1、成才之路 化学路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修化学反应速率和化学平衡 第二章 第三节 化学平衡第二章 第1课时 化学平衡状态新知识导学探究2新思维名师讲堂3新考题随堂自测4新视点专家博客6新提升达标作业5新情境激趣入题1新情境激趣入题在 19 世纪后期，人们发现炼铁高炉排出的高炉气中含有相当量的 CO。有人认为是 CO与铁矿石的接触时间不长所造成的。英国人耗巨资建成一个高大的炼铁高炉，以增加 CO 和铁矿石的接触时间。结果发现 CO 的含量仍然没有减少，这就成了炼铁技术中的科学悬念。直到 19 世纪下半叶，这一谜底才得以揭开。你知道这是为什么吗？新知识导学探究新知导学1可逆反应(1)
2、定义：在_，既能向_方向进行又能向_方向进行的反应。(2)表示方法：约定采用“_”表示，把从左向右的反应称为_，从右向左的反应称为_。例如：SO2和 H2O 反应可表示为_。(3)特征：可逆反应发生的条件_，反应_进行到底，反应物_实现完全转化，反应体系中，与化学反应有关的各种物质_。相同条件 正反应 逆反应 正反应 逆反应 SO2H2OH2SO3相同 不能 不能 共存2不可逆反应有 些 反 应 的 逆 反 应 进 行 程 度 太 小 因 而 可 忽 略，把_的反应叫不可逆反应，用“_”号表示。例如：Ba2SO24=BaSO4。几乎完全进行=3化学平衡的建立如果把某一可逆反应的反应物装入密闭容
3、器，其反应过程如下：(1)反应开始时，v(正)_，v(逆)为_。(2)反应进行时：反应物浓度_v(正)逐渐_。生成物浓度由零逐渐增大v(逆)从_开始逐渐_。(3)反应达到平衡时：_，反应混合物中各组分的浓度_。最大 零减小 变小 零 增大v(正)v(逆)不再发生变化以上过程可用下图表示：4化学平衡的定义在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率_，反应体系中所有参加反应的物质的_或_保持恒定的状态。相等 质量 浓度5化学平衡特征可逆 动态 相等 不变 发生移动1很久以前，人们发现高炉炼铁时总有一部分CO没有被充分利用，就设想利用增加烟筒高度的方法来解决这个问题，但是没有成功，你知道为
4、什么吗？自主探究提示：对于炼铁高炉中的可逆反应：Fe2O33CO 高温 2Fe3CO2，在其他条件不变时，增加高炉高度只是增加 CO 和铁矿石的接触时间，并没有使上述平衡发生移动，所以增加高炉高度不会减少高炉气中 CO 的含量。2已知 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.3 kJ/mol，在某密闭容器中充入 1 mol N2 和 3 mol H2 使之反应，结果放出的热量小于 92.3 kJ，为什么？提示：因为可逆反应中反应物的转化率达不到100%，所以1 mol N2和3 mol H2不能完全反应，故放出的热量小于92.3kJ。3达到化学平衡状态时，各组分的浓度不再变化，浓度相等吗？
5、各组分的百分含量也不再变化吗？提示：浓度不再变化，不代表浓度相等，但百分含量不再变化。新思维名师讲堂可逆反应教材点拨1可逆反应的理解科学研究表明，不少化学反应都具有可逆性，即正向反应(反应物生成物)和逆向反应(生成物反应物)都能同时进行。有些反应的可逆性很小，如 AgCl=AgCl，我们只是视作“不可逆”而已(AgCl 在溶液中仍有极微量的溶解：AgClAgCl)。在相同条件下，要用“”代替“=”作为连接反应物和生成物的符号，二氧化硫与水的反应是可逆反应，两者反应的化学方程式为 SO2H2OH2SO3。2可逆反应的特点(1)向两个相反的方向进行的两个化学反应，在相同的条件下同时进行、共存。两个
6、化学反应构成了一个对立的统一体。(2)符号“”两边的物质互为反应物、生成物。(3)在反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存，如亚硫酸溶液中还有 H2O、SO2 和 H2SO3 等分子。(4)无论一种物质投入量有多大，其他反应物不能完全反应。下列关于可逆反应的说法中正确的是()A可逆反应就是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B在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫又分解生成二氧化硫和氧气，因此该反应是可逆反应C对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%D碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化碳在常温下生成
