2.2 第1课时 可逆反应 化学平衡状态 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.2 第1课时 可逆反应 化学平衡状态 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 215.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-11 09:56:58 | ||
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文档简介
2.1 第1课时 可逆反应 化学平衡状态
1.了解可逆反应的含义及其特点。
2.了解化学平衡的建立过程,掌握化学平衡状态的特征。
3.学会平衡状态的判断方法。
【自主预习】
1.可逆反应
(1)概念:在 下,既能向 方向进行,同时又能向 方向进行的反应。
(2)特征
2.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
在一定条件下, 反应进行到一定程度时,正、逆反应的速率相等,反应物和生成物的浓度 ,即体系的组成不随时间而改变,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。
(2)化学平衡的建立
反应开始(t=0)时,c反应物最大,c生成物=0,即v正最大,v逆=0。
随着反应的进行,即t>0时,v正减小,v逆增大,在坐标图上表示为当可逆反应进行到一定程度时,c反应物、c生成物不再发生改变,即v正=v逆,反应达到化学平衡状态。
(3)化学平衡的建立方向
①正反应方向建立平衡,v正减小,v逆增大,v正=v逆时达到平衡。
②逆反应方向建立平衡,v正增大,v逆减小,v正=v逆时达到平衡。
例如,一定条件下,把一定量的H2和N2充入恒容密闭容器中,在催化剂作用下发生反应N2+3H22NH3,从反应开始到平衡过程中,各物质的浓度变化如图(a)所示;同理,一定条件下,充入一定量的NH3发生分解反应,随着反应的进行,各物质的浓度变化如图(b)所示。
③化学平衡的基本特征
3.化学平衡状态的判断方法
(1)用本质特征判断
判断依据:正反应速率与逆反应速率相等,即v正=v逆。
①同一种物质:该物质的生成速率 它的消耗速率。
②不同的物质:速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,但必须是 的速率。
(2)用宏观特征判断
判断依据:反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持 。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持 。
③反应物的转化率、产物的产率保持 。
【参考答案】1.(1)同一条件 正反应 逆反应
(2)正反应 逆反应 相同 同时 小于
2.(1)可逆 保持不变 限度 (3)可逆反应 相等
v正=v逆 v正=v逆≠0 一定 3.(1)等于 不同方向 (2)不变 不变 不变
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应。 ( )
(2)Cl2与水的反应不是可逆反应。 ( )
(3)NH3和HCl反应生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应。 ( )
(4)可逆反应中反应物与产物共存。 ( )
(5)所有的化学反应都存在化学平衡状态。 ( )
(6)平衡时反应已经达到最大限度,反应停止了。 ( )
(7)化学反应的限度不可以通过改变条件而改变。 ( )
(8)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。 ( )
【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√
2.可逆反应等同于可逆过程吗
【答案】不等同。可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于化学变化。
3.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在恒温恒容密闭容器中进行,下列可作为其达到平衡状态的标志的有哪些
①SO2和SO3的浓度相等;
②SO2的质量分数保持不变;
③容器中气体的压强保持不变;
④SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等;
⑤容器中混合气体的密度保持不变;
⑥容器中气体的平均摩尔质量保持不变;
⑦2v正(SO2)=v逆(O2)。
【答案】②③⑥
【解析】①反应物和生成物的浓度不变时达到平衡状态,而不是浓度相等,错误;②SO2的质量分数是变量,保持不变时达到平衡状态,正确;③反应在恒容密闭容器中进行,且该反应是气体体积减小的反应,故容器中气体的压强是变量,当压强不变时达到平衡状态,正确;④SO3的生成速率与SO2的消耗速率都是正反应速率,错误;⑤容器的容积固定,气体的质量固定,混合气体的密度是定量,错误;⑥反应前后气体的物质的量发生变化,而气体的总质量不变,因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变时,一定达到平衡状态,正确;⑦正确的关系式为v正(SO2)=2v逆(O2),错误。
【合作探究】
任务1：可逆反应
