2017-2018学年高中化学选修四课堂学案(31份)-苏教版18

第课时化学平衡状态的建立及标志[目标导航].了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念。.了解化学平衡的建立，通过分析化学平衡的建立，培养归纳和形象思维能力。.理解化学平衡的特征，树立对立统一的辩证唯物主义观点。一、可逆反应与不可逆反应．可逆反应()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。()表示方法：用“”表示，把从左向右的反应称作正反应，从右向左的反应称作逆反应。例如：与反应可表示为＋。()特征：①正、逆反应发生的条件相同；②反应不能进行到底，反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。．可逆反应与不可逆反应的比较可逆反应不可逆反应在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。化学方程式中用“”表示，如＋\(,\\(高温、高压),\\(催化剂))、＋\(,\\(△))正反应几乎能进行到底或逆反应进行的程度非常小，这样的反应通常称为不可逆反应，如＋＋、＋\(,\\(光照))【合作探究】．对于可逆反应：＋，在混合气体中充入一定量的，足够时间后，原子将存在于哪些物质中？为什么？答案存在于、、中，因为通入后，和反应生成含有的三氧化硫，同时三氧化硫再分解生成含有的二氧化硫和氧气。．判断下列关于“可逆反应”的叙述是否正确。()反应物和生成物能相互转化的反应都是可逆反应()()可逆反应不能进行到底，反应物和生成物并存()()可逆反应进行到一定程度时，反应就会停止()()可逆反应中反应物的转化率不能达到()()和的化合与的分解是可逆反应()()乙酸和乙醇的酯化反应与乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应是可逆反应()答案()×()√()×()√()×()×二、化学平衡状态．化学平衡的建立在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：以上过程可用下图表示：．化学平衡状态一定条件下，可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各种物质的浓度或质量保持不变的状态。．化学平衡状态的特征化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”的特征。()逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。()等：正反应速率和逆反应速率相等。()动：化学平衡从表面上或宏观上看好像停止了，但从本质上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了。()定：在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变而改变。()变：化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡状态就会发生改变。【合作探究】．正＝逆指的是同一种物质还是不同种物质？当正＝逆时，化学反应停止了吗？答案()化学反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等是指同一种物质的反应速率与生成速率相等。不同种物质的正、逆反应速率不一定相等。()正＝逆，但二者均不为，即反应没有停止。．化学平衡状态的建立，与反应途径是否有关？会不会因时间变化而变化？答案化学平衡状态的建立与反应途径无关，对于一个给定的可逆反应，如果反应条件一定，不论采取何种途径(反应无论是从反应物开始或还是从生成物开始)最后都能建立相同的化学平衡状态，该平衡状态也不会因时间的变化而变化。一、可逆反应的判断与利用【例】在密闭容器中进行反应：()＋()()，已知、、的起始浓度分别为·－、·－、·－，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()．为·－．为·－．为·－．为·－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：()＋()()起始浓度(·－)改变浓度(·－)终态浓度(·－)假设反应逆向进行到底：()＋()()起始浓度(·－)改变浓度(·－)终态浓度(·－)平衡体系中各物质的浓度范围为∈(，)，∈(，)，∈(，)。变式训练在密闭容器中进行反应：()＋()()，、、的起始浓度分别为·－、·－、·－，当平衡时，下列数据肯定不正确的是()．为·－，为·－．为·－．为·－，为·－．为·－答案解析化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目时要善于利用极值法，可分别考虑反应正向进行彻底和反应逆向进行彻底两种情况。由可逆反应的含义知，＜()＜·－，＜()＜·－，＜()＜·－。二、化学平衡状态的判断标志【例】可逆反应：＋在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()①单位时间内生成的同时生成②单位时间内生成的同时生成③用、、表示的反应速率的比为∶∶的状态④混合气体的颜色不再改变的状态⑤混合气体的密度不再改变的状态⑥混合气体的压强不再改变的状态⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态．①④⑥⑦．②③⑤⑦．①③④⑤．