2019年(北京专用)高考化学一轮复习第22讲化学平衡状态课件

第22讲化学平衡状态1.可逆反应(1)概念在①相同条件下,既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应。(2)特点:可逆反应不能反应完全。(3)表示:化学方程式中反应物和生成物用“② ”连接。2.化学平衡状态(1)概念一定条件下,可逆反应中,正反应速率和逆反应速率③相等时,反应教材研读体系中所有参加反应的④物质的质量或浓度保持恒定的状态。(2)建立过程:以可逆反应N2+3H2 2NH3为例。反应开始时,反应物浓度最大,正反应速率最大;生成物浓度为0,逆反应速率为0。随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐减小;生成物的浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大。当正反应速率和逆反应速率相等时,反应达到平衡状态,此时反应物和生成物的浓度均保持不变。变化过程如下图所示:(3)特征“逆”——研究对象是可逆反应。“等”——⑤v正=v逆。“动”——化学平衡是一种动态平衡,即v正=v逆≠0。“定”——平衡时反应混合物中各组分的⑥含量保持恒定。“变”——条件改变,平衡状态⑦发生改变,在新条件下建立新的平衡。 名师点睛“v正=v逆”是化学平衡状态的微观本质,其含义为:对同一物质而言,其生成速率等于消耗速率。“反应混合物中各组分的浓度保持恒定”是平衡状态的宏观表现,是v正=v逆的必然结果。自测1判断正误,正确的划“√”,错误的划“✕”。(1)2H2O 2H2↑+O2↑为可逆反应 ()(2)二次电池的充、放电为可逆反应 ()(3)可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于化学变化 ()(4)化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等 ()(5)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度 ()(6)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变 ()✕✕√√√√自测2在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;⑦某种气体的百分含量。(1)能说明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是①③④⑦。(2)能说明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是⑤⑦。(3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是①③④⑤⑦。(4)能说明C(s)+CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是①②③④⑦。(5)能说明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是②④⑦。(6)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是①②③。(7)能说明5CO(g)+I2O5(s) 5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是②④⑦。考点突破考点一化学平衡状态的判断依据考点二等效平衡问题的分析方法1.“两审”一审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压;二审反应特点:①反应前后气体体积是否发生变化;②反应是吸热反应还是放热反应。2.“两标志”(1)等:v正=v逆分析v正、v逆的关系。主要分析在某一可逆反应中,正反应消耗掉某反应物的速率是否等于逆反应生成该反应物的速率。考点一化学平衡状态的判断依据(2)定:达到平衡状态时,反应混合物中各组分的含量一定①分析体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量分数是否保持不变。②对于有有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色是否不再随时间而变化。例如,2NO2(g) N2O4(g)。③体系中某反应物的转化率或某生成物的产率是否达到最大值或不再随时间而变化。以恒温恒容下可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例分析:规律总结判断可逆反应是否达到平衡状态时,只要抓住“变量不变”即可——如果所给的物理量随着反应的进行是一个变量,在某时间段内不变,就可以说明反应达到平衡状态;如果该物理量始终是一个定值,就不能作为判断的依据。=v逆(O2);⑧单位时间内生成nmolO2的同时消耗2nmolSO3。A.①②④⑤B.②③⑦⑧C.②③⑤⑥D.②③⑥ 典例1反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)在恒温恒容的密闭容器中进行,下列可作为判断其达到平衡状态的标志的是 ()①SO2和SO3的浓度相等;②SO2的质量分数保持不变;③容器中气体的压强保持不变;④SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等;⑤容器中混合气体的密度保持不变;⑥容器中气体的平均摩尔质量保持不变;⑦2v正(SO2)D答案D判断化学反应达到平衡状态依据的原则是“变量不变”。①反应物和生成物的浓度不变时达到平衡状态,但浓度不一定相等,错误;②SO2的质量分数是变量,不变时达到平衡状态,正确;③反应在恒容密闭容器中进行,且该反应是反应前后气体分子数发生变化的反应,故容器中气体的压强是变量,当压强不变时达到平衡状态,正确;④SO3的生成速率与SO2的消耗速率均指正反应速率,错误;⑤容器的容积固定,气体的质量固定,混合气体的密度是定值,错误;⑥因为反应前后气体的物质的量发生变化,而气体总质量不变,因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变时,一定达到平衡状态,正确;⑦正确的关系式为v正(SO2)=2v逆(O2),错误;⑧单位时间内生成nmolO2的同时消耗2nmolSO3,均指逆反应速率,错误。1-1对于恒容密闭容器中发生的可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH0,能说明反应达到化学平衡状态的是 ()A.断开1个 键的同时有6个N—H键生成B.混合气体的密度不变C.混合气体的平均相对分子质量不变D.N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2C答案CA项,断开 键与生成N—H键均指正反应;B项,混合气体密度始终不变;C项,平均相对分子质量不变,说明气体的物质的量不变,则反应已达平衡状态。