选择性必修1第二节 化学平衡学案

化学平衡的状态

【学法指导】

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。

2．知道化学平衡状态的特征，判断反应是否达到化学平衡状态。

【基础梳理】

①       化学平衡状态的建立

1、可逆反应

概念：在          下，既能向        方向进行又能向         方向进行的化学反应。

表示方法：表示方法：采用“      ”连接，把从左向右进行的反应称作        ，把从右向左进行的反应称作逆反应。

例如：合成氨反应                     。

特点：

在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：

合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化如图所示：

由a图可知：N2与H2发生反应。随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐         ，而N2与H2的浓度逐渐         。从某一时刻开始，它们的浓度均                。

由b图可知：NH3发生分解反应。随着反应的进行，体系中N2与H2的浓度逐渐          ，而NH3的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度均                 。

☂名师点拨

化学平衡的建立

(1)浓度—时间图像

对于一定条件下的某个可逆反应，当可逆反应开始后，反应物的浓度逐渐减小，生成物的浓度则由零开始逐渐增大。从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变。

(2)速率—时间图像

对于一定条件下的某个可逆反应，当可逆反应开始时，v正最大，v逆为零。随着反应的进行，v正逐渐减小，v逆逐渐增大。反应进行到某一时刻，v正=v逆，此时，该可逆反应达到了化学平衡状态。

【典例1】正误判断。

(1)Cl2与水的反应属于可逆反应。   (    )

(2)NH3和HCl生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应。  (    )

(3)可逆反应中反应物的转化率不能达到100%。  (    )

【典例2】在一定条件下，使和在一密闭容器中进行反应，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，逆反应速率逐渐增大，最后不变

D. 随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变

答案：B

解析：在一定条件下，反应开始时，反应物的浓度最大，正反应速率最大，生成物的浓度为零，逆反应速率为零，A正确；随着反应的进行，反应物的浓度降低，可逆反应不能进行到底，则正反应速率最后不为零，B错误；随着反应的进行，生成物的浓度增大，逆反应速率逐渐增大，最后不变，正、逆反应速率相等，C正确；随着反应的进行，反应物的浓度减小，正反应速率逐渐减小，最后不变，D正确。

【典例3】在一定条件下，将和通入2 L密闭容器中，进行反应：。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是(   )

A.反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小

B.随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大

C.达到平衡状态时反应体系中的浓度为

D.该反应建立平衡过程中（时间）图象为

答案：A

解析：由于该反应从逆反应开始进行，反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小，A项正确；随着反应的进行，生成物浓度逐渐减小，逆反应速率逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐增大，B项错误；该反应不能进行彻底，故平衡时的浓度不可能是，C项错误；该反应建立平衡的过程中，逆反应速率大于正反应速率，且逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，达到平衡时正、逆反应速率相等，D项错误。

二、化学平衡状态

1、概念

在一定条件下，当正、逆反应的速率      时，反应物和生成物的浓度均         ，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“        ”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称         。化学平衡是一种       平衡。

2、使用范围：          

3、内在本质：          

4、外在标志：反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定。

5、条件：反应物和所有产物均处于同一反应体系中，反应条件不发生变化。

6、化学反应状态的特征

[能力•拓展]化学平衡状态的判断方法

1.直接判断：

(1)v正=v逆≠0(即同一物质的消耗速率与生成速率相等)

(2)各物质的浓度保持不变。

2.间接判断：

(1)各物质的百分含量保持不变

(2)各物质的物质的量不随时间的改变而改变。

(3)各气体的体积不随时间的改变而改变。

(4)反应物的转化率保持不变。

(5)平衡体系的颜色保持不变。

(6)绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。

3.特殊判断：

【典例4】甲醇是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景。工业上一般采用如下反应合成甲醇：。能说明反应已达到化学平衡状态的是(   )

A.容器内、、、的浓度之比为1:3:1:1

B.生成1mol，同时消耗3mol

C.体系中物质的总质量不变

D.恒温恒容下，密闭容器中压强保持不变

答案：D

解析：容器内、、、的浓度之比为1:3:1:1时，无法判断各组分的浓度是否变化，无法判断是否达到平衡状态，A错误；生成1mol，同时消耗3mol，表示的都是正反应速率，无法判断是否达到平衡状态，B错误；体系中物质的总质量为定值，体系中物质总质量不变无法说明达到平衡状态，C错误；该反应反应前后有气体体积差，压强为变量，当恒容密闭容器中压强保持不变时，表明正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，D正确。

