化学 必修 第二册(苏教)
第二课时 化学反应的限度
1.了解可逆反应的含义,结合实例体会可逆反应存在限度,理解化学平衡状态的特征,发展“变化观念与平衡思想”的核心素养。2.能够判断化学平衡状态,知道改变条件化学平衡会发生移动。3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
一、化学反应的限度
1.Cl2与H2O的反应
化学方程式
溶液中微粒 三分子
四离子
反应特点 反应只能进行到
2.可逆反应
(1)定义:在 下,既能向 进行,又能向 进行的化学反应。
(2)表示方法:在书写化学方程式时,可逆反应用符号“ ”表示。
3.醋酸的电离也是一个可逆过程(非化学反应),故醋酸的电离方程式可表示为 。
二、化学平衡状态
1.化学平衡状态的建立
2.化学平衡状态建立过程的v t图像
3.化学平衡状态的定义
在 下,可逆反应进行到一定程度,正反应速率和逆反应速率 ,反应物和生成物的浓度 的状态称为化学平衡状态。
4.化学平衡状态的特征
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)2H2+O22H2O与2H2O2H2↑+O2↑互为可逆反应。( )
(2)SO2和O2的反应可写为2SO2+O22SO3。( )
(3)HCOOH是一种弱酸,HCOOH的电离是一个可逆反应。( )
(4)一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应在此条件下所能达到的最大限度。( )
(5)可逆反应达到平衡后,正反应和逆反应都停止。( )
(6)化学反应的限度可以通过外界条件而改变。( )
日月星辰、江湖山川、花草树木、飞禽走兽,天地之间,自然万物保持着和谐,整个生态维持着一种动态的平衡,春夏秋冬、四季轮回,大自然向我们展现着它的和谐与平衡。对于化学反应,也存在一种动态的平衡。 [问题探究] 1. 可逆反应在一定条件下总会达到化学平衡,这里的“一定条件”指什么条件?在一定条件下,一个可逆反应进行到最大限度就是达到化学平衡状态,这时正、逆反应都停止了吗? 提示:通常包括一定的温度、压强等。可逆反应达到化学平衡状态,反应并没有停止,正、逆反应仍在进行,只是正、逆反应速率相等。 2.对于可逆反应N2+3H2??2NH3,用不同的物质来表示该反应的速率时,v正=v逆的具体意义是什么? 提示:在该平衡体系中,涉及三种物质,从正、逆反应两方面讲,应当有六个反应速率值,即 N2的消耗速率(v正)和生成速率(v逆),H2的消耗速率(v正)和生成速率(v逆)以及NH3的生成速率(v正)和消耗速率(v逆),v正=v逆的具体意义有两点,一是同一物质的v正=v逆,对于不同物质的v正与v逆,其比值应与化学计量数之比相等时才是真正意义的v正=v逆,反应达平衡状态。如对于合成氨的反应,v消耗(N2)=v消耗(NH3)并不是真正意义的正、逆反应速率相等,2v消耗(N2)=v消耗(NH3)才是真正意义的v正=v逆,此时反应达平衡状态。 3.对于反应2HI(g)??H2(g)+I2(g),温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化,能否判断该反应达到化学平衡状态? 提示:混合气体的颜色不变,说明各成分气体的浓度不再发生变化,该反应达到了化学平衡状态。
知识点一 化学反应的限度
1.化学反应限度的实验探究
FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤
实验现象 溶液由无色变为褐色 溶液分层,下层为浅绿色、上层为紫色 溶液变红色
实验结论 有I2生成 有Fe2+和I2生成 下层溶液中含有未反应的Fe3+
离子方程式 2Fe3++2I-??2Fe2++I2
反应特点 I-过量条件下,反应物Fe3+不能完全转化为生成物,即可逆反应具有一定的限度
2.可逆反应的特点
3.绝大多数化学反应为可逆反应,但可逆程度不同。
4.对于可逆反应,可以通过改变反应条件,使之向着对人们有利的反应方向进行到最大程度。
5.解答可逆反应达平衡时各物质浓度范围的方法和依据
(1)方法:先假设反应物能100%地转化为生成物,求出c(反应物)的最小值和c(生成物)的最大值;再假设生成物能100%地转化为反应物,求出c(反应物)的最大值和c(生成物)的最小值,最后讨论分析。
(2)依据:可逆反应中反应物不能全部转化为生成物。
1.下列关于可逆反应的说法正确的是( )
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,可使一种反应物完全转化为生成物
D.氨气和氯化氢常温下化合成氯化铵,氯化铵受热分解成氨气和氯化氢,因此这两个反应互为可逆反应
2.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2和SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1。当反应达到平衡状态时,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为0.25 mol·L-1
C.SO3为0.4 mol·L-1
D.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
知识点二 化学平衡状态的判断
化学平衡状态的判断
(1)直接标志
①v正=v逆
a.同一种物质的生成速率等于消耗速率。