1-2一定条件下,在恒容密闭容器中,能表示反应X(g)+2Y(g) 2Z(g)一定达到化学平衡状态的是 ()①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2②X、Y、Z的浓度不再发生变化③容器中的压强不再发生变化④单位时间内生成nmolZ,同时生成2nmolYA.①②B.①④C.②③D.③④C答案C各组分浓度不再发生变化,说明反应已达到平衡状态,②正确;该反应反应前后气体分子数不相等,所以容器内压强不再发生变化时,说明反应已达到平衡状态,③正确。1.等效平衡相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,起始加入的物质的量不同,而达到平衡时,反应混合物中同种物质的百分含量相同,这样的平衡称为等效平衡。由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关,因而,对于同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。2.等效平衡规律(1)恒温、恒容条件对于反应前后气体分子数改变的同一可逆反应,只改变起始时加入物质考点二等效平衡问题的分析方法的物质的量时,按可逆反应的化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量,若对应组分的物质的量相同,则达到的平衡等效。如在恒温、恒容条件下,可逆反应:2SO2+O2 2SO3①2mol1mol0mol②0mol0mol2mol③0.5mol0.25mol1.5mol由于①、②、③三种情况按化学方程式的化学计量关系换算成同一半边的反应物,对应各组分的物质的量均相等,因此三者达到的平衡为等效平衡。(2)恒温、恒压条件对于反应前后气体分子数改变的同一可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量,若对应组分的物质的量之比相同,则达到的平衡等效。如在恒温、恒压条件下,可逆反应:2SO2+O2 2SO3①2mol1mol0mol②4mol2mol0mol③0mol0mol4mol④2mol1mol2mol①②的图示如下: (3)在恒温、恒容或者恒温、恒压的条件下,对于反应前后气体体积不变的可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,按可逆反应的化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量,若对应组分的物质的量的比值相同,则达到的平衡等效。典例2恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。则下列说法错误的是 ()A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时,生成的C的物质的量为3amolB.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时,B的物质的量一定大于4molC.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时,再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为 D.若在原平衡体系中,再通入1molA和1molB,达平衡时,混合气体的平均相对分子质量不变2aaB答案BA项,该反应在恒温恒压条件下进行,则起始时通入3molA和3molB与原平衡等效,故生成C的物质的量为3amol;B项,不能确定反应进行的方向,因此B的物质的量不一定大于4mol;C项,相当于起始时通入6molA和6molB,达到的平衡与原平衡等效,所以平衡时C的物质的量分数为 = ;D项,两平衡等效,因此混合气体的平均相对分子质量不变。方法指导“中间态”法构建等效平衡①构建等温等容平衡思维模式新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单叠加并压缩而成,相当于增大压强。11aaaa2aa ②构建等温等压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例)新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单叠加,压强不变,平衡不移动。 2-1将4.0molPCl3和2.0molCl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生反应:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)。达到平衡时,PCl5为0.80mol,如果此时移走2.0molPCl3和1.0molCl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是()A.0.8molB.0.4molC.小于0.4molD.大于0.4mol,小于0.8molC答案C反应达到平衡后,移走2.0molPCl3和1.0molCl2,相当于开始时充入了2.0molPCl3和1.0molCl2,若平衡不移动,则平衡时PCl5的物质的量为0.4mol;实际上压强较原平衡减小,故平衡向逆反应方向移动,所以再次达平衡时PCl5的物质的量小于0.4mol,C项正确。2-2二甲醚是一种重要的清洁燃料,可以通过CH3OH分子间脱水制得:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-23.5kJ/mol。一定温度下,容积均为2L的甲、乙两固定容积的密闭容器中,发生上述反应,测得有关数据如下表。容器甲乙反应物投入量2molCH3OH(g)2molCH3OCH3(g)、2molH2O(g)平衡时n(CH3OCH3)/mol0.8a反应物的转化率α2α1下列说法正确的是 ()A.α1+α21B.0.8a1.6C.若甲中反应2min时达到平衡,则2min内的平均反应速率v(CH3OH)=0.2mol·L-1·min-1D.甲中达平衡后再加入0.2molCH3OH(g)、0.2molCH3OCH3(g)和0.4molH2O(g),平衡正向移动D答案DA项,由于该可逆反应为气体分子数不变的反应,故甲、乙两个容器中所达平衡等效,则α1+α2=1;B项,因为两容器中平衡等效,故a=1.6;C项,甲中v(CH3OH)= =0.4mol·L-1·min-1;D项,甲中平衡时n(CH3OH)=0.4mol、n(CH3OCH3)=0.8mol、n(H2O)=0.8mol,K= =4,加入物质后,Qc= = 4,平衡正向移动。1.6mol2L2min20.80.8220.4()220.80.20.80.4220.40.2()2103