全部解析依据正＝逆≠判断：①单位时间内生成的同时必消耗，①能说明反应已达到平衡；②描述的均是正反应速率，无法判断；③无论反应是否达到平衡，均有此关系；依据组成一定判断：④(红棕色)为有颜色的气体，颜色不变能说明反应体系中浓度一定，反应已达到平衡；⑤因ρ＝\()，反应前后，、均不变，ρ也不变，不能说明反应达到平衡；这是一个反应前后气体分子数发生改变的反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡。答案【归纳总结】．判断依据()正反应速率与逆反应速率相等：正＝逆①对于同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；②对于不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。()可逆反应发生过程中的可变量达不变在可逆反应中有很多可变量，如：浓度、物质的量、百分含量等，当可变量达不变时，则反应达平衡。．判断方法以反应()＋()()＋()为例正＝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，且表示不同方向(即“一正一逆”)可变量达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气体的总物质的量＋≠＋时，气体的总物质的量一定恒容条件下的压强＋≠＋时，总压强一定恒压条件下气体的密度＋≠＋时，ρ＝\()一定混合气体的平均相对分子质量(\(,\\(－)))当＋≠＋时，\(,\\(－))＝\()一定有颜色变化的反应气体的颜色不再变化变式训练下列说法可以证明()＋()()已达平衡状态的是(填序号)。①单位时间内生成的同时，生成②一个—键断裂的同时有两个—键断裂③百分含量()＝()④反应速率()＝()＝\()()⑤()∶()∶()＝∶∶⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化答案②⑥⑨解析()对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、平均相对分子质量、压强、密度等来判断。()对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来判断(此时平均相对分子质量、压强、密度不能作为判断依据)。．下列有关可逆反应的说法不正确的是()．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．\(,\\(△))＋是可逆反应．＋\(,\\(点燃))与\(,\\(电解))↑＋↑互为可逆反应．可逆反应中反应物和生成物同时存在答案解析项中两个反应是在不同的条件下进行的，故两个反应不互为可逆反应，项不正确。．一定条件下，将、、三种物质各通入一个密闭容器中发生反应：＋，达到平衡时，的物质的量可能是()．．．．答案解析可逆反应不能进行彻底，若反应正向进行彻底，则剩余；若反应逆向进行彻底，则剩余。故平衡时，<()<。．一定条件下反应()()＋()达到平衡状态的标志是()．容器内压强不随时间变化．容器内，种气体、、共存．容器中各组分的体积分数不随时间变化．的消耗速率等于的消耗速率答案解析项，该反应为等体积反应，压强不变不能作为平衡的标志；项，未到达平衡状态，三种物质也能共存；项，当的消耗速率应等于消耗速率的倍时，该反应才达到平衡状态。．一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应()＋()()＋()可建立平衡状态。下列状态中不能确定该反应已达到平衡状态的是()．体系的压强不再发生变化．正()＝逆()．生成的同时生成．—键断裂的同时断裂—键答案解析不论反应是否达到平衡状态，生成的同时都会生成。．在一定温度下，向密闭容器中加入和，发生如下反应：()＋()()，此反应不一定达平衡的是()．容器内压强不随时间变化．容器内各物质的浓度不随时间变化．容器内、、的浓度之比为∶∶．单位时间内生成，同时生成答案解析项，该反应气体数目有变化，当容器内压强不随时间变化时，必达平衡；项必达平衡；项中，其比例是反应方程式中的系数比，不能反映量已固定，所以，不一定是平衡状态；项，的生成是逆向反应，的生成是正向反应，比例∶与化学方程式计量数相符，必是平衡状态。[基础过关]一、化学平衡状态的建立与特征．在一定量的密闭容器中进行反应：()＋()()。已知反应过程中某一时刻、、的浓度分别为·－，·－，·－。当反应达到平衡时，可能存在的数据是()．为·－，为·－．为·－．、均为·－．为·－答案解析解答时，应注意两点：()可逆反应既可向正反应方向进行，同时又可向逆反应方向进行；()可逆反应不能进行到底，只能反应到一定程度达到平衡状态，平衡时各物质的物质的量都大于零。对于本题，若反应从题给某一时刻开始向正反应方向进行并达到平衡，此时的浓度应小于·－；若反应从题给某一时刻开始向逆反应方向进行并达到平衡，此时的浓度应小于·－，的浓度应小于·－；从题给量的关系易知无论反应进行到什么程度()∶()＝∶，因此两者不可能同时均为·－。．哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入和，在一定条件下使该反应发生：＋\(,\\(高温、高压),\\(催化剂))。下列有关说法正确的是()．达到化学平衡时，将完全转化为氨．达到化学平衡时，、和的物质的量浓度一定相等．达到化学平衡时，、和的物质的量浓度不再变化．达到化学平衡时，正、逆反应速率都为零答案解析当可逆反应达到化学平衡状态时，正＝逆≠，各组分的浓度(或质量)保持不变，但不一定相等。．与碳在高温条件下发生反应：＋，达到平衡后，平衡混合物中含的粒子有()．．、．、、．答案解析当可逆反应达到平衡状态时，反应并没停止，是一种动态平衡，所以在三种物质中都含有。．在一定条件下，将和通入密闭容器中，进行反应：()＋()()＋()。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是()．反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小．