7、碳酸钙，因此这两个反应是可逆反应典例透析【解析】可逆反应是指在相同条件下，能同时向正、逆反应方向进行的反应。可逆反应强调两点：相同条件和同时双向进行，B正确；A项中没有说明相同条件和同时进行；C项，由于是可逆反应，所以其反应物的转化率不可能达到100%；D项中的两组反应，由于反应条件不同，不能称为可逆反应，错误。【答案】B变式训练1(2015四川宜宾中学月考)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，各物质的浓度可能是()Ac(Z)0.3 molL1B
8、c(X2)0.2 molL1Cc(Y2)0.4 molL1Dc(X2)c(Y2)c(Z)0.55 molL1解析：假设反应由正反应方向开始进行，由于Y2(g)过量，则完全转化时，Z(g)的浓度为0.4 molL1；假设反应由逆反应方向开始进行，则完全转化时，X2(g)、Y2(g)的浓度分别为0.2 molL1、0.4 molL1。由题意知，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物，故A项正确，B、C项错误；又该反应是总体积不变的反应，反应达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即c(X2)c(Y2)c(Z)0.6
9、 molL1，D项错误。答案：A1化学平衡研究的对象是可逆反应。2可逆反应达到平衡时的特征(1)等：同一物质的正逆反应速率相等。(不同物质不一定相等)(2)动：动态平衡v(正)v(逆)0(3)定：各组分含量保持一定。(4)变：外界条件改变，平衡状态发生改变。化学平衡状态教材点拨3化学平衡状态的判断(1)v(正)v(逆)0同一物质：正、逆反应速率相同。不同物质：反应速率的方向相反、大小符合化学计量数之比。误区：反应速率之比等于化学计量数之比()；解释：只要反应进行，该关系就成立。同一物质的消耗速度与生成速度相等(2)反应混合物中各组分的百分含量保持不变。误区：各组分的浓度或分子数之比等于化学计量
10、数之比()；解释：平衡时各组分的浓度保持不变，不是相等或等于化学计量数之比。以反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)为例来说明。混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压强、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，同时也生成了mmol A，即v(正)v(逆)平衡在单位时间内消耗了n mol B的同时也消耗了pmol C，即v(正)v(逆)平衡v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq，v(正)不一定等于v(逆)(平衡与否该式都成立)不一定平衡在单位时间内生成了n mol B
11、的同时消耗了q mol D，均指v(逆)不一定平衡压强mnpq时，总压强一定(其他条件一定)平衡mnpq时，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡 M r 一定，当 mnpq 时(M rmn)平衡混合气体的平均相对分子质量(M r)M r 一定，但 mnpq 时不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时(其他不变)平衡气体的密度()密度一定(mV)不一定平衡颜色反应体系内有有色物质时，颜色稳定不变平衡温馨提示：可逆反应达到平衡状态时有两个核心判断依据：(1)正反应速率和逆反应速率相等。(2)反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。依据其他有关的量判断可逆反应是否达到平衡状态时
