高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率第二课时导学案及答案

第二课时　化学平衡状态

可逆反应

(1)概念

在同一条件下，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)表示方法

用“”表示，把从左向右进行的反应称为正反应，从右向左进行的反应称为逆反应。例如工业合成氨的反应为N2＋3H22NH3。

(3)特征

②实例：使2 mol SO2与1 mol O2在密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，充分反应后，容器中存在的物质有SO2、O2、SO3。

1．在已达到平衡的可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的(　　)

A．氧气中　　　　　 B．氧气和三氧化硫中

C．氧气和二氧化硫中    D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中

解析：选D　化学平衡是动态平衡，加入的18O2会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含有18O的SO3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SO2、O2、SO3这三种物质中。

2．在容积不变的密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g)2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始物质的量浓度分别为0.10 mol·L－1、0.30 mol·L－1、0.20 mol·L－1，当反应达到平衡时Z2的物质的量浓度不可能是 (　　)

A．0.05 mol·L－1    　 B．0.20 mol·L－1

C．0.35 mol·L－1    　 D．0.40 mol·L－1

解析：选D　假设X2和Y2全部转化为Z2，此时c(X2)＝0 mol·L－1，c(Y2)＝0 mol·L－1，c(Z2)＝0.40 mol·L－1，但由于该反应是可逆反应，则达到平衡时反应物和生成物的浓度均不可能是0。故平衡时Z2的物质的量浓度不可能是0.40 mol·L－1。

可逆反应是有限度的，在一定的条件下会建立化学平衡状态，下面以合成氨反应为例进行探究。图1为可逆反应中反应物和生成物的浓度随时间的变化曲线，图2为可逆反应的正、逆反应速率随时间的变化曲线。

[问题探讨]

1．随着反应的进行，反应物和生成物的浓度如何变化？正、逆反应速率如何变化？

提示：反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大。

2．当反应进行足够长时间后，反应物和生成物的浓度是否发生变化？正、逆反应速率是否发生变化？此时的状态称为什么？

提示：浓度不再变化，正、逆反应速率也不再变化，此时v正＝v逆，各组分浓度均不再改变，即反应达到了化学平衡状态。

3．当反应进行足够长时间后，反应是否停止？

提示：此时v正＝v逆≠0，故反应没有停止。

1．化学平衡状态的建立

(1)在一定条件下，把1 mol N2和3 mol H2充入一密闭容器中发生反应。

(2)用速率—时间(v­t)图像表示出以上过程：

2．化学平衡状态的概念

当外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物和生成物的浓度不再随时间而发生变化，我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。

3．化学平衡状态的特征

4．判断可逆反应是否达到平衡状态的方法

(1)直接判据

①v正＝v逆

②反应混合物中各组分的质量和浓度保持不变

(2)间接判据

①常用物理量：气体总的物质的量、压强、混合气体的平均密度、平均摩尔质量。

②判断方法：“变量不变即为平”即假设反应向正反应方向进行时，该物理量若发生变化，则某时刻该物理量不再改变时，即认为达到化学平衡状态。若该物理量为一直不变的量，则无法用于判断。

1．在一个固定容积的密闭容器中，有可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，能说明该反应一定达到平衡状态的是(　　)

A.气体分子的平均摩尔质量不再发生变化

B．各组分的物质的量浓度不再改变

C．A与C的质量分数相等

D．反应速率vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q

解析：选B　若m＋n＝p＋q，反应前后气体的总物质的量不变，且各反应物与生成物都是气体，则混合气体的平均摩尔质量始终不变，不能根据气体分子的平均摩尔质量判断反应是否达到平衡状态，A错误；各组分的物质的量浓度不再改变，表明正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，B正确；A与C的质量分数相等时，正、逆反应速率不一定相等，无法判断反应是否达到平衡状态，C错误；反应速率始终满足vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q，无法据此判断反应是否达到平衡状态，D错误。

2．在密闭容器中发生反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)　ΔH＝－14.9 kJ·mol－1，能说明反应已经达到化学平衡状态的是(　　)

A．各物质的浓度相等

B．反应容器内压强不变

C．混合气体的颜色不再变化

D．单位时间内断裂a mol H—H键，同时形成2a mol H—I键

解析：选C　各物质的浓度相等，反应可能处于平衡状态，也可能未达到平衡状态，A错误；该反应反应前后气体分子数不变，无论反应进行到什么程度，反应混合物的物质的量不变，体系的压强不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡，B错误；反应混合物中只有I2是有色气体，若混合气体的颜色不再变化，说明I2的浓度不变，反应达到平衡状态，C正确；单位时间内断裂a mol H—H键，同时形成2a mol H—I键表示的都是正反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，D错误。