b.在化学方程式同一边,一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比。
c.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
②各组分的含量保持不变
a.各组分的物质的量浓度不随时间的改变而改变。
b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
(2)间接标志
①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
②混合气体的密度不随时间变化(适用于等压条件下反应前后气体体积不等的反应和等容条件下有固、液体参与或生成的反应)。
③全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。
④对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平衡状态。
⑤对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
[注意] (1)相同条件下(如温度、浓度、压强等),可逆反应无论是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,最终达到的平衡状态是相同的,即“殊途同归”。
(2)利用v正=v逆>0判断平衡状态时注意:反应速率必须是一正一逆,不能都是v正或都是v逆。
(3)利用压强p、密度ρ、相对分子质量Mr等判断化学平衡时要“三看”
①一看外界条件即容器的容积是固定的还是可变的。
②二看反应中是否全为气体物质,即气体的质量是否守恒。
③三看反应前后气体的体积是否变化。
3.某可逆反应达到平衡状态时,下列说法正确的是( )
①正反应和逆反应同时进行,两者的速率完全相等 ②反应物和生成物同时存在,两者的浓度相同 ③混合物的组成比例不随时间而改变
A.① B.①③
C.② D.①②③
4.下列可以证明2HI(g)??H2(g)+I2(g)已达到平衡状态的是( )
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③温度和体积一定时,混合气体的密度不再变化
④v(H2)=v(I2)=0.5v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1
⑥温度和体积一定时,某一生成物的浓度不再变化
⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑧温度和压强一定时,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化
A.②③④⑤⑦ B.②⑥⑦⑧⑨
C.①②⑥⑧ D.②⑥⑨
本课总结
自我反思:
随堂提升
1.一定条件下,将一定量的SO2与O2充入密闭容器中充分反应。下列示意图能正确表示n(SO3)变化趋势的是( )
2.反应2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g)达到平衡状态后,下列说法正确的是( )
A.三氧化硫的生成速率与分解速率相等
B.二氧化硫、氧气、三氧化硫的分子数之比是2∶1∶2
C.二氧化硫与氧气不再化合生成三氧化硫
D.降低温度,原化学平衡状态未被破坏
3.工业上,在持续加热的条件下用氢气和碘蒸气经铂黑催化合成碘化氢,化学方程式为H2(g)+I2(g)??2HI(g)。在实验室中模拟该反应时,控制反应条件不变,将一定量的氢气和碘蒸气充入恒容密闭容器中,反应一段时间后,不能确定该反应已经达到化学平衡状态的是 ( )
A.容器中的压强不再变化
B.H2的浓度不再变化
C.容器中混合物的颜色不再变化
D.HI的物质的量不再变化
4.已知反应:NO2(g)+SO2(g)??SO3(g)+NO(g),起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18O2,反应达到平衡后,下列有关说法正确的是( )
A.NO2中不可能含18O
B.有1 mol N18O生成
C.S18O2的物质的量不可能为0.8 mol
D.SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,说明该反应达到平衡
5.在一定温度下,某容器内的某一反应中,X、Y的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示,下列表述正确的是( )
A.t1时,Y的浓度是X的浓度的2倍
B.反应的化学方程式为X??2Y
C.t2时,反应的正、逆反应速率相等,达到平衡状态
D.t3时,X、Y的量不再变化,化学反应停止了,正、逆反应速率为零
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★
对点 可逆反应的特点 化学平衡状态的判断 可逆反应的特点及平衡状态的判断标志 可逆反应的特点及平衡时物质的物质的量浓度的计算 化学平衡状态的判断 化学反应限度的探究 化学反应限度及化学平衡的相关计算
题号 8 9 10 11 12 13
难度 ★ ★ ★ ★★ ★ ★★★
对点 化学平衡状态的判断及相关图像分析 速率-时间图像的分析 化学平衡状态的判断 化学平衡状态的判断 可逆反应的特点及化学平衡状态的判断 化学反应速率和化学平衡及相关图像分析
[学习·理解]
