2019-2020学年高中化学 2.3 化学平衡2.3.1 化学平衡状态课件 新人教版选修4

第三节化学平衡第1课时化学平衡状态一、可逆反应二、化学平衡状态1.化学平衡的建立:在一定条件下,把1molN2和3molH2充入一密闭容器中:物质浓度反应速率开始时c(反)_____v(正)_____c(生)_____v(逆)_____最大最大为零为零物质浓度反应速率进行中c(反)_____v(正)_____c(生)_____v(逆)_____平衡时v(正)=v(逆)→各组分的浓度_________减小减小增大增大保持不变以上过程用v-t图象表示:2.化学平衡状态:在一定条件下的可逆反应中,当正、逆两个方向的反应速率_____时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持_____的状态。相等恒定3.化学平衡的特征:【自主检测】1.下列各组两个反应互为可逆反应的是()①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O与CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3②H2SO4(浓)+2HBr====2H2O+Br2+SO2与Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO4△====③2NO2====N2O4与N2O4====2NO2④2SO2+O22SO3与2SO32SO2+O2A.①②B.②③C.③④D.②④催化剂△====催化剂△====【解析】选C。可逆反应必须是在同一条件下同时向两个方向进行的反应。2.可逆反应N2+3H22NH3,在容积为10L的密闭容器中进行,开始时加入2molN2和3molH2,达平衡时,NH3的浓度不可能达到()A.0.1mol·L-1B.0.2mol·L-1C.0.05mol·L-1D.0.15mol·L-1【解析】选B。2molN2和3molH2反应,假设反应能够进行到底,则3molH2完全反应,生成2molNH3,此时NH3浓度为0.2mol·L-1,但由于反应是可逆反应,不能完全反应,所以NH3浓度达不到0.2mol·L-1。3.在一定条件下,使SO2和O2在一密闭容器中进行反应,下列说法中不正确的是()A.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变D.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零【解析】选A。根据化学平衡的建立过程可知:反应从正反应方向开始,v(正)最大,v(逆)=0,最后达平衡时,v(正)=v(逆)≠0。4.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2个N—H键断裂【解析】选A。B项指的都是正反应速率;C项指的都是逆反应速率;D项中分别指的是正反应和逆反应速率,但平衡时N≡N键断裂和N—H键断裂数目之比应该为1∶6。5.下列说法正确的是()A.可逆反应的化学反应速率是指正反应速率B.在可逆反应里正反应的速率是正值,逆反应的速率是负值C.在一定条件下,当可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时,反应物和生成物的浓度不再发生变化,这就是该反应所达到的限度D.对于可逆反应来说,反应物转化为生成物没有一定的限度【解析】选C。可逆反应的化学反应速率既包括了正反应速率又包括了逆反应速率,A错;在可逆反应里正反应的速率、逆反应的速率都取正值,B错;C考查化学反应限度的概念,C正确;对于可逆反应来说,反应物转化为生成物有一定的限度,D错。知识点一可逆反应和不可逆反应1.可逆反应特点:(1)双向性:正逆反应同时进行;(2)共存性:所有反应物与生成物都同时存在;(3)不彻底性:所有反应物的转化率均小于百分之百;而生成物的产量总是低于理论产量。2.不可逆反应:有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略,把这类反应称作不可逆反应,用“====”连接。例如:Ba2++S====BaSO4↓。【知识拓展】极端假设法确定各物质浓度的范围在密闭容器中进行反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g),已知A、B、C、D的起始浓度分别为0.2mol·L-1、0.3mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1,在一定条件下,反应达到平衡。可根据极端假设法判断,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:2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)起始浓度/(mol·L-1)0.20.30.30.2改变浓度/(mol·L-1)0.20.10.30.1终态浓度/(mol·L-1)00.20.60.3假设反应逆向进行到底:2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)起始浓度/(mol·L-1)0.20.30.30.2改变浓度/(mol·L-1)0.20.10.30.1终态浓度/(mol·L-1)0.40.400.1平衡体系中各物质的浓度范围为A∈(0,0.4),B∈(0.2,0.4),C∈(0,0.6),D∈(0.1,0.3)。【典题通关】【典例】(2018·杭州高二检测)一定条件下,对于密闭容器中进行的可逆反应:N2+3H22NH3,已知反应达到平衡时N2、H2、NH3的物质的量浓度分别为0.2mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1,则N2的起始浓度范围可能是多少?【解题指南】解答此题可用极端假设法,一个极端为该平衡从正反应开始,即开始时NH3的物质的量浓度为0;另一个极端为:反应从逆反应开始,值得注意的是由于平衡时N2与H2的物质的量浓度之比不等于化学计量数之比,所以应该假设物质的量不足的一方起始浓度为0。【解析】若反应从正向开始,则N2的最大浓度为(假设反应物转化率为100%)0.2mol·L-1+×0.2mol·L-1=0.3mol·L-1,若反应从逆向开始,则N2的最小浓度为0.2mol·L-1-×0.3mol·L-1=0.1mol·L-1,故N2的起始浓度范围为0.1mol·L-1≤c(N2)≤0.3mol·L-1。