第2章 第2节 第1课时 化学平衡状态 （Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第二节　化学平衡 第1课时　化学平衡状态 [学习目标] 1．通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，培养学生“变化观念与平衡思想”学科素养。2.掌握化学平衡状态的特征，理解并会判断化学平衡状态的标志。 知识点一　化学平衡状态 1．可逆反应的特点 2．化学平衡状态 (1)化学平衡状态的建立 在一定条件下，把N2、H2加入固定容积的密闭容器中。 化学平衡状态建立的图像表示： (2)含义：在一定条件下的可逆反应里，当正、逆反应的__速率相等__时，反应物和生成物的__浓度__均保持不变，即体系的__组成__不随时间而改变的状态。 (3)化学平衡状态的特征 (4)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。 平衡建立的途径有哪些？平衡的建立是否与途径有关？ 提示　若只给出反应物，则是从正、反应方向建立平衡；若只给出生成物，则是从逆反应方向建立平衡；若既给出反应物又给出生成物，则是从正逆反应同时建立平衡；平衡的建立与途径无关。 1．在一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0.1 mol/L、0.05 mol/L、0.3 mol/L。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　) A．SO2为0.4 mol/L，O2为0.2 mol/L B．SO2、SO3均为0.8 mol/L C．SO3为0.4 mol/L D．SO2为0.35 mol/L 解析　D　 2SO2(g)　＋　O2(g)　　2SO3(g) 某时刻 0.1 mol/L 0.05 mol/L 0.3 mol/L 极限转化 0.4 mol/L 0.2 mol/L 0 极限转化 0 0 0.4 mol/L 该反应为可逆反应，物质浓度范围：0＜c(SO2)＜0.4 mol/L，0＜c(O2)＜0.2 mol/L，0＜c(SO3)＜0.4 mol/L。 2．(2024·广东东莞中学高二月考)等体积的0.3 mol/L的FeCl3溶液和0.4 mol/L的NaI溶液混合，能证明溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”的试剂，除了淀粉溶液外，还需要用到下列中的(　　) A．KSCN溶液　　　　 B．AgNO3溶液 C．Na2SO4溶液 D．BaCl2溶液 解析　A　FeCl3溶液和NaI溶液混合，若反应不可逆，Fe3＋完全反应，I－过量，则溶液中无Fe3＋，故只需要证明溶液中含Fe3＋，则即能证明此反应存在该化学平衡，故A符合题意。 知识点二　化学平衡状态的判断 1．利用“速率相等”判断 (1)同种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。 (2)不同物质：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，即v正(A)∶v逆(B)＝a∶b。 2．利用“变量不变”判断 (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。 1．一定温度下，恒容密闭容器中进行的可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)的哪些物理量不再改变时，表明该反应处于平衡状态？ 提示　除A外的各组分(B、C、D)的百分含量、浓度、物质的量不变；混合气体的密度不变；混合气体的平均相对分子质量不变。 2．在恒温恒容的密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。 (1)一定能证明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。 (2)一定能证明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。 解析　混合气体的密度是混合气体的总质量与容器容积的比值，混合气体的平均相对分子质量是混合气体的总质量与总物质的量的比值，混合气体颜色的深浅与有色气体的浓度有关系。在任何时刻各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。 (1)反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是反应前后气体体积减小的可逆反应，因此混合气体的压强、总物质的量和平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。 (2)反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)是反应前后气体体积不变的可逆反应，由于碘是有色气体，则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。 答案　(1)①③④　(2)⑤ 判断可逆反应是否达到平衡状态的方法 (1)直接判据 ①v正＝v逆 ②反应混合物中各组分质量和浓度保持不变。 (2)间接判据 ①常用物理量：气体总的物质的量、压强、混合气体的平均密度(ρ＝)、平均摩尔质量(＝)。 ②判断方法：“变量不变即为平”，即假设反应向正反应方向进行时，该物理量若发生变化，则某时刻该物理量不再改变时，即认为达到平衡状态。若该物理量为一直不变的量，则无法用于判断。 1．(2023·日照月考)在地壳内SiO2和HF存在以下平衡：SiO2(s)＋4HF(g)SiF4(g)＋2H2O(g)。如果上述反应在恒容密闭容器中发生，下列不能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A.v正(HF)＝v逆(H2O) B．SiF4与H2O的浓度之比保持不变 C．SiO2的质量保持不变 D．混合气体的总物质的量保持不变 解析　B　A项，当v正(HF)＝v逆(H2O)时，由于v正(H2O)＝v正(HF)，则v正(H2O)＝v逆(H2O)，说明该反应达到平衡状态；B项，反应生成的SiF4与H2O的浓度之比始终为1∶2，故SiF4与H2O的浓度之比保持不变不能说明该反应达到平衡状态；C项，当SiO2的质量保持不变时，说明该反应达到平衡状态；D项，该反应为反应前后气体分子数减小的反应，当混合气体的总物质的量保持不变时，说明该反应达到平衡状态。 2．已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g)　ΔH＝－a kJ·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a kJ D．X和Y充分反应生成Z的物质的量不可能达到3 mol 解析　D　 升高反应温度，正、逆反应速率均增大，A正确；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，B正确；若起始量足够，达到化学平衡时，如果消耗1 mol X，则反应放出的总热量可达a kJ，C正确；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3 mol，D错误。 1．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　A　 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。 2．(2023·广州增城高中高二期中)已知COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g)　ΔH＝－17 kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入1 mol COS(g)和1 mol H2(g)，充分反应，放出的热量(　　) A．大于17 kJ B．等于17 kJ C．小于17 kJ D．上述都有可能 解析　C　该反应为可逆反应，则在一密闭容器中充入1 mol COS(g)和1 mol H2(g)，无法完全反应，放出的热量一定小于17 kJ；故选C。 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2.5 mol·L－1和2.0 mol·L－1，达平衡后，下列各生成物的浓度数据中一定错误的是(　　) A．c(Z)＝1.5 mol·L－1 B．c(Z)＝2.4 mol·L－1 C．c(W)＝1.6 mol·L－1 D．c(W)＝2.0 mol·L－1 解析　D　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)＝3.0 mol·L－1，c(W)＝2.0 mol·L－1。但Y不可能完全反应，所以0 mol·L－1<c(Z)<3.0 mol·L－1，0 mol·L－1<c(W)<2.0 mol·L－1。故D项一定错误。 4．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m mol A消耗，同时有p mol C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 解析　A　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。 5．恒温恒容条件下，将2 mol A气体和2 mol B气体通入体积为2 L的密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)，2 min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为1.2 mol·L－1。 (1)从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为__________________。 (2)x＝________。 (3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________(填字母)。 A．压强不再变化 B．气体密度不再变化 C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1 D．A的百分含量保持不变 解析　(1)v(C)＝＝0.6 mol·L－1·min－1。 (2)　　 　　2A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s) 1 1 0 0.8 0.4 1.2 0.2 0.6 1.2 由此可知，2∶1∶x＝0.8∶0.4∶1.2＝2∶1∶3，解得x＝3。 (3)A项，x＝3，该反应前后气体的物质的量不变，无论反应是否达到平衡状态，压强均不会变化；B项，气体的密度不再变化，而气体的体积不变，说明气体的质量不再发生变化，由于D为固体，故气体的密度不再发生变化时，能说明反应已达到平衡状态；C项，A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致，不能说明反应已达到平衡状态；D项，A的百分含量保持不变，说明反应已达到平衡状态。 答案　(1)0.6 mol·L－1·min－1　(2)3　(3)BD 学科网（北京）股份有限公司 $$