1、第二节第二节 化学平衡化学平衡 第第 1 1 课时课时 化学平衡状态化学平衡状态 核心素养发展目标 1.变化观念与平衡思想：从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化 学平衡是一种动态平衡。2.证据推理与模型认知：熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡 状态判断方法的思维模型。 一、化学平衡状态 1可逆反应 (1)概念：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)特征 2化学平衡状态的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N23H2 高温、高压 催化剂 2NH3 如图 1 所示， N2与 H2随着反应的进行， 其浓度逐渐减小， v正逐渐减小， 而
2、 c(NH3)逐渐增大， v逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v正v逆，反应达到平衡。 如图 2 所示，随着 NH3的分解，其浓度逐渐减小，v逆逐渐减小，而 c(N2)、c(H2)逐渐增大， v正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正v逆，反应达到平衡。 通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。 3化学平衡状态的概念 在一定条件下的可逆反应， 当正、 逆反应的速率相等时， 反应物和生成物的浓度均保持不变， 即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度” ，这时的状态我们 称为化学平衡状态，简称化学平衡。 4化学平衡状态的特征 (1)H2与 O2点燃可以
3、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)合成氨反应中，如果 N2过量，则可以使 H2完全消耗( ) (3)对于可逆反应，若加入反应物，则反应先向正反应方向进行，停止后再向逆反应方向进行 ( ) (4)只有可逆反应才存在平衡状态( ) (5)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( ) (6)化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应的速率都为 0( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1(2020 成都高二月考)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(
4、) 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 18O 2的加入定会与 SO2结合生成含 18O 的 SO 3， 同时含有 18O 的 SO 3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 SO 2、O2、SO3这三种物质中。 2可逆反应在一定条件下达到化学平衡时，下列说法正确的是( ) A正反应速率等于逆反应速率，且都为零 B反应物和生成物浓度相等 C反应体系中混合物的组成保持不变 D反应物断开化学键吸收的能量等于生成物形成化学键所放出的能量 答案 C 解析 可逆反应达到平衡时，属于动态平衡
5、，正、逆反应速率相等，但是都不为零，故 A 错 误；可逆反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度不再发生变化，各组分浓度不变，但是各 组分浓度不一定相等， 故 B 错误； 当反应体系中各混合物的组成保持不变时， 达到平衡状态， 故 C 正确；化学反应一定伴随能量变化，反应物断开化学键吸收的能量不等于生成物形成化 学键所放出的能量，故 D 错误。 3一定条件下，向 2 L 恒容密闭容器中充入 1 mol COCl2(g)，发生反应 COCl2(g)Cl2(g) CO(g)，反应过程中测得的有关数据如下表所示，下列说法不正确的是( ) t/s 0 2 4 6 8 n(Cl2)/mol 0 0.30 0
6、.39 0.40 0.40 A.6 s 之后反应到达平衡状态，容器内的压强不再随时间的延续而改变 B达到 6 s 时，反应停止，不再进行 C8 s 时，反应容器中各物质的浓度不再发生变化 D生成 Cl2的平均反应速率：v(02 s)v(24 s) 答案 B 解析 6 s 之后氯气的物质的量不再改变， 化学反应到达平衡状态， 容器内气体总物质的量保 持不变，因而压强不变，故 A 正确；6 s 时达到平衡状态，反应不会停止，仍在进行，故 B 错误；在 8 s 时是平衡状态，反应容器中各物质的浓度不再发生变化，故 C 正确；02 s 生 成氯气 0.30 mol,24 s 生成氯气 0.09 mol
7、，可知 02 s 内反应生成 Cl2的平均反应速率大， 故 D 正确。 二、化学平衡状态的判断方法 1用本质特征判断 判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即 v正v逆。 (1)同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。 (2)不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的 速率。 2用宏观特征判断 判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。 (1)各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。 (2)各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。 (3)反应物的转化率、产物的产率保持不变。 3用“总压
8、强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项 (1)恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气 体分子总数的变化，如： mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) 是否平衡 压强 当 mnpq 时，总压强一定(其他条件一定) 是 当 mnpq 时，总压强一定(其他条件一定) 不一定 混合气体的 M 当 mnpq 时， M 一定 是 当 mnpq 时， M 一定 不一定 (2)恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非 气态物质参与反应，如 关注各物质的状态 是否平衡 密度 C(s)CO2(g)2CO(g)( 一定