1.S16O2与18O2在高温条件下发生反应:2SO2+O2??2SO3,达到化学平衡后,平衡混合物中含18O的微粒( )
A.仅存在于SO3中 B.仅存在于SO2、SO3中
C.存在于SO2、SO3、O2中 D.仅存在于O2、SO3中
2.在一定温度下,反应A2(g)+B2(g)??2AB(g)达到平衡的标志是( )
A.单位时间内生成n mol A2同时生成n mol AB
B.容器内的总物质的量不随时间变化
C.单位时间内生成2n mol AB的同时生成n mol B2
D.单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol B2
3.下列关于可逆反应2M(g)+N(g)??2P(g)达到平衡时的说法正确的是( )
A.M、N全部变成了P
B.反应已经停止
C.反应混合物中各组分的浓度不再改变
D.v(M)∶v(N)=2∶1
4.在容积不变的密闭容器中进行反应X2(g)+3Y2(g)??2Z2(g),若X2、Y2、Z2的初始物质的量浓度分别为0.10 mol·L-1、0.30 mol·L-1、0.20 mol·L-1,当反应达到平衡时Z2的物质的量浓度不可能是( )
A.0.05 mol·L-1 B.0.20 mol·L-1
C.0.35 mol·L-1 D.0.40 mol·L-1
5.下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是( )
A.H2(g)+Br2(g)??2HBr(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变
B.2NO2(g)??N2O4(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变
C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s),恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不变
D.N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
6.已知:Fe3+遇KSCN溶液呈血红色,为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否存在一定的限度,向5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴,充分反应,下列实验操作能说明该反应存在限度的是( )
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有黄色沉淀产生
B.再加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色是否变为紫红色
C.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有白色沉淀产生
D.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变为血红色
7.一定条件下,对于反应N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),若N2、H2、NH3的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时,N2、H2、NH3浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是( )
①c1∶c2=1∶3
②平衡时,H2和NH3的生成速率之比为2∶3
③N2和H2的转化率不相等
④c1的取值范围为0A.①② B.③④
C.①④ D.②③
8.在恒温条件下将一定量X和Y的混合气体通入一容积为2 L的密闭容器中,X和Y两物质的浓度随时间变化情况如图。
(1)该反应的化学方程式为(反应物或生成物用符号X、Y表示)________________________。
(2)a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是________。
[应用·实践]
9.如图是一定温度和压强下,反应aX+bY??cZ的速率-时间图像,下列叙述正确的是( )
A.该反应从逆反应开始
B.a∶c=2∶1
C.开始时,X的浓度为0,逆反应速率最小
D.两条曲线相交的点p表示反应达到平衡状态
10.一定温度下,在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应:2X(g)??Y(g)+Z(s),下列能说明该反应达到平衡状态的是( )
A.X的分解速率与Y的分解速率相等
B.X、Y、Z的物质的量之比为2∶1∶1
C.混合气体的密度不再变化
D.单位时间内生成1 mol Y的同时分解2 mol X
11.在一定条件下,使一定量的A气体和B气体混合发生反应2A(g)+3B(g)??4C(g)。下列一定能说明反应已达到平衡状态的是( )
A.各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶3∶4
B.混合气体中各物质的浓度相等
C.单位时间内,若消耗了a mol A物质,同时也消耗了2a mol C物质
D.混合气体的体积是反应开始前的
12.在2 L密闭容器中,800 ℃时NO(g)和过量的O2(g)发生反应生成NO2(g)的体系中,n(NO)随时间的变化如表所示:
时间/s 0 1 2
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008
时间/s 3 4 5
n(NO)/mol 0.007 0.007 0.007
(1)上述反应________(填“是”或“不是”)可逆反应,在0~5 s内,NO的物质的量减少了________。
(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.容器内压强保持不变
C.v逆(NO)=2v正(O2) D.容器内气体的密度保持不变
[创新·提高]
13.某温度下,在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应,其物质的量随时间的变化曲线如图。据图回答:
(1)该反应的化学方程式可表示为________________________。
(2)反应起始至t min(设t=5),X的平均反应速率是____________________。
(3)下列可判断反应已达到平衡状态的是________(填字母,下同)。
A.X、Y、Z的反应速率相等
B.X、Y的反应速率之比为2∶3
C.混合气体的密度不变
D.生成1 mol Z的同时生成2 mol X
(4)一定能使该反应的反应速率增大的措施有________。
A.其他条件不变,及时分离出产物
B.适当降低温度
C.其他条件不变,增大X的浓度
D.保持温度不变,将容器体积压缩为1 L
1化学 必修 第二册(苏教)
第二课时 化学反应的限度
1.了解可逆反应的含义,结合实例体会可逆反应存在限度,理解化学平衡状态的特征,发展“变化观念与平衡思想”的核心素养。2.能够判断化学平衡状态,知道改变条件化学平衡会发生移动。3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
一、化学反应的限度
1.Cl2与H2O的反应
化学方程式 Cl2+H2O??HCl+HClO
溶液中微粒 三分子 H2O、Cl2、HClO
四离子 H+、Cl-、ClO-、OH-
反应特点 反应只能进行到一定的限度
2.可逆反应
(1)定义:在同一条件下,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:在书写化学方程式时,可逆反应用符号“??”表示。
3.醋酸的电离也是一个可逆过程(非化学反应),故醋酸的电离方程式可表示为CH3COOH??CH3COO-+H+。
二、化学平衡状态
1.化学平衡状态的建立
2.化学平衡状态建立过程的v t图像
3.化学平衡状态的定义
在一定条件下,可逆反应进行到一定程度,正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态称为化学平衡状态。
4.化学平衡状态的特征
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)2H2+O22H2O与2H2O2H2↑+O2↑互为可逆反应。( )
(2)SO2和O2的反应可写为2SO2+O22SO3。( )
(3)HCOOH是一种弱酸,HCOOH的电离是一个可逆反应。( )
(4)一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应在此条件下所能达到的最大限度。( )
(5)可逆反应达到平衡后,正反应和逆反应都停止。( )
(6)化学反应的限度可以通过外界条件而改变。( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√
日月星辰、江湖山川、花草树木、飞禽走兽,天地之间,自然万物保持着和谐,整个生态维持着一种动态的平衡,春夏秋冬、四季轮回,大自然向我们展现着它的和谐与平衡。对于化学反应,也存在一种动态的平衡。 [问题探究] 1. 可逆反应在一定条件下总会达到化学平衡,这里的“一定条件”指什么条件?在一定条件下,一个可逆反应进行到最大限度就是达到化学平衡状态,这时正、逆反应都停止了吗? 提示:通常包括一定的温度、压强等。可逆反应达到化学平衡状态,反应并没有停止,正、逆反应仍在进行,只是正、逆反应速率相等。 2.对于可逆反应N2+3H2??2NH3,用不同的物质来表示该反应的速率时,v正=v逆的具体意义是什么? 提示:在该平衡体系中,涉及三种物质,从正、逆反应两方面讲,应当有六个反应速率值,即 N2的消耗速率(v正)和生成速率(v逆),H2的消耗速率(v正)和生成速率(v逆)以及NH3的生成速率(v正)和消耗速率(v逆),v正=v逆的具体意义有两点,一是同一物质的v正=v逆,对于不同物质的v正与v逆,其比值应与化学计量数之比相等时才是真正意义的v正=v逆,反应达平衡状态。如对于合成氨的反应,v消耗(N2)=v消耗(NH3)并不是真正意义的正、逆反应速率相等,2v消耗(N2)=v消耗(NH3)才是真正意义的v正=v逆,此时反应达平衡状态。 3.对于反应2HI(g)??H2(g)+I2(g),温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化,能否判断该反应达到化学平衡状态? 提示:混合气体的颜色不变,说明各成分气体的浓度不再发生变化,该反应达到了化学平衡状态。
知识点一 化学反应的限度
1.化学反应限度的实验探究
FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤
实验现象 溶液由无色变为褐色 溶液分层,下层为浅绿色、上层为紫色 溶液变红色
