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化学平衡状态
第二章 化学反应速率与化学平衡
1．认识化学反应的可逆性,了解可逆反应的特点。
2．通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡的特征，理解并会判断化学平衡状态的标志。
合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，原理如下：
如何提高生产效率呢？
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
使原料尽可能快地转化为产品
使原料尽可能多地转化为产品
——化学反应速率 动力学
——化学反应限度 热力学
1.回忆曾经学习过哪些可逆反应？
NH3 +H2O NH3 ·H2O
SO2 +H2O H2SO3
CO2+H2O H2CO3
H2+I2 2HI
加热
2NO2 N2O4
Cl2 + H2O HCl+HClO
2SO2+O2 2SO3
催化剂
高温
N2+3H2 2NH3
催化剂
高温高压
在一定条件下，容积不变的密闭容器中，充入1 mol N2和3 mol H2发生反应，能否反应生成2 mol NH3 ？
2.概括可逆反应的基本特征？
双同：相同的条件下，正逆反应同时进行
双向：可逆符号“ ”表征正、逆反应两个方向
一小：反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存
1.分析各选项中的各组反应，其中互为可逆反应的是(　　)
A.2KHCO3→K2CO3＋H2O＋CO2↑ K2CO3＋H2O＋CO2 →2KHCO3
B．CO2＋H2O→H2CO3　 H2CO3→CO2＋H2O
C．NH3＋HCl→NH4Cl　 NH4Cl→NH3↑＋HCl↑
D．2NaCl→ 2Na＋Cl2↑　 2Na＋Cl2→2NaCl
B
2.对于可逆反应2SO2＋O2 2SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O原子(　　)
A．只存在于O2中
B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中
D．存在于O2、SO2和SO3中
D
3.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
A
【解析】假设则完全转化时，X2(g)、Y2(g)、Z(g)的浓度范围分别为0～0.2 mol·L－1、0～0.4 mol·L－1 、0～0.4 mol·L－1；该反应是总体积不变的反应，反应达到平衡时，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。
一、化学平衡状态
N2 + 3H2 2NH3
(1)建立
浓度
时间(t)
NH3
N2
H2
v(正)>v(逆)
v(正)
v(逆)
反应速率
时间(t)
反应处于平衡状态
t1
v(正)= v(逆)
当正、逆反应速率相等时，达到看似不变的“表面静止”状态，但实际反应并未停止，一直在进行中
：研究对象为可逆反应
：V正 =V逆 ≠0
：动态平衡
：各组分的浓度保持不变
：外界条件改变，化学平衡状态可能发生改变
一、化学平衡状态
一定条件下的可逆反应中，当v正=v逆时，c(反应物)和c(生成物)均保持不变，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“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
(2)含义
反应速率
时间(t)
v(正)>v(逆)
v(正)
v(逆)
反应处于平衡状态
t1
v(正)= v(逆)
(3)特征
逆
等
动
定
变
α ＝ ×100%
反应物的减少量
反应物的起始量
转化率
反应物的
转化率达到最大值
“本质”
“表现”
二、化学平衡状态标志
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。
1.“两审”
一审题干条件:
二审反应特点：
是恒温恒容、恒温恒压、恒容绝热；
同一物质，生成等于消耗。
2.“两标志”
(1)直接标志（动态标志、本质）：
(2)间接标志（静态标志、现象）：
“变量不变”
V正＝V逆
同一物质： 消耗的速率=生成的速率
不同物质：要具正、逆两个方向，且两向速率之比=化学计量数之比
例： 一定条件下，可逆反应N2 + 3H2 2NH3。
（1）单位时间内，有1molN2消耗，同时有1molN2生成
（2）单位时间内，有3molH2消耗，同时有2molNH3消耗
（3）单位时间内，有1molN2生成，同时有2molNH3生成
（4）断开1molN≡N的同时有6molN—H断裂
一看有无正逆，二看是否等于系数之比。
解题方法：
标志一
变量不变
标志二
（注意不是相等，也不是成一定的比值）
mB、nB、CB、质量分数wB、转化率ɑB、颜色、绝热容器内的温度等不再变化时，可以证明反应达到了平衡状态。
其中的B指的是反应体系中的某一种物质，不是整体量。
某种气体的体积分数（即物质的量分数）φB不再变化时，要具体分析：
第一类
第二类
绝大多数情况下，体积分数φB不变，可以作为判断平衡的依据，个别情况例外
特例：只有生成物有气体时，体积分数始终不变，不是变量
变量不变
标志二
（1）对同一组分，c、n、w(质量分数)、X％(物质的量分数)等，保持不变则平衡。
特例：NH4Cl(S)=NH3(g)+HCl(g) w、X％一定时，不能判定平衡
（2）温度保持不变则达到平衡（绝热体系）
常见有色气体：红棕色：Br2 (g) NO2(g)、黄绿色：Cl2(g)、紫色：I2(g)
