202X_202X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

1、第三节化 学 平 衡第1课时化学平衡状态一、可逆反应一、可逆反应二、化学平衡状态二、化学平衡状态1.1.化学平衡的建立化学平衡的建立: :在一定条件下在一定条件下, ,把把1 mol N1 mol N2 2和和3 mol H3 mol H2 2充入一密闭容器充入一密闭容器中中: :物质浓度物质浓度反应速率反应速率开始时开始时c c( (反反)_)_v v( (正正)_)_c c( (生生)_)_v v( (逆逆)_)_最大最大最大最大为零为零为零为零物质浓度物质浓度反应速率反应速率进行中进行中c c( (反反)_)_v v( (正正)_)_c c( (生生)_)_v v( (逆逆)_)_平衡时

2、平衡时v v( (正正)=)=v v( (逆逆)各组分的浓度各组分的浓度_减小减小减小减小增大增大增大增大保持不变保持不变以上过程用以上过程用v v- -t t图象表示图象表示: :2.2.化学平衡状态化学平衡状态: :在一定条件下的可逆反应中在一定条件下的可逆反应中, ,当正、逆两个方向的反应当正、逆两个方向的反应速率速率_时时, ,反应体系中所有参加反应的物质的质量反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持或浓度保持_的状态。的状态。相等相等恒定恒定3.3.化学平衡的特征化学平衡的特征: :【自主检测自主检测】1.1.下列各组两个反应互为可逆反应的是下列各组两个反应互为可逆反应的是( (

3、) )2NaHCO2NaHCO3 3 Na Na2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O O与与COCO2 2+Na+Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O 2NaHCO 2NaHCO3 3H H2 2SOSO4 4( (浓浓)+2HBr)+2HBr = = 2H 2H2 2O+BrO+Br2 2+SO+SO2 2与与BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O O 2HBr+H 2HBr+H2 2SOSO4 4=2NO2NO2 2 = N N2 2O O4 4与与N N2 2O O4 4 = 2NO 2NO2 22SO2SO2 2+O+O2 2 2SO 2SO3

4、3与与2SO2SO3 3 2SO2SO2 2+O+O2 2 A.A.B.B.C.C.D.D.催化剂催化剂=催化剂催化剂=【解析解析】选选C C。可逆反应必须是在同一条件下同时向两。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。个方向进行的反应。2.2.可逆反应可逆反应N N2 2+3H+3H2 2 2NH2NH3 3, ,在容积为在容积为10 L10 L的密闭容器的密闭容器中进行中进行, ,开始时加入开始时加入2 mol N2 mol N2 2和和3 mol H3 mol H2 2, ,达平衡时达平衡时,NH,NH3 3的浓度不可能达到的浓度不可能达到( () )A.0.1 molLA.

5、0.1 molL-1-1B.0.2 molLB.0.2 molL-1-1C.0.05 molLC.0.05 molL-1-1D.0.15 molLD.0.15 molL-1-1【解析解析】选选B B。2 mol N2 mol N2 2和和3 mol H3 mol H2 2反应反应, ,假设反应能假设反应能够进行到底够进行到底, ,则则3 mol H3 mol H2 2完全反应完全反应, ,生成生成2 mol NH2 mol NH3 3, ,此此时时NHNH3 3浓度为浓度为0.2 molL0.2 molL-1-1, ,但由于反应是可逆反应但由于反应是可逆反应, ,不不能完全反应能完全反应, ,

6、所以所以NHNH3 3浓度达不到浓度达不到0.2 molL0.2 molL-1-1。3.3.在一定条件下在一定条件下, ,使使SOSO2 2和和O O2 2在一密闭容器中进行反应在一密闭容器中进行反应, ,下列说法中不正确的是下列说法中不正确的是 ( () )A.A.随着反应的进行随着反应的进行, ,正反应速率逐渐减小正反应速率逐渐减小, ,最后为零最后为零B.B.随着反应的进行随着反应的进行, ,正反应速率逐渐减小正反应速率逐渐减小, ,最后不变最后不变C.C.随着反应的进行随着反应的进行, ,逆反应速率逐渐增大逆反应速率逐渐增大, ,最后不变最后不变D.D.反应开始时反应开始时, ,正反应