情境导入 高炉炼铁中Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一个可逆反应。在19世纪后期,人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当量的CO,有的工程师认为,这是由CO和铁矿石的接触时间不够长造成的,于是英国耗巨资建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现,用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。
问题生成
1.请分析高炉炼铁所排出的高炉气中CO的含量并没有减少的原因。
【答案】Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一个可逆反应,具有一定的限度,当反应进行到一定程度后会达到一种动态平衡状态,各组分的含量保持不变。
2.取少量反应Fe2O3+3CO2Fe+3CO2得到的产物,加入稀盐酸中,得到一种溶液,向所得溶液中加入KSCN溶液,溶液变红,分析原因。
【答案】反应产物中含有Fe和Fe2O3,加入稀盐酸中所得溶液含有Fe2+和Fe3+,Fe3+会使KSCN溶液变红。
3.写出SO2 转化为SO3、工业合成氨、形成氯水的三个化学方程式。观察上述方程式,有何共同的特点
【答案】2SO2+O22SO3,N2+3H22NH3,Cl2+H2OHClO+HCl;都是可逆反应。
【核心归纳】
可逆反应
1.定义
在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
2.特点
(1)二同:①同一条件下;②正、逆反应同时进行。
(2)一小:反应物与生成物同时存在,且任一组分的转化率都小于100%。
3.表示
在方程式中反应符号用“”表示。
【典型例题】
【例1】下列反应属于可逆反应的是( )。
A.盐酸与NaOH溶液的中和反应
B.CuSO4吸水形成晶体蓝矾的反应与蓝矾受热失去水分生成CuSO4的反应
C.Cl2溶于水
D.Na2O溶于水
【答案】C
【解析】同一条件下,Cl2与水反应生成HCl和HClO,同时HCl和HClO反应生成Cl2与水,属于可逆反应。
【例2】在一密闭容器中进行如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达平衡时,可能存在的数据是( )。
A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1
B.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
C.SO3为0.25 mol·L-1
D.SO3为0.4 mol·L-1
【答案】C
【解析】假设该反应完全转化,列三段式
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
某时刻浓度/mol·L-1 0.2 0.1 0.2
逆反应极限/mol·L-1 0.4 0.2 0
正反应极限/mol·L-1 0 0 0.4
A项,SO2和O2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2和O2的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1,SO3不可能完全转化,错误;B项,反应物、生成物的浓度不可能同时减小,只能一个减小,另一个增大,错误;C项,SO2为0.25 mol·L-1,SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行,若SO3完全反应,则SO2的浓度为0.4 mol·L-1,实际浓度为0.25 mol·L-1,小于0.4 mol·L-1,正确;D项,SO3为0.4 mol·L-1,SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行,若SO2和O2完全反应,SO3的浓度为0.4 mol·L-1,达到平衡的实际浓度应该小于0.4 mol·L-1,错误。
任务2：化学平衡状态
【核心归纳】
化学平衡状态的标志
1.直接标志
(1)反应速率关系:v正=v逆(指瞬时速率)。对于同一物质而言,该物质的生成速率等于它的消耗速率;对于不同物质而言,反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比,但必须是不同方向的反应速率。
(2)含量关系:反应体系中各组分的浓度、质量分数、物质的量、物质的量分数等保持不变。
2.间接标志
(1)反应物的转化率保持不变。
(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。
以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例来说明:
a.混合物体系中各成分的含量
①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
②各气体的体积或体积分数一定——平衡
③总体积、总压强、总物质的量一定——不一定平衡
b.正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A,即v正=v逆——平衡
②在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C,即v正=v逆——平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q,v正不一定等于v逆(平衡与否该式都成立)——不一定平衡
④在单位时间内生成了n mol B的同时消耗了q mol D,v正不一定等于v逆——不一定平衡
c.压强
①m+n≠p+q时,总压强一定(恒温恒容)——平衡
②m+n=p+q时,总压强一定(恒温恒容)——不一定平衡
d.混合气体的平均相对分子质量()
①当m+n≠p+q时,一定——平衡
