【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第二册--6.1.3 化学反应的限度 化学平衡状态 讲义

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第3课时　化学反应的限度 化学平衡状态
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课程标准
课标解读
1．通过实验认识化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义。
2．了解化学平衡的建立和特征，掌握化学平衡状态的判断方法。
3．了解化学平衡在生产和科学研究中的作用。
1．了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。（宏观辨识与微观探析）
2．能用一定的理论模型理解正、逆反应速率相等指反应达到化学平衡状态，通过分析推理认识化学平衡的特征。（证据推理与模型认知）
3．对于可逆反应，理解正、逆反应速率相等和组分含量一定是判断化学反应的平衡状态的依据，会根据压强、密度、相对分子质量等间接因素判断化学反应的平衡状态。（变化观念与平衡思想）

知识精讲

知识点01 可逆反应和化学反应的限度
1．可逆反应
（1）概念：
在同一条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的化学反应。
（2）特征：
在一定条件下，可逆反应有以下特征：
①正反应和逆反应同时进行。
②反应物和生成物同时存在。
③反应没有完全进行到底。
（3）表示：
在可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“===”号。
2．化学反应的限度
根据可逆反应的特征，可知可逆反应有一定的限度。
（1）说明Cl2和H2O的反应是可逆反应的证据是：氯水既含有Cl2、H2O、HClO分子，也含有H+、Cl-、ClO-等离子。化学方程式为Cl2+H2OHCl+HClO。
（2）化学反应限度的实验探究
少量FeCl3溶液和过量KI溶液反应，从反应后的溶液中分离出I2的实验操作是向反应后的溶液中加入苯，振荡、静置，实验现象是溶液分为两层，上层为紫红色。检验反应后的溶液中仍然存在Fe3+的操作和现象是取下层液体，滴加KSCN溶液，溶液变为红色。
【即学即练1】下列关于可逆反应的说法正确的是（ ）
A．正反应和逆反应在相同条件下同时进行
B．氯化铵分解和氨气与氯化氢反应生成氯化铵属于可逆反应
C．可逆反应达到一定限度后，反应就停止了
D．同一可逆反应的正反应进行的程度一定大于逆反应的进行程度
答案：A
解析：正逆反应是在相同条件下同时进行的，A正确；氯化铵分解和氨气与氯化氢反应生成氯化铵是在不同条件下进行的，不是可逆反应，B错误；可逆反应达到一定限度后，反应没有停止，正反应速率和逆反应速率相等，C错误；同一可逆反应中，正反应进行的程度与逆反应进行的程度与反应物的性质有关，有的可逆反应正反应进行的程度大，有的可逆反应逆反应进行的程度大，D错误。故选A。

知识点02 化学平衡状态
1．化学平衡的建立
对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中。
其化学反应速率与时间关系如图所示。分析回答下列问题：

（1）反应开始时：v正最大，v逆为0，原因是反应物浓度最大，生成物浓度为0。
（2）反应进行中，v正逐渐减小，v逆逐渐增大，原因是反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大。
（3）反应一段时间(t1)后，v正=v逆，反应物和生成物的浓度不再发生变化。
2．化学平衡状态
（1）概念：
在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态。
（2）特征：
①逆：只有可逆反应才能在一定条件下建立化学平衡状态。
②等：反应达到平衡时，v正=v逆。
③动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，正反应和逆反应都依然在进行。
④定：达到平衡状态时，反应混合物的组成保持不变。
⑤变：当反应条件发生改变时，原有的平衡状态打破，一段时间后反应会达到新的平衡状态。
【即学即练2】下列关于化学平衡的说法正确的是（ ）
A．达到化学平衡状态后，可逆反应就停止进行
B．达到化学平衡状态后，反应物和生成物的浓度之比等于化学计量数之比
C．反应物和生成物的速率之比等于化学计量数之比
D．达到化学平衡状态时，正反应速率与逆反应速率相等
答案：D
解析：A选项，达到化学平衡状态，正反应速率与逆反应速率相等，反应没有停止，错误；B选项，达到化学平衡状态，反应物和生成物的浓度与初始浓度有关，与化学计量数无关，错误；C选项，对于可逆反应，反应速率要指明是正反应速率和逆反应速率，错误；D选项，达到化学平衡状态，正反应速率与逆反应速率相等，正确。故选D。
【即学即练3】可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在固定容积的密闭容器中，达到平衡状态的标志有__________。
①单位时间内生成n molO2的同时生成2n molNO2。
②单位时间内生成n molO2的同时生成2n molNO。
③三种物质的反应速率之比为2:2:1。
④混合气体的颜色不再改变。
答案：①④
解析：①生成O2是正反应速率，生成NO2是逆反应速率，化学方程式中，O2与NO2的化学计量数之比为1:2，即O2正反应速率与NO2逆反应速率之比为1:2，换算成同一种物质，则正反应速率等于逆反应速率，正确；②生成O2的和生成NO的方向都是正反应方向，错误；③同一物质的正反应速率和逆反应速率相等是平衡状态的标志，错误；④NO2为红棕色，混合气体颜色不变，表示NO2的浓度不变，正确。

