2020-2021學(xué)年高中化學(xué)蘇教版選修4學(xué)案：專題二 第二單元 第2課時(shí)　化學(xué)平衡狀態(tài) Word版含解析

1、第2課時(shí)化學(xué)平衡狀態(tài)一、可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)1可逆反應(yīng)(1)概念在相同條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。(2)表示方法約定采用“”表示，把從左向右的反應(yīng)稱作正(向)反應(yīng)，從右向左的反應(yīng)稱作逆(向)反應(yīng)。例如：so2與h2o反應(yīng)可表示為so2h2oh2so3。(3)特征可逆反應(yīng)發(fā)生的條件相同，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，反應(yīng)體系中，與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)共存。2不可逆反應(yīng)有些反應(yīng)的逆反應(yīng)進(jìn)行程度太小因而可忽略，把幾乎完全進(jìn)行的反應(yīng)叫不可逆反應(yīng)，用“=”表示。例如：ba2so=baso4。二、化學(xué)平衡1化學(xué)平衡的建立如果把某一可逆反應(yīng)的反應(yīng)物裝入密閉容器，其反

2、應(yīng)過程如下：(1)反應(yīng)開始時(shí)：v(正)最大，v(逆)為零。(2)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)：反應(yīng)物濃度減小v(正)逐漸變小。生成物濃度由零逐漸增大v(逆)從零開始逐漸增大。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)：v(正)v(逆)，反應(yīng)混合物中各組分的濃度不再發(fā)生變化。以上過程可用下圖表示：2概念在一定條件下的可逆反應(yīng)里，當(dāng)正、逆兩個(gè)方向的反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量或濃度保持恒定的狀態(tài)。3特點(diǎn)“五大特征”：探究點(diǎn)一可逆反應(yīng)1可逆反應(yīng)的特征(1)正反應(yīng)和逆反應(yīng)在相同條件下進(jìn)行；否則，不是可逆反應(yīng)。(2)正、逆反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，即進(jìn)行的時(shí)間、地點(diǎn)是相同的，反應(yīng)物和生成物共存。(3)無論一種反應(yīng)物如何過量，其他反應(yīng)物

3、不可能反應(yīng)完全。2可逆反應(yīng)中示蹤原子的存在當(dāng)可逆反應(yīng)：2so2(g)o2(g)2so3(g)進(jìn)行到一定程度后，向體系中充入一定量的18o2，一段時(shí)間后，so2、o2、so3中均含有18o。3可逆反應(yīng)中的反應(yīng)熱正反應(yīng)和逆反應(yīng)反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。4可逆反應(yīng)中各成分物質(zhì)的濃度(物質(zhì)的量)范圍分別假設(shè)反應(yīng)物、生成物中某(投料)相對(duì)較少物質(zhì)完全反應(yīng)，濃度為0，其他物質(zhì)剩余濃度為最小極限，另一方各成分濃度則為最大極限，一種物質(zhì)的濃度范圍在最大(小)極限之間。5可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)的區(qū)別1氫氣的燃燒2h2o22h2o和水的電解2h2o2h2o2互為可逆反應(yīng)嗎？提示：二者不互為可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)必須在同

4、一反應(yīng)條件下進(jìn)行。盡管兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)過程相反，但反應(yīng)條件不同，故二者不互為可逆反應(yīng)。2已知n2(g)3h2(g)2nh3(g)h92.4 kj/mol。在密閉容器中充入1 mol n2和3 mol h2使之反應(yīng)，結(jié)果放出的熱量小于92.4 kj，為什么？提示：因?yàn)樵摲磻?yīng)為可逆反應(yīng)，1 mol n2和3 mol h2不可能完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為2 mol nh3?！纠?】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·l1、0.3 mol·l1、0.2 mol·l1，在一定條件下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的濃度可能

