高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡优质第1课时学案设计

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[核心素养发展目标] 1.从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。2.熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。
一、化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念
在相同条件下，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。
(2)特征
2．化学平衡状态
(1)建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应：N2＋3H2eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3。
答案
(2)含义
在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，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”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
(3)特征
(1)合成氨反应中，如果N2过量，则可以使H2完全消耗( )
(2)可逆反应中，加入反应物，反应先向正反应方向进行，停止后再向逆反应方向进行( )
(3) 在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆( )
(4)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( )
(5)化学反应达到化学平衡状态后反应物和生成物的浓度相等( )
(6)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( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
1．在已达平衡的可逆反应2SO2(g)＋O2(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2SO3(g)体系中，充入由18O组成的氧气一段时间后，SO2中是否存在18O?
提示 存在，化学平衡是动态平衡，加入的18O会与SO2结合生成含有18O的SO3，同时含有18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使得SO2和O2中也含有18O，因此SO2中存在18O。
2．已知：K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2＋的试剂，若溶液中存在Fe2＋，将产生蓝色沉淀。将
0.2 ml·L－1 KI溶液和0.05 ml·L－1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，其中哪两组实验能说明溶液中存在2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2平衡？
提示 ①③，由浓度和反应关系可知，I－过量，所以要说明溶液中存在2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2平衡则只要证明溶液中同时含有Fe2＋和Fe3＋ 即可。
3．平衡建立的途径有哪些？平衡的建立是否与途径有关？
提示 若只给出反应物，则是从正反应方向建立平衡；若只给出生成物，则是从逆反应方向建立平衡；若既给出反应物又给出生成物，则是从正逆反应同时建立平衡；平衡的建立与途径无关。
1．在一定温度下，将2 ml SO2和1 ml O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·ml－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是( )
A．生成SO3 2 ml B．SO2和SO3共2 ml
C．放出197 kJ热量 D．含氧原子共8 ml
答案 B
解析 可逆反应存在反应限度，反应物不可能完全转化为生成物，当正、逆反应速率相等时，反应达到平衡状态，所以将2 ml SO2和1 ml O2充入一定容积的密闭容器中，SO2和O2不可能完全转化为SO3，A错误；化学反应中原子守恒，所以化学平衡时SO2和SO3中硫原子的总物质的量等于反应初始时SO2的物质的量，B正确；由A项分析可知，2 ml SO2(g)和
1 ml O2(g)不可能完全转化为2 ml SO3(g)，故放出的热量小于197 kJ，C错误；化学反应中原子守恒，平衡时含有的氧原子的物质的量等于初始时SO2和O2中氧原子的总物质的量，为6 ml，D错误。
2．一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中，M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。
请回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为__________________________________________________。
(2)在t2时刻存在的等量关系是________________，此时反应是否达到化学平衡状态？________(填“是”或“否”)。
(3)在t3时刻v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆，理由是________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)2NM (2)n(M)＝n(N) 否
(3)＝ M和N的物质的量不随时间改变发生变化，反应已达到平衡状态，故v正＝v逆
解析 (1)当N减少4 ml时，M增加2 ml，所以化学方程式为2NM。(2)t2时刻，n(M)＝n(N)＝4 ml，t2时刻后，N物质的量继续减少，M物质的量继续增加，故仍未达到平衡。
二、化学平衡状态的判断
1．简单判据
(1)“等”
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)“定”
反应体系中各组成成分的质量、物质的量、浓度百分含量(质量分数、物质的量分数、气体的体积分数等)保持恒定不变。
(1)本判据关于各组成成分的判断不适用于总质量、总物质的量、气体总体积等。
(2)本判据的核心为恒定不变，如2A(g)＋B(g)3C(g)，c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶1∶3，并未体现出恒定不变，因此不能作为化学平衡状态的判据。
2．“复杂”判据——“变量不变”时即为平衡
当反应过程中变化的量不再改变时，化学反应达到平衡状态，即反应前后始终不变的量不能作为判据。
在恒温恒容条件下，下列三个可逆反应的某些“量”不再随时间改变时，判断是否一定达到了平衡状态。
判断下列物理量不再变化是否一定达到平衡状态，达到平衡状态的打“√”，不一定达到平衡状态的打“×”。
(1)恒温、恒容下，CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)反应体系中气体的密度保持不变( )
(2)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1( )
(3)密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下，氨基甲酸铵达到分解平衡：H2NCOONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)，
①NH3(g)的体积分数保持不变( )
②气体的平均相对分子质量保持不变( )
(4)一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)中气体的平均相对分子质量保持不变( )
答案 (1)√ (2)× (3)①× ②× (4)√
解析 (3)①氨基甲酸铵的分解平衡H2NCOONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)中，NH3(g)与CO2(g)的体积比始终等于2∶1，NH3(g)的体积分数、气体的平均相对分子质量一直保持不变，NH3(g)的体积分数不变不能作为达到平衡状态的判断依据。(4)可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)中，随着反应进行，反应前后气体的平均相对分子质量发生变化，气体的平均相对分子质量保持不变可以作为达到平衡状态的判断依据。
在恒温恒容的密闭容器中，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各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。
(1)一定能证明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。
(2)一定能证明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。
(3)一定能证明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________。
答案 (1)①③④ (2)⑤ (3)②④
解析 混合气体的密度是混合气体的总质量与容器容积的比值，混合气体的平均相对分子质量是混合气体的总质量与总物质的量的比值，混合气体颜色的深浅与有色气体的浓度有关系。在任何时刻各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。
(1)反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是反应前后气体体积减小的可逆反应，因此混合气体的压强、总物质的量和平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。
(2)反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)是反应前后气体体积不变的可逆反应，由于碘是有色气体，则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。
(3)反应A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)是反应前后气体体积不变，但气体质量增加的可逆反应，因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态。
1．已知：N2O4(g)2NO2(g) ΔH＞0，现将1 ml 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( )
答案 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．向2 L恒容密闭容器中通入A、B气体各10 ml，在一定温度下进行反应：3A(g)＋B(g)
2C(g)＋2D(s)，下列说法不正确的是( )
A．①体系气体密度不变；②B的体积分数不变；③2v逆(A)＝3v正(C)，三种现象均可以说明该反应达到平衡状态
B．①增加D的质量；②向体系中充入He；③抽出A减小体系压强，三种操作都不能增大逆反应速率
C．对于该反应，无论正反应还是逆反应，升高温度，反应速率均上升
D．某时刻四种物质的物质的量均为6 ml，则反应达到其限度时，2 ml·L－1