新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1學(xué)案：2.2.2 化學(xué)平衡狀態(tài)

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第二課時(shí)化學(xué)平衡狀態(tài)課程標(biāo)準(zhǔn)要求1.了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性，認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有一定限度。2.了解化學(xué)平衡建立的過(guò)程，理解化學(xué)平衡的特征。3.學(xué)會(huì)平衡狀態(tài)的判斷方法，建立化學(xué)平衡狀態(tài)判斷的思維模型。一、可逆反應(yīng)1.含義在相同條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。2.表示方法可逆反應(yīng)化學(xué)方程式常用“”連接，把從左向右進(jìn)行的反應(yīng)稱為正反應(yīng)，把從右向左進(jìn)行的反應(yīng)稱為逆反應(yīng)。3.特點(diǎn)(1)同一條件下，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時(shí)發(fā)生、同時(shí)存在。(2)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，反應(yīng)物不能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。(3)反應(yīng)體系中，與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)共存于同一反應(yīng)體系。(4)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí)，反應(yīng)仍在進(jìn)行，沒(méi)有停止。【微自測(cè)】1.判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)H2與O2點(diǎn)燃可以生成水，電解水又可以生成H2與O2，所以兩個(gè)反應(yīng)是可逆反應(yīng)。()(2)二次電池充、放電發(fā)生的反應(yīng)為可逆反應(yīng)。()(3)可逆反應(yīng)不能完全進(jìn)行，存在一定的限度。()(4)已知N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3，若1molN2與3molH2充分反應(yīng)，可得到2molNH3。()答案(1)×(2)×(3)√(4)×二、化學(xué)平衡狀態(tài)1.化學(xué)平衡的建立(1)化學(xué)平衡的建立過(guò)程在一定條件下，把某一可逆反應(yīng)的反應(yīng)物加入固定容積的密閉容器中。反應(yīng)過(guò)程如下：(2)平衡建立過(guò)程中的濃度－時(shí)間圖像和速率－時(shí)間圖像2.化學(xué)平衡狀態(tài)當(dāng)外界條件不變時(shí)，可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時(shí)間而發(fā)生變化，稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)。3.化學(xué)平衡狀態(tài)的特征【微自測(cè)】2.判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)只有可逆反應(yīng)才存在平衡狀態(tài)。()(2)化學(xué)平衡狀態(tài)是一定條件下可逆反應(yīng)進(jìn)行到最大限度的結(jié)果。()(3)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)物和生成物的濃度相等。()(4)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)混合物中各組分的濃度一定與化學(xué)方程式中對(duì)應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)成比例。()答案(1)√(2)√(3)×(4)×一、化學(xué)平衡狀態(tài)的建立1.化學(xué)平衡狀態(tài)既可以從正反應(yīng)方向建立，也可以從逆反應(yīng)方向建立，或者同時(shí)從正、逆反應(yīng)方向建立。2.極端假設(shè)法確定各物質(zhì)的濃度范圍利用極端假設(shè)法判斷可逆反應(yīng)物質(zhì)的濃度范圍，假設(shè)反應(yīng)正向或逆向進(jìn)行到底，求出各物質(zhì)濃度的最大值和最小值，從而確定它們的濃度范圍。以反應(yīng)X2(g)＋Y2(g)2Z(g)為例。平衡體系中各物質(zhì)的濃度范圍為X2∈(0，0.2)，Y2∈(0.2，0.4)，Z∈(0，0.4)。1.如圖是可逆反應(yīng)X＋3Y2Z在反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)速率(v)與時(shí)間(t)的關(guān)系曲線，下列敘述正確的是()A.t2～t3時(shí)，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化B.t2時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到限度C.t2～t3時(shí)，反應(yīng)已停止進(jìn)行D.t1時(shí)，反應(yīng)只向正反應(yīng)方向進(jìn)行答案A解析t2～t3時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，A正確；t2時(shí)，正、逆反應(yīng)的速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，即反應(yīng)達(dá)到限度，B錯(cuò)誤；t2～t3時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，但反應(yīng)速率不為0，反應(yīng)沒(méi)有停止，C錯(cuò)誤；t1時(shí)，正、逆反應(yīng)速率均不為0，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行的同時(shí)也向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，D錯(cuò)誤。