高中化学 可逆反应与化学平衡状态时学案 新人教版选修4.docx

高中化学 可逆反应与化学平衡状态时学案 新人教版选修4.docx

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高中化学可逆反应与化学平衡状态时学案新人教版选修4

化学平衡

第1课时　可逆反应与化学平衡状态

　1.能够判断常见反应是否是可逆反应。

　2.知道可逆反应建立化学平衡的过程及化学平衡状态的特征、判断。

知识点一　可逆反应

阅读教材P25，思考并填空。

1．可逆反应

—

—

—

——

—

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，把这类反应称作不可逆反应，用“===”号表示。

例如：

Ba2＋＋SO===BaSO4↓。

1．判断正误

（1）CO2与水的反应是不可逆反应。

（　　）

（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能达到100%。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×

2．下列各组两个反应互为可逆反应的是（　　）

①H2＋Cl22HCl与2HClH2↑＋Cl2↑

②H2SO4（浓）＋2HBr===2H2O＋Br2＋SO2↑与Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

③2NO2===N2O4与N2O4===2NO2

④2SO2＋O22SO3与2SO32SO2＋O2

A．①②　　　　　　　　B．②③

C．③④D．②④

解析：

选C。

可逆反应必须是在相同条件下同时向正、逆两个方向都能进行的反应，③④互为可逆反应。

可逆反应的特征

（1）双向性：

可逆反应分为方向相反的两个反应：

正反应和逆反应。

（2）双同性：

正、逆反应在相同条件下是同时进行的。

（3）共存性：

反应物和生成物共存于同一体系中，反应物的转化率小于100%。

（4）能量转化类型相反：

若正反应放热，则逆反应吸热。

　在密闭容器中发生反应：

X（g）＋3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1和0.2mol·L－1，则平衡时各物质浓度可能是（　　）

A．X为0.2mol·L－1

B．Y为0.1mol·L－1

C．Z为0.4mol·L－1

D．Z为0.1mol·L－1时，Y为0.4mol·L－1

[解析]　化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不能完全转化的。

所以，平衡时各物质的浓度范围为0＜c（X）＜0.2mol·L－1，0＜c（Y）＜0.6mol·L－1，0＜c（Z）＜0.4mol·L－1。

而当c（Z）＝0.1mol·L－1时，c（Y）＝0.45mol·L－1。

[答案]　B

解答本题的思维流程如下：

　可逆反应的判断

1．下列有关可逆反应的说法不正确的是（　　）

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．2HIH2＋I2与H2＋I22HI互为可逆反应

C．CaCO3CaO＋CO2↑与CaO＋CO2===CaCO3互为可逆反应

D．存在平衡的不一定是化学反应

解析：

选C。

CaCO3的分解与CaO和CO2反应的条件不同，二者不互为可逆反应，C错误；存在平衡的不一定是化学反应，如溶解平衡，D正确。

2．一定条件下，对于密闭容器中进行的可逆反应：

N2＋3H22NH3，已知反应达平衡时N2、H2、NH3的物质的量浓度分别为0.2mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L，则N2的起始浓度范围可能是多少？

解析：

若反应从正向开始，则N2的最大浓度为（假设反应物转化率为100%）0.2mol/L＋×0.2mol/L＝0.3mol/L，若反应从逆向开始，则N2的最小浓度为0.2mol/L－×0.3mol/L＝0.1mol/L，因可逆反应反应物的转化率小于100%，故N2起始浓度的范围为0.1mol/L

答案：

0.1mol/L

知识点二　化学平衡状态

阅读教材P26，思考并填空。

1．化学平衡的建立

在一定条件下某固定容积的密闭容器中投入一可逆反应的反应物：

—c（反应物）、v（正）最大，c（生成物）、v（逆）均为0

—c（反应物）、v（正）均逐渐减小，c（生成物）、v（逆）均逐渐增大

—v（正）＝v（逆），c（反应物）、c（生成物）均不再改变，但不一定相等或等于化学计量数之比

以上过程中v－t图像表示如下：

2．化学平衡状态

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时，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．化学平衡的特征

