新人教版高中化学选修4第二章化学反应速率和化学平衡第三节第1课时化学平衡状态学案word版

第1课时化学平衡状态
学习目标核心素养
1.了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的
概念、特点。

2．了解化学平衡的建立。

3．理解化学平衡的特征。

1.变化观念与平衡思想：形成调控化学反应
限度或化学平衡状态的思路方法，对化学反
应限度的认识从静态认识上升到动态认识。

2．科学探究与创新意识：针对典型案例，能
从化学反应的限度、化学反应速率等角度对
化学反应和化工生产条件进行综合分析。

一、可逆反应与不可逆反应
1．可逆反应
(1)概念
在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。

(2)表示方法
约定采用“”表示，把从左向右的反应称作正(向)反应，从右向左的反应称作逆(向)反应。

例如：SO2与H2O反应可表示为SO2＋H2O H2SO3。

(3)特征
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，反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。

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，把几乎完全进行的反应叫不可逆反应，用“===”表示。

例如：Ba2＋＋SO2－4===BaSO4↓。

二、化学平衡
1．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器，其反应过程如下：
(1)反应开始时：v(正)最大，v(逆)为零。

(2)反应进行时：反应物浓度减小→v(正)逐渐变小。

生成物浓度由零逐渐增大→v(逆)从零开始逐渐增大。

(3)反应达到平衡时：v(正)＝v(逆)，反应混合物中各组分的浓度不再发生变化。

以上过程可用下图表示：
2．概念
在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态。

3．特点——“五大特征”
探究点一可逆反应
1．可逆反应的特征
(1)正反应和逆反应在相同条件下进行；否则，不是可逆反应。

(2)正、逆反应同时进行，即进行的时间、地点是相同的，反应物和生成物共存。

(3)无论一种反应物如何过量，其他反应物不可能反应完全。

2．可逆反应中示踪原子的存在
当可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)
催化剂
△
2SO3(g)进行到一定程度后，向体系中充入一定量的18O2，一段时间后，SO2、O2、SO3中均含有18O。

3．可逆反应中的反应热
正反应和逆反应反应热数值相等，符号相反。

4．可逆反应中各成分物质的浓度(物质的量)范围
分别假设反应物、生成物中某(投料)相对较少物质完全反应，浓度为0，其他物质剩余浓度为最小极限，另一方各成分浓度则为最大极限，一种物质的浓度范围在最大(小)极限之间。

5．可逆反应与不可逆反应的区别
可逆反应不可逆反应
概念
在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向
逆反应方向进行的反应。

从左向右的反应称为
正反应，从右向左的反应称为逆反应
逆反应进行程度太小可以忽略、几
乎完全进行的反应叫不可逆反应
表示
方法
用“”连接反应物与生成物用“===”连接反应物与生成物
特征
(1)正、逆反应同时在相同条件下进行；(2)反
应不能进行到底，反应物不能完全转化为生成
物；(3)可逆反应通常不能进行到底，反应物的
转化率不能达到100%，反应体系中得到的总是
反应物与生成物的混合物
反应能进行到底，反应物能完全转
化为生成物
1．氢气的燃烧2H2＋O2=====
点燃
2H2O和水的电解2H2O=====
电解
2H2↑＋O2↑互为可逆反应吗？
提示：二者不互为可逆反应。

可逆反应必须在同一反应条件下进行。

尽管两个反应的反应过程相反，但反应条件不同，故二者不互为可逆反应。

2．已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol。

在密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2使之反应，结果放出的热量小于92.4 kJ，为什么？
提示：因为该反应为可逆反应，1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应转化为2 mol NH3。

【例1】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 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡状态时，各物质的浓度可能是( )
A．c(Z)＝0.3 mol·L－1
B．c(X2)＝0.2 mol·L－1
C．c(Y2)＝0.4 mol·L－1
D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1
【思路分析】
【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 mol·L－1；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 mol·L－1、0.4 mol·L－1。