【典例5】将的KI溶液和溶液等体积混合，充分反应后，取混合溶液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡的是(   )

A.① B.②和④ C.③和④ D.①和②

答案：A

解析：将的KI溶液和溶液等体积混合后，过量，若不是可逆反应，全部转化为，则溶液中无，故只需要证明溶液中含即可。①向溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红，则说明溶液中有，能说明反应存在化学平衡，正确；②向溶液中滴入溶液有黄色沉淀生成，充分反应后的溶液中过量，无论是否存在平衡，都会有黄色沉淀生成，所以不能说明反应存在平衡，错误；③无论反应存不存在平衡溶液中均存在，滴入溶液均有蓝色沉淀生成错误；④无论反应存不存在平衡，溶液中均有滴入淀粉溶液，溶液变为蓝色不能证明反应存在化学平衡，错误。

【典例6】已知X(g)和Y(g)可以相互转化：。现将一定量X(g)和Y(g)的混合气体通入一体积为1 L的恒温密闭容器中，反应物及生成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说法不正确的是(   )

A.若混合气体的压强不变，则说明反应已达到化学平衡状态

B.a、b、c、d四个点表示的反应体系中，表示化学反应处于平衡状态的只有b点

C.25~30 min内用X表示的平均反应速率是

D.反应进行至25 min时，曲线发生变化的原因是增加了Y的浓度

答案：D

解析：正反应是气体分子数减小的反应，所以当压强不再发生变化时，可以说明反应已经达到平衡状态，A项正确；根据图象可知，只有b点表示反应处于平衡状态，B项正确；25～30 min内X的浓度变化量是，所以用X表示的平均反应速率是，C项正确；反应进行至25 min时，X物质的浓度增大，D项错误。

【课后练习】

1.一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO，发生反应：，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的是(   )

A.d B.b C.c  D.a

2.已知298K时，合成氨反应，将此温度下的1mol 和3mol 充入一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应。测得反应放出的热量（假设测量过程中没有能量损失）(   )

A.一定小于920kJ B.一定大于92.0kJ C.一定等于920kJ   D.无法确定

3.在一密闭容器中进行反应：，已知反应过程中某一时刻、、的浓度分别为0.1mol/L、0.05mol/L、0.3mol/L。当反应达到平衡时，可能存在的数据是(   )

A.为0.4mol/L，为0.2mol/L

B.、均为0.8mol/L

C.为0.4mol/L

D.为0.35mol/L

4.可逆反应：，在容积不变的密闭容器中进行，下列能说明该反应达到平衡状态的有(   )

①单位时间内生成的同时生成

②容器内总压强不再变化

③、NO、的物质的量浓度之比为2:2:1

④混合气体的密度不再改变

⑤混合气体的颜色不再改变

⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变

A.2个 B.3个 C.4个 D.5个

5.汽车尾气在催化剂的作用下脱硝脱碳的圭要原理为。在一定条件下的密闭容器中，用传感器测得该反应在不同时间NO、CO浓度如下表。下列说法正确的是(   )

A.反应前2s内的平均反应速率为

B.当时，说明反应已达到化学平衡状态

C.该反应在3~5s内的平均反应速率为0

D.由表中数据可知，反应到3s时达到平衡状态，此时反应已经停止

6.298K时，将10mL溶液、10 mL溶液和10 ml NaOH溶液混合，发生反应：，溶液中与反应时间的关系如图所示。下列不能判断反应达到平衡状态的是(   )

A.溶液的pH不再变化

B.

C.不再变化

D.