7、速率最大正反应速率最大, ,逆反应速率为零逆反应速率为零【解析解析】选选A A。根据化学平衡的建立过程可知。根据化学平衡的建立过程可知: :反应从反应从正反应方向开始正反应方向开始, ,v v( (正正) )最大最大, ,v v( (逆逆)=0,)=0,最后达平衡最后达平衡时时, ,v v( (正正)=)=v v( (逆逆)0)0。4.4.下列说法中下列说法中, ,可以证明反应可以证明反应N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g) (g) 2NH2NH3 3(g)(g)已达到平衡状态的是已达到平衡状态的是 ( () )A.1A.1个个NNNN键断裂的同时键断裂的同时, ,有有3 3个个H

8、HHH键形成键形成B.1B.1个个NNNN键断裂的同时键断裂的同时, ,有有3 3个个HHHH键断裂键断裂C.3C.3个个HHHH键形成的同时键形成的同时, ,有有6 6个个NHNH键断裂键断裂D.1D.1个个NNNN键断裂的同时键断裂的同时, ,有有2 2个个NHNH键断裂键断裂【解析解析】选选A A。B B项指的都是正反应速率项指的都是正反应速率;C;C项指的都是项指的都是逆反应速率逆反应速率;D;D项中分别指的是正反应和逆反应速率项中分别指的是正反应和逆反应速率, ,但但平衡时平衡时NNNN键断裂和键断裂和NHNH键断裂数目之比应该为键断裂数目之比应该为1616。5.5.下列说法正确的是

9、下列说法正确的是( () )A.A.可逆反应的化学反应速率是指正反应速率可逆反应的化学反应速率是指正反应速率B.B.在可逆反应里正反应的速率是正值在可逆反应里正反应的速率是正值, ,逆反应的速率是逆反应的速率是负值负值C.C.在一定条件下在一定条件下, ,当可逆反应的正反应速率与逆反应速当可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时率相等时, ,反应物和生成物的浓度不再发生变化反应物和生成物的浓度不再发生变化, ,这就这就是该反应所达到的限度是该反应所达到的限度D.D.对于可逆反应来说对于可逆反应来说, ,反应物转化为生成物没有一定的反应物转化为生成物没有一定的限度限度【解析解析】选选C C。可逆反

10、应的化学反应速率既包括了正反。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应速率又包括了逆反应速率,A,A错错; ;在可逆反应里正反应在可逆反应里正反应的速率、逆反应的速率都取正值的速率、逆反应的速率都取正值,B,B错错;C;C考查化学反应考查化学反应限度的概念限度的概念,C,C正确正确; ;对于可逆反应来说对于可逆反应来说, ,反应物转化为反应物转化为生成物有一定的限度生成物有一定的限度,D,D错。错。知识点一可逆反应和不可逆反应知识点一可逆反应和不可逆反应1.1.可逆反应特点可逆反应特点: :(1)(1)双向性双向性: :正逆反应同时进行正逆反应同时进行; ;(2)(2)共存

11、性共存性: :所有反应物与生成物都同时存在所有反应物与生成物都同时存在; ;(3)(3)不彻底性不彻底性: :所有反应物的转化率均小于百分之百所有反应物的转化率均小于百分之百; ;而而生成物的产量总是低于理论产量。生成物的产量总是低于理论产量。2.2.不可逆反应不可逆反应: :有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略, ,把这类反把这类反应称作不可逆反应应称作不可逆反应, ,用用“=”=”连接。例如连接。例如:Ba:Ba2+2+S +S = BaSO= BaSO4 4。【知识拓展知识拓展】极端假设法确定各物质浓度的范围极端假设法确定各物质浓度的范围在密闭容器

12、中进行反应在密闭容器中进行反应2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g),2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g),已知已知A A、B B、C C、D D 的起始浓度分别为的起始浓度分别为0.2 mol0.2 molL L-1-1、0.3 mol0.3 molL L-1-1、0.3 mol0.3 molL L-1-1、0.2 mol0.2 molL L-1-1, ,在一定条在一定条件下件下, ,反应达到平衡。可根据极端假设法判断反应达到平衡。可根据极端假设法判断, ,假设反假设反应正向或逆向进行到底应正向或逆向进行到底, ,求出各物质浓度的最大值和最求出各物质浓度的最大值和最小值小值, ,从

13、而确定它们的浓度范围。从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底假设反应正向进行到底: :2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g)2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g)起始浓度起始浓度/(mol/(molL L-1-1) )0.20.20.30.3 0.3 0.30.20.2改变浓度改变浓度/(mol/(molL L-1-1) )0.20.20.10.1 0.3 0.30.10.1终态浓度终态浓度/(mol/(molL L-1-1) )0 00.20.2 0.6 0.60.30.3假设反应逆向进行到底假设反应逆向进行到底: :2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g)2A(g)+B(g