②当m+n=p+q时,一定——不一定平衡
e.温度:任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时(绝热装置,其他条件不变)——平衡
f.气体的密度(ρ):密度(ρ=)一定——不一定平衡
g.颜色:反应体系内有色物质的颜色稳定不变——平衡
【典型例题】
【例3】在密闭恒容容器中,判断反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)达到平衡的依据是( )。
A.压强不随时间改变
B.气体的密度不随时间改变
C.c(A)不随时间改变
D.单位时间内生成C和D的物质的量相等
【答案】C
【解析】A项,该反应前后气体总体积相等,压强始终不变;B项,气体总质量和体积不变,混合气体密度恒定;C项,各组分浓度保持不变时,达到平衡状态;D项,生成C和D的物质的量始终相等。
【例4】制水煤气的反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
ΔH>0,现将一定量的原料充入一个容积不变的真空密闭容器中,在恒定温度下使其发生反应,不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )。
A.CO与H2的物质的量之比不变B.H2的体积分数不再发生变化
C.混合气体的压强保持不变
D.混合气体的密度不变
【答案】A
【解析】A项,随着反应的进行,生成的CO与H2的物质的量之比始终为1∶1;B项,H2的体积分数即物质的量分数,随着反应进行,H2的体积分数逐渐增大,当不变时说明反应达到平衡状态;C项,随着反应的进行,气体的物质的量增大,达到平衡时气体的物质的量不变,混合气体压强不变,因此压强可作为平衡的标志;D项,由于反应物C为固体,随着反应进行,气体质量增大,反应容器体积一定,混合气体的密度逐渐增大,当混合气体的密度不变时,反应达到平衡状态。
灵犀一点：“两步法”突破化学平衡状态标志的判断
第一步:审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压。审反应特点:①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应;②有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。
第二步:看“变量”,所用标志必须随着反应的进行在改变,当“变量”不变了,也就是变量一定了,说明反应达到平衡状态。
【随堂检测】
课堂基础
1.反应C18O+H2OCO2+H2进行到一定程度时,18O存在于( )。
A.CO和CO2中
B.CO、H2O、CO2中
C.CO中
D.CO、H2O、CO2、H2中
【答案】B
【解析】由于反应C18O+H2OCO2+H2为可逆反应,正反应、逆反应同时进行,则含有O元素的物质中均含有18O,故选B项。
2.在一密闭容器中,进行如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是( )。
A.混合气体的密度保持不变
B.容器内的总压不随时间变化
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
【答案】C
【解析】A项,在一密闭容器中,反应物、生成物都是气体,所以混合气体的密度保持不变不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据;B项,因为反应前后化学计量数相等,所以容器内的总压不变;C项,根据CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可知,当v正(H2)=v逆(H2O),说明反应达到化学平衡状态;D项,根据CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可知,当c(CO2)=c(CO),不能说明反应达到化学平衡状态。
对接高考
3.(2018年4月浙江选考,14)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,若在恒压容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )。
A.容器内气体的密度不再变化
B.容器内压强保持不变
C.相同时间内,生成N—H键的数目与断开H—H键的数目相等
D.容器内气体的浓度之比c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
【答案】A
【解析】A项,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0是气体体积减小的反应,反应在恒压容器中发生,体积可变但气体总质量不变,密度不变说明气体的体积不变,表明反应已达平衡状态;B项,因反应在恒压条件下进行,反应中压强始终不变,故压强不再变化不能表明反应一定已达平衡状态;C项,断开H—H键和生成N—H键均表示正反应,则相同时间内,断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等不能表明反应一定已达平衡状态;D项,容器内气体的浓度与反应的起始状态有关,c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2不能表明反应一定已达平衡状态。
4.(2022·湖北卷,13)同位素示踪是研究反应机理的重要手段之一。已知醛与H2O在酸催化下存在如下平衡:RCHO+H2ORCH(OH)2。据此推测,对羟基苯甲醛与10倍量的O在少量酸催化下反应,达到平衡后,下列化合物中含量最高的是( )。