答案:0.1mol·L-1≤c(N2)≤0.3mol·L-11213【过关训练】1.(2018·南京高二检测)在密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z起始浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1和0.2mol·L-1,则平衡时各物质浓度可能是()A.X为0.2mol·L-1B.Y为0.1mol·L-1C.Z为0.4mol·L-1D.Z为0.1mol·L-1时,Y为0.4mol·L-1【解题指南】解答本题的思维流程如下:【解析】选B。化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不能完全转化的。所以,平衡时各物质的浓度范围为0c(X)0.2mol·L-1,0c(Y)0.6mol·L-1,0c(Z)0.4mol·L-1。而当c(Z)=0.1mol·L-1时,c(Y)=0.45mol·L-1。2.(2018·南昌高二检测)某密闭容器中进行如下反应:3X(g)+Y(g)2Z(g),若要使平衡时反应物总物质的量与生成物的物质的量相等,且用X、Y作反应物,则X、Y的初始物质的量之比的范围应满足()n(X)n(X)2A13B14n(Y)n(Y)3n(X)n(X)C234D15n(Y)n(Y)．＜＜．＜＜．＜＜．＜＜【解析】选D。令参加反应的Y的物质的量为nmol,3X(g)+Y(g)2Z(g),开始(mol):xy0转化(mol):3nn2n平衡(mol):x-3ny-n2n平衡时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等,所以有x-3n+y-n=2n,解得n=反应物不能完全反应,所以有即解得:15,故选D。xy6；yn,x3nxyy,6xyx2n(X)n(Y)【补偿训练】(2018·常州高二检测)在一定条件下,可逆反应A2(g)+B2(g)2C(g)达到平衡时,各物质的平衡浓度c(A2)=0.5mol·L-1、c(B2)=0.1mol·L-1、c(C)=1.6mol·L-1,若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度(mol·L-1),则:(1)a、b应满足的关系是____________________。(2)a的取值范围是____________________。【解析】(1)设转化过程中,A2(g)转化浓度为xmol·L-1,则B2(g)转化浓度为xmol·L-1。平衡浓度:a-x=0.5,b-x=0.1,解得a=b+0.4。(2)由于无法判断平衡是从哪个方向建立的,可以分两种情况分析:从正反应方向进行,从逆反应方向进行。考虑两种极端情况:①A2、B2为起始物;②C为起始物。根据题意,建立如下关系:A2(g)+B2(g)2C(g)平衡浓度(mol·L-1)0.50.11.6浓度变化①(mol·L-1)0.5+0.80.1+0.80浓度变化②(mol·L-1)0.5-0.101.6+0.2所以a的取值范围是0.4≤a≤1.3。答案:(1)a=b+0.4(2)0.4≤a≤1.3知识点二化学平衡状态的判断1.化学平衡状态判断的本质标志:v(正)=v(逆)同一物质生成速率等于消耗速率不同物质化学反应速率之比等于化学计量数之比,且表示不同反应方向(即“一正一逆”)2.化学平衡状态判断的宏观标志:各物质的浓度保持不变各物质的物理量各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变各物质的含量各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变3.化学平衡状态判断的间接标志:(1)反应物的转化率保持不变。(2)产物的产率保持不变。(3)平衡体系的颜色保持不变。(4)绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。(5)某化学键的破坏速率和生成速率相等。【素养升华】宏观辨识:判断可逆反应达到平衡状态的方法1.从化学反应速率的角度判断(即v正=v逆≠0):有两层含义:对于同一物质,该物质的生成速率等于其消耗速率;对于不同的物质,速率之比等于化学方程式中化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。2.利用“变量”与“不变量”判断:(1)确定反应中的“变量”,即随反应的进行而变化的量,当变量不再变化时,表明反应已达平衡状态。而当“不变量”不变时,不能判断反应是否处于平衡状态。(2)常见的变量有:气体的颜色;对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。应当注意,在利用M、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。【典题通关】【典例】(2018·福州高二检测)一定温度下的恒容容器中,能标志某可逆反应A(g)+2B(g)C(s)+3D(g)已达到平衡状态的是()A.混合气体的压强不随时间变化而变化B.气体总物质的量不随时间变化而变化C.2v正(B)=v逆(D)D.混合气体的密度保持不变【解题指南】解答该题应注意以下3点:(1)生成物C状态为固态;(2)该反应气体分子总数不变;(3)平衡时不同物质分别表达的正逆反应速率之比应为化学计量数之比。【解析】选D。因为反应前后气体的分子数不变,所以气体总物质的量、压强始终不随时间变化而变化,不能作为依据,A、B错误;当反应达到平衡时,v正(B)=v逆(D),C错误;因为容器的体积恒定,但是气体的质量不守恒,所以只要反应未达到平衡,密度就变化,反应达到平衡时,密度不再变化,D正确。23【过关训练】1.(2018·厦门高二检测)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=-41.8kJ·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.混合气体颜色保持不变C.SO3和NO的体积比保持不变D.每消耗1molSO3的同时生成1molNO2【解析】选B。由于该反应为反应前后气体分子数相等的反应,体系的压强始终保持不变,故不能以压强不变作为