—

—

—

—

—

1．判断正误

（1）3molH2和1molN2反应的最大限度是生成2molNH3。

（　　）

（2）化学反应达到平衡时，反应体系中各物质的浓度相等。

（　　）

（3）一定条件下的可逆反应，若有色物质的颜色不再变化，则反应处于平衡状态。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√

2．一定温度下，可逆反应：

A（g）＋3B（g）2C（g）达到平衡状态的标志是（　　）

A．C生成的速率与C分解的速率相等

B．单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolB

C．A、B、C三物质的浓度的变化量之比为1∶3∶2

D．平衡时A、B、C三物质的分子数之比为1∶3∶2

解析：

选A。

A项，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，正确；B项，生成nmolA和生成3nmolB表示的都是逆反应速率，错误；C项，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1∶3∶2，错误；D项，平衡时A、B、C三物质的分子数之比等于1∶3∶2不是平衡状态的标志，错误。

化学平衡状态的判定标志

化学反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）平衡状态的判定：

正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了mmolA，同时也生成了mmolA，即v正＝v逆

平衡

②在单位时间内消耗了nmolB的同时也消耗了pmolC，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

不一定

平衡

④在单位时间内生成了nmolB的同时消耗了qmolD（均指v逆）

不一定

平衡

反应体系中各成分的含量

①各成分的物质的量、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

压强

①m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

平衡

②m＋n＝p＋q时，总压强、总物质的量、总体积一定（其他条件一定）

不一定

平衡

混合气体的平均相对分子质量（Mr）

①当m＋n≠p＋q时，Mr一定

平衡

②当m＋n＝p＋q时，Mr一定

不一定

平衡

温度

任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）

平衡

气体的

密度（ρ）

密度一定（ρ＝）

不一定

平衡

颜色

反应体系内有色物质的颜色稳定不变

平衡

（1）“不一定平衡”是指在现有条件下无法判断是否达到平衡，如想进一步判断，必须提供其他附加条件。

（2）m＋n＝p＋q（即等体积反应）情况下反应过程中压强始终保持不变，物质的量始终保持不变，无法依据压强、密度等判断是否达到平衡。

（3）如果反应体系中有非气态物质参与，恒容条件下，当气体的平均相对分子质量不变或密度保持不变时，则说明反应已达到平衡。

　一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：

NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH＝－41.8kJ/mol，下列能说明反应达到平衡状态的是（　　）

A．体系压强保持不变

B．混合气体颜色保持不变

C．SO3和NO的体积比保持不变

D．每消耗1molSO3的同时生成1molNO2

[解析]　由于该反应为前后气体体积相等的反应，体系的压强始终保持不变，故不能以压强不变作为判断反应是否达到平衡状态的标志，A错误；SO3与NO的体积比始终保持1∶1，C错误；消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应，D错误。

[答案]　B

　对于例2中的反应：

（1）容器内气体的密度保持不变能否说明反应达到平衡状态？

________（填“能”或“不能”，下同）。

（2）若密闭容器为绝热容器，体系温度不变能否说明反应达到平衡状态？

________。

答案：

（1）不能　

（2）能

　化学平衡状态的建立

1．在一定条件下，使SO2和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法中不正确的是（　　）

A．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后为零

B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变

C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变

D．反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零

解析：

选A。

根据化学平衡的建立过程可知：

反应从正反应方向开始，v正最大，v逆＝0，最后达平衡时，v正＝v逆≠0。

2．在200℃时，将amolH2（g）和bmolI2（g）充入体积为VL的密闭容器中，发生反应：

I2（g）＋H2（g）2HI（g）。

（1）反应刚开始时，由于c（H2）＝____________，c（I2）＝________，而c（HI）＝________，所以化学反应速率________（填“v正”或“v逆”，下同）最大，而________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（H2）________（填“增大”“减小”或“不变”，下同），c（I2）________，c（HI）________，化学反应速率v正________，v逆________。

（3）当反应进行到v正与v逆________时，此可逆反应就达到了平衡，若保持外界条件不变时，反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率等都将________。

