1、课时2 化学平衡状态 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 课时2课前自主学案 自主学习 一、可逆反应 1含义 在_条件下既能发生_的正向反应，同时又能发生_的逆向反应的反应。同一反应物转变为生成物生成物转变为反应物2表示方法 用_表示，如高温下CO与H2O(g)生成CO2 和 H2 的 反 应 为 可 逆 反 应，可 表 示 为_二、化学平衡的状态 1化学平衡状态的建立 如果把某一可逆反应的反应物装入密闭容器，其反应过程如下：(1)反应开始时：_最大，_为零。v(正)v(逆)(2)反应进行时：反应物浓度_v(正)逐 渐 _。生 成 物 浓 度 由 零 逐 渐_v(逆)从零开
2、始逐渐_。(3)反应达到平衡时：v(正)_ v(逆)，反应混合物中各组分的浓度_。以上过程可用如图表示：减小变小增大增大不再发生变化2含义 在 一 定 条 件 下 的 可 逆 反 应 里，_相等，反应体系中所有参加反应的物质的_或_保持_的状态。3特征 正反应和逆反应速率质量浓度恒定1可逆反应的特征是什么？【提示】可逆反应发生的条件相同；反应不能进行到底；反应物不能实现完全转化；且在反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。2怎样判断一个反应是否为可逆反应？问题探究【提示】3为什么说当v正v逆时，化学反应并没有停止？【提示】由于化学反应是可逆反应，CO、H2O(g)与CO2、H2互为反应物、生
3、成物，它们必定是以某种比例关系共存，所以化学反应不会停止，v正v逆0。4化学平衡的实质是什么？怎样判定一个化学平衡已经达成？【提示】化学平衡的实质是v(正)v(逆)0时，表现为平衡体系中各组分的物质的量或物质的量分数不再变化，因此可逆反应达到化学平衡状态时两个核心的判断依据是：正反应速率和逆反应速率相等。反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。自主体验 1想一想，连一连(1)Cl2溶于水 A可逆反应(2)NH3溶于水(3)实验室加热MnO2和 浓HCl的混合物制Cl2B不可逆反应 的反应(4)电解H2O生成H2和 O2，点燃H2和O2的化合 物生成H2O 解析：依据可逆反应的特征：可逆反应不
4、能进行到底 同一条件下同时进行的反应方向相反的反应，即可作出判断。答案：2已知500、100 kPa下：2SO2 O22SO3 状态 起始浓度(mol/L)2 1 0t0 1 min浓度(mol/L)1.9 0.95 0.1t1 30 min浓度(mol/L)0.12 0.06 1.88t2 40 min浓度(mol/L)0.12 0.06 1.88t3 讨论以下问题：(1)t1时逆反应发生了吗？(2)与t1相比，t2时v(正)如何变化？v(逆)如何变化？(3)以上四个状态，哪个已达到平衡状态？解析：(1)该反应的逆反应即指SO3分解生成SO2和O2的反应，因为t1时c(SO3)0，所以逆反应
5、已经发生了。(2)t2与t1相比，c(SO2)、c(O2)在减小，c(SO3)在增大，所以v(正)变小、v(逆)增大。(3)t2、t3已达到平衡状态，因为反应体系中各物质浓度保持恒定。答案：见解析3(2011年扬州高二检测)可以充分说明反应P(g)Q(g)R(g)S(g)在恒温下已达到平衡的是()A反应容器内的压强不随时间改变 B反应容器内P、Q、R、S四者共存 CP的生成速率和S的生成速率相等 D反应容器内的气体总物质的量不随时间变化解析：选C。该反应是反应前后气体体积不变的反应，体系中气体总物质的量和压强不随时间而改变，故A、D不能作为反应是否达平衡的标准；因为是可逆反应，反应物和生成物一
6、定共存，B项错；P的生成速率和S的生成速率相等，说明v(正)v(逆)，反应达平衡。课堂互动讲练 判断可逆反应是否达到平衡状态的方法基本标志是v(正)v(逆)和反应混合物中各组成成分的质量分数保持不变，现将符合上述基本标志的情况，举例说明如下，以mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)为例，达到化学平衡的标志有：(2011年杭州高二检测)在一定温度下的刚性密闭容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明下述反应：A(s)2B(g)C(g)D(g)已达到平衡状态()混合气体的压强 混合气体的密度 B的物质的量浓度 气体的总物质的量 混合气体的平均相对分子质量 物质C的百分含量 各气体的物质的量 A