实验结论 有I2生成 有Fe2+和I2生成 下层溶液中含有未反应的Fe3+
离子方程式 2Fe3++2I-??2Fe2++I2
反应特点 I-过量条件下,反应物Fe3+不能完全转化为生成物,即可逆反应具有一定的限度
2.可逆反应的特点
3.绝大多数化学反应为可逆反应,但可逆程度不同。
4.对于可逆反应,可以通过改变反应条件,使之向着对人们有利的反应方向进行到最大程度。
5.解答可逆反应达平衡时各物质浓度范围的方法和依据
(1)方法:先假设反应物能100%地转化为生成物,求出c(反应物)的最小值和c(生成物)的最大值;再假设生成物能100%地转化为反应物,求出c(反应物)的最大值和c(生成物)的最小值,最后讨论分析。
(2)依据:可逆反应中反应物不能全部转化为生成物。
1.下列关于可逆反应的说法正确的是( )
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,可使一种反应物完全转化为生成物
D.氨气和氯化氢常温下化合成氯化铵,氯化铵受热分解成氨气和氯化氢,因此这两个反应互为可逆反应
答案:B
解析:A中没有说明相同条件和同时进行,错误;C中合成氨的反应是可逆反应,所以其反应物不可能完全转化为生成物,错误;D中的两个反应,由于反应条件不同,不能称为可逆反应,错误。
2.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2和SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1。当反应达到平衡状态时,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为0.25 mol·L-1
C.SO3为0.4 mol·L-1
D.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
答案:B
解析:假设SO2、O2完全转化为SO3,则c(SO2)=c(O2)=0,c(SO3)=0.4 mol·L-1;假设SO3完全转化为SO2和O2,则c(SO2)=0.4 mol·L-1,c(O2)=0.2 mol·L-1,c(SO3)=0,而可逆反应的特点是反应不能进行到底,A、C错误,B正确;反应物SO2和生成物SO3的浓度不可能同时减小,D错误。
知识点二 化学平衡状态的判断
化学平衡状态的判断
(1)直接标志
①v正=v逆
a.同一种物质的生成速率等于消耗速率。
b.在化学方程式同一边,一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比。
c.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
②各组分的含量保持不变
a.各组分的物质的量浓度不随时间的改变而改变。
b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
(2)间接标志
①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
②混合气体的密度不随时间变化(适用于等压条件下反应前后气体体积不等的反应和等容条件下有固、液体参与或生成的反应)。
③全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。
④对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平衡状态。
⑤对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
[注意] (1)相同条件下(如温度、浓度、压强等),可逆反应无论是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,最终达到的平衡状态是相同的,即“殊途同归”。
(2)利用v正=v逆>0判断平衡状态时注意:反应速率必须是一正一逆,不能都是v正或都是v逆。
(3)利用压强p、密度ρ、相对分子质量Mr等判断化学平衡时要“三看”
①一看外界条件即容器的容积是固定的还是可变的。
②二看反应中是否全为气体物质,即气体的质量是否守恒。
③三看反应前后气体的体积是否变化。
3.某可逆反应达到平衡状态时,下列说法正确的是( )
①正反应和逆反应同时进行,两者的速率完全相等 ②反应物和生成物同时存在,两者的浓度相同 ③混合物的组成比例不随时间而改变
A.① B.①③
C.② D.①②③
答案:B
解析:可逆反应达到平衡状态时,v正=v逆≠0,且各组分的含量保持不变,故①③正确;而反应物和生成物浓度相同,只是反应达到的某一特殊状态,并不一定达到平衡。
4.下列可以证明2HI(g)??H2(g)+I2(g)已达到平衡状态的是( )
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③温度和体积一定时,混合气体的密度不再变化
④v(H2)=v(I2)=0.5v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1
⑥温度和体积一定时,某一生成物的浓度不再变化
⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑧温度和压强一定时,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化
A.②③④⑤⑦ B.②⑥⑦⑧⑨