解析：

反应开始时，c（H2）＝mol/L，c（I2）＝mol/L，c（HI）＝0，此时v正最大，v逆＝0；随着反应的进行，c（H2）减小，c（I2）减小，c（HI）增大，故v正减小，v逆增大；当反应进行至v正＝v逆时，各组分的浓度保持不变，即反应处于平衡状态。

答案：

（1）mol/L　mol/L　0　v正　v逆

（2）减小　减小　增大　减小　增大

（3）相等　不变

　化学平衡状态的判定

3．一定条件下，在密闭恒容容器中，能表示反应X（g）＋2Y（g）2Z（g）一定达到化学平衡状态的是（　　）

①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2

②X、Y、Z的浓度不再发生变化

③容器中的压强不再发生变化

④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolY

A．①②　　　　　　　　B．①④

C．②③D．③④

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。

4．反应1：

在体积固定的密闭容器中进行可逆反应：

2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）。

其中NO2是红棕色气体。

反应2：

在体积固定的密闭容器中进行可逆反应：

H2（g）＋I2（g）2HI（g）。

其中I2（气体）是紫色的。

以上两个反应过程中，有下列情况：

①同一物质正反应速率等于逆反应速率。

②混合气体的颜色不再改变。

③混合气体的密度不再改变。

④混合气体的压强不再改变。

⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变。

⑥对于反应1，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2。

⑦对于反应2，用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2。

（1）上述情况中能作为反应1达到平衡状态标志的是哪几个？

（2）上述情况中能作为反应2达到平衡状态标志的是哪几个？

（3）若在标准状况下发生反应2（此时碘单质为固体），情况⑤能否作为反应2达到平衡状态的标志？

解析：

（1）对于反应：

2NO2（g）2NO（g）＋O2（g），当同一物质的正、逆反应速率相等，反应处于平衡状态，①正确；混合气体的颜色不再改变时，说明c（NO2）一定，故反应处于平衡状态，②正确；气体的密度ρ＝，其中气体的质量和容器的容积是定值，故气体的密度不变不能作为达到平衡状态的标志，③错误；由于该反应为反应前后气体体积变化的反应，故密闭容器中的压强不变，表明反应处于平衡状态，④正确；混合气体的平均相对分子质量r＝，该反应中气体的质量始终保持不变，而气体的物质的量为变量，故平均相对分子质量（r）为变量，当变量保持不变时，表明反应处于平衡状态，⑤正确；单位时间内生成O2和生成NO2的反应方向相反，且生成二者的物质的量之比为1∶2，故反应处于平衡状态，⑥正确。

（2）对于反应：

H2（g）＋I2（g）2HI（g），当同一物质的正、逆反应速率相等时，反应处于平衡状态，①正确；混合气体的颜色（I2蒸气）不再改变时，说明c（I2）一定，反应处于平衡状态，②正确；由于气体的质量和容器的容积是定值，故气体的密度不变不能作为平衡状态的标志，③错误；由于该反应为反应前后气体体积不变的反应，容器中气体的物质的量保持不变，则容器中的压强不变，反应不一定处于平衡状态，④错误；由于该反应气体的质量、气体的物质的量是定值，故气体的平均相对分子质量不变时，不能判断反应是否处于平衡状态，⑤错误；反应的任何时刻，用H2、I2和HI表示的反应速率之比均为1∶1∶2，⑦错误。

（3）反应2中，若I2为固体时，混合气体的平均相对分子质量为变量，当变量保持不变时，表明反应处于平衡状态。

答案：

（1）①②④⑤⑥　

（2）①②　（3）能

重难易错提炼

1.可逆反应“两特点”

（1）正、逆两个反应是同一条件下同时进行的。

（2）正、逆反应中反应物、生成物共存，反应物转化率小于100%。

2.平衡状态判断“两依据”（注意洐生判据）

（1）根本依据：

v正＝v逆。

（2）直接依据：

各组分的浓度保持不变。

3．化学平衡“五特征”：

逆、等、动、定、变。

课后达标检测

[基础巩固]

