1、第2节化学反应的限度第1课时化学平衡的建立及标志学业要求素养对接1.能描述化学平衡状态。2.能判断化学反应是否达到平衡。平衡思想：会判断一个可逆反应是否达到平衡状态。知 识 梳 理知识点一、可逆反应与不可逆反应1.可逆反应(1)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。(2)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：SO2与H2O反应可表示为SO2H2OH2SO3。(3)特征正逆反应发生的条件相同；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。2.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
2、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N23H22NH3、H2I22HI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NaOHHCl=NaClH2O、H2Cl22HCl知识点二、化学平衡状态1.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：2.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。3.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。(1)逆：化学平衡研究的对象是
3、可逆反应。(2)等：正反应速率和逆反应速率相等。(3)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。(4)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。(5)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。自 我 检 测1.判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)可逆反应进行到一定程度时，反应就会停止()(2)可逆反应中反应物的转化率不能达到100%()(3)存在平衡的过程一定是化学反应的过程()(4)H2和I2的化合与HI的分解是可逆反应()(5)电解水
4、生成H2与O2和H2与O2转化成H2O是可逆反应()(6)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()(7)只有可逆反应才具有化学平衡状态()(8)化学平衡的实质是正反应速率和逆反应速率相等()(9)反应达平衡时体系中的各组分的浓度或质量相等()(10)反应达平衡时v正v逆，可逆反应不再进行()(11)可逆反应从正反应开始或逆反应开始都能建立化学平衡状态()(12)化学平衡状态是可逆反应进行到最大限度的结果()2.对于可逆反应：2SO2O22SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够时间后，18O原子将存在于哪些物质中？为什么？答案存在于SO2、O2、SO3中，因为通
5、入18O2后，SO2和18O2反应生成含有18O的三氧化硫，同时三氧化硫再分解生成含有18O的二氧化硫和氧气。3.v正v逆指的是同一种物质还是不同种物质？当v正v逆时，化学反应停止了吗？答案(1)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。(2)v正v逆，但二者均不为0，即反应没有停止。4.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
6、学平衡状态，该平衡状态也不会因时间的变化而变化。学习任务一、可逆反应中浓度范围的确定【交流研讨】在一定条件下，2 mol SO2 与1 mol O2反应，能否得到2 mol SO3?提示不能，可逆反应不能进行到底。【典例1】在密闭容器中进行反应：X2(g)Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()A.Z为0.3 molL1 B.Y2为0.4 molL1C.X2为0.2 molL1 D.Z为0.4 molL1答案A【名师点拨】利用极端假设法确定各物质的浓度范围上述题目
7、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：X2(g)Y2(g)2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0 0.2 0.4假设反应逆向进行到底：X2(g)Y2(g)2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0.2 0.4 0平衡体系中各物质的浓度范围为X2(0，0.2)，Y2(0.2，0.4)，Z(0，0.4)。变式训练1在密闭容器中进行反应
8、：X2(g)3Y2(g)2Z(g)，X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.2 molL1、0.6 molL1、0.4 molL1，当平衡时，下列数据肯定不正确的是()A.X2为0.4 molL1，Y2为1.2 molL1B.Y2为1.0 molL1C.X2为0.3 molL1，Z为0.2 molL1D.Z为0.6 molL1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，0X20.4 molL1，0Y21.2 molL1，0Z0.8 molL1。答案A学习任务二、化学平衡状态的判断标志【合作交流】1.若反应体系
9、的总压强不变，该可逆反应一定达平衡了吗？提示不一定，对前后气体体积相等的反应，压强不变不能作判据。2.若反应体系的气体密度不变，该可逆反应达平衡了吗？提示不一定，若可逆反应前后都是气体，且体系容积不变、密度始终不变，不能作为判据。【名师点拨】1.判断依据(1)正反应速率与逆反应速率相等：v正v逆对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率。对不同物质，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。(2)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。2.判断方法以反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g
