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第4课时　化学平衡状态
1．通过探究工业合成氨的反应，能描述化学平衡状态。
2．能根据化学平衡状态的特点，学会判断可逆反应是否达到化学平衡。
(一) 化学平衡
(二) 反应条件对化学反应的影响
素材　问题导入——化学平衡概念的建构。
【教师展示素材】　在500℃、101kPa条件下，将一定量SO2和O2充入含有催化剂的密闭容器中反应，用气体传感器测得各组分气体的浓度如下表所示。
反应时间/s 0 10 20 30 40 50 60 70 100
SO2/(mol·L－1) 10 7 5 3.5 2 1 1 1 1
O2/(mol·L－1) 5 3.5 2.5 1.75 1 0.5 0.5 0.5 0.5
SO3/(mol·L－1) 0 3 5 6.5 8 9 9 9 9
【学生活动与展示】　学生根据相关实验数据，在c－t坐标图上画出SO2、O2、SO3的浓度随反应时间的变化曲线，学生讨论并从微观角度(分子数)分析前50s和后50s各组分浓度变化的原因。
　　　　　
【教师小结】　当其他条件一定时，某组分的反应速率与反应混合物中该组分的浓度成正比，浓度越大，反应速率越大。反应经过一段时间后，以SO2表示的正反应速率和逆反应速率相等，反应达到了化学平衡状态，如下图所示。
问题　可逆反应如何建立化学平衡？
一定条件下，向密闭容器中通入SO2和O2，发生反应2SO2＋O22SO3。
化学反应从开始至平衡状态，正、逆反应速率的变化如下图所示。
　一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2SO2＋O22SO3。当SO2、O2、SO3的浓度不再发生变化时，下列说法正确的是(　B　)
A．SO2和O2全部转化为SO3 B．该反应已达到化学平衡状态
C．正、逆反应速率相等且等于零 D．SO2、O2、SO3的浓度一定相等
【解析】　当SO2、O2、SO3的浓度不再发生变化时，说明该反应已经达到了化学平衡状态。此时反应物不能全部转化为生成物，正、逆反应速率相等但不等于0。 SO2、O2、SO3的浓度不再发生变化时，它们的浓度可能相等，也可能不等。
【素养要求】　能描述化学平衡状态的特征。
　判断化学反应达到平衡状态的标志
当反应过程中的某一变量(如反应速率、物质的量浓度、质量分数等)不再发生改变时，说明该反应达到化学平衡状态。
(1) 速率标志
若是同一种物质，则要求v正＝v逆≠0。
(2) 浓度标志
① 各组分的浓度不再发生变化。
② 各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不再发生变化。
③ 恒容密闭容器中，反应前后气体分子数不等的反应，体系的压强不再发生变化。
④ 若反应会引起体系颜色的变化，当体系颜色不再变化时，则反应达到平衡状态。
　在4L密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示。
(1) 该反应的化学方程式是__3X＋Y 2Z__。
(2) 该反应达到平衡状态的标志是__AC__(填字母)。
A．Y的体积分数在混合气体中保持不变
B．X、Y的反应速率比为3∶1
C．容器内气体压强保持不变
D．容器内气体的总质量保持不变
E．生成1mol Y的同时消耗2mol Z
(3) 2min内Y的转化率为__10%__。
【解析】　(1) 从图像可知，在0～5min内(5min时，化学反应达到平衡状态)，X、Y、Z改变的物质的量分别为0.6mol、0.2mol、0.4mol，所以X、Y、Z的化学计量数之比为0.6∶0.2∶0.4＝3∶1∶2，因此该反应的化学方程式是3X＋Y 2Z。(2) 在整个反应过程中(包含达到化学平衡状态前和处于化学平衡状态时)，X、Y的反应速率之比始终等于它们的化学计量数之比，即3∶1。化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的体积分数、质量分数保持不变。该反应是气体分子数减少的反应，在建立平衡的过程中，气体的压强会逐渐减小，当气体压强不再发生变化时，该反应达到平衡状态。化学反应在整个反应过程中始终遵守质量守恒定律，也就是说容器内气体的总质量始终不变。根据化学方程式3X＋Y 2Z可知，无论什么时候，每生成1mol Y的同时都会消耗2mol Z。 (3) 2min内Y减少了0.1mol，所以Y的转化率为10%。
【素养要求】　能判断化学反应是否达到化学平衡状态。
*选做强化题　在2L密闭容器中，800℃条件下，反应2NO＋O2 2NO2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 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1) 下图中表示NO2的变化的曲线是__b__。
(2) 用O2表示0～2s内该反应的平均反应速率v＝__1.5×10－3mol·L－1·s－1__。
(3) 能说明该反应已经达到平衡状态的是__bc__。
a．v(NO2)＝2v(O2)
b．容器内压强保持不变
c．v逆(NO)＝2v正(O2)
d．容器内的密度保持不变
【解析】　(1) 从反应2NO＋O2 2NO2可以看出NO2增加的浓度等于NO减少的浓度，NO的起始的物质的量是0.020mol，则起始的浓度为0.01mol·L－1，所以曲线c表示NO的变化，曲线b表示NO2的变化。　(2) O2在0～2s内浓度变化了0.003mol·L－1，所以O2的平均速率v(O2)＝＝1.5×10－3mol·L－1·s－1。　(3) 2NO＋O2 2NO2是气体分子数减少的反应，随着反应的进行，容器内气体的压强减小，当容器内压强保持不变时，该反应已经达到平衡状态。不同物质的正、逆反应速率之比等于化学计量数之比时，该反应已经达到平衡状态。
【素养要求】　能基于物质的量认识物质组成及其化学变化。

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