7、 B CD 例1【思路点拨】解答本题需要注意以下两点：(1)判断反应达到平衡状态的根本标志是v(正)v(逆)和反应混合物中各组成成分的百分含量不变。(2)物质的状态及反应前后气体的化学计量数之间的关系。【解析】A(s)2B(g)C(g)D(g)是反应前后气体体积相等的反应，不管是否平衡，混合气体的压强始终不变，气体的总物质的量也不变，不是判断是否达到平衡的标志。【答案】A【规律方法】判断化学平衡状态的标志，可用八个字概括“正逆相等，变量不变”。即对于同一物质v(正)v(逆)时可判定反应达平衡状态。当某一可变物理量随反应进行不再改变时，可判定已达平衡状态。变式训练1 一定条件下，在密闭容器中，能
8、表示反应X(g)2Y(g)2Z(g)一定达到化学平衡状态的是()X、Y、Z的物质的量之比为122 X、Y、Z的浓度不再发生变化 容器中的压强不再发生变化 单位时间内生成 n mol Z，同时生成2n mol Y A B CD 解析：选C。在一定条件下，可逆反应X(g)2Y(g)2Z(g)达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，单位时间内X、Y、Z各自生成的物质的量等于其消耗的物质的量，X、Y、Z的浓度不再发生变化，容器中的压强不再发生变化。但X、Y、Z的物质的量之比不一定等于化学计量数之比。1化学平衡状态的建立：对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，若开始加入反应物，此时A和
9、B的浓度最大，因而反应速率最大，由于C、D浓度为零，故此时逆反应速率为零，随着反应的进行，反应物浓度不断减小，生成物浓度不断增加，v正不断减小，v逆不断增大。当反应进行到某一时刻时，v正v逆，这时反应就达到了平衡状态，这个过程可用图甲来表示；化学平衡状态的建立若开始时只有生成物而没有反应物，则逆反应速率在开始时是最大的，正反应速率为零，随着反应的进行，生成物浓度不断减小，反应物浓度不断增加，v逆不断减小，v正不断增大，最后反应达到化学平衡状态，如图乙所示。一定温度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一个一定容积的密闭容器中，发生如下反应：2SO2O22SO3，当此反应进行到一定程度时
10、，反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中，维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白：例2(1)若a0，b0，则c_。(2)若a0.5，b_和c_。(3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c)：_。【解析】化学平衡的特点之一是：条件不变(温度、压强或体积、浓度)时，无论反应从正反应开始还是从逆反应开始，也无论反应物的量是一次加入还是多次加入，达到平衡
11、状态时，体系中各物质的百分含量与原平衡状态时完全相同。抓住了这个特点，此题就迎刃而解了。问题(1)的答案是c2。因为该反应，初始态是2 mol SO2和1 mol O2的混合物，同2 mol纯净的SO3是等价的。到达平衡状态完全相同。问题(2)中 a0.5，可以认为从正反应开始，反应进行过程中某时刻的情况，将初始物的加入量转换为相当于 a2、b1，就可以达到题设的平衡状态。因为 a 转化20.51.5，据该反应方程式中化学计量数之比推出 b 转化a转化121.5120.75，c 转化a 转化1.5，故 b 始1b 转化10.750.25，c 始c 转1.5。问题(3)要求将具体问题指定为普遍规
12、律，此时必须把握“把所有初始物转化为反应物，则必须相当于2 mol SO2和1 mol O2的混合物；若把所有的初始物转化为生成物，则必须相当于2 mol SO3”才能得出正确结论。所以必须同时满足：ac2和2bc2两个关系式。【答案】(1)2(2)0.25 1.5(3)ac2且2bc2【规律方法】(1)可逆反应特点之一“同”，即只要条件相同，可逆反应无论从正反应(反应容器中只有反应物，生成物浓度为0时)开始还是从逆反应(反应容器中只有生成物，反应物浓度为0时)开始，平衡时反应混合物中各组分百分含量相同。(2)若可逆反应是从某种中间状态(即反应物、生成物的浓度都不为0的状态)开始，则可根据方程