10、)为例v正v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mnpq时，气体的总物质的量一定可变量达不变恒容条件下的压强mnpq时，总压强一定恒压条件下气体的密度mnpq时，一定混合气体的平均相对分子质量()当mnpq时，一定有颜色变化的反应气体的颜色不再变化【典例2】可逆反应：2NO22NOO2在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()单位时间内生成n mol O
11、2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A.B.C. D.全部解析依据v正v逆0判断：单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2n mol NO2，则同时生成2 n mol NO2，能说明反应已达到平衡；描述的均是正反应速率，无法判断；无论反应是否达到平衡，均有此关系；依据组成一定判断NO2(红棕色)为有颜色的气体，颜色不变能说明反应体系中NO2浓度一定，反应已达到平衡
12、；因，反应前后，m、V均不变，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，均能说明反应已达平衡。答案A变式训练2下列说法可以证明H2(g)I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是_(填序号)。单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂百分含量w(HI)w(I2)反应速率v(H2)v(I2)v(HI)HIH2I2211温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化温度和体积一定时，容器内压强不再变化条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化解析(
13、1)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。(2)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)。答案1.模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于2HBr(g)H2(g)Br2(g)反应，下列各图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是()解析只有C项说明三种物质共存，是可逆反应。答案C2.一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(
14、g)Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是()A.混合气体的密度不再变化B.反应容器中Y的质量分数不变C.X的分解速率与Y的消耗速率相等D.单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X解析X的分解速率与Y的消耗速率之比为21时，才能说明反应达到平衡状态。故C项说明反应未达到平衡状态。答案C3.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：甲：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)；乙：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)现有下列状态：混合气体平均相对分子质量不再改变恒温时，气体压强不再改变各气体组成浓度相等反应体系中温度保持不变断裂HO键速率是断裂HH键速率的2倍混合
15、气体密度不变单位时间内，消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为91其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是()A. B.C. D.解析当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量不变，注意乙反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应，所以不能用压强判断平衡。答案D4.已知N2O4(g)2NO2(g)H0，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()解析B项，对于一个特定反应，H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。答案B5.(1)在一定条件下
16、，可逆反应达到平衡状态的本质特征是_，下列关系中能说明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)已经达到平衡状态的是_(填字母序号)。A.3v正(N2)v正(H2) B.v正(N2)v逆(NH3)C.2v正(H2)3v逆(NH3) D.v正(N2)3v逆(H2)(2)在一定温度下的恒容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理量恒定不变：a.各物质的浓度不变，b.平衡混合物中各组分的物质的量分数或质量分数不变，c.容器内气体压强不变，d.容器内气体密度不变，e.容器内气体颜色不变。能说明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的有_；能说明反应H2(g)I2(g)2HI(g)达
17、到平衡状态的有_；能说明反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的有_。解析(2)由于在恒容条件下发生反应，反应在反应前后气体的质量不变，因此不能用气体的密度变化来判断反应是否处于化学平衡状态。反应是一个气体体积不变的反应，反应前后气体的压强保持不变，也不能用压强的变化来判断反应是否处于平衡状态。中没有有色气体，因此不能用气体的颜色变化来判断反应是否处于平衡状态。答案(1)正反应速率与逆反应速率相等C(2)abcabeabce课时作业基 础 练1.下列反应中，属于可逆反应的是()N23H22NH3，2NH33H2N22NaHCO3Na2CO3H2OCO2，Na2CO3H2OCO2=2NaH
18、CO3CH3CH2OHCH2=CH2H2O，CH2=CH2HOHCH3CH2OH2NaCl22NaCl，2NaCl(熔融)2NaCl2A.只有 B.C. D.解析可逆反应是指在同一条件下既向正反应方向进行，又向逆反应方向进行的反应，符合此条件的只有。答案A2.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生：N23H22NH3，下列有关说法正确的是()A.达到化学平衡时，N2将完全转化为氨B.达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等C.达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量