2.在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反應(yīng)過(guò)程中某一時(shí)刻SO2、O2、SO3的濃度分別為0.6mol·L－1、0.3mol·L－1、0.6mol·L－1，當(dāng)反應(yīng)至正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，可能存在的狀態(tài)是()A.SO2為1.2mol·L－1、O2為0.6mol·L－1B.SO2為0.75mol·L－1C.SO2、SO3均為0.45mol·L－1D.SO3為1.2mol·L－1答案B解析由題意可知若SO3全部轉(zhuǎn)化為SO2和O2，則SO2、O2的濃度分別為1.2mol·L－1、0.6mol·L－1；而若SO2和O2全部化合成SO3，則SO3的濃度為1.2mol·L－1。因?yàn)樵摲磻?yīng)是可逆反應(yīng)，三種物質(zhì)必須同時(shí)存在(即可逆反應(yīng)中的物質(zhì)均不可能100%轉(zhuǎn)化)，因此，體系中SO3、SO2、O2的濃度范圍分別是0～1.2mol·L－1、0～1.2mol·L－1、0～0.6mol·L－1，很顯然，A、D是不可能的；根據(jù)硫原子守恒，C項(xiàng)表示SO2和SO3同時(shí)消耗而減少，這是絕對(duì)不可能的。二、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志(1)直接標(biāo)志——“正、逆相等”①v正＝v逆a.同一種物質(zhì)的生成速率等于消耗速率；b.在化學(xué)方程式同一邊的不同物質(zhì)的生成速率與消耗速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比；c.在化學(xué)方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。d.對(duì)同一物質(zhì)而言，斷裂化學(xué)鍵的物質(zhì)的量與形成化學(xué)鍵的物質(zhì)的量相等。②各組分的質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度保持一定a.各組分的質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度不隨時(shí)間的改變而改變；b.各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時(shí)間的改變而改變。(2)間接標(biāo)志——“變量不變”①反應(yīng)體系中的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間的改變而變化(適用于等溫、等體積反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))。②反應(yīng)體系中的總物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而變化(適用于反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))。③對(duì)于反應(yīng)混合物中存在有顏色物質(zhì)的可逆反應(yīng)，若體系中顏色不再改變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。3.一定條件下，將NO2與SO2以體積比1∶2置于密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)ΔH＝－41.8kJ·mol－1，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A.體系壓強(qiáng)保持不變B.混合氣體顏色保持不變C.SO3和NO的體積比保持不變D.每消耗1molSO3的同時(shí)生成1molNO2答案B解析由于該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，體系的壓強(qiáng)始終保持不變，故壓強(qiáng)不變反應(yīng)不一定達(dá)到平衡，A項(xiàng)錯(cuò)誤；SO3與NO的體積比始終保持1∶1，C項(xiàng)錯(cuò)誤；消耗SO3和生成NO2同為反應(yīng)的逆方向，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.在一定溫度下的恒容容器中，當(dāng)下列物理量不再發(fā)生變化時(shí)：①混合氣體的壓強(qiáng)；②混合氣體的密度；③混合氣體的總物質(zhì)的量；④混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量；⑤混合氣體的顏色；⑥各反應(yīng)物或生成物的濃度之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比；⑦某種氣體的百分含量(1)能說(shuō)明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(2)能說(shuō)明I2(g)＋H2(g)2HI(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(3)能說(shuō)明2NO2(g)N2O4(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(4)能說(shuō)明C(s)＋CO2(g)2CO(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(5)能說(shuō)明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(6)能說(shuō)明5CO(g)＋I(xiàn)2O5(s)5CO2(g)＋I(xiàn)2(s)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。答案(1)①③④⑦(2)⑤⑦(3)①③④⑤⑦(4)①②③④⑦(5)①②③(6)②④⑦1.在一定溫度下，向aL密閉容器中加入1molO2和2molNO，發(fā)生如下反應(yīng)：O2(g)＋2NO(g)2NO2(g)，此反應(yīng)不一定達(dá)到平衡的是()A.