第2章 第2节 第1课时 化学平衡状态-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（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 评价目标 1．了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡 2．能描述化学平衡状态，能判断化学反应是否达到平衡状态 1．从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡 2．熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型 知识点　可逆反应与化学平衡 1．可逆反应 2．化学平衡状态的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中，发生合成氨反应：N2＋3H22NH3。根据图示填写下表。 图示 物理 量 N2、H2 浓度 v正 NH3 浓度 v逆 N2、H2 浓度 v正 NH3 浓度 v逆 开始 时 最大 最大 0 　0　 0 　0　 最大 最大 进行 中 减小 减小 增大 增大 增大 增大 减小 减小 平衡 时 不变 不变 不变 不变 不变 不变 不变 不变 v­t 图 3．化学平衡状态 (1)概念：在一定条件下的可逆反应体系中，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，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 (2)特征 探本思辨 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)对于可逆反应，若加入反应物，则反应先向正反应方向进行，停止后再向逆反应方向进行。(　×　) (2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果。(　√　) (3)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等。(　×　) (4)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态。(　×　) (5)对于反应：A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋D(g)，在恒温恒容或恒温恒压条件下，密度保持不变，均不能作为该反应达到化学平衡状态的标志。(　×　) (6)在一定条件下的绝热恒容的密闭容器中发生某一可逆反应，若容器内温度不再改变，则该反应已达平衡。(　√　) 2．一定条件下，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)。达到平衡状态时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1。 (1)c1∶c2＝　1∶3　。 (2)平衡状态时，Y和Z的速率之比为　3∶2　。　 (3)若反应是从正反应开始的，则X、Y的转化率是否相等？　是　(填“是”或“否”)。 (4)c1的取值范围为　0<c1<0.14 mol·L-1　。 3．[2023·嘉兴一中检测]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　①③④　(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　⑤　。 (3)一定能证明A(s)＋2B(g)⥫⥬C(g)＋D(g)达到平衡状态的是　②④　。 【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。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，由于碘蒸气是有色气体，则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。(3)反应A(s)＋2B(g)⥫⥬C(g)＋D(g)是反应前后气体体积不变，但气体质量增加的可逆反应，因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。 化学平衡状态的判断 角度1：化学平衡状态判断的常用方法——“逆向相等，变量不变” (1)动态标志：v正＝v逆≠0 ①同种物质：同一物质的生成速率等于其消耗速率。 ②不同物质：必须标明是“异向”反应速率的关系。如aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)＋dD(g)，当＝时，反应达到平衡状态。 (2)静态标志：各种“量”不变 ①各物质的质量、物质的量或浓度不变。 ②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 ③温度(绝热容器中进行)、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。 总之，若物理量由“变量”变成了“不变量”，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量始终为“不变量”，则不能作为达到平衡的标志。 例1 一定温度下，在恒压的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)。下列不能说明该反应达到平衡状态的是(　A　) A．3v正(H2)＝2v逆(NH3) B．单位时间生成a mol N2的同时消耗3a mol H2 C．容器内气体的总体积不再随时间而变化 D．a mol N≡N断裂的同时，有6a mol N—H断裂 【解析】 某一时刻测得3v正(H2)＝2v逆(NH3)，v正(H2)∶v逆(NH3)＝2∶3，转化为同一物质时，正、逆反应速率不相等，A错误；当生成a mol N2时，必然生成3a mol 氢气，同时消耗了3a mol 氢气，消耗与生成氢气的量相同，达到平衡状态，B正确；反应容器为恒压密闭容器，气体体积为变量，当总体积不变时，说明达到平衡状态，C正确；a mol N≡N断裂的同时，有6a mol N—H断裂，则正、逆反应速率相等，达到平衡状态，D正确。 角度2：化学平衡状态判断的综合分析 举例 mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g) 状态 混合物体系中 各成分的含量 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 总压强、总体积、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反 应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v正＝v逆 平衡 在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C 不一定平衡 vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q 不一定平衡 在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D 不一定平衡 压强 m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡 m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定平衡 混合气体的平 均相对分子质 量(r) 当m＋n≠p＋q时，r一定 平衡 当m＋n＝p＋q时，r一定 不一定平衡 温度 该反应在绝热容器中进行，体系温度一定 平衡 密度 密度一定 不一定平衡 颜色 A、B、C、D中有一种物质有颜色，体系颜色不再变化 平衡 例2 [2023·缙云中学检测]可逆反应：2NO2(g)⥫⥬2NO(g)＋O2(g)在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志有(　A　) ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1 ④混合气体的颜色不再改变 ⑤混合气体的密度不再改变 ⑥混合气体的压强不再改变 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变 A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦ C．①③④⑤ D．