資源簡介

(共60張PPT)
基礎課時12　化學平衡狀態
專題2　化學反應速率與化學平衡
第二單元　化學反應的方向與限度
學習任務 1．通過從可逆反應化學平衡狀態的建立過程，認識化學平衡是一種動態平衡，培養變化觀念與平衡思想的化學核心素養。
2．通過熟知化學平衡狀態的特征，建立化學平衡狀態判斷方法的思維模型，培養證據推理與模型認知的化學核心素養。
必備知識　自主預習儲備
一、可逆反應及其特征
1．可逆反應的概念
在相同條件下，既能向______方向進行，同時又能向______方向進行的反應。
2．表示方法
可逆反應方程式常用“ ”連接，把從左向右進行的反應稱為______，把從右向左進行的反應稱為______。
正反應
逆反應
正反應
逆反應
3．特點
(1)“三性”。
(2)實例
N2＋3H2　　　　　　2NH3，
2SO2＋O2　　　 2SO3。
判一判　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)H2與O2點燃可以生成水，電解水又可以生成H2與O2，所以兩個反應是可逆反應。 (　)
(2)可逆反應分為方向相反的兩個反應——正反應和逆反應。 (　)
(3)可逆反應的正、逆反應在相同條件下是同時進行的。 (　)
(4)可逆反應中反應物和生成物共存于同一體系中，反應物的轉化率小于100%。 (　)
×
√
√
√
二、化學平衡狀態及其特征
1．化學平衡的建立
(1)化學平衡的建立過程。
最大
0
減小
減小
增大
增大
不變
實例：以N2＋3H2 2NH3為例
N2＋3H2 2NH3
反應物濃度 v正 生成物濃度 v逆
開始時 c(N2)____
c(H2)____ ____ _ _
進行中 c(N2)____
c(H2)____ ____ ____ ____
平衡時 c(N2)____
c(H2)____ ____ ____ ____
最大
最大
最大
0
0
減小
減小
減小
增大
增大
不變
不變
不變
不變
不變
(2)化學平衡建立的濃度—時間圖像和速率—時間圖像。
【特別提醒】　對于一個確定的可逆反應，如果其他條件一定，反應無論從反應物開始或從生成物開始，最后都能建立化學平衡狀態。
2．化學平衡狀態
(1)化學平衡狀態的概念。
化學平衡狀態是指在一定條件下的可逆反應中，正反應和逆反應的速率____，反應混合物中各成分的濃度保持不變的狀態。
相等
(2)化學平衡的特征。
可逆反應
動態
＝
相等
判一判　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)只有可逆反應才存在平衡狀態。 (　)
(2)化學平衡狀態是一定條件下可逆反應進行到最大限度的結果。 (　)
(3)化學反應達到化學平衡狀態時，正、逆反應的速率都為0。 (　)
(4)化學反應達到化學平衡狀態時反應物和生成物的濃度相等。 (　)
√
√
×
×
關鍵能力　情境探究達成
可逆反應中各物質的濃度范圍的確定
[情境素材]
在一定條件下，將1 mol N2和3 mol H2充入到體積為1 L的密閉容器中，發生反應N2＋3H2 2NH3。
[問題探究]
[問題1]　反應開始時c(N2)、c(H2)、c(NH3)分別為多少？化學反應速率v正和v逆處于何種狀態？
[問題2]　隨著反應的進行，各組分的濃度c(H2)、c(N2)、c(NH3)如何變化？v正、v逆呢？
提示：c(N2)、c(H2)減小，c(NH3)增加；v正減小，v逆增大。
[問題3]　充分反應后，能生成2 mol NH3嗎？為什么？
提示：生成的NH3小于2 mol，因為可逆反應不能進行到底。
[歸納總結]
1．可逆反應中各成分物質的濃度(物質的量)范圍
分別假設反應物、生成物中某(投料)相對較少物質完全反應，濃度為0，其他物質剩余濃度為最小極限，另一方各成分濃度則為最大極限，每一種物質的濃度范圍在最大(小)極限之間。
2．可逆反應平衡狀態
(1)化學平衡狀態是一定條件下可逆反應進行到最大限度的結果。
(2)對于一個給定的可逆反應，如果其他條件一定，不論采取何種途徑(反應是從反應物開始或從生成物開始)，最后都能建立化學平衡狀態。
(3)化學反應到達平衡狀態時，各組分的物質的量、濃度等均不變。
√
B　[反應為可逆反應，反應體系中任何一種物質的轉化率都小于100%，所以A、D錯誤；從題給量的比例關系知無論反應進行到什么程度，c(N2)∶c(H2)＝1∶3，因此兩者不可能同時均為
0.18 mol·L-1。]
2．在一密閉容器中進行反應：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。已知反應過程中某一時刻SO2、O2、SO3的濃度分別為0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1。當反應達到平衡時可能存在的數據是(　　)