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】由已知信息知,苯环上的羟基不发生反应,醛基中的碳氧双键与O发生加成反应,在醛基碳原子上会连接两个羟基(分别为—OD,—18OD),两个羟基连接在同一个碳原子上不稳定,会脱水,得到醛基,的含量最高,D项正确。
2
1.了解可逆反应的含义及其特点。
2.了解化学平衡的建立过程,掌握化学平衡状态的特征。
3.学会平衡状态的判断方法。
【自主预习】
1.可逆反应
(1)概念:在 下,既能向 方向进行,同时又能向 方向进行的反应。
(2)特征
2.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
在一定条件下, 反应进行到一定程度时,正、逆反应的速率相等,反应物和生成物的浓度 ,即体系的组成不随时间而改变,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。
(2)化学平衡的建立
反应开始(t=0)时,c反应物最大,c生成物=0,即v正最大,v逆=0。
随着反应的进行,即t>0时,v正减小,v逆增大,在坐标图上表示为当可逆反应进行到一定程度时,c反应物、c生成物不再发生改变,即v正=v逆,反应达到化学平衡状态。
(3)化学平衡的建立方向
①正反应方向建立平衡,v正减小,v逆增大,v正=v逆时达到平衡。
②逆反应方向建立平衡,v正增大,v逆减小,v正=v逆时达到平衡。
例如,一定条件下,把一定量的H2和N2充入恒容密闭容器中,在催化剂作用下发生反应N2+3H22NH3,从反应开始到平衡过程中,各物质的浓度变化如图(a)所示;同理,一定条件下,充入一定量的NH3发生分解反应,随着反应的进行,各物质的浓度变化如图(b)所示。
③化学平衡的基本特征
3.化学平衡状态的判断方法
(1)用本质特征判断
判断依据:正反应速率与逆反应速率相等,即v正=v逆。
①同一种物质:该物质的生成速率 它的消耗速率。
②不同的物质:速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,但必须是 的速率。
(2)用宏观特征判断
判断依据:反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持 。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持 。
③反应物的转化率、产物的产率保持 。
【参考答案】1.(1)同一条件 正反应 逆反应
(2)正反应 逆反应 相同 同时 小于
2.(1)可逆 保持不变 限度 (3)可逆反应 相等
v正=v逆 v正=v逆≠0 一定 3.(1)等于 不同方向 (2)不变 不变 不变
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应。 ( )
(2)Cl2与水的反应不是可逆反应。 ( )
(3)NH3和HCl反应生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应。 ( )
(4)可逆反应中反应物与产物共存。 ( )
(5)所有的化学反应都存在化学平衡状态。 ( )
(6)平衡时反应已经达到最大限度,反应停止了。 ( )
(7)化学反应的限度不可以通过改变条件而改变。 ( )
(8)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。 ( )
【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√
2.可逆反应等同于可逆过程吗
【答案】不等同。可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于化学变化。
3.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在恒温恒容密闭容器中进行,下列可作为其达到平衡状态的标志的有哪些
①SO2和SO3的浓度相等;
②SO2的质量分数保持不变;
③容器中气体的压强保持不变;
④SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等;
⑤容器中混合气体的密度保持不变;
⑥容器中气体的平均摩尔质量保持不变;
⑦2v正(SO2)=v逆(O2)。
【答案】②③⑥
【解析】①反应物和生成物的浓度不变时达到平衡状态,而不是浓度相等,错误;②SO2的质量分数是变量,保持不变时达到平衡状态,正确;③反应在恒容密闭容器中进行,且该反应是气体体积减小的反应,故容器中气体的压强是变量,当压强不变时达到平衡状态,正确;④SO3的生成速率与SO2的消耗速率都是正反应速率,错误;⑤容器的容积固定,气体的质量固定,混合气体的密度是定量,错误;⑥反应前后气体的物质的量发生变化,而气体的总质量不变,因此当容器内气体的平均摩尔质量保持不变时,一定达到平衡状态,正确;⑦正确的关系式为v正(SO2)=2v逆(O2),错误。
【合作探究】
任务1：可逆反应
情境导入 高炉炼铁中Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一个可逆反应。在19世纪后期,人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当量的CO,有的工程师认为,这是由CO和铁矿石的接触时间不够长造成的,于是英国耗巨资建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现,用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。
问题生成
1.请分析高炉炼铁所排出的高炉气中CO的含量并没有减少的原因。