C.①②⑥⑧ D.②⑥⑨
答案:D
解析:①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI,不满足速率之比等于化学计量数之比;③该反应是反应前后气体分子数不变的反应,所以温度和体积一定时混合气体的密度始终不变;④未指明是正反应方向还是逆反应方向;⑤三种物质的浓度比等于相应的化学计量数比时不一定是平衡状态;⑦温度和体积一定时,容器内压强始终不变;⑧温度和压强一定时,混合气体的平均相对分子质量始终不变。
本课总结
自我反思:
随堂提升
1.一定条件下,将一定量的SO2与O2充入密闭容器中充分反应。下列示意图能正确表示n(SO3)变化趋势的是( )
答案:D
2.反应2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g)达到平衡状态后,下列说法正确的是( )
A.三氧化硫的生成速率与分解速率相等
B.二氧化硫、氧气、三氧化硫的分子数之比是2∶1∶2
C.二氧化硫与氧气不再化合生成三氧化硫
D.降低温度,原化学平衡状态未被破坏
答案:A
解析:达到平衡状态后二氧化硫、氧气、三氧化硫的分子数之比不一定是2∶1∶2,与物质的初始浓度以及转化量有关,B错误;可逆反应达到平衡状态后正、逆反应速率相等,但不为0,二氧化硫与氧气仍然反应生成三氧化硫,C错误;降低温度,原化学平衡状态被破坏,D错误。
3.工业上,在持续加热的条件下用氢气和碘蒸气经铂黑催化合成碘化氢,化学方程式为H2(g)+I2(g)??2HI(g)。在实验室中模拟该反应时,控制反应条件不变,将一定量的氢气和碘蒸气充入恒容密闭容器中,反应一段时间后,不能确定该反应已经达到化学平衡状态的是 ( )
A.容器中的压强不再变化
B.H2的浓度不再变化
C.容器中混合物的颜色不再变化
D.HI的物质的量不再变化
答案:A
解析:A项,由于反应前后气体的化学计量数之和相等,故在恒温恒容的密闭容器中,气体的压强始终保持不变,故容器中的压强不再变化不能作为判断平衡的标志;B项,平衡的标志之一就是各组分的浓度保持不变,故H2的浓度不再变化能够判断反应达到平衡状态;C项,反应体系中H2和HI均为无色,而I2蒸气为紫色,故反应过程中容器中混合物的颜色一直在改变,故容器中混合物的颜色不再变化能够判断反应达到平衡状态;D项,平衡的标志之一就是各组分的物质的量保持不变,故HI的物质的量不再变化能够判断反应达到平衡状态。
4.已知反应:NO2(g)+SO2(g)??SO3(g)+NO(g),起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18O2,反应达到平衡后,下列有关说法正确的是( )
A.NO2中不可能含18O
B.有1 mol N18O生成
C.S18O2的物质的量不可能为0.8 mol
D.SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,说明该反应达到平衡
答案:C
5.在一定温度下,某容器内的某一反应中,X、Y的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示,下列表述正确的是( )
A.t1时,Y的浓度是X的浓度的2倍
B.反应的化学方程式为X??2Y
C.t2时,反应的正、逆反应速率相等,达到平衡状态
D.t3时,X、Y的量不再变化,化学反应停止了,正、逆反应速率为零
答案:A
解析:A项,由题图知,反应中Y的物质的量减少,X的物质的量增多.则Y为反应物,X为生成物,Y、X的物质的量变化量之比为(8-2)∶(5-2)=6∶3=2∶1,则化学方程式为2Y??X,t1时X的物质的量为3 mol,Y的物质的量为6 mol,因此Y的浓度是X的浓度的2倍,故A正确,B错误;在t2时,X和Y的物质的量相等,但反应未达到平衡,故正、逆反应速率不相等,故C错误;在t3时,X和Y的物质的量不再随时间的变化而变化,反应达到平衡,此时正、逆反应速率相等,但不为零,故D错误。
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★
对点 可逆反应的特点 化学平衡状态的判断 可逆反应的特点及平衡状态的判断标志 可逆反应的特点及平衡时物质的物质的量浓度的计算 化学平衡状态的判断 化学反应限度的探究 化学反应限度及化学平衡的相关计算
题号 8 9 10 11 12 13
难度 ★ ★ ★ ★★ ★ ★★★
对点 化学平衡状态的判断及相关图像分析 速率-时间图像的分析 化学平衡状态的判断 化学平衡状态的判断 可逆反应的特点及化学平衡状态的判断 化学反应速率和化学平衡及相关图像分析
[学习·理解]
1.S16O2与18O2在高温条件下发生反应:2SO2+O2??2SO3,达到化学平衡后,平衡混合物中含18O的微粒( )
A.仅存在于SO3中 B.仅存在于SO2、SO3中
C.存在于SO2、SO3、O2中 D.仅存在于O2、SO3中
答案:C
2.在一定温度下,反应A2(g)+B2(g)??2AB(g)达到平衡的标志是( )
A.单位时间内生成n mol A2同时生成n mol AB
B.容器内的总物质的量不随时间变化
C.单位时间内生成2n mol AB的同时生成n mol B2
D.单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol B2
答案:C