能力拓展

考法01 可逆反应
1．可逆反应的特点
（1）正反应和逆反应发生的条件相同。若正向进行和逆向进行的反应所需要的条件不同，不能称为可逆反应。
（2）正、逆反应同时存在，同时进行。
（3）反应不能进行彻底，反应物和生成物共存。
（4）能量转化互逆。若正反应吸收能量，则逆反应释放能量。
2．化学反应的限度的实验探究
（1）实验原理：
根据可逆反应的特征，要验证一个化学反应的限度，必须检验反应体系中既存在反应物，又存在生成物。
（2）实验方法：
需要分别检验反应物和生成物，其中被检验的反应物必须是少量的。
如在探究FeCl3与KI反应的实验中，用少量FeCl3溶液和过量KI溶液反应，在分离出I2后，再检验反应体系中是否有Fe3+存在。
【典例1】在密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻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，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1
B．SO2为0.25 mol·L－1
C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1
D．SO3为0.4 mol·L－1
答案：B
解析：解答可逆反应的问题时，要特别注意反应物不可能完全转化为产物，产物也不可能完全转化为反应物；另外从量上来讲，元素的原子不可能凭空增加或减少。总之要理解好“可逆”和“守恒”这两个词的含义。A项数据表明，0.2 mol·L－1的SO3完全转化生成了SO2和O2，即平衡时SO3的浓度为0，这是不可能的；B项说明在题给浓度的基础上又有0.05 mol·L－1的SO3分解生成0.025 mol·L－1的O2和0.05 mol·L－1的SO2，这是可能的；C项数据表明SO2、SO3的浓度都在原有的基础上减少了0.05 mol·L－1，这也是不可能的；D项数据说明SO2完全转化生成了SO3，即平衡时SO2和O2的浓度都是0，这也是不可能的。

考法02 化学平衡状态的判断方法
可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化。
以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。归纳如下：
1．直接标志
（1）v正＝v逆
a．同一种物质的生成速率等于消耗速率；
b．在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比；
c．在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
（2）各组分的浓度保持一定
a．各组分的浓度不随时间的改变而改变；
b．各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
2．间接标志
（1）在恒温恒容条件下，反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
（2）在恒温恒压条件下，反应体系中的总体积不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
（3）反应体系中混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化（适用于反应先后气体体积不等的反应）。
（4）对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
【典例2】在恒温恒容条件下，下列叙述不是可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的特征的是___________。
①C的生成速率与C的分解速率相等
②单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B
③单位时间生成n mol A，同时生成2n mol C
④v正(A)＝v正(B)
⑤混合气体的物质的量不再变化
⑥B的物质的量浓度不再变化
⑦A、B、C的分子个数比为1∶3∶2
答案：②⑦
解析：化学平衡状态的特征是同一物质的正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变，②中反应方向都是逆反应方向，不合题意；⑦分子数之比为1:3:2不能说明浓度不再变化。