12、，最终都要回归到这两个核心依据上来。(2015湖北五校联考)在某容积不变的密闭容器内，注满NO2和N2O4的混合气体，298 K时发生反应：典例透析2NO2(g)N2O4(g)已知该反应为放热反应，下列可判断该反应达到平衡状态的是()混合气体的质量不再变化 混合气体的颜色不再变化 平均摩尔质量不再改变 混合气体的密度不再变化 该反应放出的热量不再变化ABCD【解析】假设反应由正反应方向开始进行，由于在密闭容器中进行反应，所以由质量守恒定律可知，此反应是否达到平衡质量均不变化。此项不可作为平衡的判断依据；两种物质中只有NO2为红棕色，因此，如果没有达到平衡，则NO2的浓度在改变，从外观看，则是颜
13、色一直在改变，此项可作为平衡的一个判断依据；平均摩尔质量等于混合气体总质量除以气体总物质的量，该反应的物质的量两边不相等，如果达到了平衡状态，平均摩尔质量应不变，否则，若平衡正向移动，则平均摩尔质量变大，逆向移动则变小，此项可作为平衡的一个判断依据；密度由总体积和总质量决定，由于容器的体积不变。反应物与生成物的总质量也不变，所以密度不变，此项不可作为平衡的判断的依据；热量可以作为平衡的一个判断依据。【答案】B变式训练2在一定温度下的定容容器中，发生反应：2A(g)B(s)C(g)D(g)，下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是()混合气体的压强不变 混合气体的密度不变C(g)的物质的量浓度不变
14、 容器内 A、C、D 三种气体的浓度之比为 211 单位时间内生成 n mol C，同时生成 n mol D 单位时间内生成 n mol D，同时生成 2n mol AABCD解析：在恒容条件，此反应为前后气体体积相等的反应，在达到平衡状态前后体系的压强不变，不能作为平衡状态的判断标志；容积固定，因为此反应有固体参与，气体密度不变说明气体总质量不变，说明此反应达到平衡状态，可作为平衡状态的判断标志；C(g)的浓度不变说明生成C(g)和消耗C(g)的量相等，说明反应达到平衡状态，能作为平衡状态的判断标志；反应达到平衡状态，A、C、D三种气体浓度不变，并非等于化学计量数之比，不能作为平衡状态的判断
15、标志；单位时间内生成C，同时生成D都是正反应方向，故不能作为平衡状态的判断标志；单位时间内生成n mol D，同时生成2n mol A，说明反应同时向正、逆反应方向进行，生成D和A又符合化学计量数之比，能作为平衡状态的判断标志。由以上分析知C项正确。答案：C新考题随堂自测1(双选)在一定条件下，使 NO 和 O2 在一密闭容器中进行反应 2NOO22NO2，下列说法中不正确的是()A反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零B随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后为零C随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大D随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后比正反应速率还大解析：反应开
16、始时，反应物浓度最大，正反应速率最大，生成物浓度为零，逆反应速率为零，A正确；随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小，生成物的浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大，但可逆反应不能进行到底，故反应速率不能为零，B错误，C正确；可逆反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，D错误。答案：BD2 (2015 浙 江 瑞 安 中 学 月 考)对 于 可 逆 反 应 2SO2 O22SO3，在混合气体中充入一定量的 18O2，足够长的时间后，18O 原子()A只存在于 O2 中B只存在于 O2 和 SO3 中C只存在于 O2 和 SO2 中D存在于 O2、SO2 和 SO3 中解析：因为此反应是可
17、逆反应，在一定条件下可同时向正、逆反应方向进行，向正反应方向进行时使SO3中含18O，向逆反应方向(含有18O的SO3分解)就可能使SO2中含有18O，所以D正确。答案：D3(双选)在密闭容器中进行 X2(g)4Y2(g)Z2(g)3Q2(g)的反应中，其中 X2、Y2、Z2、Q2 的开始浓度分别为 0.1 mol/L、0.4 mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L，当反应达到平衡后，各物质的浓度不可能是()Ac(X2)0.15 mol/L Bc(Y2)0.9 mol/LCc(Z2)0.3 mol/L Dc(Q2)0.5 mol/L解析：X2(g)4Y2(g)Z2(g)3Q2(g)
