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1、第第1 1课时化学平衡状态课时化学平衡状态第二章第二章2021内容索引课前篇课前篇 素养初探素养初探课堂篇课堂篇 素养提升素养提升素养目标1.通过溶解和结晶过程的分析,认识化学反应的可逆性,树立变化观念与平衡思想。2.通过化学平衡状态的建立过程,知道化学平衡是一种动态平衡,形成变化观念与平衡思想。3.通过领会变化观念与平衡思想,理解并学会判断化学平衡状态的标志。课前篇课前篇 素养初探素养初探知识铺垫1.化学上通常把向生成物方向进行的反应叫做正反应,向反应物方向进行的反应叫做逆反应。在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应。二氧化硫与水的反应就属于可逆反应
2、,可以表示为SO2+H2O H2SO3。2.化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度,即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。必备知识一、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: 二、化学平衡状态1.化学平衡状态的定义在一定条件下的可逆反应体系中,正、逆反应速率相等时,反应物和生成物的浓度保持不变,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”,这时的状态我们称为化学平衡状态,简称化学平衡。2.化学平衡状态的特征 【微思考1】在已达到平衡的可逆
3、反应2SO2+O2 2SO3中,充入由18O组成的氧气一段时间后,18O存在于哪些物质中?提示 化学平衡是动态平衡,加入的18O2会与SO2结合生成含18O的SO3,同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2,使SO2、O2中也含有18O,因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。【微思考2】当可逆反应的气体平均相对分子质量保持不变时,说明可逆反应达到了平衡状态吗?提示 不一定。首先要明确该反应体系中是否有非气体物质参加,再考虑反应前后气体分子数是否相等,然后判断气体平均摩尔质量是否为变量。自我检测1.正误判断 2.对于可逆反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),在温度不变时,下列
4、依据能判断该反应已达到平衡的是()A.压强不随时间改变B.气体的密度不随时间改变C.c(A)不随时间改变D.单位时间内生成C和D的物质的量相等答案 C解析 反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)为反应前后气体化学计量数不变的可逆反应,反应过程中气体的物质的量始终不变,反应容器内的压强一直不变,因此A错误。该反应中,反应物和生成物均为气体,气体质量不变,气体体积不变,则气体密度一直不变,因此B错误。在反应过程中,A为反应物,随着反应的进行,c(A)逐渐减小,当c(A)不随时间改变时,说明反应达到化学平衡状态,C正确。根据反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),无论反应是否达到化学平衡,单位时
5、间内生成C和D的物质的量总是相等的,因此D错误。课堂篇课堂篇 素养提升素养提升任务一任务一可逆反应的应用可逆反应的应用问题探究1.一定条件下,在一密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,发生反应2SO2+O22SO3,经足够长的时间后最终得到的SO3的物质的量小于 2 mol,请说明理由。答案 可逆反应有一定的限度,不能完全进行到底,反应物和生成物同时存在于反应容器中。2.(1)当一个可逆反应达到平衡时,各物质的浓度保持不变,这时反应停止了吗?(2)达到化学平衡的反应中,如何理解正、逆反应速率相等?(以N2+3H2 2NH3为例)答案 (1)没有停止,此时v(正)=v(逆)0。(2
6、)正、逆反应速率相等是针对同一物质来说的,如当反应达到平衡时,正反应消耗N2的速率与逆反应生成N2的速率相等。深化拓展极端假设法确定各物质浓度的范围以反应X2(g)+2Y2(g)Z(g)为例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)+2Y2(g)Z(g)起始浓度/(molL-1)0.10.30.2改变浓度/(molL-1)0.10.20.1终态浓度/(molL-1)00.10.3假设反应逆向进行到底:X2(g)+2Y2(g)Z(g)起始浓度/(molL-1)0.10.30.2改变浓度/(molL-1)0.20.40.2终
7、态浓度/(molL-1)0.30.70平衡体系中各物质的浓度范围:0c(X2)0.3 molL-1,0.1 molL-1c(Y2)0.7 molL-1,0c(Z)0.3 molL-1。素能应用典例1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 molL-1、0.3 molL-1、0.2 molL-1,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 molL-1B.Y2为0.4 molL-1C.X2为0.2 molL-1D.Z为0.4 molL-1答案 A解析 该题可利用“极端假设法”判断,假设反应正向或逆向进行到底,求
8、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/(molL-1)0.10.30.2改变浓度/(molL-1)0.10.10.2终态浓度/(molL-1)00.20.4假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g)2Z(g)起始浓度/(molL-1)0.10.30.2改变浓度/(molL-1)0.10.10.2终态浓度/(molL-1)0.20.40平衡体系中各物质的浓度取值范围为0c(X2)0.2 molL-1,0.2 molL-1c(Y2)0.4 molL-1,0c(Z)0.4 molL-1。变式训练1在一个密闭容器中发生如
9、下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 molL-1、0.2 molL-1、0.2 molL-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是()A.c(SO3)=0.4 molL-1B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 molL-1C.c(SO2)=0.25 molL-1D.c(O2)=0.1 molL-1答案 C解析 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)反应过程中某一时刻c(SO2)=0.2 molL-1,c(O2)=0.2 molL-1,c(SO3)=0.2 molL-1。若SO2全部转化为SO3,c(SO3)=0