13、式的系数比，用生成物浓度换算出反应物的消耗浓度，找到反应开始时反应物的浓度。若两次反应开始的条件(温度、压强、浓度)完全相同，平衡时各物质的浓度或反应物的转化率一定相同。变式训练2 恒温恒容下，可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，N2的体积分数都相等，请填写下面的空格。N2(g)3H2(g)2NH3(g)平衡时n(NH3)/mol 130 a 0 _ _ _ _ _ 4/3_ a bc_ a、b、c取值必须满足的一般条件是(用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c)：_、_。解析：换算的基本思路是：将最初的投料方式看成起始量，其他的投料方
14、式看成由起始量经过反应而得到的。即根据已知的一个量求出各组分消耗或生成的量，然后由起始量减去消耗的量或加上生成的量，就可得到其他投料方式中各组分的值。N2(g)3H2(g)2NH3(g)平衡时(NH3)/mol 1 3 0 a 0 x1y1n1(平)等效于/mol：0y1/2 x13y1/20 x2y24/3n2(平)等效于/mol：x21243 y23243 0abcn3(平)等效于/mol：ac/2 b3c/2 0根据换算到同一边时，反应物(或生成物)中同一组分的物质的量与起始量完全相同，得 0y1/21，x13y1/23，得 x10，y12，n1(平)a。x22/31，y223，得 x2
15、1/3，y21，n2(平)a。ac/21，b3c/23，n3(平)a。所以a、b、c取值必须满足的一般条件为：ac/21，b3c/23。答案：0 2 a 13 1 a a ac21 b3c2 3探究整合应用 探究可逆反应 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电离：AgCl=AgCl)。可逆反应有三个显著的特点：(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。两个化学反应构成了一个对立的统一体。(2)符号
16、“”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，如亚硫酸溶液中有H2O、SO2和H2SO3等分子。甲、乙两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”。()甲组：取5 mL 0.1mol/L KI溶液于试管中，滴加0.1 mol/L FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2Fe32I2Fe2I2。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；例再取少量反应液，加入少量CCl4振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到I2，
17、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较多的情况下，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_。()乙组：取4 mL 1 mol/L CaCl2溶液于试管中，发现滴入1 mol/L Na2SO4溶液6 mL后已经观察不到有沉淀生成了，发生的反应是：CaCl2Na2SO4CaSO42NaCl。已知相同温度下CaCO3的溶解度小于CaSO4的溶解度。请设计一个简单实验，确证上述反应具有可逆性和反应限度，简要列出实验步骤和结论。_。【解析】
18、()为证明化学反应2Fe32I2Fe2I2具有一定的可逆性，可以考虑检验反应后的溶液中还存在着这四种离子。从反应物的量考虑，I是相对过量的，故不能检测到存在I，即认为反应具有可逆性，为检验的方便、典型，只需检验最终溶液中还存在着Fe3和I2即可，分别可采用KSCN溶液、淀粉溶液(或CCl4萃取)等合理方法。()从反应物的量来看，Na2SO4 溶液是相对过量的，若该反应没有可逆性，则 Ca2应被沉淀完全了，但是如果该反应具有一个限度，则应还有 Ca2没有完全反应，故可检验溶液中还有 Ca2未反应完全，可在滤液中加 Na2CO3 溶液沉淀未反应的 Ca2。因SO24 相对过量，故不能检验 SO24 的存在来证明该反应的可逆性。【答案】()(1)该反应中KI过量，故不能直接检验是否存在I 取少量溶液滴加KSCN溶液，若出现红色，则证明还有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()将混合物过滤，在滤液中加入1 mol/L Na2CO3溶液，若出现白色浑浊(或沉淀)，说明该反应具有一定的反应限度，不能完全进行到底