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化學(xué)平衡狀態(tài)
第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
1．認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的可逆性,了解可逆反應(yīng)的特點(diǎn)。
2．通過(guò)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過(guò)程，知道化學(xué)平衡的特征，理解并會(huì)判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志。
合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就，在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問(wèn)題，原理如下：
如何提高生產(chǎn)效率呢？
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
使原料盡可能快地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品
使原料盡可能多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品
——化學(xué)反應(yīng)速率 動(dòng)力學(xué)
——化學(xué)反應(yīng)限度 熱力學(xué)
1.回憶曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)哪些可逆反應(yīng)？
NH3 +H2O NH3 ·H2O
SO2 +H2O H2SO3
CO2+H2O H2CO3
H2+I2 2HI
加熱
2NO2 N2O4
Cl2 + H2O HCl+HClO
2SO2+O2 2SO3
催化劑
高溫
N2+3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
在一定條件下，容積不變的密閉容器中，充入1 mol N2和3 mol H2發(fā)生反應(yīng)，能否反應(yīng)生成2 mol NH3 ？
2.概括可逆反應(yīng)的基本特征？
雙同：相同的條件下，正逆反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行
雙向：可逆符號(hào)“ ”表征正、逆反應(yīng)兩個(gè)方向
一小：反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率小于100%，反應(yīng)物與生成物共存
1.分析各選項(xiàng)中的各組反應(yīng)，其中互為可逆反應(yīng)的是(　　)
A.2KHCO3→K2CO3＋H2O＋CO2↑ K2CO3＋H2O＋CO2 →2KHCO3
B．CO2＋H2O→H2CO3　 H2CO3→CO2＋H2O
C．NH3＋HCl→NH4Cl　 NH4Cl→NH3↑＋HCl↑
D．2NaCl→ 2Na＋Cl2↑　 2Na＋Cl2→2NaCl
B
2.對(duì)于可逆反應(yīng)2SO2＋O2 2SO3，在混合氣體中充入一定量的18O2，足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，18O原子(　　)
A．只存在于O2中
B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中
D．存在于O2、SO2和SO3中
D
3.在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定條件下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度可能是(　　)
A．c(Z)＝0.3 mol·L－1 B．c(X2)＝0.2 mol·L－1
C．c(Y2)＝0.4 mol·L－1 D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1
A
【解析】假設(shè)則完全轉(zhuǎn)化時(shí)，X2(g)、Y2(g)、Z(g)的濃度范圍分別為0～0.2 mol·L－1、0～0.4 mol·L－1 、0～0.4 mol·L－1；該反應(yīng)是總體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，不論X2、Y2、Z怎么變化，總物質(zhì)的量不會(huì)改變，物質(zhì)的總濃度也不會(huì)改變，即c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L－1。
一、化學(xué)平衡狀態(tài)
N2 + 3H2 2NH3
(1)建立
濃度
時(shí)間(t)
NH3
N2
H2
v(正)>v(逆)
v(正)
v(逆)
反應(yīng)速率
時(shí)間(t)
反應(yīng)處于平衡狀態(tài)
t1
v(正)= v(逆)
當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，達(dá)到看似不變的“表面靜止”狀態(tài)，但實(shí)際反應(yīng)并未停止，一直在進(jìn)行中
：研究對(duì)象為可逆反應(yīng)
：V正 =V逆 ≠0
：動(dòng)態(tài)平衡
：各組分的濃度保持不變
：外界條件改變，化學(xué)平衡狀態(tài)可能發(fā)生改變
一、化學(xué)平衡狀態(tài)
一定條件下的可逆反應(yīng)中，當(dāng)v正=v逆時(shí)，c(反應(yīng)物)和c(生成物)均保持不變，即體系的組成不隨時(shí)間而改變，這表明該反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達(dá)到了“限度”，這時(shí)的狀態(tài)稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。