3．一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中，M、N的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

请回答下列问题：

(1)该反应的化学方程式为___________________________________________________。

(2)在t2时刻，存在的等量关系是________，此时反应是否达到化学平衡状态？________(填“是”或“否”)

(3)在t3时刻，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆，理由是 ________________________________________________________________________。

解析：(1)当N减少6 mol时，M增加3 mol，所以化学方程式为2NM。(2)t2时刻，n(M)＝n(N)＝4 mol，t2时刻后，N的物质的量继续减小，M的物质的量继续增加，故反应未达到平衡状态。(3)t3时刻，M和N的物质的量均不再发生变化，此时反应已达到平衡状态。

答案：(1)2NM

(2)n(M)＝n(N)　否

(3)＝　M和N的物质的量不再随时间发生变化，所以反应已达到平衡状态

[分级训练·课课过关]____________________ _____________________________________

1.一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO 和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是(　　)

A．d点　　 B．b点

C．c点　　 D．a点

解析：选A　由图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d点正、逆反应速率相等，由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知，图中处于化学平衡状态的点是d点，选项A正确。

2．下列说法中，可以证明反应N2＋3H22NH3已达到平衡状态的是(　　)

①1个N≡N键断裂的同时有3个H—H键形成

②N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2　 ③1个N≡N键断裂的同时有6个N—H键形成　④N2、H2、NH3的浓度不再变化

A．①④    B．②③

C．①③    D．②④

解析：选A　①有一个N≡N键断裂时，也应有3个H—H键断裂，即与3个H—H键形成是相反方向的，v正＝v逆，故能说明反应达到平衡状态；②平衡时，N2、H2、NH3的分子数之比不一定为1∶3∶2；③一个N≡N 键断裂的同时必定形成6个N—H键，不能说明反应达到平衡；④各物质浓度不变，是化学平衡状态的重要标志之一，反应达到平衡。

3．一定条件下，将NO2与SO2以体积比为1∶2置于密闭容器中发生反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)

A．体系压强保持不变

B．混合气体的颜色保持不变

C．SO3和NO的体积比保持不变

D．每消耗1 mol SO2的同时消耗1 mol NO2

解析：选B　由于该反应为反应前后气体体积相等的反应，体系的压强始终保持不变，故压强不变，反应不一定达到平衡，A错误；混合气体的颜色保持不变，说明反应达到平衡状态，B正确；SO3与NO的体积比始终保持1∶1，C错误；每消耗1 mol SO2同时生成1 mol NO2时，表示正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，D错误。

4．一定温度下，在恒容密闭容器中充入CO和H2，发生反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH<0。下列图像符合实际且t0时达到平衡状态的是(　　)

解析：选D　该反应中气体总质量、容器容积为定值，则密度始终不变，题图A不符合实际，错误；初始CH3OH的体积分数应该为0，题图B与实际不符，错误；2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)为反应前后有气体体积差的反应，混合气体总质量为定值，反应过程中混合气体的物质的量逐渐减小，则混合气体的平均摩尔质量逐渐增大，题图C与实际不符，错误；2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)为反应前后有气体体积差的反应，反应过程中压强逐渐减小，当压强不再变化时，如t0时，表明反应达到平衡状态，D正确。

5．下列叙述中可以说明反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)已达平衡状态的是(　　)

①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI；②反应体系的颜色不再变化；③百分组成w(HI)＝w(I2)；④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)；⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1；⑥v分解(HI)＝v生成(HI)；⑦压强不变。

A．①③⑤    B．②⑥

C．④⑤    D．④⑥⑦

解析：选B　①中表示的反应速率的方向相反，但不能满足反应速率之比等于相应的化学计量数之比；②产物中I2(g)有颜色，当体系的颜色不再发生变化时，说明I2(g)的浓度不再变化，可以判断反应达到平衡；平衡时各物质的浓度不再发生变化，但各物质的浓度之间不一定满足某种关系，故③、⑤不能说明反应达到平衡状态；反应速率之比等于相应的化学计量数之比，因此④中的关系是始终成立的，不能说明反应达到平衡状态；⑥v分解(HI)、v生成(HI)分别表示正、逆反应速率，二者相等时说明反应达到平衡状态；根据反应方程式可知，反应前后气体体积是不变的，因此压强始终是不变的，所以⑦不能说明反应达到平衡状态。