课时06可逆反应化学平衡状态（精讲）-2022-2023学年高二化学精讲精练（人教选择性必修1）

第二章化学反应速率与平衡第二节化学平衡课时精讲06可逆反应化学平衡状态【目标导航】1．了解可逆反应的含义及其特点。2．了解化学平衡的建立过程，掌握化学平衡状态的特征。3．学会平衡状态的判断方法。【知识导图】一、可逆反应1．定义在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。2．特点(1)二同：①相同条件下；②正、逆反应同时进行。(2)一小：反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小于100%。3．表示在方程式中反应符号用“”表示。二、化学平衡的概念1．概念：在一定条件下的可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态。2．化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变。三、化学平衡及建立1．定义：对于可逆反应，在同一条件下既可以向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行，反应物不能完全转化为生成物，即可逆反应有一定的限度。2．化学平衡的建立反应开始(t=0)时，c反应物最大，c生成物=0，即v正最大，v逆=0。随着反应的进行，即t>0时，v正减小，v逆增大，在坐标图上表示为当可逆反应进行到一定程度时，c反应物、c生成物不再发生改变，即v正=v逆，反应达到化学平衡状态。3．化学平衡的建立方向(1)正反应方向建立平衡，v正减小，v逆增大，v正=v逆时达到平衡。(2)逆反应方向建立平衡，v正增大，v逆减小，v正=v逆时达到平衡。例如，一定条件下，把一定量的H2和N2充入恒容密闭容器中，在催化剂作用下发生反应N2+3H22NH3，从反应开始到平衡过程中，各物质的浓度变化如图(a)所示；同理，一定条件下，充入一定量的NH3发生分解反应，随着反应的进行，各物质的浓度变化如图(b)所示。四、化学平衡状态的判断方法1．用本质特征判断判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。(1)同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。(2)不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。2．用宏观特征判断判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。(1)各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。(2)各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。(3)反应物的转化率、产物的产率保持不变。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应()(2)Cl2与水的反应是不可逆反应()(3)NH3和HCl生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应()(4)电解水是氢气在氧气中燃烧的逆反应()(5)所有的化学反应都存在化学平衡状态()(6)平衡时反应已经达到最大限度，反应停止了()(7)平衡时各组分的浓度相等()×(8)化学平衡状态是一种动态平衡()【答案】(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8√考点一可逆反应【例1】在固定容积的密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol·L-1、0.1mol·L-1、0.2mol·L-1，达到平衡时浓度可能是()A．SO2、O2分别为0.4mol·L-1、0.2mol·L-1B．SO2为0.25mol·L-1C．SO2、SO3均为0.15mol·L-1D．SO2为0.24mol·L-1，SO3为0.14mol·L-1【答案】B【解析】可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立。A项，0.2mol·L-1SO3全部转化时，SO2和O2的浓度分别是0.4mol·L-1、0.2mol·L-1；B项，SO2的浓度应在0~0.4mol·L-1之间；根据S元素守恒，SO2和SO3浓度之和应为0.4mol·L-1，C、D两项都错误。【解题技法】化学平衡状态具有的“五大特征”(1)逆：指化学平衡状态只适用于可逆反应，同一可逆反应，在同一条件下，无论反应从正反应方向开始还是从逆反应方向开始，或同时从正、逆反应方向开始，以一定的配比投入反应物或生成物，则可以达到相同的平衡状态。(2)动：指动态平衡，即化学反应处于平衡状态时，正、逆反应并未停止，仍在进行，只是正、逆反应速率相等。(3)等：指“v正＝v逆≠0”。即某一物质在单位时间内消耗的物质的量浓度和生成的物质的量浓度相等，也可以用不同物质的化学反应速率表示该反应的正、逆反应速率相等。(4)定：指参加反应的各组分的含量保持不变，即各组分的浓度、质量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等均保持不变。(5)变：指平衡移动。可逆反应的平衡状态是相对的、暂时的，当外界某一条件改变时，原平衡被破坏，化学平衡向着减弱这种改变的方向移动，在新的条件下达到新的平衡状态。【对点训练1】一定条件下，对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1。下列判断正确的是()A．c1∶c2=3∶1B．达到平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L-1【答案】D【解析】平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比也为1∶3，故c1∶c2=1∶3，A、C两项不正确；速率之比等于化学计量数之比，达到平衡时，vY(生成)∶vZ(生成)=3∶2，B项不正确；由可逆反应的特点可知0<c1<0.14mol·L-1，D项正确。