分层提分


题组A 基础过关练
1．下列说法正确的是(　　)
A．H2与O2点燃生成水，水电解可以生成H2与O2，2H2＋O22H2O是可逆反应
B．无论在什么条件下可逆反应都不可能进行到底
C．可逆反应不属于化学反应的分类方法
D．对于化工生产中的可逆反应，人们只关注反应限度的调控而不注重化学反应速率
答案：B
2．在一定温度下的恒容密闭容器中，能说明反应X2(g)＋Y2(g)2XY(g)已达到平衡的是(　　)
A．容器内的总压强不随时间变化
B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C．XY气体的物质的量分数不变
D．X2和Y2的消耗速率相等
答案：C
解析：该反应的特点：一是可逆反应；二是反应前后气体体积相等。根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断，该反应在整个反应过程中总压强是不变的，A不能说明该反应已经达到平衡；同理推断，容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化，B不能说明该反应已经达到平衡；X2和Y2的化学计量数相等，其消耗速率始终相等。
3．下列反应中可判断为可逆反应的是(　　)
A．氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢受热分解生成氢气和氯气
B．氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气，同时氨气又分解为氮气和氢气
C．单质溴可以置换出碘，氯气又可以置换出溴
D．氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气
答案：B
4．下列关于化学反应限度的叙述不正确的是（ ）
A．任何可逆反应都有一定限度
B．化学反应的限度是不可改变的
C．化学反应的限度受条件的影响
D．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
答案：B
解析：A选项，可逆反应都不能完全进行，是由可逆反应本身的特点决定的，正确；B选项，化学反应的限度与外界因素有关，改变条件，化学反应的限度也会改变，错误；C选项，化学反应的限度与外界因素有关，正确；D选项，化学反应达到限度，即达到平衡状态，此时，正、逆反应速率相等，正确。
5．在一定条件下把3molH21molN2置于1L密闭容器中，发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在反应进行的过程中，下列说法错误的是（ ）
A．反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为0
B．反应达到一定程度时，三种物质的浓度相等
C．反应过程中，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大
D．当反应进行到一定的程度时，NH3的浓度达到最大
答案：B
解析：A选项，反应开始时，反应物的浓度最大，故正反应速率最大，生成物浓度为0，故逆反应速率为0，正确；B选项，反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度不变，但不一定要相等，错误；C选项，反应过程中，反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，因此正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，正确；D选项，达到平衡状态时，生成物的浓度最大，正确。
6．下列叙述表示可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)一定处于平衡状态的是（ ）
A．N2、H2、NH3的浓度相等
B．单位时间内消耗amolN2的同时消耗了3amolH2
C．单位时间内消耗amolN2的同时生成了3amolH2
D．N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
答案：C
解析：A选项，处于平衡状态时，三种物质的浓度不变，错误；B选项，N2和H2的消耗速率都是正反应速率，不符合正反应速率和逆反应速率相等的特征，错误；C选项，N2的消耗速率为正反应速率，H2的生成速率为逆反应速率，用不同物质表示反应速率时，速率之比等于化学计量数之比，正确；D选项，化学平衡时各物质的浓度不变，错误。
7．在2NO2(g，红棕色)N2O4(g，无色)的可逆反应中，下列状态说明一定达到平衡状态的是（ ）
A．NO2和N2O4的浓度相等 B．N2O4不再分解
C．NO2和N2O4的分子数之比为2:1 D．体系的颜色不再变化
答案：D
解析：A选项，化学平衡时，浓度不变，不是相等，错误；B选项，化学平衡是动态平衡，反应没有停止，错误；C选项，化学平衡时，浓度不变，与分子数之比无关，错误；D选项，因为NO2为红棕色，颜色不再变化，说明NO2的浓度不变，可逆反应达到了平衡状态，正确。
8．在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到化学平衡的标志是(　　)
A．容器内A2、B2、AB三种气体的浓度相等
B．单位时间内有x mol A2生成，同时就有x mol B2生成
C．单位时间内有x mol A2被消耗，同时就有2x mol AB生成
D．单位时间内有x mol B2被消耗，同时就有2x mol AB被分解
答案：D
解析：选项A，达到化学平衡的标志是反应体系中各物质的浓度不再变化，而不是浓度的具体值为多少，达到平衡时各物质的浓度大小不仅与反应限度有关，还与起始加入的物质的浓度有关；选项B所指的均是逆反应，选项C所指的均是正反应，都不能体现出正、逆反应速率相等，因此是错误的。
9．在一个恒温恒容的密闭容器中，发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，达到化学平衡的标志是___________（填编号）
①反应速率v(N2)：v(H2)：v(NH3)=1：3：2
②反应混合物中各组分的物质的量浓度不再改变
③反应混合物气体的压强不再改变
④n(N2)：n(H2)：n(NH3)=1：3：2
⑤2v正(N2)=v逆(NH3)
⑥单位时间内3molH-H键断裂，同时6molN-H键断裂
⑦N2和H2不再反应
答案：②③⑤⑥
解析：①当正反应速率与逆反应速率相等，达到化学平衡状态，错误；②正确；③由于反应前后化学计量数不等，在恒温恒容条件下，未达到平衡时，气体分子数会发生变化，达到平衡时，气体分子数不变，此时压强也不变，正确；④错误；⑤N2的正反应速率与NH3的逆反应速率之比为1:2，正确；⑥1个H2中含有1个lH-H键，1个NH3中含有1个N-H键，单位时间内3molH-H键断裂表示消耗3mol氢气，6molN-H断裂表示生成了2molNH3，正确。
10．某温度时，在5 L的容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。请通过计算回答下列问题。

