2020高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度 第2课时 化学平衡

[明确学习目标]1.了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念、特点。2.了解化学平衡建立的过程。3.理解化学平衡状态的特征。23学生自主学习1.可逆反应N2＋3H22NH3Cl2＋H2OHCl＋HClO2SO2＋O22SO3上述反应进行的程度是有限的，难以进行到底，它们都是可逆反应。生活中的许多反应都是可逆反应。□01高温、高压催化剂□02□03催化剂△2．化学平衡状态的建立(1)可逆反应中生成物和反应物的浓度随时间的变化(2)可逆反应的反应速率随时间的变化反应刚开始时，正反应速率，逆反应速率；随着反应的进行，正反应速率随着反应物浓度的下降而逐渐，逆反应速率随着生成物浓度的上升而不断；最终，正反应速率逆反应速率，达到化学平衡状态。□04最大□05很小□06变小□07增大□08等于1．H2和O2反应生成H2O与H2O分解生成H2和O2互为可逆反应吗？提示：H2和O2反应生成水的条件是点燃，而H2O分解成H2和O2的条件是通电(或高温)；两反应的条件不同，因此，它们不是可逆反应。提示2．若加入1molN2和3molH2在高温高压和催化剂条件下能否生成2molNH3?提示：不能生成2molNH3，因为N2和H2合成NH3为可逆反应，反应物不可能完全反应。提示3．达到化学平衡状态时，体系中各物质的浓度保持不变说明正、逆反应速率为0，是否正确？提示：错误，达到化学平衡状态时，体系中各物质的浓度保持不变，正、逆反应速率相等，但不等于0，是动态平衡。提示23师生课堂互动一、可逆反应1．可逆反应的概念在相同条件下，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．可逆反应的表示方法反应物正反应逆反应生成物3．可逆反应的特征[对点练习]1．下列对可逆反应的认识正确的是()A．SO2＋Br2＋H2O===H2SO4＋2HBr与2HBr＋H2SO4(浓)===Br2＋SO2↑＋2H2O属于可逆反应B．既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应C．H2与I2在加热时，生成HI，同时HI又分解出H2和I2，属于可逆反应D．2Ag＋Br2=====CuO2AgBr与2AgBr=====光2Ag＋Br2属于可逆反应答案C答案解析可逆反应是在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应，A、D的两个方向进行的反应条件不同；B未指明“是相同条件”，因此，只有C正确。解析2．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()A．Z为0.3mol·L－1B．Y2为0.4mol·L－1C．X2为0.2mol·L－1D．Z为0.4mol·L－1答案A答案方法探究利用极端假设法确定各物质的浓度范围上述题目中可利用极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)起始浓度(mol·L－1)0.10.30.2改变浓度(mol·L－1)0.10.10.2终态浓度(mol·L－1)00.20.4假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)起始浓度(mol·L－1)0.10.30.2改变浓度(mol·L－1)0.10.10.2终态浓度(mol·L－1)0.20.40平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2)，Y2∈(0.2,0.4)，Z∈(0,0.4)。二、化学平衡状态1．化学平衡状态的特征(1)本质特征——v正＝v逆。(2)现象特征——反应混合物中各组分的浓度和百分含量保持不变。2．化学平衡状态判断的依据[以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)为例](1)直接依据①v正＝v逆。②各组分的浓度或百分含量保持不变。(2)间接依据①若a＋b≠c＋d，则混合气体的总物质的量、总压强(恒温恒容)、总体积(恒温恒压)、平均摩尔质量不随时间改变而改变。②若某组分有颜色，则反应体系的颜色不再随时间改变而改变。3．以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例进行说明[对点练习]3．下列说法中，可以证明反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是()A．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成B．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键断裂C．3个H—H键形成的同时，有6个N—H键断裂D．1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成答案A答案解析B项，指的均是正反应速率；C项，指的均是逆反应速率；D项，指的均是正反应速率。解析4．生产硫酸的工艺流程中，反应之一是2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－190kJ/mol。