5、是()ac(z)0.3 mol·l1bc(x2)0.2 mol·l1cc(y2)0.4 mol·l1dc(x2)c(y2)c(z)0.55 mol·l1【思路分析】【解析】假設(shè)反應(yīng)由正反應(yīng)方向開始進(jìn)行，由于y2(g)過量，則完全轉(zhuǎn)化時(shí)，z(g)的濃度為0.4 mol·l1；假設(shè)反應(yīng)由逆反應(yīng)方向開始進(jìn)行，則完全轉(zhuǎn)化時(shí)，x2(g)、y2(g)的濃度分別為0.2 mol·l1、0.4 mol·l1。由題意知，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不可能完全轉(zhuǎn)化為生成物，生成物也不可能完全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，故a項(xiàng)正確，b、c項(xiàng)錯(cuò)誤；又該反應(yīng)是反應(yīng)前后

6、總體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)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·l1，d項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮縜一定條件下，存在可逆反應(yīng)：x(g)3y(g)2z(g)，若x、y、z的起始濃度分別為c1 mol·l1、c2 mol·l1、c3 mol·l1(均不為零)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，x、y、z的濃度分別為0.1 mol·l1、0.3 mol·l1、0.08 mol·l1。則下列判斷不正確的是(c)ac1c213b平衡時(shí)，y和z的生成速率之比為32cx、y的

7、轉(zhuǎn)化率不相等dc1的取值范圍為0<c1<0.14解析：根據(jù)題給數(shù)據(jù)和反應(yīng)方程式分析，x和y的平衡濃度之比為13，反應(yīng)中濃度變化量之比為13，故c1c213，a正確；平衡時(shí)，y和z的生成速率之比等于化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，等于32，b正確；x、y的變化量之比和起始量之比相同，所以二者轉(zhuǎn)化率相等，c錯(cuò)誤；利用極限法分析，若起始時(shí)c30，則c10.14，又c1、c2、c3均不為0，故c1的取值范圍為0<c1<0.14，d正確。探究點(diǎn)二化學(xué)平衡狀態(tài)1化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程(1)化學(xué)平衡的研究對(duì)象：化學(xué)平衡研究的是可逆反應(yīng)的規(guī)律，如反應(yīng)進(jìn)行的程度以及外界條件對(duì)反應(yīng)進(jìn)行情況的影

8、響等。(2)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立可借助速率時(shí)間圖像來理解化學(xué)平衡狀態(tài)的建立與化學(xué)反應(yīng)速率之間的關(guān)系。以可逆反應(yīng)ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)為例，若開始時(shí)只有反應(yīng)物而沒有生成物，此時(shí)a和b的濃度最大，因而v正最大而v逆為零。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物不斷減少，生成物不斷增多，則v正逐漸減小，而v逆逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到某一時(shí)刻時(shí)，v正v逆，這時(shí)就達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，如圖甲所示。若開始只有生成物，沒有反應(yīng)物，同理可用v正和v逆的變化來說明上述化學(xué)平衡的建立，如圖乙所示?？山柚鷿舛葧r(shí)間圖像(下圖)來理解化學(xué)平衡的建立與反應(yīng)過程中物質(zhì)濃度變化的關(guān)系。2化學(xué)平衡狀態(tài)(1)只有可逆反應(yīng)才有可能存在化

9、學(xué)平衡狀態(tài)，不可逆反應(yīng)無論怎樣也不可能存在化學(xué)平衡狀態(tài)，即化學(xué)平衡問題的化學(xué)反應(yīng)對(duì)象是可逆反應(yīng)，在解決有關(guān)化學(xué)平衡的問題時(shí)，首先要看清化學(xué)反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)。(2)一個(gè)確定的化學(xué)平衡狀態(tài)，化學(xué)反應(yīng)速率的特征是v(正)v(逆)>0；反應(yīng)混合物的特征，是任意一種物質(zhì)在混合物中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)保持不變。這兩個(gè)特征是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。有了這兩個(gè)特征，可逆反應(yīng)也就進(jìn)行到了最大限度。(3)化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)進(jìn)行到最大限度的結(jié)果，可逆反應(yīng)有達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的可能，但可逆反應(yīng)在未進(jìn)行到最大限度之前還不是化學(xué)平衡狀態(tài)。一經(jīng)建立的化學(xué)平衡狀態(tài)，不會(huì)因時(shí)間的變化而變化。(4)化學(xué)反應(yīng)的可逆