19、浓度不再变化D.达到化学平衡时，正、逆反应速率都为0解析当可逆反应达到化学平衡状态时，v正v逆0，各组分的浓度(或质量)保持不变，但不一定相等。答案C3.14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有()A.14CO2 B.14CO2、14COC.14CO2、14CO、14C D.14CO解析14CO2与C反应生成14CO(正反应)的同时，逆反应14CO的分解(生成14CO2和14C)也在进行，故平衡混合物中含14C的粒子有：14CO2、14CO、14C。答案C4.在恒温恒容的密闭体系中，可逆反应：A(s)2B(g)2C(g)HK，反应未达
20、平衡状态，向逆反应方向进行。答案C10.已知可逆反应2NO2(g)N2O4(g)，可以说明该反应已经达到平衡状态的是()v(正)v(逆)0NO2全部转变成N2O4NO2N2O4N2O4不再分解NO2的百分含量不再改变体系的颜色不再发生变化A. B. C. D.解析化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等，但不为零，直接标志是各组分百分含量保持不变，据此可知均正确。由于该反应是可逆反应，NO2不可能全部转化为N2O4，因此不可能。中NO2N2O4是一种特殊情况，并不能说明反应达到平衡状态。可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应都在进行，因此不能说明反应达到平衡状态。反应体系中NO2为红棕色而N2O
21、4为无色，体系的颜色不变就是NO2的浓度不变，说明反应达到平衡状态，故正确。答案B11.在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是()A.体系的压强不再发生变化B.v正(CO)v逆(H2O)C.生成n mol CO的同时生成n mol H2D.1 mol HH键断裂的同时断裂2 mol HO键解析不论反应是否达到平衡状态，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。答案C12.在一定条件下，可逆反应A2(g)B2(g)2C(g)达到平衡时，各物质的平衡浓度为A20.5 molL
22、1、B20.1 molL1、C1.6 molL1，若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度(molL1)，则：(1)a、b应满足的关系是_；(2)a的取值范围是_。答案(1)ab0.4(2)0.4a1.313.在2 L密闭容器内，800 时反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)H0，n(NO)随时间的变化如下表：时间/s012345n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007(1)下图中表示NO2的变化的曲线是_。用O2表示从02 s内该反应的平均速率v_。(2)能说明该反应已达到平衡状态的是_(填字母)。A.v(NO2)2v(O2)B.容器内压强保持
23、不变C.v逆(NO)2v正(O2)D.容器内密度保持不变解析(1)该反应达到平衡时，n(NO)0.007 mol，此时n(NO2)0.013 mol，其浓度变化量为0.006 5 molL1，所以表示NO2的变化曲线是b；02 s内v(NO)0.003 molL1s1；则v(O2)v(NO)0.003 molL1s11.5103 molL1s1。(2)A中表示的是同一方向的速率，在任何时候都成立，而D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。答案(1)b1.5103 molL1s1(2)BC素 养 练14.698 K时，向V L的密闭容器中充入2 mol H2(g)和2 mol
24、I2(g)，发生反应：H2(g)I2(g)2HI(g)H26.5 kJmol1，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：(1)V_。(2)该反应达到最大限度的时间是_，该时间内平均反应速率v(HI)_。(3)该反应达到平衡状态时，_(填“吸收”或“放出”)的热量为_。解析(1)由图知初始反应时，H2I21 molL1，而加入的H2和I2的物质的量均为2 mol，所以V2。(2)由图知反应达到最大限度即达到化学平衡的时间为5 s，v(HI)0.316 molL1s1。(3)可逆反应从正反应开始达到化学平衡，所以放出热量。由反应：H2(g)I2(g)2HI(g)H26.5
25、 kJmol1，达到平衡时共生成n(HI)1.58 molL12 L3.16 mol，所以放出的热量为3.16 mol41.87 kJ。答案(1)2(2)5 s0.316 molL1s1(3)放出41.87 kJ15.某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度，在一定条件下会达到“平衡状态”。取5 mL 0.1 molL1 KI溶液于试管中，滴加0.1 molL1 FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2Fe32I=2Fe2I2。为证明该反应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验：取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀(AgI)，证明反应物没有反应完全。再取少量反应液，加入少量CCl4振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到了I2，即有I2生成。综合的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。(1)老师指出他们上述实验中不合理，你认为他的理由是_；改进的方法是_。(2)有人认为步骤适合检验生成I2较多的情况，还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是_。答案(1)该反应中KI过量，故不能直接检验是否存在I来证明反应具有一定的可逆性取少量溶液滴加KSCN溶液，若出现红色，则证明Fe3未完全反应(2)取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝，则说明生成了I2