下列描述中能说明上述反应已达平衡的是()A．v正(O2)＝2v逆(SO3)B．容器中气体的平均摩尔质量不随时间而变化C．如果容器容积是固定的，那么混合气体的密度不随时间而变化D．单位时间内生成nmolSO3的同时生成nmolO2答案B答案解析化学平衡状态的标志：正反应速率等于逆反应速率。v正(O2)＝2v逆(SO3)时，正、逆反应速率不相等，A项错误；容器中气体的平均摩尔质量不随时间而变化，说明平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，B项正确；气体的密度＝质量体积，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，容器体积不变，气体的密度不会发生变化，故容器中气体的密度不随时间而变化，不能说明反应达到平衡，C项错误；生成2nmolSO3的同时生成nmolO2，反应达到平衡状态，D项错误。解析规律方法化学平衡状态的判断误区误区一忽略反应的特点由于不同的化学反应的特点不同，则不能将相同的描述用于不同反应的判断。如对于等温等体积容器中存在的化学反应而言，如果反应前后气体体积可变，则压强不变可作为该反应达到化学平衡的判断依据；如果反应前后气体体积不变，则压强不变不可以作为该反应达到化学平衡的判断依据。误区二忽略速率的方向在通过化学反应速率描述反应是否达到化学平衡时，不能简单地认为速率相等时，一定达到了化学平衡，必须强调速率的方向相反。本课归纳总结23学习效果检测1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)只有可逆反应才存在平衡状态。()(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果。()(3)化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应的速率都为0。()(4)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等。()(5)化学反应达到化学平衡状态时反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例。()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×答案2．在平衡体系2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)中通入18O组成的氧气，重新达到平衡后，则18O()A．只存在于O2中B．只存在于NO2中C．只存在于O2和NO2中D．存在于NO、O2、NO2中解析由于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)是可逆反应，在18O2投入后，18O会随着正、逆反应的进行，存在于NO、O2、NO2中。解析答案D答案3．在一定条件下，某密闭容器中发生可逆反应2X(g)＋2Y(g)3Z(g)＋2W(g)，X、Y的初始浓度分别为2.5mol·L－1和2.0mol·L－1，达平衡后，下列各生成物的浓度数据中肯定错误的是()A．c(Z)＝1.5mol·L－1B．c(Z)＝2.4mol·L－1C．c(W)＝1.6mol·L－1D．c(W)＝2.0mol·L－1答案D答案解析可逆反应中，反应物不可能完全转化。由于反应中X、Y按物质的量之比1∶1反应，所以X过量，若Y完全反应，则c(Z)＝3.0mol·L－1，c(W)＝2.0mol·L－1。但Y不可能完全反应，所以0mol·L－1c(Z)3.0mol·L－1,0mol·L－1c(W)2.0mol·L－1。故D项肯定错误。解析4．一定温度下，在某固定容积的密闭容器中发生可逆反应A(s)＋3B(g)3C(g)，该反应达到平衡状态的标志是()A．密闭容器内物质的总质量不再改变B．密闭容器内气体的压强不再改变C．密闭容器内混合气体的总物质的量不再改变D．密闭容器内混合气体的质量不再改变答案D答案解析根据质量守恒定律知，反应前后物质的总质量相等，故A项不能作为反应达到平衡状态的标志；该反应是气体分子数相等的反应，反应过程中混合气体的总物质的量始终不变，密闭容器内气体的压强也不变，故B、C项不能作为反应达到平衡状态的标志；由于有固体物质参加反应，所以达到平衡前混合气体的质量是不断变化的，若混合气体的质量不再变化，则说明反应达到了平衡状态。解析5．已知可逆反应2NO2(g)N2O4(g)，下列状态合理且可以判断该反应已经达到平衡的是()①v正＝v逆≠0的状态②NO2全部转变成N2O4的状态③c(NO2)＝c(N2O4)的状态④N2O4不再分解的状态⑤NO2的百分含量不再改变的状态⑥体系颜色不再发生变化的状态A．①④⑥B．①⑤⑥C．①③⑥D．②⑤⑥答案B答案解析化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等，但不为零，宏观表现是各组分百分含量保持不变，据此可知①⑤均正确。由于该反应是可逆反应，NO2不可能全部转化为N2O4，因此②中的状态不存在。③中c(NO2)＝c(N2O4)是一种特殊情况，并不能说明反应达到平衡状态。可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应都在进行，因此④中的状态不存在。反应体系中NO2呈红棕色而N2O4呈无色，体系的颜色不变就是NO2的浓度不变，说明反应达到平衡状态，故⑥正确。解析