資源簡介

第4課時　化學平衡狀態
1．通過探究工業合成氨的反應，能描述化學平衡狀態。
2．能根據化學平衡狀態的特點，學會判斷可逆反應是否達到化學平衡。
(一) 化學平衡
(二) 反應條件對化學反應的影響
素材　問題導入——化學平衡概念的建構。
【教師展示素材】　在500℃、101kPa條件下，將一定量SO2和O2充入含有催化劑的密閉容器中反應，用氣體傳感器測得各組分氣體的濃度如下表所示。
反應時間/s 0 10 20 30 40 50 60 70 100
SO2/(mol·L－1) 10 7 5 3.5 2 1 1 1 1
O2/(mol·L－1) 5 3.5 2.5 1.75 1 0.5 0.5 0.5 0.5
SO3/(mol·L－1) 0 3 5 6.5 8 9 9 9 9
【學生活動與展示】　學生根據相關實驗數據，在c－t坐標圖上畫出SO2、O2、SO3的濃度隨反應時間的變化曲線，學生討論并從微觀角度(分子數)分析前50s和后50s各組分濃度變化的原因。
　　　　　
【教師小結】　當其他條件一定時，某組分的反應速率與反應混合物中該組分的濃度成正比，濃度越大，反應速率越大。反應經過一段時間后，以SO2表示的正反應速率和逆反應速率相等，反應達到了化學平衡狀態，如下圖所示。
問題　可逆反應如何建立化學平衡？
一定條件下，向密閉容器中通入SO2和O2，發生反應2SO2＋O22SO3。
化學反應從開始至平衡狀態，正、逆反應速率的變化如下圖所示。
　一定溫度下，在恒容密閉容器中發生反應：2SO2＋O22SO3。當SO2、O2、SO3的濃度不再發生變化時，下列說法正確的是(　B　)
A．SO2和O2全部轉化為SO3 B．該反應已達到化學平衡狀態
C．正、逆反應速率相等且等于零 D．SO2、O2、SO3的濃度一定相等
【解析】　當SO2、O2、SO3的濃度不再發生變化時，說明該反應已經達到了化學平衡狀態。此時反應物不能全部轉化為生成物，正、逆反應速率相等但不等于0。 SO2、O2、SO3的濃度不再發生變化時，它們的濃度可能相等，也可能不等。
【素養要求】　能描述化學平衡狀態的特征。
　判斷化學反應達到平衡狀態的標志
當反應過程中的某一變量(如反應速率、物質的量濃度、質量分數等)不再發生改變時，說明該反應達到化學平衡狀態。
(1) 速率標志
若是同一種物質，則要求v正＝v逆≠0。
(2) 濃度標志
① 各組分的濃度不再發生變化。
② 各組分的質量分數、物質的量分數、體積分數不再發生變化。
③ 恒容密閉容器中，反應前后氣體分子數不等的反應，體系的壓強不再發生變化。
④ 若反應會引起體系顏色的變化，當體系顏色不再變化時，則反應達到平衡狀態。
　在4L密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如下圖所示。
(1) 該反應的化學方程式是__3X＋Y 2Z__。
(2) 該反應達到平衡狀態的標志是__AC__(填字母)。
A．Y的體積分數在混合氣體中保持不變
B．X、Y的反應速率比為3∶1
C．容器內氣體壓強保持不變
D．容器內氣體的總質量保持不變
E．生成1mol Y的同時消耗2mol Z
(3) 2min內Y的轉化率為__10%__。
【解析】　(1) 從圖像可知，在0～5min內(5min時，化學反應達到平衡狀態)，X、Y、Z改變的物質的量分別為0.6mol、0.2mol、0.4mol，所以X、Y、Z的化學計量數之比為0.6∶0.2∶0.4＝3∶1∶2，因此該反應的化學方程式是3X＋Y 2Z。(2) 在整個反應過程中(包含達到化學平衡狀態前和處于化學平衡狀態時)，X、Y的反應速率之比始終等于它們的化學計量數之比，即3∶1。化學反應達到平衡狀態時，正、逆反應速率相等，各物質的體積分數、質量分數保持不變。該反應是氣體分子數減少的反應，在建立平衡的過程中，氣體的壓強會逐漸減小，當氣體壓強不再發生變化時，該反應達到平衡狀態。化學反應在整個反應過程中始終遵守質量守恒定律，也就是說容器內氣體的總質量始終不變。根據化學方程式3X＋Y 2Z可知，無論什么時候，每生成1mol Y的同時都會消耗2mol Z。 (3) 2min內Y減少了0.1mol，所以Y的轉化率為10%。
【素養要求】　能判斷化學反應是否達到化學平衡狀態。
*選做強化題　在2L密閉容器中，800℃條件下，反應2NO＋O2 2NO2體系中，n(NO)隨時間的變化如下表：
時間/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1) 下圖中表示NO2的變化的曲線是__b__。
(2) 用O2表示0～2s內該反應的平均反應速率v＝__1.5×10－3mol·L－1·s－1__。
(3) 能說明該反應已經達到平衡狀態的是__bc__。
a．v(NO2)＝2v(O2)
b．容器內壓強保持不變
c．v逆(NO)＝2v正(O2)
d．容器內的密度保持不變
【解析】　(1) 從反應2NO＋O2 2NO2可以看出NO2增加的濃度等于NO減少的濃度，NO的起始的物質的量是0.020mol，則起始的濃度為0.01mol·L－1，所以曲線c表示NO的變化，曲線b表示NO2的變化。　(2) O2在0～2s內濃度變化了0.003mol·L－1，所以O2的平均速率v(O2)＝＝1.5×10－3mol·L－1·s－1。　(3) 2NO＋O2 2NO2是氣體分子數減少的反應，隨著反應的進行，容器內氣體的壓強減小，當容器內壓強保持不變時，該反應已經達到平衡狀態。不同物質的正、逆反應速率之比等于化學計量數之比時，該反應已經達到平衡狀態。
【素養要求】　能基于物質的量認識物質組成及其化學變化。

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