7.100℃时，把通入容积为5L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2s时，的浓度为。60s时，反应已达到平衡状态，此时容器内的压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是(   )

A.0-2s内用表示的反应速率为

B.在2s时容器内的压强为开始时的1.1倍

C.平衡时，

D.平衡时，的转化率为40%

8.已知可逆反应，下列叙述正确的是(   )

A.反应达到化学平衡状态时，

B.若单位时间内生成的同时消耗，则反应达到平衡状态

C.反应达到化学平衡状态时，若增大容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大

D.化学反应速率关系：

9.工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为，下列能说明反应达到平衡状态的是(   )

A.恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化

B.两个H—O键断裂的同时有两个C=O键断裂

C.在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化

D.混合气体的平均摩尔质量不再发生变化

10.100 ℃时，把通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2 s时，的浓度为。60 s时，体系已达到平衡状态，此时容器内的压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是(   )

A.0~2 s内用的浓度变化表示的反应速率为

B.在2 s时容器内的压强为开始时的1.1倍

C.平衡时，

D.平衡时，

答案及解析

1.答案：A

解析：由题图可知，a、b、c的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；只有d的正、逆反应速率相等，故处于化学平衡状态的是d，A正确。

2.答案：A

解析：可逆反应不能进行到底，故放出的热量一定小于920kJ。

3.答案：D

解析：   

某时刻     0.1 mol/L      0.05 mol/L   0.3mol/L

极限转化   0.4 mol/L      0.2mol/L       0

极限转化       0            0        0.4mol/L

该反应为可逆反应，物质浓度范围：

。

4.答案：B

解析：①单位时间内生成的同时生成，都代表正反应速率，不能判断反应是否达到平衡状态，错误；②该反应反应前后有气体体积差，反应过程中，混合气体的物质的量发生变化，容器内总压强不再变化能说明反应达到化学平衡状态，正确；③、NO、的物质的量浓度之比为2:2:1时不一定是平衡状态，错误；④无论反应是否达到平衡状态，混合气体的质量不变，容器的容积不变，混合气体的密度始终不变，密度不变不能说明反应达到平衡状态，错误；⑤混合气体的颜色不再改变，说明气体的浓度不变，能说明反应达到平衡状态，正确；⑥该反应反应前后有气体体积差，反应过程中，混合气体的物质的量一直变化，混合气体质量不变，所以混合气体的平均相对分子质量一直在变，当其不再变化时，说明反应达到平衡状态，正确。

5.答案：C

解析：前2s内，则，，A错误；平衡时应有，则当时，反应未达平衡状态，B错误；3s时反应达平衡状态，所以该反应在3~5s内浓度变化量为0，平均反应速率为0，C正确；化学平衡是动态平衡，所以3s后反应仍在进行，D错误。

6.答案：D

解析：参加反应导致溶液中pH发生变化，当溶液的pH不再变化时，说明溶液中不变，反应达到平衡状态；当时，碘离子的正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；随着反应的进行，增大，当不变时，说明各离子浓度不变，反应达到平衡状态；时该反应没有达到平衡状态。。

7.答案：B

解析： 和之间存在转化关系：

起始物质的量/mol    0.5         0

转化物质的量/mol    0.05       0.02×5

2s时物质的量/mol   0.5-0.05     0.02×5

达到平衡状态时，气体总的物质的量为，则，解得，平衡体系中含0.2 mol，C项错误；平衡时，的转化率为，D项错误。

8.答案：A

解析：反应达到化学平衡状态时，，即，A项正确；任何时刻，生成的同时一定消耗，反应不一定达到平衡状态，B项错误；增大容器体积相当于减小压强，正、逆反应速率均减小，C项错误；化学反应速率之比等于对应的化学计量数之比，则，D项错误。

9.答案：B

解析：该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，恒温恒容条件下，混合气体的压强不变，无法说明反应达到平衡状态，A项错误；两个H—O键断裂表示的是正反应速率，两个C=O键断裂表示的是逆反应速率，正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，B项正确；在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，则混合气体的密度始终不变，所以反应容器内的气体密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，C项错误；该反应是反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，根据，可知混合气体的平均摩尔质量始终不发生变化，

10.答案：B

解析：和之间存在转化关系：

起始量/mol   0.5         0

变化量/mol   0.05       

2 s时量/mol  0.5–0.05   

，A项错误；2 s时气体总的物质的量为，则2 s时容器内的压强与开始时容器内的压强之比为，B项正确；达到平衡状态时，设有参与反应，则

起始量/mol    0.5           0

变化量/mol     x          

平衡量/mol          

达到平衡状态时，气体总的物质的量为，则，解得，平衡体系中含，C项错误；平衡时，，D项错误。