18、起始(mol/L)0.1 0.4 0.2 0.3若 X2 和 Y2 转化生成 Z2 和 Q2 时，c(Z2)0.20.10.3 mol/L，c(Q2)0.30.30.6 mol/L，C 项不正确；若 Z2 和Q2 转化生成 X2 和 Y2 时，按 Q2 的量进行计算，c(X2)0.10.10.2 mol/L，c(Y2)0.40.40.8 mol/L，B 项不正确。答案：BC4(2015泰州市姜堰区期中)SO2 在 400600 下的催化氧化：2SO2O22SO3，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下述有关说法中错误的是()A使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率B在上
19、述条件下，SO2 不可能 100%地转化为 SO3C达到平衡时，SO2 的浓度与 SO3 的浓度相等D为了提高 SO2 的转化率，应适当提高 O2 的浓度解析：催化剂不能提高产率，但能缩短生产周期，提高生产效率，A项正确；可逆反应中哪种物质也不可能100%全部转化，B项正确；达到平衡时，SO2和SO3的浓度不变，但不一定相等，C项不正确；提高O2的浓度，平衡向右进行，SO2的转化率提高，D项正确。答案：C5(2015经典习题选萃)在某一容积为 5 L 的密闭容器内，加入 0.2 mol 的 CO 和 0.2 mol 的 H2O，在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO(g)H2O(g)
20、CO2(g)H2(g)H0 反应中 CO2 的浓度随时间变化情况如下图所示。(1)根据图中数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为_，反应达到平衡时c(H2)_。(2)判断该反应达到平衡的依据是_(填序号)。CO减少的速率和CO2减少的速率相等 CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化该条件下正、逆反应速率都为零答案：(1)0.003 molL1min1 0.03 molL1(2)新提升达标作业（点此链接）新视点专家博客法国科学家勒夏特列简介勒夏特列是一位精力旺盛的法国科学家，他研究过水泥的煅烧和凝固、陶器和玻璃器皿的退火、磨蚀剂的制造以及燃
21、料、玻璃和炸药的发展等问题。从他研究的内容也可看出他对科学和工业之间的关系特别感兴趣。此外，他对乙炔进行了研究，并发明了氧炔焰发生器，迄今还用于金属的切割和焊接。勒夏特列对水泥、陶瓷和玻璃的化学原理很感兴趣，也为防止矿井爆炸而研究过火焰的物化原理。这就使得他要去研究热和热的测量。1877年他提出用热电偶测量高温。它是由两根金属丝组成的，一根是铂，另一根是铂铑合金，两端用导线相接，一端受热时，即有一微弱电流通过导线，电流强度与温度成正比。他还利用热体会发射光线的原理发明了一种测量高温的光学高温计。这种热电偶和光学高温计可顺利地测定3 000以上的高温。勒夏特列在1888年宣布了一条遐迩闻名的定律
22、，那就是勒夏特列原理。勒夏特列原理的应用可以使某些工业生产过程的转化率达到或接近理论值，同时也可以避免一些并无实效的方案(如高炉加高的方案)，其应用非常广泛。这个原理可以表达为：“把平衡状态的某一因素加以改变之后，将使平衡状态向抵消原来因素改变的效果的方向移动。”换句话说，如果把一个处于平衡状态的体系置于一个压力会增加的环境中，这个体系就会尽量缩小体积，重新达到平衡。由于这个缘故，这时压力就不会增加得像本来应该增加的那样多。又例如，如果把这个体系置于一个会正常增加温度的环境里，这个体系就会发生某种变化，额外吸收一部分热量。因此，温度的升高也不会像预计的那样大。勒夏特列原理因可预测特定变化条件下化学反应的方向，所以有助于化学工业的合理化安排和指导化学家们最大限度地减少浪费，生产所希望的产品。例如哈伯借助于这个原理设计出他的从大气氮中生产氨的反应，这是个关系到战争与和平的重大发明，也是勒夏特列本人差不多比哈伯早二十年就曾预料过的发明。