10、性為化學(xué)平衡狀態(tài)的建立奠定了內(nèi)因性的基礎(chǔ)，化學(xué)平衡狀態(tài)的建立還必須有一定的溫度、物質(zhì)的濃度和氣體的壓強(qiáng)等外因性條件，否則化學(xué)平衡狀態(tài)也建立不起來，以哲學(xué)的觀點(diǎn)審視化學(xué)平衡狀態(tài)的建立，內(nèi)因(可逆反應(yīng))是基礎(chǔ)，外因(溫度、濃度、壓強(qiáng)等)是條件，外因通過內(nèi)因而起作用。(5)由于不同的可逆反應(yīng)具有不同的性質(zhì)，化學(xué)平衡狀態(tài)的建立還必須具有一定的外部條件(溫度、濃度、壓強(qiáng)等)，所以，同一個(gè)可逆反應(yīng)在不同條件下建立起的化學(xué)平衡狀態(tài)可能不同；不同的可逆反應(yīng)建立起的化學(xué)平衡狀態(tài)也不一定相同。(6)對(duì)于一個(gè)既定的可逆反應(yīng)，如果其他條件一定，不論采取何種途徑，即反應(yīng)是由反應(yīng)物開始或由生成物開始，是一次投料或是分步投

11、料，最后都能建立起化學(xué)平衡狀態(tài)。1v正v逆指的是同一種物質(zhì)還是不同種物質(zhì)？當(dāng)v正v逆時(shí)，化學(xué)反應(yīng)停止了嗎？提示：(1)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等是指同一種物質(zhì)的反應(yīng)速率與生成速率相等。不同種物質(zhì)的反應(yīng)速率不一定相等。(2)v正v逆，但二者均不為0，即證明反應(yīng)沒有停止。2理解化學(xué)平衡狀態(tài)應(yīng)注意的問題有哪些？提示：理解化學(xué)平衡狀態(tài)應(yīng)注意的問題：(1)前提是“可逆反應(yīng)”。(2)實(shí)質(zhì)是“正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等”。(3)標(biāo)志是“體系中各組分的濃度保持不變”。(4)一定條件指所處的外界狀況：特定的溫度、壓強(qiáng)、催化劑等。(5)v(正)v(逆)0，正反應(yīng)和逆反應(yīng)仍在進(jìn)行，是動(dòng)態(tài)平衡。(

12、6)化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)進(jìn)行到最大限度的結(jié)果?！纠?】在373 k時(shí)，往密閉容器中充入一定物質(zhì)的量的no2和so2，發(fā)生如下反應(yīng)：no2so2noso3，達(dá)到平衡時(shí)，下列敘述正確的是()aso2、no2、no、so3的物質(zhì)的量一定相等bno2和so2的物質(zhì)的量一定相等c平衡體系中反應(yīng)物的總物質(zhì)的量一定等于生成物的總物質(zhì)的量dno和so3的物質(zhì)的量一定相等【解析】容器中起始時(shí)充入的是no2和so2，又因?yàn)樯晌飊o和so3的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為11，故平衡時(shí)no和so3的物質(zhì)的量一定相等，d項(xiàng)正確；因?yàn)椴恢纼煞N氣體的充入量，平衡時(shí)no2和so2的物質(zhì)的量不一定相等，a、b項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)是反應(yīng)前后

13、氣體體積不變的可逆反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體總物質(zhì)的量保持不變，但平衡體系中反應(yīng)物的總物質(zhì)的量不一定等于生成物的總物質(zhì)的量，c項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮縟在一定條件下，使no和o2在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，下列說法中不正確的是(b)a反應(yīng)開始時(shí)，正反應(yīng)速率最大，逆反應(yīng)速率為零b隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，最后為零c隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逆反應(yīng)速率逐漸增大，最后不變d隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，最后不變解析：可逆反應(yīng)從正反應(yīng)開始，正反應(yīng)速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率逐漸增大，最后v正v逆，但不等于零。探究點(diǎn)三判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡的標(biāo)志1直接標(biāo)志：v正v逆，要求大小相等，方向相反。(1)速率標(biāo)志：指“等”，

