1、第第 2 节节 化学反应的限度化学反应的限度 第第 1 课时课时 化学平衡的建立及标志化学平衡的建立及标志 学业要求 素养对接 1.能描述化学平衡状态。 2.能判断化学反应是否达到平衡。 平衡思想：会判断一个可逆反应是否达 到平衡状态。 知 识 梳 理 知识点一、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化学反应。 (2)表示方法 用“”表示，把从左向右的反应称作正反应，从右向左的反应称作逆反 应。例如：SO2与 H2O 反应可表示为 SO2H2OH2SO3。 (3)特征 正逆反应发生的条件相同； 反应不能进行到底，反应体系中，与化
2、学反应有关的各种物质共存。 2.可逆反应与不可逆反应的比较 可逆反应 不可逆反应 在同一条件下， 既能向正反应方向进行， 又能向逆反应方向进行的反应称为可逆 反应。化学方程式中用“”表 示，如 N23H22NH3、 正反应几乎能进行到底或逆反应进行的 程度非常小，这样的反应通常称为不可 逆反应， 如 NaOHHCl=NaClH2O、 H2Cl2= 光照 2HCl H2I22HI 知识点二、化学平衡状态 1.化学平衡的建立 在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程 如下： 以上过程可用下图表示： 2.化学平衡状态 一定条件下，可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，
3、反应混合物中各种物 质的浓度或质量保持不变的状态。 3.化学平衡状态的特征 化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”的特征。 (1)逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。 (2)等：正反应速率和逆反应速率相等。 (3)动：化学平衡从表面上或宏观上看好像停止了，但从本质上看反应并未停止， 只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了。 (4)定：在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变 而改变。 (5)变：化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件 改变，化学平衡状态就会发生改变。 自 我 检 测 1.判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)可逆反应进行到
4、一定程度时，反应就会停止() (2)可逆反应中反应物的转化率不能达到 100%() (3)存在平衡的过程一定是化学反应的过程() (4)H2和 I2的化合与 HI 的分解是可逆反应() (5)电解水生成 H2与 O2和 H2与 O2转化成 H2O 是可逆反应() (6)乙酸和乙醇的酯化反应与乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应是可逆反应() (7)只有可逆反应才具有化学平衡状态() (8)化学平衡的实质是正反应速率和逆反应速率相等() (9)反应达平衡时体系中的各组分的浓度或质量相等() (10)反应达平衡时 v正v逆，可逆反应不再进行() (11)可逆反应从正反应开始或逆反应开始都能建立化学平衡状
5、态() (12)化学平衡状态是可逆反应进行到最大限度的结果() 2.对于可逆反应：2SO2O22SO3，在混合气体中充入一定量的 18O2，足 够时间后，18O 原子将存在于哪些物质中？为什么？ 答案 存在于 SO2、O2、 SO3中，因为通入 18O2 后，SO2和 18O2 反应生成含有 18O 的三氧化硫，同时三氧化硫再分解生成含有 18O 的二氧化硫和氧气。 3.v正v逆指的是同一种物质还是不同种物质？当 v正v逆时，化学反应停止了 吗？ 答案 (1)化学反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等是指同一种 物质的反应速率与生成速率相等。不同种物质的正、逆反应速率不一定相等。 (2
6、)v正v逆，但二者均不为 0，即反应没有停止。 4.化学平衡状态的建立，与反应途径是否有关？会不会因时间变化而变化？ 答案 化学平衡状态的建立与反应途径无关，对于一个给定的可逆反应，如果反 应条件一定，不论采取何种途径(反应无论是从反应物开始或还是从生成物开始) 最后都能建立相同的化学平衡状态，该平衡状态也不会因时间的变化而变化。 学习任务一、可逆反应中浓度范围的确定 【交流研讨】 在一定条件下，2 mol SO2 与 1 mol O2反应，能否得到 2 mol SO3? 提示 不能，可逆反应不能进行到底。 【典例 1】 在密闭容器中进行反应：X2(g)Y2(g)2Z(g)，已知 X2、Y2、
7、 Z 的起始浓度分别为 0.1 mol L 1、0.3 mol L1、0.2 mol L1，在一定条件下，当 反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( ) A.Z 为 0.3 mol L 1 B.Y2为 0.4 mol L 1 C.X2为 0.2 mol L 1 D.Z 为 0.4 mol L 1 答案 A 【名师点拨】 利用极端假设法确定各物质的浓度范围 上述题目中可利用极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质 浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。 假设反应正向进行到底：X2(g)Y2(g)2Z(g) 起始浓度(mol L 1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol
8、 L 1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol L 1) 0 0.2 0.4 假设反应逆向进行到底：X2(g)Y2(g)2Z(g) 起始浓度(mol L 1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol L 1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol L 1) 0.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度范围为 X2(0，0.2)，Y2(0.2，0.4)，Z(0，0.4)。 变式训练 1 在密闭容器中进行反应：X2(g)3Y2(g)2Z(g)，X2、Y2、Z 的起始浓度分别为 0.2 mol L 1、0.6 mol L1、0.4 mol L1，当平衡时，下列数据 肯定不正确的是( ) A
9、.X2为 0.4 mol L 1，Y 2为 1.2 mol L 1 B.Y2为 1.0 mol L 1 C.X2为 0.3 mol L 1，Z 为 0.2 mol L1 D.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，0X20.4 mol L 1，0Y 21.2 molL 1，0Z 0.8 mol L 1。 答案 A 学习任务二、化学平衡状态的判断标志 【合作交流】 1.若反应体系的总压强不变，该可逆反应一定达平衡了吗？ 提示 不一定，对前后气体体积相等的反应，压强
10、不变不能作判据。 2.若反应体系的气体密度不变，该可逆反应达平衡了吗？ 提示 不一定，若可逆反应前后都是气体，且体系容积不变、密度始终不变，不 能作为判据。 【名师点拨】 1.判断依据 (1)正反应速率与逆反应速率相等：v正v逆 对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率。 对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的 速率。 (2)可逆反应发生过程中的可变量达不变 在可逆反应中有很多可变量，如：浓度、物质的量、百分含量等，当可变量达不 变时，则反应达平衡。 2.判断方法 以反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)为例 v正v逆 同一物质 生成速率等于消耗速率
11、不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比，且 表示不同方向(即“一正一逆”) 可变量 达不变 各物质的物理量 各组成成分的质量、物质的量、分子数、物 质的量浓度保持不变 各物质的含量 各组成成分的质量分数、物质的量分数、气 体的体积分数保持不变 气体的总物质的量 mnpq 时，气体的总物质的量一定 可变量 达不变 恒容条件下的压强 mnpq 时，总压强一定 恒压条件下气体的 密度 mnpq 时，m V一定 混合气体的平均相 对分子质量() 当 mnpq 时，m n一定 有颜色变化的反应 气体的颜色不再变化 【典例 2】 可逆反应：2NO22NOO2在恒容的密闭容器中进行，达到 平衡状态的标
12、志是( ) 单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2 单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO 用 NO2、NO、O2表示的反应速率的比为 221 的状态 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的压强不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A. B. C. D.全部 解析 依据 v正v逆0 判断：单位时间内生成 n mol O2的同时必消耗 2n mol NO2，则同时生成 2 n mol NO2，能说明反应已达到平衡；描述的均是正反 应速率，无法判断；无论反应是否达到平衡，均有此关系；依据组成一定判
13、断 NO2(红棕色)为有颜色的气体，颜色不变能说明反应体系中 NO2浓度一定，反 应已达到平衡；因 m V，反应前后，m、V 均不变， 也不变，不能说明反应 达到平衡；这是一个反应前后气体分子数发生改变的反应，均能说明反应已 达平衡。 答案 A 变式训练 2 下列说法可以证明 H2(g)I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是 _(填序号)。 单位时间内生成 n mol H2的同时， 生成 n mol HI 一个 HH 键断裂的同时 有两个HI键断裂 百分含量w(HI)w(I2) 反应速率v(H2)v(I2)1 2v(HI) HIH2I2211 温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化 温度和体
14、积一定时，容器内压强不再变化 条件一定，混合气体的平均相对 分子质量不再变化 温度和体积一定时， 混合气体颜色不再变化 温度和压 强一定时，混合气体的密度不再变化 解析 (1)对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应，可从化学反应速率、化 学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、平均相对分子质量、 压强、密度等来判断。(2)对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应，可从化 学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来 判断(此时平均相对分子质量、压强、密度不能作为判断依据)。 答案 1.模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于 2HBr(g)H2(g
15、) Br2(g)反应，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( ) 解析 只有 C 项说明三种物质共存，是可逆反应。 答案 C 2.一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应 2X(g)Y(g) Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( ) A.混合气体的密度不再变化 B.反应容器中 Y 的质量分数不变 C.X 的分解速率与 Y 的消耗速率相等 D.单位时间内生成 1 mol Y 的同时生成 2 mol X 解析 X 的分解速率与 Y 的消耗速率之比为 21 时，才能说明反应达到平衡状 态。故 C 项说明反应未达到平衡状态。 答案 C 3.在两个恒容的密闭容器中进行下
16、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：混合气体平均相对分子质量不再改变 恒温时，气体压强不再改变 各气体组成浓度相等 反应体系中温度保持不变 断裂 HO 键速率是断裂 HH 键速率的 2 倍 混合气体密度不变 单位时间内，消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为 91 其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( ) A. B. C. D. 解析 当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍 生的一些物理量不变，注意乙反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应，所 以不能用压强判断平衡。 答
17、案 D 4.已知 N2O4(g)2NO2(g) H0，现将 1 mol N2O4充入一恒压密闭容器 中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是( ) 解析 B 项，对于一个特定反应，H 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。 答案 B 5.(1) 在 一 定 条 件 下 ， 可 逆 反 应 达 到 平 衡 状 态 的 本 质 特 征 是 _，下列关系中能说明反应 N2(g)3H2(g) 2NH3(g)已经达到平衡状态的是_(填字母序号)。 A.3v正(N2)v正(H2) B.v正(N2)v逆(NH3) C.2
18、v正(H2)3v逆(NH3) D.v正(N2)3v逆(H2) (2)在一定温度下的恒容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理 量恒定不变：a.各物质的浓度不变，b.平衡混合物中各组分的物质的量分数或质 量分数不变，c.容器内气体压强不变，d.容器内气体密度不变，e.容器内气体颜 色不变。 能说明反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的有_； 能说明反应 H2(g)I2(g)2HI(g)达到平衡状态的有_； 能说明反应 2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的有_。 解析 (2)由于在恒容条件下发生反应，反应在反应前后气体的质量不变， 因此不能用气体的密度变化来判断反
19、应是否处于化学平衡状态。 反应是一个气 体体积不变的反应，反应前后气体的压强保持不变，也不能用压强的变化来判断 反应是否处于平衡状态。中没有有色气体，因此不能用气体的颜色变化来判断 反应是否处于平衡状态。 答案 (1)正反应速率与逆反应速率相等 C (2)abc abe abce 课时作业 基 础 练 1.下列反应中，属于可逆反应的是( ) N23H2= 催化剂 高温、高压2NH3，2NH3 = 催化剂 高温、高压3H2N2 2NaHCO3Na2CO3H2OCO2， Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3 CH3CH2OH 浓硫酸 170 CH2=CH2H2O， CH2=CH2HOH 催化剂
20、 T、p CH3CH2OH 2NaCl2= 点燃 2NaCl，2NaCl(熔融)= 通电 2NaCl2 A.只有 B. C. D. 解析 可逆反应是指在同一条件下既向正反应方向进行， 又向逆反应方向进行的 反应，符合此条件的只有。 答案 A 2.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。现 向一密闭容器中充入 1 mol N2和 3 mol H2，在一定条件下使该反应发生：N2 3H22NH3，下列有关说法正确的是( ) A.达到化学平衡时，N2将完全转化为氨 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
21、的物质的量浓度不再变化 D.达到化学平衡时，正、逆反应速率都为 0 解析 当可逆反应达到化学平衡状态时，v正v逆0，各组分的浓度(或质量)保 持不变，但不一定相等。 答案 C 3.14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2C2CO，达到化学平衡后， 平衡混合物中含 14C 的粒子有( ) A.14CO2 B.14CO2、14CO C.14CO2、14CO、14C D.14CO 解析 14CO2 与 C 反应生成 14CO(正反应)的同时， 逆反应14CO 的分解(生成14CO2 和 14C)也在进行，故平衡混合物中含14C 的粒子有：14CO2、14CO、14C。 答案 C 4.在恒温恒容
22、的密闭体系中，可逆反应：A(s)2B(g)2C(g) HK，反应未达平衡状态，向逆反应方向进行。 答案 C 10.已知可逆反应 2NO2(g)N2O4(g)，可以说明该反应已经达到平衡状态的 是( ) v(正)v(逆)0 NO2全部转变成 N2O4 NO2N2O4 N2O4不再分解 NO2的百分含量不再改变 体系的颜 色不再发生变化 A. B. C. D. 解析 化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等，但不为零，直接标志是 各组分百分含量保持不变，据此可知均正确。由于该反应是可逆反应，NO2 不可能全部转化为 N2O4，因此不可能。中NO2N2O4是一种特殊情况， 并不能说明反应达到平衡状
23、态。 可逆反应达到平衡状态时， 正、 逆反应都在进行， 因此不能说明反应达到平衡状态。反应体系中 NO2为红棕色而 N2O4为无色， 体系的颜色不变就是 NO2的浓度不变，说明反应达到平衡状态，故正确。 答案 B 11.在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s) H2O(g)CO(g)H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学 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 n mol CO 的同时生成 n mol H2 D.1 mol HH 键断裂的同时断裂 2 mol HO 键 解析 不论反应是否达到平衡状态，生成
24、 n mol CO 的同时都会生成 n mol H2。 答案 C 12.在一定条件下，可逆反应 A2(g)B2(g)2C(g)达到平衡时，各物质的平 衡浓度为A20.5 mol L 1、B 20.1 mol L 1、C1.6 mol L1，若用 a、b、c 分别表示 A2、B2、C 的初始浓度(mol L 1)，则： (1)a、b 应满足的关系是_； (2)a 的取值范围是_。 答案 (1)ab0.4 (2)0.4a1.3 13.在 2 L 密闭容器内，800 时反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g) H0， n(NO)随时间的变化如下表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/m
25、ol 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_。 用 O2表示从 02 s 内该反应的平均速率 v_。 (2)能说明该反应已达到平衡状态的是_(填字母)。 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)该反应达到平衡时，n(NO)0.007 mol，此时 n(NO2)0.013 mol，其浓 度变化量为 0.006 5 mol L 1，所以表示 NO 2的变化曲线是 b；02 s 内 v(NO) 0.020 mol0.008 mol 2 L2 s
26、0.003 mol L 1 s1； 则 v(O 2)1 2v(NO) 1 20.003 mol L 1 s 11.5103 mol L1 s1。(2)A 中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 1.510 3 mol L1 s1 (2)BC 素 养 练 14.698 K 时， 向 V L 的密闭容器中充入 2 mol H2(g)和 2 mol I2(g)， 发生反应： H2(g) I2(g)2HI(g) H26.5 kJ mol 1， 测得各物质的物质的量浓度与时间 变化的关系如图所示。 请回答下列问题：
27、(1)V_。 (2)该反应达到最大限度的时间是_，该时间内平均反应速率 v(HI) _。 (3)该反应达到平衡状态时，_(填“吸收”或“放出”)的热量为 _。 解析 (1)由图知初始反应时，H2I21 mol L 1，而加入的 H 2和 I2的物质的 量均为 2 mol，所以 V2。 (2)由图知反应达到最大限度即达到化学平衡的时间为 5 s， v(HI)1.58 mol L 1 5 s 0.316 mol L 1 s1。 (3)可逆反应从正反应开始达到化学平衡，所以放出热量。 由反应：H2(g)I2(g)2HI(g) H26.5 kJ mol 1，达到平衡时共生成 n(HI)1.58 mol
28、 L 12 L3.16 mol，所以放出的热量为26.5 kJ 2 mol 3.16 mol 41.87 kJ。 答案 (1)2 (2)5 s 0.316 mol L 1 s1 (3)放出 41.87 kJ 15.某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度，在一定 条件下会达到“平衡状态”。取 5 mL 0.1 mol L 1 KI 溶液于试管中，滴加 0.1 mol L 1 FeCl 3溶液 2 mL，发生如下反应：2Fe3 2I=2Fe2I 2。为证明该反 应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验： 取少量反应液，滴加 AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀(AgI)，证明反
29、应物没 有反应完全。 再取少量反应液，加入少量 CCl4振荡，发现 CCl4层显浅紫色，证明萃取到了 I2，即有 I2生成。综合的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定 条件下会达到反应限度。 (1) 老 师 指 出 他 们 上 述 实 验 中 不 合 理 ， 你 认 为 他 的 理 由 是 _ _； 改进的方法是_ _。 (2)有人认为步骤适合检验生成 I2较多的情况，还有一种简便方法可以灵敏地 检验是否生成了 I2，这种方法是_。 答案 (1)该反应中 KI 过量，故不能直接检验是否存在 I 来证明反应具有一定的 可逆性 取少量溶液滴加 KSCN 溶液， 若出现红色， 则证明 Fe3 未完全反应 (2) 取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝，则说明生成了 I2