1．下列反应中，属于可逆反应的是（　　）

①N2＋3H22NH3，2NH33H2＋N2

②2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，

Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3

③CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O，

CH2===CH2＋H—OHCH3CH2OH

④2Na＋Cl22NaCl，2NaCl2Na＋Cl2↑

A．只有①　　　　　　B．①②③

C．①②③④D．①③④

解析：

选A。

只有①中两个反应是在同一条件下进行，根据可逆反应定义，A正确。

2．14CO2与碳在高温条件下发生反应：

14CO2＋C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有（　　）

A．14CO2B．14CO2、14CO

C．14CO2、14CO、14CD．14CO

解析：

选C。

14CO2与C反应生成14CO（正反应）的同时，14CO的分解（生成14CO2和14C）（逆反应）也在进行，故平衡混合物中含14C的粒子有14CO2、14CO、14C。

3．哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖，反应原理为N2＋3H22NH3。

现向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下使该反应发生，下列有关说法正确的是（　　）

A．达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3

B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等

C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化

D．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零

解析：

选C。

各物质的浓度保持不变的状态为平衡状态，此时有v正＝v逆≠0。

4．下列说法中，可以证明反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）已达到平衡状态的是（　　）

A．1个NN键断裂的同时，有3个H—H键形成

B．1个NN键断裂的同时，有3个H—H键断裂

C．3个H—H键形成的同时，有6个N—H键断裂

D．1个NN键断裂的同时，有6个N—H键形成

解析：

选A。

A项前者表示正反应速率，后者表示逆反应速率，且符合化学计量数之比，故A正确；B项指的都是正反应速率；C项指的都是逆反应速率；D项指的都是正反应速率。

5．一定条件下反应2AB（g）A2（g）＋B2（g）达到平衡状态的标志是（　　）

A．容器内压强不随时间变化

B．容器内，3种气体AB、A2、B2共存

C．容器中各组分的体积分数不随时间变化

D．AB的消耗速率等于A2的消耗速率

解析：

选C。

A项，该反应为等体积反应，压强不变不能作为平衡的标志；B项，未达到平衡状态，三种物质也能共存；D项，当AB的消耗速率等于A2消耗速率的2倍时，该反应才达到平衡状态。

6．在一定温度且容积不变的密闭容器中，建立化学平衡：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。

不能确定上述反应达到化学平衡状态的是（　　）

A．体系的压强不再发生变化

B．v正（CO）＝v逆（H2O）

C．生成nmolCO的同时生成nmolH2

D．1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键

解析：

选C。

A.该反应体系的压强不再发生变化，即各反应物、生成物的物质的量不再发生变化，说明反应达到平衡状态；B.v正（CO）＝v逆（H2O），即v正（H2O）＝v逆（H2O），说明反应达到平衡状态；C.生成nmolCO的同时生成nmolH2，都表示正反应，不能说明反应是否达到平衡状态；D.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键，体现了v正＝v逆，说明反应达到平衡状态。

7．在一定条件下，容器内某一反应中参加反应的M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是（　　）

A．反应的化学方程式为2MN

B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡

C．t3时，正反应速率大于逆反应速率

D．t1时，N的浓度是M的浓度的2倍

解析：

选D。

由图像知，O～t2时间内N的浓度的变化量是M浓度的变化量的2倍，可得反应的方程式为2NM；t2时刻体系并未达到平衡，故正反应速率与逆反应速率不相等；t3时刻反应已达到平衡，此时v正＝v逆，因此选项A、B、C的说法都是错误的。

8．在一定条件下，将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：

3A（g）＋B（g）xC（g）＋2D（g）。

2min末该反应达到平衡，生成0.8molD，并测得C的浓度为0.2mol·L－1。

下列判断错误的是（　　）

A．x＝1

B．2min内A的反应速率为0.3mol·L－1·min－1

C．B的转化率为50%

D．若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应达到平衡状态

解析：

选C。

　3A（g）＋B（g）xC（g）＋2D（g）

起始（mol）　　3　　　1　　　　0　　　0

转化（mol）3aaxa2a

平衡（mol）3－3a1－axa2a

由题意得：

2a＝0.8，a＝0.4。

＝0.2mol·L－1，x＝1，A正确；B项，v（A）＝＝＝0.3mol·L－1·min－1，正确；C项，α（B）＝×100%＝40%，错误；D项，由于气体的总物质的量只有在平衡时才保持不变，所以平均相对分子质量不变能说明该反应达到平衡状态，正确。