14、即v正v逆，有兩層含義：對(duì)于同一物質(zhì)而言，該物質(zhì)的生成速率等于它的消耗速率；對(duì)于不同的物質(zhì)而言，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，但必須是不同方向的反應(yīng)速率。(2)含量標(biāo)志：指“定”，即反應(yīng)混合物中各組分的含量保持不變。2間接標(biāo)志：指所表述的內(nèi)容并非直接而是間接反映“等”和“定”的意義。(1)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率保持不變。(2)產(chǎn)物的產(chǎn)率保持不變。(3)絕熱的恒容反應(yīng)體系中的溫度保持不變。(4)某化學(xué)鍵的破壞速率和生成速率相等。3“特殊”標(biāo)志：指所表述的內(nèi)容并不能適用所有反應(yīng)，只適用于某些反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。(1)體系中氣體物質(zhì)的總質(zhì)量保持不變。(2)體系中氣體物質(zhì)的總物質(zhì)的量(或體積

15、或分子個(gè)數(shù))保持不變。(3)體系中氣體物質(zhì)的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變。(4)氣體的總壓強(qiáng)不再發(fā)生改變。(恒容密閉容器中)(5)體系中氣體的密度不再發(fā)生改變。(恒壓密閉容器中)以上五項(xiàng)中，對(duì)于n0的可逆反應(yīng)，除(1)外均可作為判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志；但對(duì)于n0的可逆反應(yīng)，此五項(xiàng)均不能作為判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志。4以反應(yīng)ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)為例來說明特別提醒：(1)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)有兩個(gè)核心判斷依據(jù)：正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等。反應(yīng)混合物中各組成成分的百分含量保持不變。依據(jù)其他有關(guān)的量判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，最終都要回歸到這兩個(gè)核心依據(jù)上來。(2)“不一定平衡

16、”是指在現(xiàn)有條件下無法判斷是否達(dá)到平衡。1在一定溫度下的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)n23h22nh3，當(dāng)c(n2)c(h2)c(nh3)132時(shí)，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)嗎？提示：不能。當(dāng)c(n2)、c(h2)、c(nh3)不再隨時(shí)間變化時(shí)，即說明反應(yīng)達(dá)到平衡，且n2、h2、nh3的物質(zhì)的量濃度之比不一定等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。2對(duì)于可逆反應(yīng)n23h22nh3，若v正(n2)v逆(nh3)，此時(shí)反應(yīng)是否達(dá)平衡狀態(tài)？3v正(n2)v正(h2)呢？提示：第一種情況不是平衡狀態(tài)。因?yàn)閷?duì)于同一反應(yīng)用不同反應(yīng)物表示反應(yīng)速率時(shí)，反應(yīng)速率與方程式中的各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比。v正(n2)v逆(nh3)時(shí)，正、逆反

17、應(yīng)速率并不相等，而是正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。平衡時(shí)應(yīng)為2v正(n2)v逆(nh3)。第二種情況也不是平衡狀態(tài)。因?yàn)閚2和h2都是反應(yīng)物，在反應(yīng)的任何時(shí)段都會(huì)有3v正(n2)v正(h2)。若是3v正(n2)v逆(h2)，就是平衡狀態(tài)?！纠?】可逆反應(yīng)：2no22noo2在體積固定的密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志的是()單位時(shí)間內(nèi)生成n mol o2的同時(shí)生成2n mol no2單位時(shí)間內(nèi)生成n mol o2的同時(shí)生成2n mol no用no2、no、o2表示的反應(yīng)速率的比為221的狀態(tài)混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài)混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)混合氣體的平均相對(duì)分子