10、.2 molL-1+0.2 molL-1=0.4 molL-1,此时c(O2)=0.1 molL-1,由于是可逆反应,无论是反应物或生成物都不可能转化完全,所以A、D两项错误;在某一时刻之后,无论平衡怎样移动,都不会出现c(SO2)=c(SO3)=0.15 molL-1这种情况,因为SO2与SO3的浓度都比原来小,违反了质量守恒定律。C项正确。任务二任务二化学平衡状态的判断化学平衡状态的判断问题探究1.在利用“v(正)=v(逆)”判断反应是否达到平衡时需要注意哪些问题?答案 利用“v(正)=v(逆)”判断化学平衡时,要注意“同”“等”“逆”的原则:“同”,同一种物质的v(正)和v(逆);“等”
11、,转化成同一物质的反应速率必须相等;“逆”,反应方向必须对立。可归纳为“异边同向、同边异向、比例计量”,这里的“向”指的是“消耗”或“生成”。2.在利用“密度”判断反应是否达到平衡时需要注意哪些问题?答案 涉及“密度”时要注意物质的状态和容器的体积。深化拓展化学平衡状态的两种判断标志(1)动态标志:v(正)=v(逆)0同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。(2)静态标志:变量不变各物质的质量、物质的量或浓度不变。各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。总之,判断化学平衡时,若某一物理量由变量变成了不变量(即“变
12、量不变”),则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量恒为“不变量”,则不能作为平衡标志。素能应用典例2在一定温度下,向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g)2Z(g)。此反应达到化学平衡的标志是()A.容器内气体密度不随时间变化B.容器内各物质的浓度不随时间变化C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1 2 2D.单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z答案 B解析 A项,该反应过程中,气体的质量和体积均不发生变化,则气体密度始终保持不变,不能说明反应达到平衡状态;C项,X、Y、Z的浓度之比为1 2 2时,不能说明反应达到平衡状态;
13、D项,消耗X与生成Z均为正反应速率,不能说明正、逆反应速率相等。规避“2”个易失分点(1)判断化学平衡状态的“三关注”关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压还是绝热恒容;关注反应特点,是等体积反应还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,如固体的分解反应。(2)不能作为平衡状态“标志”的四种情况反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。恒温恒容下的气体体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。全是气体参加的反应,恒容
14、条件下体系的密度保持不变。变式训练2一定温度下的恒容密闭容器中,下列叙述不能作为可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡状态的标志的是。 C的生成速率与C的消耗速率相等单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol BA、B、C的浓度不再变化C的物质的量不再变化混合气体的总压强不再变化混合气体的总物质的量不再变化单位时间消耗a mol A,同时生成3a mol BA、B、C的分子数之比为1 3 2答案 解析 对平衡状态的判断,一定要根据实际反应逐项分析,只有能反映同一物质的v(正)=v(逆),或者混合物中的某组分的浓度或百分含量保持不变,才能证明可逆反应达到了平衡状态。中,同一物质
15、的生成速率与消耗速率相等,说明反应已达到平衡;中,表示的是同一方向的反应速率,不能说明反应已达到平衡;中,各组分的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;中,C的物质的量不再变化,也就是C的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;中,若反应正向进行,混合气体的总物质的量减小,压强减小,若反应逆向进行,混合气体的总物质的量增大,压强增大,混合气体的总压强不再变化,说明反应正向进行的速率和逆向进行的速率相同,即反应已达到平衡;中,由中的分析可知,混合气体的总物质的量不再变化,说明反应已达到平衡;中,消耗A的物质的量与生成B的物质的量之比与它们在化学方程式中的计量数之比相等,也就是反应正向进行和逆向进行的速率相
16、等,说明反应已达到平衡;中,A、B、C的分子数之比为1 3 2只是反应进程中的某一时刻的状态,不能说明反应已达到平衡。 素养脉络素养脉络 随堂检测随堂检测1.分析各选项中的各组反应,其中互为可逆反应的是() 答案 B 2.在一定条件下,某容器中充入N2和H2合成NH3,以下叙述错误的是()A.开始反应时,正反应速率最大,逆反应速率为零B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后减小为零C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后保持恒定D.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后与逆反应速率相等且都保持恒定答案 B解析 随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,后保持恒定,最后不可能减小为零。3.(
17、双选)对于反应CO2+3H2 CH3OH+H2O,下列说法能判断该反应达到平衡状态的是()A.v(CO2)= v(H2)B.3v逆(H2)=v正(H2O)C.v正(H2)=3v逆(CO2)D.断裂3 mol HH的同时,消耗1 mol H2O答案 CD4.一定条件下,下列方法能证明可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),一定达到平衡状态的是 。 单位时间内消耗n mol N2的同时生成2n mol NH3;3NA个HH断裂的同时有6NA个NH断裂;N2与NH3的体积分数相等;v(N2) v(H2) v(NH3)=1 3 2;c(N2) c(H2) c(NH3)=1 3 2;温度和体积
18、一定时,N2的浓度不再变化;混合气体的总物质的量不再变化;v正(N2)=v逆(NH3)。答案 解析 注意化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,解题时要仔细分析。表示同一方向的反应速率,不能表示v(正)=v(逆),不正确。表示v(正)=v(逆),反应达到平衡,正确。平衡时各组分的体积分数保持不变,但并不一定相等,不正确。未指明反应速率的正负,不正确。平衡时各组分的浓度保持不变,而不一定有固定的比例,不正确。平衡时,各组分的浓度保持不变,正确。正反应是气体分子数减小的反应,混合气体的总物质的量随着反应的进行而不断变化,当达到平衡时混合气体的总物质的量不再变化,正确。可将v正(N2)转化成v正(NH3),再判断是否相等,即一种物质表示的v(正)与另一种物质表示的v(逆)之比等于对应物质的化学计量数之比时,说明反应达到化学平衡状态,不正确。本本 课课 结结 束束