(2)含義
反應(yīng)速率
時(shí)間(t)
v(正)>v(逆)
v(正)
v(逆)
反應(yīng)處于平衡狀態(tài)
t1
v(正)= v(逆)
(3)特征
逆
等
動(dòng)
定
變
α ＝ ×100%
反應(yīng)物的減少量
反應(yīng)物的起始量
轉(zhuǎn)化率
反應(yīng)物的
轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值
“本質(zhì)”
“表現(xiàn)”
二、化學(xué)平衡狀態(tài)標(biāo)志
①全部是氣體參與的等體積反應(yīng)還是非等體積反應(yīng)；
②有固體參與的等體積反應(yīng)還是非等體積反應(yīng)。
1.“兩審”
一審題干條件:
二審反應(yīng)特點(diǎn)：
是恒溫恒容、恒溫恒壓、恒容絕熱；
同一物質(zhì)，生成等于消耗。
2.“兩標(biāo)志”
(1)直接標(biāo)志（動(dòng)態(tài)標(biāo)志、本質(zhì)）：
(2)間接標(biāo)志（靜態(tài)標(biāo)志、現(xiàn)象）：
“變量不變”
V正＝V逆
同一物質(zhì)： 消耗的速率=生成的速率
不同物質(zhì)：要具正、逆兩個(gè)方向，且兩向速率之比=化學(xué)計(jì)量數(shù)之比
例： 一定條件下，可逆反應(yīng)N2 + 3H2 2NH3。
（1）單位時(shí)間內(nèi)，有1molN2消耗，同時(shí)有1molN2生成
（2）單位時(shí)間內(nèi)，有3molH2消耗，同時(shí)有2molNH3消耗
（3）單位時(shí)間內(nèi)，有1molN2生成，同時(shí)有2molNH3生成
（4）斷開1molN≡N的同時(shí)有6molN—H斷裂
一看有無(wú)正逆，二看是否等于系數(shù)之比。
解題方法：
標(biāo)志一
變量不變
標(biāo)志二
（注意不是相等，也不是成一定的比值）
mB、nB、CB、質(zhì)量分?jǐn)?shù)wB、轉(zhuǎn)化率ɑB、顏色、絕熱容器內(nèi)的溫度等不再變化時(shí)，可以證明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。
其中的B指的是反應(yīng)體系中的某一種物質(zhì)，不是整體量。
某種氣體的體積分?jǐn)?shù)（即物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）φB不再變化時(shí)，要具體分析：
第一類
第二類
絕大多數(shù)情況下，體積分?jǐn)?shù)φB不變，可以作為判斷平衡的依據(jù)，個(gè)別情況例外
特例：只有生成物有氣體時(shí)，體積分?jǐn)?shù)始終不變，不是變量
變量不變
標(biāo)志二
（1）對(duì)同一組分，c、n、w(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、X％(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))等，保持不變則平衡。
特例：NH4Cl(S)=NH3(g)+HCl(g) w、X％一定時(shí)，不能判定平衡
（2）溫度保持不變則達(dá)到平衡（絕熱體系）
常見有色氣體：紅棕色：Br2 (g) NO2(g)、黃綠色：Cl2(g)、紫色：I2(g)
（3）對(duì)于有色物質(zhì)參與反應(yīng)，顏色不變則達(dá)到平衡
在一定溫度下的恒容密閉容器中，表明反應(yīng)A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已達(dá)平衡的是（ ）
A．混合氣體的壓強(qiáng)不變 B．混合氣體的密度不變
C．反應(yīng)物的相對(duì)分子質(zhì)量不變 D．氣體的總物質(zhì)的量不變
B
【解析】該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積沒有變化的反應(yīng)，容器中的壓強(qiáng)始終不發(fā)生變化，恒溫恒容下，氣體質(zhì)量會(huì)變，密度會(huì)變，密度不變時(shí)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)；相對(duì)分子質(zhì)量是物質(zhì)的本身性質(zhì)，不隨反應(yīng)變化而變化； 反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量相等，始終保持不變；
變量不變
標(biāo)志二
（4）壓強(qiáng)不變則平衡（恒溫恒容）
壓強(qiáng)不變
若m+n≠p+q
一 定
若m+n=p+q
不一定
平均摩爾質(zhì)量不變
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
一 定
不一定
密度不變
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
不一定
不一定
以恒溫恒容條件下mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 為例
PV=nRT
M＝
M總
n總
V
m
ρ＝
變量不變
標(biāo)志二
（5）混合氣體密度不變則平衡
看有無(wú)固體或液體
看條件（恒T恒P，恒T恒V）
均為氣體
有非氣體參與
恒溫恒容
恒溫恒壓
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
√
×
恒溫恒容
恒溫恒壓
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
√
√
極限法
×
變量不變
標(biāo)志二
（6）混合氣體M 不變則平衡
——
均為氣體
有非氣體參與
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
√
×
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
極限法
√
【深入研究】
恒溫條件下，氣體的n總、m總、V總一定變嗎？如何判斷？
化學(xué)反應(yīng) n總 m總 V總
恒V 恒P
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
變
不變
變
不變
不變
變
不變
不變
不變
變
不變
變
【深入研究】
特例：反應(yīng)物無(wú)氣體，只有生成物有氣體時(shí)，
體積分?jǐn)?shù)始終不變，故此時(shí)體積分?jǐn)?shù)不是變量
反應(yīng)體系中的某種氣體的體積分?jǐn)?shù)（即物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）不變時(shí)，是否一定可以判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)？
例如：A(s) B(g)+C(g)
當(dāng)投入一定量的A時(shí)，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，B、C的體積分?jǐn)?shù)始終為1/2，不是變量，不能作為判斷平衡的依據(jù)。
當(dāng)按系數(shù)比投入一定量的B、C時(shí)，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，B、C的體積分?jǐn)?shù)始終為1/2，不是變量，不能作為判斷平衡的依據(jù)。
在固定體積的的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2NO2 2NO + O2
該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是：　　　　　　　　　　　
① ② ④ ⑥
①混合氣體的顏色不再改變
②混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
③混合氣體的密度不變
④混合氣體的壓強(qiáng)不變
⑤單位時(shí)間內(nèi)消耗 2nmol NO2 的同時(shí)生成 2nmol O2
⑥O2氣體的物質(zhì)的量濃度不變
化學(xué)
平衡
狀態(tài)
研究對(duì)象
可逆反應(yīng)
概念
特征：
逆、等、動(dòng)、定、變
判斷依據(jù)
1、等—
＝系數(shù)之比
υ正
υ逆
2、變—“變量”不變
1.恒溫恒容時(shí),可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_________
① 混合氣體總的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化
② 氣體的總壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
③ 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
④ 混合氣體的密度不再發(fā)生變化
①②③
思考：對(duì)于可逆反應(yīng): H2(g)+I2(g) 2HI(g)呢 ？
都不行
2.一定條件下，在密閉容器中，能表示反應(yīng)X(g)＋2Y(g) 2Z(g) 一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是(　　)
①X、Y、Z的物質(zhì)的量之比為1∶2∶2
②X、Y、Z的濃度不再發(fā)生變化
③容器中的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
④單位時(shí)間內(nèi)生成 n mol Z，同時(shí)生成2n mol Y
A．①②　　　　B．①④ C．②③ D．③④
C
3．在一定溫度下,下列敘述不是可逆反應(yīng)
A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)達(dá)到平衡的標(biāo)志的是
① C的生成 速率與 C的分解速率相等
②單位時(shí)間內(nèi)生成 a mol A,同時(shí)生成 3a mol B
③A、B、C的濃度不再變化
④A、B、C的分壓強(qiáng)不再變化
⑤混合氣體的總壓強(qiáng)不再變化
⑥混合氣體的物質(zhì)的量不再變化
⑦單位時(shí)間內(nèi)消耗 a mol A,同時(shí)生成 3a mol B
⑧A、B、C、D 的分子數(shù)之比為 1:3:2:2
②⑧
4.在兩個(gè)恒容的密閉容器中進(jìn)行下列兩個(gè)可逆反應(yīng)：
甲：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);
乙：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
現(xiàn)有下列狀態(tài)：①混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，
②恒溫時(shí)，氣體壓強(qiáng)不再改變 ，③各氣體組成濃度相等
④體系中溫度保持不變
⑤斷裂氧氫鍵速率是斷裂氫氫鍵速率的2倍
⑥混合氣體密度不變
⑦單位時(shí)間內(nèi)，消耗水質(zhì)量與生成氫氣質(zhì)量比為9:1
其中能表明甲、乙容器中反應(yīng)都達(dá)到平衡狀態(tài)的是（ )
A.①②⑤ B.③④⑥ C.⑥⑦ D.④⑤
D
M＝
M總
n總
P1
P2
＝
n1
n2
V
m
ρ＝
有固體參加的增體反應(yīng)
等體反應(yīng)

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