解析:反应速率的方向相反,但不满足速率之比等于化学计量数之比,A中反应没有达到平衡状态;该反应为反应前后气体体积不变的反应,容器内的总物质的量不随时间变化,B不能说明反应达到平衡状态;反应速率的方向相同,D不能说明反应达到平衡状态。
3.下列关于可逆反应2M(g)+N(g)??2P(g)达到平衡时的说法正确的是( )
A.M、N全部变成了P
B.反应已经停止
C.反应混合物中各组分的浓度不再改变
D.v(M)∶v(N)=2∶1
答案:C
4.在容积不变的密闭容器中进行反应X2(g)+3Y2(g)??2Z2(g),若X2、Y2、Z2的初始物质的量浓度分别为0.10 mol·L-1、0.30 mol·L-1、0.20 mol·L-1,当反应达到平衡时Z2的物质的量浓度不可能是( )
A.0.05 mol·L-1 B.0.20 mol·L-1
C.0.35 mol·L-1 D.0.40 mol·L-1
答案:D
解析:若该反应正向进行完全,则c(Z2)=0.40 mol·L-1,但该反应为可逆反应,反应物不可能完全转化为生成物,故D不可能。
5.下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是( )
A.H2(g)+Br2(g)??2HBr(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变
B.2NO2(g)??N2O4(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变
C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s),恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不变
D.N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
答案:D
解析:A项,颜色的深浅与浓度有关系,恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变,说明溴的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态;B项,正反应是气体体积减小的反应,则恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变可以说明反应达到平衡状态;C项,密度是气体的质量与容器容积的比值,气体质量是变化的,则恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不变可以说明反应达到平衡状态;D项,反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1不能说明正、逆反应速率相等,则不一定处于平衡状态。
6.已知:Fe3+遇KSCN溶液呈血红色,为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否存在一定的限度,向5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴,充分反应,下列实验操作能说明该反应存在限度的是( )
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有黄色沉淀产生
B.再加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色是否变为紫红色
C.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有白色沉淀产生
D.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变为血红色
答案:D
解析:加入FeCl3溶液5~6滴,物质的量较少,由于有KI的剩余,滴加AgNO3溶液,肯定会有黄色沉淀生成,不能判断2Fe3++2I-??I2+2Fe2+是否存在限度;由于加入FeCl3溶液,将碘离子氧化为碘单质,加入CCl4振荡后,生成的碘单质溶于CCl4而显紫红色,只能说明生成了碘单质,而不能判断反应是否存在限度;加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成,说明存在氯离子,由于氯离子不参与离子反应,即氯离子始终存在于溶液中,所以不能判断反应是否存在限度;由于加入FeCl3溶液较少,若不存在限度,加入KSCN溶液后,溶液不会变色,滴加KSCN溶液,若溶液变为血红色,说明溶液中存在铁离子,说明该反应存在限度。
7.一定条件下,对于反应N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),若N2、H2、NH3的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时,N2、H2、NH3浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是( )
①c1∶c2=1∶3
②平衡时,H2和NH3的生成速率之比为2∶3
③N2和H2的转化率不相等
④c1的取值范围为0A.①② B.③④
C.①④ D.②③
答案:D
解析: N2(g) + 3H2(g) ?? 2NH3(g)
c1 c2 c3
0.1 mol·L-1 0.3 mol·L-1 0.08 mol·L-1