考点二化学平衡状态【例2】已知：X(g)+2Y(g)3Z(g)ΔH=-akJ·mol-1(a>0)下列说法不正确的是()A．升高反应温度，正、逆反应速率均增大B．达到化学平衡时，X、Y、Z的质量不再发生变化C．达到化学平衡时，反应放出的总热量可达akJD．X和Y充分反应生成Z的物质的量不可能达到3mol【答案】D【解析】A项，升高反应温度，正、逆反应速率均增大，正确；B项，达到化学平衡时，正、逆反应速率相等，X、Y、Z的质量不再发生变化，正确；C项，达到化学平衡时，如果消耗1molX，则反应放出的总热量可达akJ，正确；D项，如果X和Y的起始量比较多，X和Y充分反应生成Z的物质的量可能达到3mol，错误。【解题技法】对于可逆反应，在同一条件下既可以向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行，反应物不能完全转化为生成物，即可逆反应有一定的限度。化学平衡的建立的过程如下：反应开始时，也就是t＝0时，c反最大，c生＝0，即v(正)最大，v(逆)＝0。随着反应的进行，也就是t>0时，v(正)减小，v(逆)增大，在坐标图上表示为当可逆反应进行到一定程度时，c反、c生不再发生改变，即v(正)＝v(逆)，反应达到化学平衡状态。【对点训练2】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【答案】A【解析】SO2和O2在密闭容器中开始发生反应时，反应物浓度最大，具有最大的正向速率，随着反应的进行，反应物浓度减小，生成物浓度增大，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正、逆反应速率相等时，达到化学平衡状态，但正、逆反应速率均不为零。考点三化学平衡状态的标志【例3】在一个不传热的固定容积的密闭容器中发生可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)(m、n、p、q为任意整数)下列不能作为达到平衡状态的标志的是()A．单位时间内有mmolA消耗，同时有pmolC生成B．体系的温度不再改变C．各组分的浓度不再改变D．各组分的质量分数不再改变【答案】A【解析】A项均指正反应速率，不能作为达到平衡状态的标志，平衡状态的直接标志是各组分的浓度不再改变，则各组分的质量分数不再改变，C、D两项能作为达到平衡状态的标志；间接标志是体系的温度不再改变，故B项能作为达到平衡状态的标志。【解题技法】化学平衡状态的标志1．直接标志(1)反应速率关系：v正=v逆(指瞬时速率)对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同物质而言，反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的反应速率。(2)含量关系：反应体系中各组分的浓度、质量分数、物质的量、物质的量分数等保持不变。2．间接标志(1)反应物的转化率保持不变。(2)各物质的物质的量不随时间的改变而改变。(3)各气体的体积不随时间的改变而改变。以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例来说明：A．混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数一定——平衡②各气体的体积或体积分数一定——平衡③总体积、总压强、总物质的量一定——不一定平衡B．正、逆反应速率的关系①在单位时间内消耗了mmolA，同时也生成了mmolA，即v正=v逆——平衡②在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗了pmolC，即v正=v逆——平衡③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆(平衡与否该式都成立)——不一定平衡④在单位时间内生成了nmolB的同时消耗了qmolD，v正不一定等于v逆——不一定平衡C．压强①m+n≠p+q时，总压强一定(恒温恒容)——平衡②m+n=p+q时，总压强一定(恒温恒容)——不一定平衡D．混合气体的平均相对分子质量(Mr①当m+n≠p+q时，Mr一定——②当m+n=p+q时，Mr一定——e.温度：任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时(绝热装置，其他条件不变)——平衡f.气体的密度(ρ)，密度(ρ=mV)一定——g.颜色：反应体系内有色物质的颜色稳定不变——平衡3．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项(1)恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)是否平衡压强当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定)是当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定)不一定混合气体的eq\x\to(M)当m＋n≠p＋q时，eq\x\to(M)一定是当m＋n＝p＋q时，eq\x\to(M)一定不一定(2)恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如：关注各物质的状态是否平衡密度ρC(s)＋CO2(g)2CO(g)(ρ一定)是N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(ρ一定)不一定H2(g)＋I2(g)2HI(g)(ρ一定)不一定【对点训练3】在恒温下的密闭容器中，有可逆反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH＜0，不能说明反应已达到平衡状态的是()A．正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等B．反应器