全部 【解析】 依据v正＝v逆≠0判断：①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，能说明反应已达平衡状态；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状态，均有此关系；④NO2为有颜色(红棕色)的气体，颜色不变能说明反应体系中NO2的浓度一定，反应已达到平衡状态；⑤因ρ＝，反应前后，m、V均不变，ρ也不变，不能说明反应达到平衡状态；此反应是一个反应前后体积不相等的反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡状态。 1．在一定温度下，将2 mol NO2气体通入恒容密闭容器中，发生反应：2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)。下列不能说明该反应已达到平衡状态的是(　B　) A．N2O4的浓度不再改变 B．NO2的消耗速率等于N2O4的生成速率 C．混合气体的颜色不变 D．混合气体中NO2的百分含量不变 【解析】 N2O4的浓度不再改变，反应达到平衡状态，A选项不符合题意；NO2的消耗速率和N2O4的生成速率均为正反应速率且两者速率之比不等于化学计量数之比，不能作为平衡标志，B选项符合题意；混合气体的颜色不变，说明NO2的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态，C选项不符合题意；混合气体中NO2的百分含量不变，反应达到平衡状态，D选项不符合题意。 2．对于反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，下列能说明该反应已达化学平衡状态的是(　C　) ①单位时间内生成2 mol SO2，同时生成1 mol O2 ②SO2的生成速率等于SO2的消耗速率 ③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化 ④SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2 A．①③ B．②④ C．②③ D．③④ 【解析】 ①生成2 mol SO2、生成1 mol O2均代表逆反应方向，错误；②正、逆反应速率相等，则处于化学平衡状态，正确；③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化，即各组分的浓度保持不变，处于化学平衡状态，正确；④SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2，并不能说明各组分的浓度保持不变，不一定处于化学平衡状态，错误。 3．将一定量纯净的氨基甲酸铵(H2NCOONH4)置于密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s)⥫⥬2NH3(g)＋CO2(g)。下列能判断该反应已经达到化学平衡状态的是(　A　) ①2v(NH3)＝v(CO2) ②密闭容器中总压强不变 ③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中氨气的体积分数不变 ⑤密闭容器中c(NH3)不变 A．②③⑤ B．②③④ C．①④ D．全部 【解析】 2v(NH3)＝v(CO2)，没有说明是正反应速率，还是逆反应速率，也不符合化学计量数的比例关系，①错误；该反应是气体体积增大、压强增大的反应，密闭容器中总压强不变，能说明反应达到平衡，②正确；根据ρ＝，气体质量增加，容器容积不变，密闭容器中混合气体的密度不变，能说明反应达到平衡，③正确；NH3(g)、CO2(g)的量始终是以2∶1增加，因此密闭容器中氨气的体积分数始终不变，不能说明反应达到平衡，④错误；密闭容器中c(NH3)不变，各物质的浓度不再改变，能作为反应达到平衡状态的标志，⑤正确。 依据变化图像判断平衡状态 假设图像是某一组分的浓度(或含量或转化率)与时间的变化图像，如一定温度下，密闭容器中充入N2和H2的混合气体，容器中某一物理量(用x表示)与时间的变化关系如图所示： 若x代表的某一物理量是“变量”，则“变量”不再变化时表明反应达到平衡状态，如NH3的浓度、容器的压强等。但容器内气体的密度是一定量，不能用于判断反应是否达到平衡状态。 已知：N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH＞0，现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是(　B　) 【解析】 B项，对于一个特定反应，温度、压强不变，ΔH固定不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据；C项，在t1时刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，反应达到平衡状态。 1．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g)⥫⥬SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下。下列叙述正确的是(　D　) A．反应在c点达到平衡状态 B．反应物浓度：a点小于b点 C．反应物的总能量低于生成物的总能量 D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段 【解析】 化学平衡状态的实质是正反应速率等于逆反应速率，c点正反应速率最大，不能说明不变，则不能确定是否达到平衡状态，A错误；a到b时正反应速率增大，反应物浓度随时间不断减小，B错误；从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，C错误；a～c段，随着反应的进行，正反应速率增大，Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段，D正确。 2．298 K时，将20 mL 3x mol·L-1Na3AsO3溶液、20 mL 3x mol·L-1 I2溶液和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)⥫⥬AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。 下列可判断该反应达到平衡状态的是　ac　(填字母)。 a. 溶液的pH不再变化 b. v(I－)＝2v(AsO) c. c(AsO)/c(AsO)不再变化 d. c(I－)＝y mol·L-1 【解析】 a项，随着反应的进行，溶液的pH不断降低，当pH不再变化时，说明反应达到了平衡状态；b项，反应速率之比等于化学计量数之比，该结论在任何时刻都成立，故无法判断反应是否达到平衡状态；c项，随着反应的进行，c(AsO)不断增大，c(AsO)不断减小，当二者比值不变时，说明二者浓度不再改变，则反应达到平衡状态；d项，由题干图像并结合方程式可知，平衡时c(I－)＝2y mol/L，故当c(I－)＝y mol/L时，反应未达到平衡状态。 3．[2023·镇海中学检测]在某一容积为5 L的密闭容器内加入0.2 mol CO和0.2 mol H2O，发生反应：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH＞0，反应中 CO2 的浓度随时间的变化情况如图所示： 回答下列问题。 (1)反应开始至达到平衡状态时，CO的平均反应速率为　0.003 mol/(L·min)　；反应达到平衡时，c(H2O)＝　0.01 mol/L　。 (2)下列可说明该反应达到平衡状态的是　③　(填序号)。 ①CO减少的质量和CO2减少的质量相等 ②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等 ③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化 (3)若该反应使用催化剂增大反应速率，该反应的ΔH　不变　(填“变大”“变小”或“不变”)。 【解析】 (1)根据题干图像可知，v(CO2)＝＝＝0.003 mol/(L·min)，反应速率之比等于化学计量数之比，所以v(CO)＝v(CO2)＝0.003 mol/(L·min)；H2O的起始浓度为＝0.04 mol/L，反应的c(H2O)＝生成的c(CO2)＝0.03 mol/L，平衡时c(H2O)＝0.04 mol/L－0.03 mol/L＝0.01 mol/L；(2)①平衡时，CO和CO2改变的物质的量相等，但两者的质量不相等，①不能说明反应达到平衡状态；②该反应达到平衡时，c(H2O)＝c(CO)＝0.01 mol/L，c(H2)＝c(CO2)＝0.03 mol/L，浓度不相等，②不能说明反应达到平衡状态；③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化时，反应达到平衡状态，③可以说明反应达到平衡状态；(3)催化剂可以增大反应速率，但不能改变反应热，故ΔH不变。 温馨说明：课后请完成高效作业7 学科网（北京）股份有限公司 $$