14、) 3C(g)+D(g)起始浓度起始浓度/(mol/(molL L-1-1) )0.20.20.30.30.30.30.20.2改变浓度改变浓度/(mol/(molL L-1-1) )0.20.20.10.10.30.30.10.1终态浓度终态浓度/(mol/(molL L-1-1) )0.40.40.40.40 00.10.1平衡体系中各物质的浓度范围为平衡体系中各物质的浓度范围为A(0,0.4),B(0.2,0.4),A(0,0.4),B(0.2,0.4),C(0,0.6),D(0.1,0.3)C(0,0.6),D(0.1,0.3)。【典题通关典题通关】【典例典例】(2018(2018杭州

15、高二检测杭州高二检测) )一定条件下一定条件下, ,对于密闭对于密闭容器中进行的可逆反应容器中进行的可逆反应:N:N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3, ,已知反应达已知反应达到平衡时到平衡时N N2 2、H H2 2、NHNH3 3的物质的量浓度分别为的物质的量浓度分别为0.2 molL0.2 molL-1-1、0.3 molL0.3 molL-1-1、0.2 molL0.2 molL-1-1, ,则则N N2 2的起的起始浓度范围可能是多少始浓度范围可能是多少? ?【解题指南解题指南】解答此题可用极端假设法解答此题可用极端假设法, ,一个极端为该一个极端为该平衡从正反应开始平衡

16、从正反应开始, ,即开始时即开始时NHNH3 3的物质的量浓度为的物质的量浓度为0;0;另一个极端为另一个极端为: :反应从逆反应开始反应从逆反应开始, ,值得注意的是由于值得注意的是由于平衡时平衡时N N2 2与与H H2 2的物质的量浓度之比不等于化学计量数的物质的量浓度之比不等于化学计量数之比之比, ,所以应该假设物质的量不足的一方起始浓度所以应该假设物质的量不足的一方起始浓度为为0 0。【解析解析】若反应从正向开始若反应从正向开始, ,则则N N2 2的最大浓度为的最大浓度为( (假设假设反应物转化率为反应物转化率为100%)0.2 molL100%)0.2 molL-1-1+ + 0

17、.2 molL0.2 molL-1-1=0.3 molL=0.3 molL-1-1, ,若反应从逆向开始若反应从逆向开始, ,则则N N2 2的最小浓度为的最小浓度为0.2 molL0.2 molL-1-1- - 0.3 molL0.3 molL-1-1=0.1 molL=0.1 molL-1-1, ,故故N N2 2的起始浓度范围为的起始浓度范围为0.1 molL0.1 molL-1-1c c(N(N2 2)0.3 molL0.3 molL-1-1。答案答案: :0.1 molL0.1 molL-1-1c c(N(N2 2)0.3 molL)0.3 molL-1-11213【过关训练过关训练

18、】1.(20181.(2018南京高二检测南京高二检测) )在密闭容器中发生反应在密闭容器中发生反应: :X(g)+3Y(g) 2Z(g),X(g)+3Y(g) 2Z(g),若若X X、Y Y、Z Z起始浓度分别为起始浓度分别为0.1 molL0.1 molL-1-1、0.3 molL0.3 molL-1-1和和0.2 molL0.2 molL-1-1, ,则平衡时则平衡时各物质浓度可能是各物质浓度可能是( () ) A.XA.X为为0.2 molL0.2 molL-1-1B.YB.Y为为0.1 molL0.1 molL-1-1C.ZC.Z为为0.4 molL0.4 molL-1-1D.ZD.

19、Z为为0.1 molL0.1 molL-1-1时时,Y,Y为为0.4 molL0.4 molL-1-1【解题指南解题指南】解答本题的思维流程如下解答本题的思维流程如下: :【解析解析】选选B B。化学反应的限度决定了可逆反应中的各。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。所以种成分是不能完全转化的。所以, ,平衡时各物质的浓度平衡时各物质的浓度范围为范围为00c c(X)0.2 molL(X)0.2 molL-1-1,0,0c c(Y)0.6 molL(Y)0.6 molL-1-1, ,00c c(Z)0.4 molL(Z)0.4 molL-1-1。而当。而当c c(Z)=0

20、.1 molL(Z)=0.1 molL-1-1时时, ,c c(Y)=0.45 molL(Y)=0.45 molL-1-1。2.(20182.(2018南昌高二检测南昌高二检测) )某密闭容器中进行如下反某密闭容器中进行如下反应应:3X(g)+Y(g) 2Z(g),:3X(g)+Y(g) 2Z(g),若要使平衡时反应物总物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质的量与生成物的物质的量相等, ,且用且用X X、Y Y作反应物作反应物, ,则则X X、Y Y 的初始物质的量之比的范围应满足的初始物质的量之比的范围应满足( () )n(X)n(X)2A13 B14n(Y)n(Y)3n(X

21、)n(X)C 234 D15n(Y)n(Y) 【解析解析】选选D D。令参加反应的。令参加反应的Y Y的物质的量为的物质的量为n n mol, mol,3X(g)+Y(g) 2Z(g),3X(g)+Y(g) 2Z(g),开始开始(mol):(mol): x x y y0 0转化转化(mol):(mol): 3 3n n n n2 2n n平衡平衡(mol):(mol): x x-3-3n n y y- -n n2 2n n平衡时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等平衡时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等, ,所所以有以有x x-3-3n n+ +y y- -n n=2=2n n, ,解得

22、解得n n= = 反应物不能完全反应反应物不能完全反应, ,所以有所以有 即即 解得解得:1 5,:1 5,故选故选D D。x y6；y n,x 3nx yy,6x yx2n(X)n(Y)【补偿训练补偿训练】(2018(2018常州高二检测常州高二检测) )在一定条件下在一定条件下, ,可逆反应可逆反应A A2 2(g)+B(g)+B2 2(g) 2C(g)(g) 2C(g)达到平衡时达到平衡时, ,各物质的平衡浓各物质的平衡浓度度c c(A(A2 2)=0.5 molL)=0.5 molL-1-1、c c(B(B2 2)=0.1 molL)=0.1 molL-1-1、c c(C)=1.6 m

23、olL(C)=1.6 molL-1-1, ,若用若用a a、b b、c c分别表示分别表示A A2 2、B B2 2、C C的的初始浓度初始浓度(molL(molL-1-1),),则则: :(1)(1)a a、b b应满足的关系是应满足的关系是_。(2)(2)a a的取值范围是的取值范围是_。【解析解析】 (1) (1)设转化过程中设转化过程中,A,A2 2(g)(g)转化浓度为转化浓度为x x molL molL-1-1, ,则则B B2 2(g)(g)转化浓度为转化浓度为x x molL molL-1-1。平衡浓度平衡浓度: :a a- -x x=0=0. .5,5,b b- -x x=0

24、=0. .1,1,解得解得a a= =b b+0+0. .4 4。(2)(2)由于无法判断平衡是从哪个方向建立的由于无法判断平衡是从哪个方向建立的, ,可以分两可以分两种情况分析种情况分析: :从正反应方向进行从正反应方向进行, ,从逆反应方向进行。从逆反应方向进行。考虑两种极端情况考虑两种极端情况: :A A2 2、B B2 2为起始物为起始物; ;C C为起始物。为起始物。根据题意根据题意, ,建立如下关系建立如下关系: :A A2 2(g)(g)+B+B2 2(g) 2C(g)(g) 2C(g)平衡浓度平衡浓度(mol(molL L-1-1) )0.50.50.10.11.61.6浓度变

25、化浓度变化(mol(molL L-1-1) ) 0.5+0.80.5+0.80.1+0.80.1+0.80 0浓度变化浓度变化(mol(molL L-1-1) ) 0.5-0.10.5-0.10 0 1.6+0.2 1.6+0.2所以所以a a的取值范围是的取值范围是0 0. .44a a11. .3 3。 答案答案: :(1)(1)a a= =b b+0+0. .4 4(2)0(2)0. .44a a11. .3 3知识点二化学平衡状态的判断知识点二化学平衡状态的判断1.1.化学平衡状态判断的本质标志化学平衡状态判断的本质标志: :v v( (正正)=)=v v( (逆逆) )同一物质同一物

26、质生成速率等于消耗速率生成速率等于消耗速率不同物质不同物质化学反应速率之比等于化学化学反应速率之比等于化学计量数之比计量数之比, ,且表示不同反应且表示不同反应方向方向( (即即“一正一逆一正一逆”) )2.2.化学平衡状态判断的宏观标志化学平衡状态判断的宏观标志: :各物质的各物质的浓度保持浓度保持不变不变各物质的各物质的物理量物理量各组成成分的质量、物质的量、各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不分子数、物质的量浓度保持不变变各物质的各物质的含量含量各组成成分的质量分数、物质各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保的量分数、气体的体积分数保持不变持不变3.3.化

27、学平衡状态判断的间接标志化学平衡状态判断的间接标志: :(1)(1)反应物的转化率保持不变。反应物的转化率保持不变。(2)(2)产物的产率保持不变。产物的产率保持不变。(3)(3)平衡体系的颜色保持不变。平衡体系的颜色保持不变。(4)(4)绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。(5)(5)某化学键的破坏速率和生成速率相等。某化学键的破坏速率和生成速率相等。 【素养升华素养升华】宏观辨识宏观辨识: :判断可逆反应达到平衡状态的方法判断可逆反应达到平衡状态的方法1.1.从化学反应速率的角度判断从化学反应速率的角度判断( (即即v v正正= =v v逆逆0):0):

28、有两层含义有两层含义: :对于同一物质对于同一物质, ,该物质的生成速率等于其该物质的生成速率等于其消耗速率消耗速率; ;对于不同的物质对于不同的物质, ,速率之比等于化学方程式速率之比等于化学方程式中化学计量数之比中化学计量数之比, ,但必须是不同方向的速率。但必须是不同方向的速率。2.2.利用利用“变量变量”与与“不变量不变量”判断判断: :(1)(1)确定反应中的确定反应中的“变量变量”, ,即随反应的进行而变化的即随反应的进行而变化的量量, ,当变量不再变化时当变量不再变化时, ,表明反应已达平衡状态。而当表明反应已达平衡状态。而当“不变量不变量”不变时不变时, ,不能判断反应是否处于

29、平衡状态。不能判断反应是否处于平衡状态。(2)(2)常见的变量有常见的变量有: :气体的颜色气体的颜色; ;对于气体体积有变化的对于气体体积有变化的反应来说反应来说, ,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强恒压反应时的体积、恒容反应时的压强; ;对对于反应体系中全部为气体于反应体系中全部为气体, ,且气体物质的量有变化的反且气体物质的量有变化的反应来说应来说, ,混合气体的平均相对分子质量混合气体的平均相对分子质量; ;对于反应体系对于反应体系中不全部为气体的反应来说中不全部为气体的反应来说, ,恒容时混合气体的密度等。恒容时混合气体的密度等。应当注意应当注意, ,在利用在利用M M、n n(

30、(总总) )、p p( (总总) )判断时要注意判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。反应特点和容器的体积变化问题。【典题通关典题通关】【典例典例】(2018(2018福州高二检测福州高二检测) )一定温度下的恒容容一定温度下的恒容容器中器中, ,能标志某可逆反应能标志某可逆反应A(g)+2B(g) C(s)+3D(g)A(g)+2B(g) C(s)+3D(g)已达到平衡状态的是已达到平衡状态的是( () )A.A.混合气体的压强不随时间变化而变化混合气体的压强不随时间变化而变化B.B.气体总物质的量不随时间变化而变化气体总物质的量不随时间变化而变化C.2C.2v v正正(B)=(B)=v

31、 v逆逆(D)(D)D.D.混合气体的密度保持不变混合气体的密度保持不变【解题指南解题指南】解答该题应注意以下解答该题应注意以下3 3点点: :(1)(1)生成物生成物C C状态为固态状态为固态; ;(2)(2)该反应气体分子总数不变该反应气体分子总数不变; ;(3)(3)平衡时不同物质分别表达的正逆反应速率之比应为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。化学计量数之比。 【解析解析】选选D D。因为反应前后气体的分子数不变。因为反应前后气体的分子数不变, ,所以所以气体总物质的量、压强始终不随时间变化而变化气体总物质的量、压强始终不随时间变化而变化, ,不能不能作为依据作

32、为依据,A,A、B B错误错误; ;当反应达到平衡时当反应达到平衡时, ,v v正正(B)=(B)= v v逆逆(D),C(D),C错误错误; ;因为容器的体积恒定因为容器的体积恒定, ,但是气体的质但是气体的质量不守恒量不守恒, ,所以只要反应未达到平衡所以只要反应未达到平衡, ,密度就变化密度就变化, ,反应反应达到平衡时达到平衡时, ,密度不再变化密度不再变化,D,D正确。正确。23【过关训练过关训练】1.(20181.(2018厦门高二检测厦门高二检测) )一定条件下一定条件下, ,将将NONO2 2与与SOSO2 2以体以体积比为积比为1212置于密闭容器中发生反应置于密闭容器中发生反应:NO:NO2 2(g)+SO(g)+SO2 2(g) (g) SO SO3 3(g)+NO(g)(g)+NO(g)H H=-41.8 kJmol=-41.8 kJmol-1-1, ,下列能说下列能说明反应达到平衡状态的是明反应达到平衡状态的是( () ) A.A.体系压强保持不变体系压强保持不变B.B.混合气体颜色保持不变