9、) 是 N2(g)3H2(g)2NH3(g)( 一定) 不一定 H2(g)I2(g)2HI(g)( 一定) 不一定 (1)反应物和生成物浓度相等时，化学反应达到平衡( ) (2)反应混合物中各组分的浓度之比等于化学计量数之比时，反应达到平衡( ) (3)平衡体系的颜色不变时，反应达到平衡( ) (4)绝热的恒容反应体系中温度保持不变时，反应达到平衡( ) (5)1 mol NN 断裂的同时，有 6 mol NH 形成，说明合成氨的反应达到了平衡( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 1在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应 A(s)2B(g)C(g)D(g)，当下列物 理量不
10、再发生变化时，表明反应已达平衡的是( ) 混合气体的密度 混合气体的压强 B 的物质的量浓度 混合气体的总物质的量 A B C D 答案 C 解析 该容器的体积保持不变，根据质量守恒定律知，反应前后混合气体的质量会变，所 以容器内气体的密度会变， 当容器中气体的密度不再发生变化时， 能表明达到化学平衡状态， 故正确；该反应是反应前后气体体积没有变化的反应，容器中的压强始终不发生变化，所 以压强不变不能证明达到了平衡状态，故错误；B 的物质的量浓度不变是平衡状态的特征 之一，此时能证明达到了平衡状态，故正确；该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆 反应，无论该反应是否达到平衡状态，混合气体的总物
11、质的量都不变，所以不能据此判断是 否达到平衡状态，故错误。 2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 B 解析 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。 3可逆反应：2NO2(g)2NO(g)O2(g)在恒容的密闭容器中进行，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
12、NO 用 NO2、NO、O2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 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的压强不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A B C D全部 答案 A 解析 依据 v正v逆0 判断：单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2，能说明 反应已达平衡； 描述的均是正反应速率， 无法判断； 无论反应是否达平衡， 均有此关系。 依据组成一定判断：NO2为有颜色的气体(红棕色)，颜色不变能说明反应体系中 NO2的浓 度一定，已达到平衡；因 m V，反应前后，m、V 均不变， 也不变，不能说明反应达到 平衡；
13、此反应是一个不等体反应，、均能说明反应已达平衡。 判断可逆反应是否达到平衡的方法 “双向相等， 变量不变”， 即判断可逆反应是否达到化学平衡状态， 必须是正、 逆两个方向， 且能推出 v正v逆。恒量不能作为判断平衡的标志，变量才能作为判断平衡的标志，“变量 不变”时可逆反应达到平衡。 随堂演练 知识落实 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 2可逆反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变 化来表示。下列各关系中能说明反应已达到
14、平衡状态的是( ) A3v正(N2)v正(H2) Bv正(N2)v逆(NH3) C2v正(H2)3v逆(NH3) Dv正(N2)3v逆(H2) 答案 C 解析 可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是 v正v逆，而 3v正(N2)v正(H2)并未反 映出 v正v逆的关系，即 A 项不正确。在 N2与 H2合成 NH3的反应中，v(N2)v(H2)v(NH3) 132， 分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率， 二要注意不同物质的 速率之比等于化学计量数之比。 3在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某 一时刻 SO2、O2、SO3
15、浓度分别为 0.2 mol L 1、0.1 mol L1、0.2 mol L1，达到平衡时浓度 可能是( ) ASO2、O2分别为 0.4 mol L 1、0.2 mol L1 BSO2为 0.25 mol L 1 CSO2、SO3均为 0.15 mol L 1 DSO2为 0.24 mol L 1，SO 3为 0.14 mol L 1 答案 B 解析 本题可用极限法。可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立。 A 项，0.2 mol L 1 SO 3全部转化时，SO2和 O2浓度才是 0.4 mol L 1、0.2 mol L1；B 项，SO 2 的浓度应在 00.4 mol
16、 L 1 之间； 根据 S 元素守恒， SO2和 SO3浓度之和应为 0.4 mol L 1， C、 D 两项都不正确。 4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 c(NH3)c(CO2)21 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 答案 C 解析 该反应为有固体参与的非等体积反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作为化 学反应是否达到平衡状态的标志，该题应特别注意
17、D 项，因为该反应为固体的分解反应，所 以 NH3、CO2的体积分数始终为定值，NH3为2 3，CO2 为1 3。 5恒温恒容条件下，将 2 mol A 气体和 2 mol B 气体通入体积为 2 L 的密闭容器中发生如下 反应：2A(g)B(g)xC(g)2D(s)，2 min 时反应达到平衡状态，此时剩余 1.2 mol B，并 测得 C 的浓度为 1.2 mol L 1。 (1)从开始反应至达到平衡状态，生成 C 的平均反应速率为_。 (2)x_。 (3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是_(填字母)。 A压强不再变化 B气体密度不再变化 CA 的消耗速率与 B 的消耗速率之比为
18、 21 DA 的百分含量保持不变 答案 (1)0.6 mol L 1 min1 (2)3 (3)BD 解析 (1)v(C)1.2 mol L 1 2 min 0.6 mol L 1 min1。 (2)2A(g)B(g)xC(g)2D(s) 开始/mol L 1 1 1 0 转化/mol L 1 0.8 0.4 1.2 平衡/mol L 1 0.2 0.6 1.2 由此可知，21x0.80.41.2213，所以 x3。 (3)A 项， x3， 该反应前后气体的物质的量不变， 无论反应是否达到平衡， 压强均不会变化； B 项，气体的密度不再变化，而气体的体积不变，说明气体的质量不再发生变化，由于 D 为 固体，故气体的质量不再发生变化时能说明反应已达到平衡状态；C 项，A 的消耗速率与 B 的消耗速率表示的反应方向一致， 不能说明反应已达到平衡； D 项， A 的百分含量保持不变， 说明反应已达到平衡。