18、質(zhì)量不再改變的狀態(tài)abc d全部【思路分析】解答本題可以從化學(xué)平衡的直接標(biāo)志和間接標(biāo)志進(jìn)行分析判斷?！窘馕觥恐袉挝粫r(shí)間內(nèi)生成n mol o2的同時(shí)必消耗2n mol no2，同種物質(zhì)的生成速率和消耗速率相等，所以能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)，所描述的都是指正反應(yīng)方向的速率，無法判斷；無論達(dá)到平衡與否，同一方向的速率之比總是等于方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比；有色氣體的顏色不變能夠說明已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)；因容器體積固定，密度是一個(gè)常數(shù)，所以不能說明；該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，容器的體積又固定，所以均能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)?！敬鸢浮縜在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：2so2(g)o2(g)2so3(g)。已

19、知反應(yīng)過程中某一時(shí)刻so2、o2、so3的濃度分別為0.2 mol/l、0.1 mol/l、0.2 mol/l。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，可能存在的數(shù)據(jù)是(b)aso2為0.4 mol/l、o2為0.2 mol/lbso3為0.25 mol/lcso2、so3均為0.15 mol/ldso3為0.4 mol/l解析：a項(xiàng)數(shù)據(jù)表明，題中0.2 mol/l的so3完全轉(zhuǎn)化成了so2和o2，即平衡時(shí)，c(so3)0，這是不可能的；b項(xiàng)可能；c項(xiàng)數(shù)據(jù)表明so2、so3均在原濃度基礎(chǔ)上減少了0.05 mol/l，這也是不可能的；d項(xiàng)數(shù)據(jù)表明so2完全轉(zhuǎn)化成了so3，即平衡時(shí)c(so2)0，c(o2)0，這也是不

20、可能的。1下列有關(guān)可逆反應(yīng)的說法不正確的是(c)a可逆反應(yīng)是指在同一條件下能同時(shí)向正逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)b2hih2i2是可逆反應(yīng)ccaco3caoco2是可逆反應(yīng)d只有可逆反應(yīng)才存在化學(xué)平衡解析：caco3受熱才能分解，cao與co2在常溫下就能發(fā)生化合反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)條件不同，是不可逆反應(yīng)。故正確答案為c。2對(duì)可逆反應(yīng)4nh3(g)5o2(g)4no(g)6h2o(g)，下列敘述正確的是(a)a達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，4v正(o2)5v逆(no)b若單位時(shí)間內(nèi)生成x mol no的同時(shí)，消耗x mol nh3，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)c達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，若增加容器容積，則正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大d化學(xué)

21、反應(yīng)速率關(guān)系是：2v正(nh3)3v正(h2o)解析：本題綜合考查化學(xué)平衡的建立及外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。根據(jù)不同物質(zhì)表示同一反應(yīng)時(shí)的速率關(guān)系可知，v逆(o2)v逆(no)54，v逆(no)v逆(o2)，代入a中表達(dá)式知v正(o2)v逆(o2)，a正確；no的生成與nh3的消耗均表示正反應(yīng)速率，故b不正確；達(dá)到平衡時(shí)，增加容器容積，反應(yīng)物、生成物濃度同時(shí)減小，正、逆反應(yīng)速率同時(shí)減小，c不正確；在反應(yīng)的任意狀態(tài)總有v正(nh3)v正(h2o)46即3v正(nh3)2v正(h2o)，d不正確。3用氮化硅陶瓷代替金屬制造發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱部件，能大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。工業(yè)上用化學(xué)氣相沉積法制備氮化硅，其反應(yīng)如下：3sicl4(g)2n2(g)6h2(g)si3n4(s)12hcl(g)h<0，一定條件下，在恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，能說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是(c)a3v正(n2)v正(h2)bv正(hcl)4v正(sicl4)c混合氣體密度保持不變dc(n2)c(h2)c(hcl)136解析：3v正(n2)v正(h2)，等式兩邊均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)過程中始終成立，不能說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；v正(hcl)4v正(sicl4)，等式兩邊都表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終成立