【答案】Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一个可逆反应,具有一定的限度,当反应进行到一定程度后会达到一种动态平衡状态,各组分的含量保持不变。
2.取少量反应Fe2O3+3CO2Fe+3CO2得到的产物,加入稀盐酸中,得到一种溶液,向所得溶液中加入KSCN溶液,溶液变红,分析原因。
【答案】反应产物中含有Fe和Fe2O3,加入稀盐酸中所得溶液含有Fe2+和Fe3+,Fe3+会使KSCN溶液变红。
3.写出SO2 转化为SO3、工业合成氨、形成氯水的三个化学方程式。观察上述方程式,有何共同的特点
【答案】2SO2+O22SO3,N2+3H22NH3,Cl2+H2OHClO+HCl;都是可逆反应。
【核心归纳】
可逆反应
1.定义
在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
2.特点
(1)二同:①同一条件下;②正、逆反应同时进行。
(2)一小:反应物与生成物同时存在,且任一组分的转化率都小于100%。
3.表示
在方程式中反应符号用“”表示。
【典型例题】
【例1】下列反应属于可逆反应的是( )。
A.盐酸与NaOH溶液的中和反应
B.CuSO4吸水形成晶体蓝矾的反应与蓝矾受热失去水分生成CuSO4的反应
C.Cl2溶于水
D.Na2O溶于水
【答案】C
【解析】同一条件下,Cl2与水反应生成HCl和HClO,同时HCl和HClO反应生成Cl2与水,属于可逆反应。
【例2】在一密闭容器中进行如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达平衡时,可能存在的数据是( )。
A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1
B.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
C.SO3为0.25 mol·L-1
D.SO3为0.4 mol·L-1
【答案】C
【解析】假设该反应完全转化,列三段式
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
某时刻浓度/mol·L-1 0.2 0.1 0.2
逆反应极限/mol·L-1 0.4 0.2 0
正反应极限/mol·L-1 0 0 0.4
A项,SO2和O2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2和O2的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1,SO3不可能完全转化,错误;B项,反应物、生成物的浓度不可能同时减小,只能一个减小,另一个增大,错误;C项,SO2为0.25 mol·L-1,SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行,若SO3完全反应,则SO2的浓度为0.4 mol·L-1,实际浓度为0.25 mol·L-1,小于0.4 mol·L-1,正确;D项,SO3为0.4 mol·L-1,SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行,若SO2和O2完全反应,SO3的浓度为0.4 mol·L-1,达到平衡的实际浓度应该小于0.4 mol·L-1,错误。
任务2：化学平衡状态
【核心归纳】
化学平衡状态的标志
1.直接标志
(1)反应速率关系:v正=v逆(指瞬时速率)。对于同一物质而言,该物质的生成速率等于它的消耗速率;对于不同物质而言,反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比,但必须是不同方向的反应速率。
(2)含量关系:反应体系中各组分的浓度、质量分数、物质的量、物质的量分数等保持不变。
2.间接标志
(1)反应物的转化率保持不变。
(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。
以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例来说明:
a.混合物体系中各成分的含量
①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
②各气体的体积或体积分数一定——平衡
③总体积、总压强、总物质的量一定——不一定平衡
b.正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A,即v正=v逆——平衡
②在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C,即v正=v逆——平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q,v正不一定等于v逆(平衡与否该式都成立)——不一定平衡
④在单位时间内生成了n mol B的同时消耗了q mol D,v正不一定等于v逆——不一定平衡
c.压强
①m+n≠p+q时,总压强一定(恒温恒容)——平衡
②m+n=p+q时,总压强一定(恒温恒容)——不一定平衡
d.混合气体的平均相对分子质量()
①当m+n≠p+q时,一定——平衡
②当m+n=p+q时,一定——不一定平衡
e.温度:任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时(绝热装置,其他条件不变)——平衡
f.气体的密度(ρ):密度(ρ=)一定——不一定平衡
g.颜色:反应体系内有色物质的颜色稳定不变——平衡
【典型例题】