(1)反应开始至2 min，Y的平均反应速率是________________。
(2)分析有关数据，写出X、Y、Z的反应方程式____________________。
答案：(1)0.03 mol·L－1·min－1 (2)X(g)＋3Y(g)2Z(g)
解析：(1)v(Y)＝＝0.03 mol·L－1·min－1
(2)v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝0.1 mol∶0.3 mol∶0.2 mol＝1∶3∶2
反应方程式是X(g)＋3Y(g)2Z(g)

题组B 能力提升练
1．对于化学反应的限度的叙述，错误的是(　　)
A．任何可逆反应都有一定的限度
B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
C．化学反应的限度与时间的长短无关
D．化学反应的限度是不可改变的
答案：D
解析：任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，此时v正＝v逆，对同一可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变时，化学反应的限度也会发生改变。
2．在容器中充入SO2和只有18O原子组成的氧气(18O2)，在一定条件下发生可逆反应，经过一段时间后，18O存在于(　　)
A．只存在于O2中
B．只存在于SO2中
C．只存在于SO2和SO3中
D．O2、SO2和SO3中都存在
答案：D
解析：因为该反应为可逆反应，反应向正反应方向进行的同时也向逆反应方向进行，所以18O存在于三种物质中，即O2、SO2和SO3中都存在。
3．对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的描述，正确的是(　　)
A．达到平衡时，各反应物和生成物的浓度相等
B．增大压强，对此反应的反应速率无影响
C．达到平衡时，c(H2O)∶c(CO)＝1∶1
D．达到平衡时，H2O转化为CO的速率等于CO转化为H2O的速率
答案：D
4．在一定温度下，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是(　　)
A．单位时间内生成n mol H2，同时就有n mol HI生成
B．单位时间内有n mol H2生成，同时就有n mol I2生成
C．容器内气体的总压强不随时间的变化而变化
D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂
答案：D
解析：选项A，生成H2是逆反应，生成HI是正反应，根据化学方程式中的化学计量数关系，如果正、逆反应速率相等，则生成n mol H2的同时应有2n mol HI生成，因此A选项并没有达到化学平衡状态。选项B，生成H2和生成I2均是逆反应，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应进行，生成H2和I2的物质的量之比始终为1∶1。因此B选项并不一定达到化学平衡状态。选项C，该反应前后气体总的物质的量保持不变，在其他条件一定时，反应从开始到反应达到平衡状态时，压强就一直保持不变，故气体总的压强不变不能说明反应已经达到平衡状态。选项D，断裂H—H键是正反应，断裂H—I键是逆反应，根据化学方程式的计量数关系，断裂1个H—H键的同时，有2个H—I键断裂，其正反应速率等于逆反应速率，因此D选项一定达到了化学平衡状态。
5．一定条件下的密闭容器中，发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，在不同时间SO2、O2、SO3的物质的量浓度如下表。
时间/min
c/mol·L-1
0
10
20
30
40
50
60
70
SO2
1.0
0.7
0.5
0.35
0.2
0.1
0.1
0.1
O2
0.5
0.35
0.25
0.18
0.1
0.05
0.05
0.05
SO3
0
0.3
0.5
0.65
0.8
0.9
0.9
0.9
根据表中所给数据回答下面的问题：
（1）在此条件下进行到_____min反应达到了限度。
（2）反应从开始到20min，v(SO2)=_______________，v(O2)=________________。
反应从开始到平衡时，v(SO2)=______________，v(O2)=______________。
答案：（1）50
（2）0.025 mol·L-1·min-1 0.0125 mol·L-1·min-1 0.018 mol·L-1·min-1 0.009 mol·L-1·min-1
解析：当各物质的浓度不变时，表明达到了平衡状态，故50min反应达到限度。