A．SO2為0.4 mol·L-1，O2為0.2 mol·L-1
B．SO3為0.25 mol·L-1
C．SO2、SO3均為0.15 mol·L-1
D．SO3為0.4 mol·L-1
√
B　[A項數據表明，題中0.2 mol·L-1的SO3完全轉化成了SO2和O2，即平衡時，c(SO3)＝0，這是不可能的；B項說明在題給濃度的基礎上又有0.05 mol·L-1 SO2和0.025 mol·L-1 O2反應生成了0.05 mol·L-1 SO3，這是可能的；C項數據表明SO2、SO3的濃度都在原濃度基礎上減少了0.05 mol·L-1，這也是不可能的；D項數據說明SO2完全轉化成了SO3，即平衡時c(SO2)＝0，c(O2)＝0，這也是不可能的。]
[情境素材]
化學平衡狀態的判斷標志
甲　　　　　　乙　　　　丙
如何判斷上述三種容器中化學反應是否達平衡狀態？
[問題探究]
[問題1]　對于反應前后氣體體積發生變化的反應來說，通過什么現象能夠判斷甲、乙兩容器內化學反應已達到平衡狀態？
提示：甲容器中壓力表的讀數不再發生變化；乙容器的體積不再發生變化。
[問題2]　對于反應前后體積不發生變化的反應來說，甲、乙、丙三個容器都能判斷化學反應是否達到平衡狀態嗎？
提示：由于反應前后體積不發生變化，則甲容器中壓力表讀數始終不變，乙容器的體積始終不變，因此不能通過甲、乙判斷化學反應是否達到平衡狀態；任何化學反應都伴隨著能量的變化，因此對于丙容器，可以通過溫度計的讀數是否發生變化，來判斷化學反應是否達到平衡狀態。
[問題3]　若壓強不變，化學反應一定達到平衡狀態嗎？
提示：恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體化學計量數之和不同的反應，壓強不變，化學反應一定達到平衡狀態；對于反應前后氣體化學計量數之和相同的反應，壓強不變，化學反應不一定達到平衡狀態。
[歸納總結]
化學反應達到平衡狀態的判斷方法
(1)判斷依據。
①正反應速率與逆反應速率相等：v正＝v逆
a．對同一物質，該物質的生成速率等于它的消耗速率。
b．對不同物質，速率之比等于化學方程式中的化學計量數之比，但必須是不同方向的速率。
②可逆反應發生過程中的可變量達不變
a．各物質的質量、物質的量或濃度不變。
b．各物質的百分含量(質量分數、體積分數)不變。
c．體系的壓強(對化學方程式兩邊氣體體積不相等的反應)不變。
d．對于有有色物質參加的可逆反應，體系的顏色不變。例如：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)、2HI(g) H2(g)＋I2(g)等反應體系的顏色不變，則表明有色氣體NO2、I2的濃度不變，反應達到平衡。
(2)判斷方法。
以反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)為例
v正＝v逆 同一物質 生成速率等于消耗速率
不同物質 化學反應速率之比等于化學計量數之比，且表示不同方向(即“一正一逆”)
可變量達不變 各物質的物理量 各組成成分的質量、物質的量、分子數、物質的量濃度保持不變
各物質的含量 各組成成分的質量分數、物質的量分數、氣體的體積分數保持不變
可變量
達不變 氣體的總物質的量 m＋n≠p＋q時，氣體的總物質的量一定
恒容條件下的壓強 m＋n≠p＋q時，總壓強一定
恒壓條件下氣體的密度
有顏色變化的反應 氣體的顏色不再變化
[能力達成]
1．一定條件下，在體積為1 L的密閉容器中，1 mol X和1 mol Y 進行反應：2X(g)＋Y(g) Z(g)，下列敘述能證明該反應已達到化學平衡狀態的是(　　)
A．X的百分含量不再發生變化
B．c(X)∶c(Y)∶c(Z)＝2∶1∶1
C．容器內原子總數不再發生變化
D．同一時間內消耗2n mol X的同時生成n mol Z
√
A　[反應過程中原子個數守恒；消耗2n mol X與生成n mol Z是同一反應方向，不能說明反應已達到平衡狀態；濃度之比為2∶1∶1，不能說明濃度保持不變。]
2．可逆反應：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容的密閉容器中進行，達到平衡狀態的標志是(　　)
①單位時間內生成n mol O2的同時生成2n mol NO2
②單位時間內生成n mol O2的同時生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反應速率的比為2∶2∶1的狀態
④混合氣體的顏色不再變化的狀態
⑤混合氣體的密度不再改變的狀態
⑥混合氣體的壓強不再改變的狀態