9．下列说法中能说明2HI（g）H2（g）＋I2（g）已达平衡状态的是________。

（1）单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI；

（2）一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂；

（3）c（HI）＝c（I2）；

（4）反应速率：

v（H2）＝v（I2）＝v（HI）；

（5）c（HI）∶c（I2）∶c（H2）＝2∶1∶1；

（6）温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；

（7）温度和体积一定时，容器内压强不再变化；

（8）条件一定，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发生变化；

（10）温度和压强一定时，混合气体的密度不再发生变化。

解析：

（1）生成nmolH2的同时生成nmolHI说明正反应速率大于逆反应速率。

（2）一个H—H键断裂（逆反应方向）的同时有两个H—I键断裂（正反应方向），即v正＝v逆。

（3）平衡状态时c（HI）、c（I2）浓度不变，但不一定相等。

（4）无论是否达到平衡状态都有这样的关系，未表示出正、逆反应速率。

（5）平衡状态时不一定有这样的浓度关系。

（6）生成物浓度不变，达到平衡状态。

（7）无论是否达到平衡，容器内的压强都不变。

（8）气体的总质量不变，气体的物质的量也不变，故无论是否达到平衡状态其平均相对分子质量都不变化。

（9）反应体系中颜色不变即说明c（I2）不变化，达到平衡。

（10）气体的质量和体积不变，密度始终不发生变化。

答案：

（2）（6）（9）

10．在2L密闭容器内，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）体系中，n（NO）随时间的变化如下表：

时间/s

0

1

2

3

4

5

n（NO）/mol

0.02

0.010

0.008

0.007

0.007

0.007

（1）上图表示NO2的浓度变化的曲线是________。

用O2表示从0～2s内该反应的反应速率v＝____________________。

（2）能说明该反应已达到平衡状态的是________。

A．v（NO2）＝2v（O2）

B．容器内压强保持不变

C．v逆（NO）＝2v正（O2）

D．容器内密度保持不变

解析：

（1）该反应达平衡时，n（NO）＝0.007mol，此时n（NO2）＝0.013mol，其浓度变化量为0.0065mol·L－1，所以表示NO2浓度变化的曲线是b。

（2）A项表示的是同一方向的速率，在任何时候都成立，而D中容器的体积及气体的总质量都不变，气体的密度也始终不变。

答案：

（1）b　1.5×10－3mol·（L·s）－1　

（2）BC

[能力提升]

11．在一定温度下的定容密闭容器中，发生反应：

A（s）＋2B（g）C（g）＋D（g）。

当下列物理量不再变化时，不能表明反应已达平衡的是（　　）

A．混合气体的压强

B．混合气体的密度

C．混合气体的平均相对分子质量

D．混合气体总质量

解析：

选A。

该可逆反应的反应物和生成物的气体分子数相等。

也就是说，无论反应是否达到平衡，气体的总物质的量始终不变。

在温度和体积一定时，混合气体的压强与气体总物质的量成正比，所以混合气体的压强也始终不变。

反应物A是固体，其他物质都是气体。

根据质量守恒定律，反应体系中固体和气体的总质量是不变的。

若混合气体的质量不变，则固体A的质量也不变，可说明反应已达平衡。

根据混合气体的密度公式：

ρ＝，混合气体的平均相对分子质量的公式：

r＝，因为V、n都是定值，所以混合气体的密度和平均相对分子质量不变时，混合气体的质量不变，反应已达平衡。

12．（2016·临沂高二检测）可逆反应：

2NO22NO＋O2在恒容的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是（　　）

①单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO2

②单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO