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第2章　化学反应的方向、限度与速率
第2节　化学反应的限度
第1课时　化学平衡状态
1.能描述化学平衡状态,理解化学平衡状态的含义。2.能判断化学反应是否达到平衡状态。
学习目标
一、可逆反应
知能通关
1.概念
在相同条件下,同时向正、逆两个方向进行的化学反应。
2.表示方法
用“　　　　”表示,把从左向右的反应称作　　　　　,从右向左的反应称作　　　　　　。
3.特征
(1)正、逆反应发生的条件　　　　　;
(2)反应　　　　　　　进行到底,反应体系中,与化学反应有关的各种物质　　　　　。
正反应
逆反应
相同
不能
共存
B
+Br2(g),下列各图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是(　　)
C
解析　只有C项说明三种物质共存,是可逆反应。
为0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当平衡时,下列数据肯定不正确的是(　　)
A.c(X2)为0.4 mol·L-1,c(Y2)为1.2 mol·L-1 B.c(Y2)为1.0 mol·L-1
C.c(X2)为0.3 mol·L-1,c(Z)为0.2 mol·L-1 D.c(Z)为0.6 mol·L-1
解析　化学平衡研究的是可逆反应,故解这类题目时要善于利用极值法,可分别考虑反应正向进行彻底和反应逆向进行彻底两种情况。由可逆反应的含义知,0A
二、化学平衡状态
知能通关
1.含义
在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,反应物和反应产物的浓度不再随时间的延长而　　　　　　　,正反应速率和逆反应速率　　　　。这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
发生变化
2.建立过程
相等
3.化学平衡的特征
可逆反应
=
≠
一定
下列说法正确的是　　　　。
①可逆反应平衡状态的建立可以加入反应物从正反应方向开始,也可以加入反应产物从逆反应方向开始
②在化学平衡建立过程中,v正一定大于v逆
③化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果
④化学反应达到化学平衡状态后反应物和反应产物的浓度相等
⑤化学反应达到化学平衡状态后,反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例
小题对点过
①③
4.化学平衡状态的判断
(1)用本质特征判断
判断依据:正反应速率与逆反应速率相等,即v正=v逆。
①同一种物质:该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质:速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。
(2)用宏观特征判断
判断依据:反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。
③反应物的转化率、产物的产率保持不变。
(3)用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
①恒温恒容条件下,用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时,要特别关注反应前后气体分子总数的变化,如:
是
不一定
是
不一定
②恒温恒容条件下,用“混合气体的密度”判断平衡状态时,要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应,如
是
不一定
不一定
判断可逆反应达到平衡状态的方法归纳:
(1)正逆相等。即正反应速率和逆反应速率相等;
(2)变量不变。在反应过程中,某物理量是一个变化量,当其不变时,反应达到平衡状态。
列示意图不能说明反应达到平衡状态的是(　　)
B
解析　B项,对于一个特定反应,ΔH固定不变,不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据;C项,在t1时刻,2v正(N2O4)=v逆(NO2),反应达到平衡状态。
2.(2024·浙江杭州期中联考)在温度和容积不变的密闭容器中,能说明反应
D
3.在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或反应产物的浓度之比等于化学计量数之比;⑦某种气体的百分含量。
①③④⑦
⑤⑦
①③④⑤⑦
①②③④⑦
①②③
②④⑦
课堂 达标训练
1.可逆反应达到平衡的重要特征是(　　)
A.反应停止了
B.正、逆反应速率均为零
C.正、逆反应都还在继续进行
D.正、逆反应的速率相等
解析　化学平衡是一个动态平衡,当处于化学平衡状态时,正、逆反应速率相等但不为零,故选D。
D
A.③ B.① C.③和④ D.②和④
B
实验编号 实验操作 实验现象
① 滴入KSCN溶液 溶液变红色
② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成
③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成
④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色
解析　①向溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红色,则Fe3+未被完全消耗,即该反应为可逆反应;②由于I-过量,所以无论是否存在平衡,都会有黄色沉淀生成,所以不能说明反应存在平衡,故②错;③无论反应是否存在平衡,溶液中均含有Fe2+,滴入K3[Fe(CN)6]溶液都会有蓝色沉淀产生,故③错;④无论反应是否存在平衡,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝,故不能说明存在平衡,故④错;综上所述B符合题意,故选B。
过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、
0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是(　　)
A.c(O2)=0.3 mol·L-1 B.c(SO3)+c(SO2)=0.4 mol·L-1
C.c(SO3)=0.4 mol·L-1 D.c(SO3)+c(SO2)=0.15 mol·L-1
B
4.在两个绝热恒容的密闭容器中分别进行下列两个可逆反应:
现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变　②气体的总物质的量不再改变　
③各气体组成浓度相等　④反应体系中温度保持不变　⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍　⑥混合气体密度不变
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是(　　)
A.①③ B.④⑤ C.③④ D.②⑥
B
解析　乙反应的两边气体的体积相同且都是气体,混合气体平均相对分子质量始终不变,所以平均相对分子质量不变,无法判断乙反应是否达到平衡状态,故①错误;乙反应的两边气体的体积相同且都是气体,气体的总物质的量始终不变,所以气体的总物质的量不变无法判断乙是否达到平衡状态,故②错误;各气体组成浓度相等,不能判断各组分的浓度是否不变,无法证明达到了平衡状态,故③错误;因为为绝热容器,反应体系中温度保持不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故④正确;断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故⑤正确;乙反应的两边气体的体积相同且都是气体,容器的容积不变,所以密度始终不变,所以混合气体密度不变,无法判断乙是否达到平衡状态,故⑥错误。
①c(H2)=c(I2)=c(HI) ②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2 ③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变 ④单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI
⑤单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2 ⑥反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)
⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 ⑧温度和体积一定时,容器内压强不再变化 ⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化 ⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化 条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
③④⑦⑨
解析　①c(H2)=c(I2)=c(HI)相等不能体现正、逆反应速率相等,也不能体现各物质浓度保持不变,不是反应达到平衡状态的标志。②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2不能体现正向反应速率与逆向反应速率相等,也不能体现各物质浓度保持不变,不是反应达到平衡状态的标志。⑤只能体现反应逆向进行或体现逆向反应速率,不是反应达到平衡状态的标志。⑥v(H2)=v(I2)=v(HI),首先速率之比不等于化学计量数之比,其次不能体现正、逆反应速率相等,不是反应达到平衡状态的标志。⑧该反应前后分子数相等,温度与体积一定时,压强一直不变,故压强不变不是反应达到平衡状态的标志。⑩该反应前后分子数相等,温度和压强一定时,混合气体的密度不变,不是反应达到平衡状态的标志。 条件一定,平均相对分子质量一直不变,不是反应达到平衡状态的标志。
课后 巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列关于可逆反应的说法中正确的是(　　)
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,可使一种反应物的转化率达到100%
D.碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳,氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙,因此这两个反应是可逆反应
B
解析　可逆反应是指在相同条件下,能同时向正、逆反应方向进行的反应。可逆反应强调两点:相同条件和同时双向进行,B项正确;A项中没有说明相同条件和同时进行,错误;合成氨反应是可逆反应,所以其反应物的转化率不可能达到100%,C项错误;D项中的两个反应,由于反应条件不同,不能称为可逆反应,错误。
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2∶2∶1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.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部
A
3.(2024·枣庄滕州高二月考)在一定温度下,某容积可变的密闭容器中,存在化学平
A.体系的压强不再发生变化
B.v正(CO)=v逆(H2O)
C.生成n mol CO的同时生成n mol H2
D.1 mol H—H键断裂的同时形成2 mol H—O键
B
解析　该密闭容器容积可变,无论该反应是否达到平衡状态,体系的压强都不会改变,A不符合题意;反应达到平衡状态的标志是正反应速率等于逆反应速率,B符合题意;C项中的描述均表示正反应,不能说明反应达到平衡状态,C不符合题意;无论该反应是否达到平衡状态,1 mol H—H键断裂的同时都会形成2 mol H—O键,D不符合题意。
到平衡状态的标志的是(　　)
①v正(B)=v逆(C)　②n(B)∶n(C)=1∶1　③容器内压强不再改变　④容器内混合气体的密度不再改变　⑤容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
A.仅②④⑤ B.仅②③ C.仅①③④ D.①②③④⑤
B
解析　①当某反应物的正反应速率与某反应产物的逆反应速率之比等于化学方程式中二者的化学计量数之比时,可推出v(正)=v(逆),即反应达到平衡状态;②当反应物与反应产物的物质的量之比等于化学方程式中二者的化学计量数之比时,无法确定v(正)与v(逆)的关系,则无法判断反应是否达到平衡状态;③反应前后气体的物质的量相等,无论反应是否达到平衡状态,容器内压强均不变;④⑤由于A为固体,当平衡发生移动时,恒容条件下混合气体的质量发生改变,混合气体的密度及平均相对分子质量都发生改变,故当混合气体的密度及平均相对分子质量不再改变时能说明反应达到平衡状态。
说明该反应已达到化学平衡的是(　　)
①H2的转化率达到100% ②反应速率3v(H2)=2v(NH3)
③混合气体的平均相对分子质量不再改变 ④容器内压强不再改变
⑤N2的物质的量浓度不再改变 ⑥气体的密度保持不变
⑦1 mol N≡N键断裂的同时,有6 mol N—H键断裂
A.全部 B.②③④⑤ C.③④⑤⑦ D.①③⑤⑥⑦
C
解析　①可逆反应的转化率不能达到100%,故不选①;②反应速率未指明反应方向,故不选②;③该反应为气体体积缩小的反应,气体总质量不变,则混合气体平均相对分子质量为变量,当混合气体平均相对分子质量不再改变时,说明该反应达到平衡状态;④该反应为气体体积缩小的反应,压强为变量,当体系压强不再改变时,说明各组分的浓度不再改变,该反应达到平衡状态;⑤N2的物质的量浓度不再改变,说明该反应达到平衡状态;⑥恒温恒容时,气体总质量不变,体积不变,混合气体的密度一直保持不变,因此不能根据混合气体的密度判断平衡状态,故不选⑥;⑦1 mol N≡N键断裂的同时,有6 mol N—H键断裂,表示的是正逆反应速率,且满足计量数关系,说明该反应达到平衡状态。
6.一定温度下,在某容器中进行如下可逆反应,当混合气体的平均摩尔质量不再改变时,说明反应达到平衡状态的是(　　)
A.②③ B.①④ C.①③ D.②④
B
①v正(NH3)=v逆(H2S) ②密闭容器中总压强不变 ③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变 ⑤密闭容器中混合气体的总物质的量不变 ⑥密闭容器中NH3的体积分数不变 ⑦混合气体总质量不变
A.仅①②③④⑤⑦ B.仅①③⑤⑥ C.仅①②③⑤⑦ D.全部
C
解析　根据题给反应方程式可知,v正(NH3)=v逆(H2S)时说明正、逆反应速率相等,能说明该反应达到平衡状态,①正确;密闭容器中总压强不变,正、逆反应速率相等,能说明该反应达到平衡状态,②正确;容器容积一定,密闭容器中混合气体的密度不变,则混合气体的总质量不变,正、逆反应速率相等,能说明该反应达到平衡状态,③正确;氨气和硫化氢始终按1∶1生成,密闭容器中混合气体的平均相对分子质量始终不变,无法判断该反应是否达到平衡状态,④错误;密闭容器中混合气体的总物质的量不变,正、逆反应速率相等,能说明该反应达到平衡状态,⑤正确;氨气和硫化氢始终按1∶1生成,密闭容器中NH3的体积分数始终不变,无法判断该反应是否达到平衡状态,⑥错误;混合气体总质量不变,正、逆反应速率相等,能说明该反应达到平衡状态,⑦正确。
8.下列有关可逆反应的说法不正确的是(　　)
C
解析　C项中两个反应是在不同的条件下进行的,故两个反应不互为可逆反应,不正确。
A.气体的质量不再改变
B.氯化氢的转化率不再改变
C.断开4 mol H—Cl键的同时生成4 mol H—O键
D.n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2
B
解析　对于题述反应,气体的质量保持不变,故A项错误;氯化氢的转化率不再改变,说明各物质的物质的量不变,反应处于平衡状态,故B项正确;断开4 mol H—Cl键、生成4 mol H—O键和均表示正反应方向,故C项错误;n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)
=4∶1∶2∶2,不能说明各物质的量不变,故D项错误。
正向进行
不一定是
请回答下列问题:
(1)V=　　　　。
(2)该反应达到最大限度的时间是　　　　。
(3)该反应达到平衡状态时,　　　　(填“吸收”或
“放出”)的热量为　　　　。
2
5 s
放出
41.87 kJ
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
C
解析　A.容器体积不变,反应体系内都是气体,故气体密度始终不变,不能作为平衡状态的标志,故A错误;B.反应过程中,反应热不会变化,不是变量,无法判断是否达到平衡状态,故B错误;C.氧气的物质的量减小,氯气的物质的量增大,故氧气和氯气的物质的量之比减小,当不再改变时,说明正逆反应速率相等,达平衡状态,故C正确;D.正、逆反应速率相同时,反应达到平衡状态,图中未体现正、逆反应速率的关系,不能证明是否达到平衡,且图中纵坐标为正反应速率,无论用反应物还是反应产物表示,正反应速率均应先减小后不变,故D错误。
A
(1)反应生成了　　　　 mol SO3。
(2)平衡时SO3的浓度是　　　　　　　　　　。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为　　　　 mol。
3
0.3 mol·L-1
6.5
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡,下列还可以说明该反应已达平衡状态的是　　　　　　　(填序号)。
①体系内压强不再改变
②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④v正(SO3)=2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)=2∶1∶2
①③④
解析　(4)根据反应的化学方程式知:①中体系压强不变,说明反应已达平衡状态;②中容器的体积不变,混合气体的质量不变,则反应过程中密度始终不变,所以密度不变不能说明反应已达平衡状态;③中混合气体的总质量不变,但反应过程中混合气体的总物质的量改变,平均相对分子质量不变,说明反应已达平衡状态;④表示v正=v逆,说明反应已达平衡状态;⑤中三者的物质的量之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达平衡状态。

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