（3）对于有色物质参与反应，颜色不变则达到平衡
在一定温度下的恒容密闭容器中，表明反应A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已达平衡的是（ ）
A．混合气体的压强不变 B．混合气体的密度不变
C．反应物的相对分子质量不变 D．气体的总物质的量不变
B
【解析】该反应是反应前后气体体积没有变化的反应，容器中的压强始终不发生变化，恒温恒容下，气体质量会变，密度会变，密度不变时，达到化学平衡状态；相对分子质量是物质的本身性质，不随反应变化而变化； 反应前后气体的总物质的量相等，始终保持不变；
变量不变
标志二
（4）压强不变则平衡（恒温恒容）
压强不变
若m+n≠p+q
一 定
若m+n=p+q
不一定
平均摩尔质量不变
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
一 定
不一定
密度不变
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
不一定
不一定
以恒温恒容条件下mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例
PV=nRT
M＝
M总
n总
V
m
ρ＝
变量不变
标志二
（5）混合气体密度不变则平衡
看有无固体或液体
看条件（恒T恒P，恒T恒V）
均为气体
有非气体参与
恒温恒容
恒温恒压
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
√
×
恒温恒容
恒温恒压
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
√
√
极限法
×
变量不变
标志二
（6）混合气体M 不变则平衡
——
均为气体
有非气体参与
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
√
×
Δn(g)=0
Δn(g)≠0
极限法
√
【深入研究】
恒温条件下，气体的n总、m总、V总一定变吗？如何判断？
化学反应 n总 m总 V总
恒V 恒P
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
变
不变
变
不变
不变
变
不变
不变
不变
变
不变
变
【深入研究】
特例：反应物无气体，只有生成物有气体时，
体积分数始终不变，故此时体积分数不是变量
反应体系中的某种气体的体积分数（即物质的量分数）不变时，是否一定可以判断反应已达到平衡状态？
例如：A(s) B(g)+C(g)
当投入一定量的A时，随着反应的不断进行，B、C的体积分数始终为1/2，不是变量，不能作为判断平衡的依据。
当按系数比投入一定量的B、C时，随着反应的不断进行，B、C的体积分数始终为1/2，不是变量，不能作为判断平衡的依据。
在固定体积的的密闭容器中发生反应：2NO2 2NO + O2
该反应达到平衡的标志是：　　　　　　　　　　　
① ② ④ ⑥
①混合气体的颜色不再改变
②混合气体的平均相对分子质量不变
③混合气体的密度不变
④混合气体的压强不变
⑤单位时间内消耗 2nmol NO2 的同时生成 2nmol O2
⑥O2气体的物质的量浓度不变
化学
平衡
状态
研究对象
可逆反应
概念
特征：
逆、等、动、定、变
判断依据
1、等—
＝系数之比
υ正
υ逆
2、变—“变量”不变
1.恒温恒容时,可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)达到平衡状态的标志是_________
① 混合气体总的物质的量不再发生变化
② 气体的总压强不再发生变化
③ 混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
④ 混合气体的密度不再发生变化
①②③
思考：对于可逆反应: H2(g)+I2(g) 2HI(g)呢 ？
都不行
2.一定条件下，在密闭容器中，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 n mol Z，同时生成2n mol Y
A．①②　　　　B．①④ C．②③ D．③④
C
3．在一定温度下,下列叙述不是可逆反应
A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是
① C的生成 速率与 C的分解速率相等
②单位时间内生成 a mol A,同时生成 3a mol B
③A、B、C的浓度不再变化
④A、B、C的分压强不再变化
⑤混合气体的总压强不再变化
⑥混合气体的物质的量不再变化
⑦单位时间内消耗 a mol A,同时生成 3a mol B
⑧A、B、C、D 的分子数之比为 1:3:2:2
②⑧
4.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);
乙：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
现有下列状态：①混合气体平均相对分子质量不再改变，
②恒温时，气体压强不再改变 ，③各气体组成浓度相等
④体系中温度保持不变
⑤断裂氧氢键速率是断裂氢氢键速率的2倍
⑥混合气体密度不变
⑦单位时间内，消耗水质量与生成氢气质量比为9:1
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是（ )
A.①②⑤ B.③④⑥ C.⑥⑦ D.④⑤
D
M＝
M总
n总
P1
P2
＝
n1
n2
V
m
ρ＝
有固体参加的增体反应
等体反应

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