⑦混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
A．①④⑥⑦　B．②③⑤⑦　C．①③④⑤　D．全部
√
學習效果　隨堂評估自測
2
4
3
題號
1
√
1．可逆反應在一定條件下達到化學平衡時，下列說法正確的是
(　　)
A．正反應速率等于逆反應速率，且都為零
B．反應物和生成物濃度相等
C．反應體系中混合物的組成保持不變
D．反應物斷開化學鍵吸收的能量等于生成物形成化學鍵所放出的能量
2
4
3
題號
1
C　[可逆反應達到平衡時，屬于動態平衡，正、逆反應速率相等，但是都不為零，故A錯誤；可逆反應達到平衡時，反應物和生成物的濃度不再發生變化，各組分濃度不變，但是各組分濃度不一定相等，故B錯誤；當反應體系中各混合物的組成保持不變時，達到平衡狀態，故C正確；化學反應一定伴隨能量變化，反應物斷開化學鍵吸收的能量不等于生成物形成化學鍵所放出的能量，故D錯誤。]
2
3
題號
1
4
√
2．可逆反應：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正、逆反應速率可用各反應物或生成物濃度的變化來表示。下列各關系中能說明反應已達到平衡狀態的是(　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)
B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3)
D．v正(N2)＝3v逆(H2)
2
3
題號
1
4
C　[可逆反應達到化學平衡狀態的主要特征之一是v正＝v逆，而3v正(N2)＝v正(H2)并未反映出v正＝v逆的關系，即A項不正確。在N2與H2合成NH3的反應中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析時一要注意二者應分別代表正反應速率和逆反應速率，二要注意不同物質的速率之比等于化學計量數之比。]
2
3
題號
4
1
√
3．在密閉容器中進行反應：X2(g)＋3Y2(g) 2Z(g)，X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.2 mol·L-1 、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1，當平衡時，下列數據肯定不正確的是(　　)
A．X2為0.4 mol·L-1，Y2為1.2 mol·L-1
B．Y2為1.0 mol·L-1
C．X2為0.3 mol·L-1，Z為0.2 mol·L-1
D．Z為0.6 mol·L-1
2
3
題號
4
1
A　[化學平衡研究的是可逆反應，故解這類題目時要善于利用極值法，可分別考慮反應正向進行徹底和反應逆向進行徹底兩種情況。由可逆反應的含義知，0＜c(X2)＜0.4 mol·L-1；0＜c(Y2)＜1.2 mol·L-1；0＜c(Z)＜0.8 mol·L-1。]
2
4
3
題號
1
4．在一定溫度下的恒容密閉容器中，以下說法能表明反應：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)已達平衡的是(　　)
A．混合氣體的壓強不變
B．混合氣體的密度不變
C．每消耗2 mol B，同時生成1 mol C
D．C和D的濃度比不變
√
2
4
3
題號
1
B　[該反應為反應前后氣體物質的量不變的反應，容器內混合氣體的壓強不隨反應的進行而變化，不能作為平衡標志，A項錯誤；根據密度的定義式知，混合氣體的密度隨反應的進行而變化，當密度不變時，反應已達平衡，B項正確；消耗2 mol B和生成1 mol C均為正反應，不可作平衡標志，C項錯誤；隨著反應的進行，C和D的濃度比始終不變，不能作為平衡標志，D項錯誤。]
題號
基礎課時固基練(12)　化學平衡狀態
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12
√
1．在密閉容器中進行反應：X2(g)＋3Y2(g) 2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始濃度分別為0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1 、0.2 mol·L-1，當反應達到平衡后，各物質的濃度可能是(　　)
①X2為0.2 mol·L-1 ②Y2為0.1 mol·L-1
③Z2為0.3 mol·L-1 ④Y2為0.6 mol·L-1
A．①②　　B．②③　　C．③④　　D．①④
題號
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題號
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2．14CO2與碳在高溫條件下發生反應：14CO2＋C 2CO，達到化學平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有(　　)
A．14CO2 　 B．14CO2、14CO
C．14CO2、14CO、14C 　 D．14CO
√
C　[當可逆反應達到平衡狀態時，反應并沒停止，是一種動態平衡，所以14C在三種物質中都含有。]
題號
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1
√
3．有關化學平衡狀態的特征，下列說法不正確的是(　　)
A．所有的化學反應都存在化學平衡狀態
B．平衡時反應已達到最大限度，但反應并未停止
C．平衡時各組分的濃度不一定相等
D．化學平衡狀態是一種動態平衡
A　[只有可逆反應才存在化學平衡狀態，A項錯誤；達到平衡狀態時，反應達到最大限度，但反應并沒有停止，B項正確；平衡時各組分濃度保持不變，但不一定相等，C項正確；達到化學平衡狀態時，反應并沒有停止，是一種動態平衡，D項正確。]
題號
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1
√
4．對于可逆反應：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)，則下列敘述中正確的是(　　)
A．達到化學平衡時，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若單位時間內生成n mol NO的同時，消耗n mol NH3，則反應達到平衡狀態
C．若NH3、O2、NO、H2O的分子數之比為4∶5∶4∶6時，反應達到化學平衡狀態
D．平衡時，化學反應速率的關系是2v正(NH3)＝3v正(H2O)
題號
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1
A　[根據化學方程式，當4v正(O2)＝5v逆(NO)時，表示反應達到平衡狀態，A項正確；生成n mol NO表示正反應速率，消耗n mol NH3表示正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，B項錯誤；NH3、O2、NO、H2O分子數之比為4∶5∶4∶6時，反應不一定達到平衡狀態，C項錯誤；化學反應速率之比等于化學計量數之比，3v正(NH3)＝2v逆(H2O)，D項錯誤。]
題號
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1
√
5．在一定溫度下，向a L密閉容器中加入1 mol O2和2 mol NO，發生如下反應：O2(g)＋2NO(g) 2NO2(g)，此反應不一定達平衡的是(　　)
A．容器內壓強不隨時間變化
B．容器內各物質的濃度不隨時間變化
C．容器內O2、NO、NO2的濃度之比為1∶2∶2
D．單位時間內生成1 mol O2，同時生成2 mol NO2
題號
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1
C　[A項，該反應氣體數目有變化，當容器內壓強不隨時間變化時，必達平衡；C項，各物質的濃度比例是反應化學方程式中的化學計量數之比，不能反映各組分的量已固定，所以不一定是平衡狀態；D項，O2的生成是逆向反應，NO2的生成是正向反應，比例1∶2與化學方程式中化學計量數相符，必是平衡狀態。]
題號
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1
√
6．一定溫度下，在一容積不變的密閉容器中發生可逆反應：2X(g) Y(g)＋Z(s)，以下不能說明該反應達到化學平衡狀態的是
(　　)
A．混合氣體的密度不再變化
B．反應容器中Y的質量分數不變
C．X的分解速率與Y的消耗速率相等
D．單位時間內生成1 mol Y的同時生成2 mol X
C　[X的分解速率與Y的消耗速率之比為2∶1時，才能說明反應達到平衡狀態，故C項說明反應未達到平衡狀態。]
題號
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1
√
7．錫、鉛均為ⅣA族元素，在含Pb2+的溶液中投入Sn會發生置換反應生成Sn2+，反應過程中金屬離子(R2+)的物質的量濃度隨時間的變化情況如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．0～10 s內，v(Sn2+)＝0.044 mol·L-1·s-1
B．反應的離子方程式為Pb2+＋Sn Pb＋Sn2+
C．5 s時，正、逆反應速率相等，反應達到平衡
D．12 s時，5c(Sn2+)＝11c(Pb2+)
題號
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B　[由于該反應為反應前后氣體體積相等的反應，體系的壓強始終保持不變，故不能以壓強不變作為判斷反應是否達到平衡狀態的標志，A錯誤；SO3與NO的體積比始終保持1∶1，C錯誤；消耗SO3和生成NO2為同一方向的反應，D錯誤。]
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√
9．(素養題)工業上常用煤和水作原料經過多步反應制得氫氣，其中一步反應的原理為CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，下列選項的條件中可判斷該反應達到平衡狀態的是(　　)
A．單位時間內消耗1 mol H2O的同時生成1 mol的H2
B．兩個H—O鍵斷裂的同時有兩個C==O鍵斷裂
C．恒容密閉容器內的氣體密度不再發生變化
D．混合氣體的平均相對分子質量不發生變化
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C　[已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol/L、0.3 mol/L、
0.2 mol/L，若將Z完全轉化為反應物，由X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)可知，生成的X2和Y2均為0.1 mol/L，則到達平衡后c(X2)＜0.2 mol/L，c(Y2)＜0.4 mol/L；若將X2完全轉化為Z，由X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)可知，可生成Z 0.2 mol/L，則達到平衡后c(Z)＜0.4 mol/L，消耗Y2小于0.1 mol/L，則c(Y2)＞0.2 mol/L，綜上所述，Z可能為0.3 mol/L，答案為C。]
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A　[由圖可知，a、b、c點的正反應速率均大于逆反應速率，都未達到平衡狀態；只有d點正、逆反應速率相等，由正、逆反應速率相等的狀態為平衡狀態可以知道，圖中處于化學平衡狀態的是d點，所以A選項是正確的。]
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12．一定溫度下，在10 L密閉容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，發生反應：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，10 min時，反應達到平衡狀態，此時有3 mol SO2發生了反應。
(1)反應生成了_____ mol SO3，v(SO2)＝_____________________。
(2)平衡時SO3的濃度是____________，SO2的轉化率是_________。
(3)平衡時容器內氣體的總物質的量為________mol。
3
0.03 mol·L-1·min-1
0.3 mol·L-1
60%
6.5
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(4)物質的濃度不再改變標志著該反應已達平衡，下列還可以說明該反應已達平衡的是________(填序號)。
①體系內壓強不再改變
②容器內氣體的密度不再改變
③混合氣體的平均相對分子質量不再改變
④v正(SO3)＝2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
①③④
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(3)平衡時混合氣體的總物質的量為2 mol＋1.5 mol＋3 mol＝6.5 mol。(4)根據反應化學方程式知：①中體系壓強不變，說明反應已達平衡狀態；②中容器的體積不變，混合氣體的質量不變，則反應過程中密度始終不變，密度不變不能說明反應已達平衡狀態；③中混合氣體的總質量不變，但反應過程中混合氣體的總物質的量改變，若平均相對分子質量不變，說明反應已達平衡狀態；④表示反應已達平衡狀態；⑤中三者的物質的量之比等于化學計量數之比，不能說明反應已達平衡狀態。

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