是氫氣在氧氣中燃燒的逆反應(yīng)()(5)所有的化學(xué)反應(yīng)都存在化學(xué)平衡狀態(tài)()(6)平衡時反應(yīng)已經(jīng)達到最大限度，反應(yīng)停止了()(7)平衡時各組分的濃度相等()×(8)化學(xué)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(yīng)【例1】在固定容積的密閉容器中進行反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，已知反應(yīng)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(yīng)不可能進行到底，假設(shè)反應(yīng)由正反應(yīng)或逆反應(yīng)開始建立。A項，0.2mol·L-1SO3全部轉(zhuǎn)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(yīng)在0~0.4mol·L-1之間；根據(jù)S元素守恒，SO2和SO3濃度之和應(yīng)為0.4mol·L-1，C、D兩項都錯誤?！窘忸}技法】化學(xué)平衡狀態(tài)具有的“五大特征”(1)逆：指化學(xué)平衡狀態(tài)只適用于可逆反應(yīng)，同一可逆反應(yīng)，在同一條件下，無論反應(yīng)從正反應(yīng)方向開始還是從逆反應(yīng)方向開始，或同時從正、逆反應(yīng)方向開始，以一定的配比投入反應(yīng)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(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時，正、逆反應(yīng)并未停止，仍在進行，只是正、逆反應(yīng)速率相等。(3)等：指“v正＝v逆≠0”。即某一物質(zhì)在單位時間內(nèi)消耗的物質(zhì)的量濃度和生成的物質(zhì)的量濃度相等，也可以用不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率表示該反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率相等。(4)定：指參加反應(yīng)的各組分的含量保持不變，即各組分的濃度、質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)(有氣體參加的可逆反應(yīng))、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等均保持不變。(5)變：指平衡移動。可逆反應(yīng)的平衡狀態(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(xué)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)。【對點訓(xùn)練1】一定條件下，對于可逆反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xué)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(yīng)的特點可知0<c1<0.14mol·L-1，D項正確?？键c二化學(xué)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(yīng)溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大B．達到化學(xué)平衡時，X、Y、Z的質(zhì)量不再發(fā)生變化C．達到化學(xué)平衡時，反應(yīng)放出的總熱量可達akJD．X和Y充分反應(yīng)生成Z的物質(zhì)的量不可能達到3mol【答案】D【解析】A項，升高反應(yīng)溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大，正確；B項，達到化學(xué)平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等，X、Y、Z的質(zhì)量不再發(fā)生變化，正確；C項，達到化學(xué)平衡時，如果消耗1molX，則反應(yīng)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(yīng)生成Z的物質(zhì)的量可能達到3mol，錯誤?！窘忸}技法】對于可逆反應(yīng)，在同一條件下既可以向正反應(yīng)方向進行同時又能向逆反應(yīng)方向進行，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，即可逆反應(yīng)有一定的限度?；瘜W(xué)平衡的建立的過程如下：反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)?！緦c訓(xùn)練2】在一定條件下，使SO2和O2在一密閉容器中進行反應(yīng)，下列說法中不正確的是()A．隨著反應(yīng)的進行，正反應(yīng)速率逐漸減小，最后為零B．隨著反應(yīng)的進行，正反應(yīng)速率逐漸減小，最后不變C．隨著反應(yīng)的進行，逆反應(yīng)速率逐漸增大，最后不變D．反應(yīng)開始時，正反應(yīng)速率最大，逆反應(yīng)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(yīng)時，反應(yīng)物濃度最大，具有最大的正向速率，隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，正反應(yīng)速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率逐漸增大，當正、逆反應(yīng)速率相等時，達到化學(xué)平衡狀態(tài)，但正、逆反應(yīng)速率均不為零?？键c三化學(xué)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(yīng)：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(nèi)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(zhì)量分數(shù)不再改變【答案】A【解析】A項均指正反應(yīng)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(zhì)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?！窘忸}技法】化學(xué)平衡狀態(tài)的標志1．直接標志(1)反應(yīng)速率關(guān)系：v正=v逆(指瞬時速率)對于同一物質(zhì)而言，該物質(zhì)的生成速率等于它的消耗速率；對于不同物質(zhì)而言，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比，但必須是不同方向的反應(yīng)速率。(2)含量關(guān)系：反應(yīng)體系中各組分的濃度、質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量、物質(zhì)的量分數(shù)等保持不變。2．間接標志(1)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率保持不變。(2)各物質(zhì)的物質(zhì)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(yīng)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(zhì)的物質(zhì)的量、質(zhì)量或物質(zhì)的量分數(shù)、質(zhì)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(zhì)的量一定——不一定平衡B．正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系①在單位時間內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhì)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(xué)反應(yīng)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(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)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(zhì)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(zhì)量”判斷平衡狀態(tài)時，要特別關(guān)注反應(yīng)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(guān)注反應(yīng)前后是否有非氣態(tài)物質(zhì)參與反應(yīng)，如：關(guān)注各物質(zhì)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(xùn)練3】在恒溫下的密閉容器中，有可逆反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH＜0，不能說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是()A．正反應(yīng)生成NO2的速率和逆反應(yīng)生成O2的速率相等B．反應(yīng)器