随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大．达到平衡状态时反应体系中的浓度为·－．该反应建立平衡过程中－(时间)图像为答案解析项，由于该反应从逆反应开始进行，故反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小，项正确；随着反应的进行，生成物浓度逐渐减小，逆反应速率逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐增大，项不正确；项，该反应不能进行彻底，且起始时()＞()，故平衡时的浓度不可能是·－，项不正确；项，该反应建立平衡的过程中，逆反应速率大于正反应速率，且逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，达到平衡时正、逆反应速率相等，项不正确。二、化学平衡状态的判断依据．可逆反应＋的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()．正()＝正()．正()＝逆()．正()＝逆()．正()＝逆()答案解析达到平衡状态时正、逆反应速率相等，各组成成分的含量不变。正、逆反应速率相等是指用同一种物质来表示的反应速率。可逆反应中用各种物质表示的反应速率与化学计量数成正比，需将其转换为同一物质表示速率进行比较。．一定条件下，在体积为的密闭容器中，和进行反应：()＋()()，下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是()．的百分含量不再发生变化．()∶()∶()＝∶∶．容器内原子总数不再发生变化．同一时间内消耗的同时生成答案解析反应过程中原子个数守恒，所以不合题意；消耗与生成是同一反应方向，也不能说明反应已达平衡；浓度之比为∶∶，不能说明浓度保持不变。．下列说法中，可以证明反应＋已达到平衡状态的是()①个≡键断裂的同时有个—键形成②、、的分子数之比为∶∶③个≡键断裂的同时有个—键形成④、、的浓度不再变化．①④．②③．①③．②④答案解析①中有一个≡键断裂时，也应有个—键断裂，即与个—键形成是相反方向的，正＝逆，故能说明反应达到平衡状态；②平衡时，、、的分子数之比不一定为∶∶；③中一个≡键断裂的同时必定形成个—键，也不能说明反应达到平衡；④中各物质浓度不变，是化学平衡状态的重要标志之一，反应达到平衡。三、化学平衡状态的综合判断．恒温恒容的情况下，反应()＋()()达到平衡状态的标志是()．容器内气体的密度不随时间而变化．容器内的总压强不随时间而变化．单位时间内生成的同时，生成．、、的反应速率比为∶∶的状态答案解析ρ＝\()，、始终不变，则ρ始终不变；该反应是等体反应，所以总压强始终不变；单位时间内生成时消耗(正向反应速率)，同时生成(逆向反应速率)，正、逆反应速率相等，说明反应已达平衡；无论是否达到化学平衡，三者反应速率之比始终为∶∶。．在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：甲：()＋()()＋()；乙：()＋()()＋()现有下列状态：①混合气体平均相对分子质量不再改变②恒温时，气体压强不再改变③各气体组成浓度相等④反应体系中温度保持不变⑤断裂—键速率是断裂—键速率的倍⑥混合气体密度不变⑦单位时间内，消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为∶其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是()．①②⑤．③④⑥．⑥⑦．④⑤答案解析甲容器中，碳为固态，该可逆反应属于气体体积不相等的反应；乙容器中，反应属于等气体分子数反应，气体相对分子质量、密度、压强都始终不变，①②⑥错误；各组分浓度相等，不能判断反应达到平衡状态，③错误；对于任何一个可逆反应，随着反应进行，体系温度会发生变化，当温度不改变时，说明反应达到平衡状态，④正确；生成—键速率是断裂—键速率的倍，经转化，水中—键断裂速率等于生成—键速率，达到平衡状态，⑤正确；消耗水蒸气与生成氢气是同一方向，不能判断达到平衡状态，⑦错误。．一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应()()＋()，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是()．混合气体的密度不再变化．反应容器中的质量分数不变．的分解速率与的消耗速率相等．单位时间内生成的同时生成答案解析的分解速率与的消耗速率之比为∶时，才能说明反应达到平衡状态．故项说明反应未达到平衡状态。[能力提升]．在密闭容器内，℃时反应()＋()()Δ＜，()随时间的变化如下表：时间()()下图中表示的变化的曲线是。用表示从～内该反应的平均速率＝。()能说明该反应已达到平衡状态的是。．()＝()．容器内压强保持不变．逆()＝正()．容器内密度保持不变答案()×－·－·－()解析该反应达到平衡时，()＝，此时()＝，其浓度变化量为·－，所以表示的变化曲线是；～内()＝\(－×)＝·－·－；则()＝\()()＝\()×·－·－＝×－·－·－。()中表示的是同一方向的速率，在任何时候都成立，而中容器的体积及气体的总质量都不变，气体的密度也始终不变。．在时，向某的密闭容器中充入()和()，发生反应：()＋()()Δ＝－·－，测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。请回答下列问题：()＝。()该反应达到最大限度的时间是，该时间内平均反应速率()＝。()该反应达到平衡状态时，(填“吸收”或“放出”)的热量为。答案()()·－·－()放出解析()由图知初始反应时，()＝()＝·－，而加入的和的物质的量均为，所以＝。()反应达到最大限度即达到化学平衡，所需时间为，()＝\(·