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；又该反应是反应前后总体积不变的反应，反应达到平衡状态时，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 mol·L－1，D项错误。

【答案】 A
在一定条件下，可逆反应A2(g)＋B2(g)2C(g)达到平衡时，A2、B2和C的浓度分别为0.5 mol/L、0.1 mol/L、1.6 mol/L，若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度(mol/L)，则：
(1)a、b应满足的关系是a－b＝0.4。

(2)a的取值范围是0.4≤a≤1.3。

解析：(1)由于在建立平衡的过程中A2、B2的浓度变化相同，所以两者任何时刻浓度之差应等于a与b的差。

a mol/L－
b mol/L＝0.5 mol/L－0.1 mol/L＝0.4 mol/L，即a－b＝0.4。

(2)若平衡从正向建立，即C 的初始浓度为0，则初始浓度c (A 2)＝0.5 mol/L ＋12
×1.6 mol/L ＝1.3 mol/L ，c (B 2)＝0.1 mol/L ＋12
×1.6 mol/L＝0.9 mol/L 。

若平衡从逆向建立，即B 2的初始浓度为0，则A 2的初始浓度为0.4 mol/L ，此时C 的初始浓度为1.6 mol/L ＋2×0.1 mol/L＝1.8 mol/L 。

因此有0.4≤a ≤1.3,0≤b ≤0.9。

探究点二 判断可逆反应是否达到平衡的标志
1．直接标志：v 正＝v 逆，要求大小相等，方向相反。

(1)速率标志：指“等”，即v 正＝v 逆，有两层含义：对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同的物质而言，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)含量标志：指“定”，即反应混合物中各组分的含量保持不变。

2．间接标志：指所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义。

(1)反应物的转化率保持不变。

(2)产物的产率保持不变。

(3)绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。

(4)某化学键的破坏速率和生成速率相等。

3．“特殊”标志：指所表述的内容并不能适用所有反应，只适用于某些反应达到化学平衡状态。

(1)体系中气体物质的总质量保持不变。

(2)体系中气体物质的总物质的量(或体积或分子个数)保持不变。

(3)体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变。

(4)气体的总压强不再发生改变。

(恒容密闭容器中)
(5)体系中气体的密度不再发生改变。

(恒压密闭容器中)
以上五项中，对于Δn ≠0的可逆反应，除(1)外均可作为判断反应达到平衡状态的标志；但对于Δn ＝0的可逆反应，此五项均不能作为判断反应达到平衡的标志。

4．以反应m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)为例来说明
特别提醒：(1)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，最终都要回归到这两个核心依据上来。

(2)“不一定平衡”是指在现有条件下无法判断是否达到平衡。

1．在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3，当c(N2)c(H2)c(NH3)
＝132时，能说明该反应达到平衡状态吗？
提示：不能。

当c(N2)、c(H2)、c(NH3)不再随时间变化时，即说明反应达到平衡，且N2、H2、NH3的物质的量浓度之比不一定等于其化学计量数之比。

2．对于可逆反应N2＋3H22NH3，若v正(N2)＝v逆(NH3)，此时反应是否达平衡状态？3v正(N2)＝v正(H2)呢？
提示：第一种情况不是平衡状态。

因为对于同一反应用不同反应物表示反应速率时，反应速率与方程式中的各物质的化学计量数成正比。

v正(N2)＝v逆(NH3)时，正、逆反应速率并不相等，而是正反应速率大于逆反应速率。

平衡时应为2v正(N2)＝v逆(NH3)。

第二种情况也不是平衡状态。

因为N2和H2都是反应物，在反应的任何时段都会有3v正(N2)＝v正(H2)。

若是3v正(N2)＝v逆(H2)，就是平衡状态。

【例2】可逆反应：2NO22NO＋O2在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为221的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
【思路分析】解答本题可以从化学平衡的直接标志和间接标志进行分析判断。

【解析】①中单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2n mol NO2，同种物质的生成速率和消耗速率相等，所以①能说明已达到平衡状态，②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，同一方向的速率之比总是等于方程式中的化学计量数之比；
④有色气体的颜色不变能够说明已达到化学平衡状态；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明已达到平衡状态。

【答案】 A
在一定温度下的定容容器中，当下列哪些项不再发生变化时，表明反应A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达到平衡状态( B )
①混合气体的压强 ②混合气体的密度
③B 的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥v (C)与v (D)的比值
⑦混合气体的总质量 ⑧混合气体的总体积
A ．①②③④⑤⑥⑦⑧
B ．①③④⑤
C ．①②③④⑤⑦
D ．①③④⑤⑧
解析：题给反应是一个反应前后气体分子数不相等的反应，因此在定容容器中，若①混合气体的压强、③B 的物质的量浓度、④混合气体的总物质的量、⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化，则均能证明该反应达到化学平衡状态。

②中ρ
＝m 总V
始终不变化；⑥中没有指明是正反应速率还是逆反应速率，无法判断；⑦混合气体的总质量始终不变化；⑧在定容容器中，混合气体的总体积始终不变化。

1．下列有关可逆反应的说法不正确的是( C ) A ．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
B ．2HI
△
H 2＋I 2是可逆反应
C ．CaCO 3△
CaO ＋CO 2↑是可逆反应 D ．只有可逆反应才存在化学平衡
解析：CaCO 3受热才能分解，CaO 与CO 2在常温下就能发生化合反应，两个反应条件不同，是不可逆反应。

可逆反应中反应物不能完全转化为生成物，即反应不能进行到底。

故正确答案为C 。

2．下列对于反应C(s)＋H 2O(g)CO(g)＋H 2(g)的描述正确的是( D )
A ．达平衡时，各反应物和生成物浓度相同
B ．增大压强，对此反应速率无影响
C ．达平衡时，c (H 2O)c (CO)＝1 1
D ．达平衡时，H 2O 转化为CO 的速率等于CO 转化为水的速率
解析：A 项中平衡时各反应物和生成物的浓度不变，但不一定相同，A 错；B 项中增大压强，反应速率增大，B 错；C 项平衡时c (H 2O)、c (CO)不再变化，但不一定是c (H 2O)c (CO)
＝11，C 错；D 项说明v 正(H 2O)＝v 逆(H 2O)，D 正确。

3．对可逆反应4NH 3(g)＋5O 2(g)4NO(g)＋6H 2O(g)，下列叙述正确的是( A ) A ．达到化学平衡时，4v 正(O 2)＝5v 逆(NO)
B ．若单位时间内生成x mol NO 的同时，消耗x mol NH 3，则反应达到平衡状态
C ．达到化学平衡时，若增加容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D ．化学反应速率关系是：2v 正(NH 3)＝3v 正(H 2O)
解析：本题综合考查化学平衡的建立及外界条件对化学反应速率的影响。

根据不同物质表示同一反应时的速率关系可知，v 逆(O 2)v 逆(NO)＝54，v 逆(NO)＝45
v 逆(O 2)，代入A 中表达式知v 正(O 2)＝v 逆(O 2)，A 正确；NO 的生成与NH 3的消耗均表示正反应速率，故B 不正确；达到平衡时，增加容器容积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C 不正确。

在反应的任意状态总有v 正(NH 3)v 正(H 2O)＝46即3v 正(NH 3)＝2v 正(H 2O)，D 不正确。

4．在一密闭容器中进行反应：2SO 2(g)＋O 2(g)
催化剂
△2SO 3(g)。

已知反应过程中某一时
刻SO 2、O 2、SO 3的浓度分别为0.2 mol/L 、0.1 mol/L 、0.2 mol/L 。

当反应达到平衡时，可能存在的数据是( B )
A ．SO 2为0.4 mol/L 、O 2为0.2 mol/L
B ．SO 3为0.25 mol/L
C ．SO 2、SO 3均为0.15 mol/L
D ．SO 3为0.4 mol/L
解析：A 项数据表明，题中0.2 mol/L 的SO 3完全转化成了SO 2和O 2，即平衡时，c (SO 3)＝0，这是不可能的；B 项可能；C 项数据表明SO 2、SO 3均在原浓度基础上减少了0.05 mol/L ，这也是不可能的；D 项数据表明SO 2完全转化成了SO 3，即平衡时c (SO 2)＝0，c (O 2)＝0，这也是不可能的。

5．一定温度下，反应N 2O 4(g)2NO 2(g)的焓变为ΔH 。

现将1 mol N 2O 4充入一恒压密闭容器中，下列示意图能说明反应达到平衡状态的是( D )
- 11 -
A ．①②
B ．②④
C ．③④
D ．①④
解析：因反应容器保持恒压，且反应前后气体分子数不相等，所以达到平衡前容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ＝m /V 可知，若气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否达到平衡，反应的ΔH 都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 mol N 2O 4，随着反应的进行，N 2O 4的浓度逐渐变小，故v 正(N 2O 4)逐渐变小，直至达到平衡，而图像与之不符，③不符合题意；N 2O 4的转化率不再变化，说明N 2O 4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意。

综上所述，D 项正确。

6．一定温度下，可逆反应：A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡状态的标志是( A )
A ．C 生成的速率与C 分解的速率相等
B ．单位时间内生成n mol A ，同时生成3n mol B
C ．A 、B 、C 三物质的浓度的变化量之比为13 2
D ．平衡时A 、B 、C 三物质的分子数之比为1
3
2
解析：化学平衡状态的标志是正反应速率与逆反应速率相等。

C 的生成速率是正反应速率，C 的分解速率是逆反应速率，A 正确；生成n mol A 和生成3n mol B 表示的都是逆反应速率，B 错误；无论平衡与否，A 、B 、C 三物质的浓度的变化量之比始终等于13
2，C
错误；假如平衡时A 、B 、C 三物质的分子数之比等于13
2，这也是一种特殊情况，而不
是平衡的标志，D 错误。

7．一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：m A(s)＋n B(g)
p C(g)＋q D(g)，
当m 、n 、p 、q 为任意正整数时，下列状态：①体系的压强不再发生变化，②体系的密度不再发生变化，③各组分的物质的量浓度不再改变，④各组分的质量分数不再改变，⑤反应速率
v B v C v D ＝n p q ，其中，能说明反应已达到平衡的是( B )
A ．只有③④
B ．只有②③④
C ．只有①②③④
D ．①②③④⑤
解析：若n ＝p ＋q ，压强不变时，不能说明反应已达平衡；根据ρ＝
m 气
V
，随着反应的进行，m (气)变而V 不变，故ρ是变量，故ρ不变时，反应已达到平衡。

v B
v C
v D ＝
- 12 -
n p q 不能说明v (正)＝v (逆)。

8．在200 ℃，将1 mol H 2(g)和2 mol I 2(g)充入到体积为V L 的密闭容器中，发生反
应：
I 2(g)＋H 2(g)
2HI(g) ΔH ＝－c kJ/mol
(1)反应刚开始时，由于c (H 2)＝1V mol/L ，c (I 2)＝2
V
mol/L ，而c (HI)＝0，所以化学反
应速率v (正)最大，而v (逆)最小(为零)。

(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c (H 2)减小，c (I 2)减小，而
c (HI)增大，从而化学反应速率v (正)减小，而v (逆)增大。

(以上填“增大”“减小”或“不
变”)
(3)当反应进行到v (正)与v (逆)相等时，此可逆反应就达到了平衡。

若保持外界条件不变时，反应混合物的总物质的量为3 mol 。

此时放出的热量Q <(填“>”“<”或“＝”)c kJ 。