①该反应中转化的N2和H2的物质的量浓度之比为1∶3,达到平衡状态时N2和H2的浓度之比为1∶3,故c1∶c2=1∶3;②平衡时,H2和NH3的生成速率之比为3∶2;③由于N2和H2的起始浓度及转化浓度之比均为1∶3,故N2和H2的转化率相等;④运用极值转化法,假设NH3完全转化为反应物,则c1=0.1 mol·L-1+ mol·L-1=0.14 mol·L-1,由于该反应是可逆反应,所以c1<0.14 mol·L-1,又题设c1>0,故08.在恒温条件下将一定量X和Y的混合气体通入一容积为2 L的密闭容器中,X和Y两物质的浓度随时间变化情况如图。
(1)该反应的化学方程式为(反应物或生成物用符号X、Y表示)________________________。
(2)a、b、c、d四个点中,表示化学反应处于平衡状态的点是________。
答案:(1)Y??2X (2)bd
[应用·实践]
9.如图是一定温度和压强下,反应aX+bY??cZ的速率-时间图像,下列叙述正确的是( )
A.该反应从逆反应开始
B.a∶c=2∶1
C.开始时,X的浓度为0,逆反应速率最小
D.两条曲线相交的点p表示反应达到平衡状态
答案:A
解析:从题图可以看出,该反应在0 s时正反应速率为0,则该反应从逆反应开始,A正确;从题图可以看出,该反应达到平衡时v逆(X)∶v正(Z)=1∶2,由于平衡时正、逆反应速率相等,则v正(X)∶v正(Z)=1∶2,根据反应速率之比等于化学计量数之比,得a∶c=1∶2,B错误;开始时,X的浓度为0,正反应速率最小,逆反应速率最大,C错误;两条曲线相交的点p处v逆(X)=v正(Z),正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,D错误。
10.一定温度下,在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应:2X(g)??Y(g)+Z(s),下列能说明该反应达到平衡状态的是( )
A.X的分解速率与Y的分解速率相等
B.X、Y、Z的物质的量之比为2∶1∶1
C.混合气体的密度不再变化
D.单位时间内生成1 mol Y的同时分解2 mol X
答案:C
解析:A项,X的分解速率是Y的分解速率的2倍时,该反应达到平衡状态;B项,平衡时各物质浓度不再发生变化,但X、Y、Z的物质的量之比不一定为2∶1∶1;D项,生成Y和消耗X属于同一方向,因此不能作为达到平衡状态的标志。
11.在一定条件下,使一定量的A气体和B气体混合发生反应2A(g)+3B(g)??4C(g)。下列一定能说明反应已达到平衡状态的是( )
A.各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶3∶4
B.混合气体中各物质的浓度相等
C.单位时间内,若消耗了a mol A物质,同时也消耗了2a mol C物质
D.混合气体的体积是反应开始前的
答案:C
解析:A项,各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶3∶4,无法判断各组分的浓度是否继续发生变化,则无法判断反应是否达到平衡状态;B项,混合气体中各物质的浓度相等,无法判断各组分的浓度是否继续发生变化,则无法判断反应是否达到平衡状态;D项,混合气体的体积是反应开始前的,无法判断各组分的百分含量是否继续发生变化,则无法判断反应是否达到平衡状态。
12.在2 L密闭容器中,800 ℃时NO(g)和过量的O2(g)发生反应生成NO2(g)的体系中,n(NO)随时间的变化如表所示:
时间/s 0 1 2
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008
时间/s 3 4 5
n(NO)/mol 0.007 0.007 0.007
(1)上述反应________(填“是”或“不是”)可逆反应,在0~5 s内,NO的物质的量减少了________。
(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.容器内压强保持不变
C.v逆(NO)=2v正(O2) D.容器内气体的密度保持不变
答案:(1)是 0.013 mol (2)BC
解析:(2)A中未指明反应方向,故无法说明该反应是否达到平衡状态;该反应是反应前后气体体积不相等的反应,当容器内压强保持不变时,说明该反应已达到平衡状态;C中正、逆反应速率相等,故说明该反应已达到平衡状态;由于气体的总质量不变,容器的容积也不变,因此,无论该反应是否达到平衡状态,容器内气体的密度总保持不变,D项无法说明该反应是否达到平衡状态。
[创新·提高]
13.某温度下,在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应,其物质的量随时间的变化曲线如图。据图回答:
(1)该反应的化学方程式可表示为________________________。
(2)反应起始至t min(设t=5),X的平均反应速率是____________________。
(3)下列可判断反应已达到平衡状态的是________(填字母,下同)。
A.X、Y、Z的反应速率相等
B.X、Y的反应速率之比为2∶3
C.混合气体的密度不变
D.生成1 mol Z的同时生成2 mol X
(4)一定能使该反应的反应速率增大的措施有________。
A.其他条件不变,及时分离出产物
B.适当降低温度
C.其他条件不变,增大X的浓度
D.保持温度不变,将容器体积压缩为1 L
答案:(1)2X??3Y+Z
(2)0.08 mol·L-1·min-1
(3)D (4)CD
1