题组C 培优拔尖练
1．在密闭容器中进行的可逆反应X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.2 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．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.35 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
答案：A
解析：对于一个可逆反应，既可以从正反应方向开始建立平衡，也可以从逆反应方向开始建立平衡，反应达到平衡时，各物质的浓度都不为0，则有：
　　　　　 X2(g)　 ＋　 Y2(g)　 2Z(g)
起始： 0.1 mol·L－1 0.2 mol·L－1 0.2 mol·L－1
若向正反应方向进行到底： 0 0.1 mol·L－1 0.4 mol·L－1
若向逆反应方向进行到底： 0.2 mol·L－1 0.3 mol·L－1 0
故Z的浓度小于0.4 mol·L－1，X2的浓度小于0.2 mol·L－1，Y2的浓度小于0.3 mol·L－1。
2．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图所示，下列表述中正确的是(　　)

A．反应的化学方程式为2MN
B．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡
C．t3时，正反应速率大于逆反应速率
D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍
答案：D
解析：从图像可知，t1时N的物质的量为6 mol，M的物质的量为3 mol，故N的物质的量浓度是M的2倍，同时也可以得出反应的化学方程式为2NM；t2时，M、N的物质的量虽然相等，但尚未达到平衡状态，因为此时M的物质的量还在增大，N的物质的量还在减小；t3时M、N的物质的量保持不变，说明反应已达到平衡状态，则此时正反应速率等于逆反应速率。故正确答案为D。
3．将等物质的量的氢气和碘蒸气放入密闭容器中进行反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)(正反应放热)，反应经过5 min 测得碘化氢的浓度为0.5 mol·L－1，碘蒸气的浓度为 0.25 mol·L－1。请填写以下空白：
(1)v(HI)＝________；v(H2)＝________；氢气的起始浓度＝________。
(2)若上述反应达到平衡时，则平衡浓度c(HI)、c(I2)、c(H2)的关系是__________(填“相等”、“2∶1∶1”或“均为恒量”)。
答案：(1)0.1 mol·L－1·min－1　0.05 mol·L－1·min－1　0.5 mol·L－1　(2)均为恒量
4．某温度时，在一个2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由图中数据分析：

(1)该反应的化学方程式为_______________________________。
(2)反应开始至2 min，用Z表示的平均反应速率为________________________。
(3)若在不同条件下①v(X)＝0.3 mol·L－1·s－1，②v(Z)＝0.1 mol·L－1·s－1，③v(Y)＝0.2 mol·L－1·s－1，比较此反应在不同条件下反应速率最快的是________(填序号)。
答案：(1)3X＋Y2Z (2)0.05 mol·L－1·min－1　(3)③
解析：(1)由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。
Δn(X)＝1.0 mol－0.7 mol＝0.3 mol
Δn(Y)＝1.0 mol－0.9 mol＝0.1 mol
Δn(Z)＝0.2 mol－0 mol＝0.2 mol
v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝3∶1∶2，
即反应方程式为3X＋Y2Z。
(2)v(Z)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。
(3)把不同条件下的各种物质化为同一物质Y的反应速率，①v(Y)＝0.1 mol·L－1·s－1，②v(Y)＝0.05 mol·L－1·s－1，故可知③最快。