【例3】在密闭恒容容器中,判断反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)达到平衡的依据是( )。
A.压强不随时间改变
B.气体的密度不随时间改变
C.c(A)不随时间改变
D.单位时间内生成C和D的物质的量相等
【答案】C
【解析】A项,该反应前后气体总体积相等,压强始终不变;B项,气体总质量和体积不变,混合气体密度恒定;C项,各组分浓度保持不变时,达到平衡状态;D项,生成C和D的物质的量始终相等。
【例4】制水煤气的反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
ΔH>0,现将一定量的原料充入一个容积不变的真空密闭容器中,在恒定温度下使其发生反应,不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )。
A.CO与H2的物质的量之比不变B.H2的体积分数不再发生变化
C.混合气体的压强保持不变
D.混合气体的密度不变
【答案】A
【解析】A项,随着反应的进行,生成的CO与H2的物质的量之比始终为1∶1;B项,H2的体积分数即物质的量分数,随着反应进行,H2的体积分数逐渐增大,当不变时说明反应达到平衡状态;C项,随着反应的进行,气体的物质的量增大,达到平衡时气体的物质的量不变,混合气体压强不变,因此压强可作为平衡的标志;D项,由于反应物C为固体,随着反应进行,气体质量增大,反应容器体积一定,混合气体的密度逐渐增大,当混合气体的密度不变时,反应达到平衡状态。
灵犀一点：“两步法”突破化学平衡状态标志的判断
第一步:审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压。审反应特点:①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应;②有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。
第二步:看“变量”,所用标志必须随着反应的进行在改变,当“变量”不变了,也就是变量一定了,说明反应达到平衡状态。
【随堂检测】
课堂基础
1.反应C18O+H2OCO2+H2进行到一定程度时,18O存在于( )。
A.CO和CO2中
B.CO、H2O、CO2中
C.CO中
D.CO、H2O、CO2、H2中
【答案】B
【解析】由于反应C18O+H2OCO2+H2为可逆反应,正反应、逆反应同时进行,则含有O元素的物质中均含有18O,故选B项。
2.在一密闭容器中,进行如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是( )。
A.混合气体的密度保持不变
B.容器内的总压不随时间变化
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
【答案】C
【解析】A项,在一密闭容器中,反应物、生成物都是气体,所以混合气体的密度保持不变不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据;B项,因为反应前后化学计量数相等,所以容器内的总压不变;C项,根据CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可知,当v正(H2)=v逆(H2O),说明反应达到化学平衡状态;D项,根据CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可知,当c(CO2)=c(CO),不能说明反应达到化学平衡状态。
对接高考
3.(2018年4月浙江选考,14)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,若在恒压容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )。
A.容器内气体的密度不再变化
B.容器内压强保持不变
C.相同时间内,生成N—H键的数目与断开H—H键的数目相等
D.容器内气体的浓度之比c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
【答案】A
【解析】A项,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0是气体体积减小的反应,反应在恒压容器中发生,体积可变但气体总质量不变,密度不变说明气体的体积不变,表明反应已达平衡状态;B项,因反应在恒压条件下进行,反应中压强始终不变,故压强不再变化不能表明反应一定已达平衡状态;C项,断开H—H键和生成N—H键均表示正反应,则相同时间内,断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等不能表明反应一定已达平衡状态;D项,容器内气体的浓度与反应的起始状态有关,c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2不能表明反应一定已达平衡状态。
4.(2022·湖北卷,13)同位素示踪是研究反应机理的重要手段之一。已知醛与H2O在酸催化下存在如下平衡:RCHO+H2ORCH(OH)2。据此推测,对羟基苯甲醛与10倍量的O在少量酸催化下反应,达到平衡后,下列化合物中含量最高的是( )。
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】由已知信息知,苯环上的羟基不发生反应,醛基中的碳氧双键与O发生加成反应,在醛基碳原子上会连接两个羟基(分别为—OD,—18OD),两个羟基连接在同一个碳原子上不稳定,会脱水,得到醛基,的含量最高,D项正确。
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