容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化B.容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度不隨時(shí)間變化C.容器內(nèi)O2、NO、NO2的濃度之比為1∶2∶2D.單位時(shí)間內(nèi)生成1molO2，同時(shí)生成2molNO2答案C解析A項(xiàng)，該反應(yīng)前后氣體體積減小，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化時(shí)，必達(dá)到平衡；B項(xiàng)，濃度不變時(shí)，一定為平衡狀態(tài)；C項(xiàng)，其比例是化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，不能反映各組分的量已固定，所以，不一定是平衡狀態(tài)；D項(xiàng)，O2的生成是逆向反應(yīng)，NO2的生成是正向反應(yīng)，比例1∶2與化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)相符，必是平衡狀態(tài)。2.下列敘述中可以說(shuō)明反應(yīng)：P(g)＋Q(g)R(g)＋S(g)在恒溫下已達(dá)平衡狀態(tài)的是()A.反應(yīng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化B.P和S的生成速率相等C.反應(yīng)容器內(nèi)P、Q、R、S四者共存D.反應(yīng)容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量不隨時(shí)間而變化答案B解析該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)始終不變，所以壓強(qiáng)不能作為判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；P為反應(yīng)物、S為生成物，P和S的生成速率相等時(shí)，表示正、逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，B項(xiàng)正確；任何可逆反應(yīng)，反應(yīng)物和生成物一定會(huì)共存，所以反應(yīng)容器內(nèi)P、Q、R、S四者共存，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)方程式兩邊氣體的體積不變，氣體的總物質(zhì)的量始終不變，所以氣體的總物質(zhì)的量不能作為判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.一定條件下，A、B、C的起始濃度分別是0.5mol·L－1、0.1mol·L－1、1.6mol·L－1，可逆反應(yīng)A(g)＋B(g)2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，下列數(shù)據(jù)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,正向極值轉(zhuǎn)化（mol·L－1）,0.4,,0,,1.8,逆向極值轉(zhuǎn)化（mol·L－1）,1.3,,0.9,,0)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)：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項(xiàng)錯(cuò)誤；如果c(A)＝1.0mol·L－1，A增加0.5mol·L－1，則c(B)＝0.6mol·L－1，A項(xiàng)錯(cuò)誤；如果c(B)＝0.5mol·L－1，則C減少0.8mol·L－1，則c(C)＝0.8mol·L－1，B項(xiàng)錯(cuò)誤；如果c(A)＝0.9mol·L－1，A增加0.4mol·L－1，則c(B)＝0.5mol·L－1，D項(xiàng)正確。4.已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g)ΔH＝－akJ·mol－1(a＞0)。下列說(shuō)法不正確的是()A.0.1molX和0.2molY充分反應(yīng)生成Z的物質(zhì)的量一定小于0.3molB.達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，X、Y、Z的濃度不再發(fā)生變化C.達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)放出的總熱量不變D.升高反應(yīng)溫度，逆反應(yīng)速率增大、正反應(yīng)速率減小答案D解析反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，則0.1molX和0.2molY充分反應(yīng)生成Z的物質(zhì)的量一定小于0.3mol，A項(xiàng)正確；達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等，X、Y、Z的濃度不再發(fā)生變化，B項(xiàng)正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，處于動(dòng)態(tài)平衡，則反應(yīng)放出的總熱量保持不變，C項(xiàng)正確；升高反應(yīng)溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.在2L密閉容器內(nèi)，800℃時(shí)反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)體系中，n(NO)隨時(shí)間的變化如下表：時(shí)間/s012345n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007(1)圖中表示NO2的濃度變化的曲線是________。用O2表示0～2s內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v＝________。(2)能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。A.v(NO2)＝2v(O2)B.容器內(nèi)氣體總的物質(zhì)的量保持不變C.v逆(NO)＝2v正(O2)D.容器內(nèi)密度保持不變答案(1)b1.5×10－3mol·L－1·s－1