高中化学苏教版选修4 化学反应原理第二单元 化学反应的方向和限度第2课时课时练习

第2课时　化学平衡状态

目标与素养：1.了解化学反应的可逆性。(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，理解并会判断化学平衡状态的标志。(变化观念与平衡思想)

一、可逆反应

1．定义：在同一条件下既能发生反应物转变为生成物的正向反应，又能发生生成物转变为反应物的逆向反应。

2．可逆反应的特征

铅蓄电池的原理反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，该反应是不是可逆反应？为什么？

提示：不是。充、放电过程条件不同，也不是同时发生。

二、化学平衡的建立

1．化学平衡的建立过程

2．化学平衡建立的浓度—时间图象和速率—时间图象

微点拨：对于一个确定的可逆反应，如果其他条件一定，反应无论从反应物开始或从生成物开始，最后都能建立化学平衡状态。

三、化学平衡状态

1．化学平衡状态的概念

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应中，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各成分的浓度保持不变的状态。

2．化学平衡的特征

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)可逆反应不能进行到底，反应物的转化率不能达到100%。 (　　)

(2)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。 (　　)

(3)平衡状态是指反应已完成，不再发生反应。 (　　)

(4)当反应物、生成物浓度均不发生变化时，可逆反应达到化学平衡状态。

  (　　)

答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√

2．一定温度下的恒容容器中，能标志某可逆反应A(g)＋2B(g)C(s)＋3D(g)已达平衡状态的是(　　)

A．混合气体的压强不随时间变化而变化

B．气体总物质的量不随时间变化而变化

C．2v正(B)＝v逆(D)

D．混合气体的密度保持不变

D　[因为反应前后气体的体积不变，所以气体总物质的量、压强始终不随时间变化而变化，不能作为依据，A、B错误；当反应达到平衡时，v正(B)＝v逆(D)，C错误；因为容器的体积恒定，但是气体的质量不守恒，所以只要反应未达到平衡，密度就变化，反应达到平衡时，密度不再变化，D正确。]

3．在一定条件下，有气体参与的某可逆反应(正反应ΔH<0)达到化学平衡时，下列说法不正确的是(　　)

A．反应物的浓度一定等于生成物的浓度 

B．反应体系中压强恒定 

C．反应体系中混合物的组成保持不变

D．反应体系中温度不变

A　[可逆反应达到平衡时，反应物与生成物的浓度不一定相等，A项错误；可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，气体分子数保持不变，反应体系中压强恒定，混合物的组成保持不变，反应体系中温度不变，B、C、D项正确。]

1.可逆反应中各成分物质的浓度(物质的量)范围

分别假设反应物、生成物中某(投料)相对较少物质完全反应，浓度为0，其他物质剩余浓度为最小极限，另一方各成分浓度则为最大极限，每一种物质的浓度范围在最大(小)极限之间。

2．可逆反应平衡状态

(1)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。

(2)对于一个给定的可逆反应，如果其他条件一定，不论采取何种途径(反应是从反应物开始或从生成物开始)，最后都能建立化学平衡状态。

(3)化学反应到达平衡状态时，各组分的物质的量、浓度等均不变。

【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 mol·L－1、0.3 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

A　[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·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0＜c(X2)＜0.2 mol·L－1,0.2 mol·L－1＜c(Y2)＜0.4 mol·L－1,0＜c(Z)＜0.4 mol·L－1。]

“一边倒”法判断可逆反应中物质的浓度取值

(1)完全转化到“”的右侧，求出生成物的最大值，反应物的最小值，此时反应物可能为0，也可能不为0(如本题中Y2)。

(2)完全转化到“”的左侧，求出反应物的最大值，生成物的最小值。

(3)据(1)、(2)得出各物质的浓度的取值范围进行讨论。

1．在一定体积的密闭容器中进行反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 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．N2为0.2 mol·L－1，H2为0.6 mol·L－1

B．N2为0.15 mol·L－1

C．N2、H2均为0.18 mol·L－1

D．NH3为0.4 mol·L－1

B　[反应为可逆反应，反应体系中任何一种物质的转化率都小于100%，所以A、D错误；从题给量的关系知无论反应进行到什么程度，c(N2)∶c(H2)＝1∶3，因此两者不可能同时均为0.18 mol·L－1。]

1.动态标志(正逆相等)——v正＝v逆

(1)同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率，如有m mol A消耗同时有m mol A生成。

(2)不同物质：必须表明是“异向”的速率关系，且两种物质的速率之比等于化学方程式中物质前的化学计量数之比。

2．静态标志(变量不变)——随反应进行而改变的物理量保持不变时说明达到平衡状态

(1)各物质的质量、物质的量或浓度不变。

(2)各物质的百分含量(质量分数、体积分数)不变。

(3)体系的压强(对化学方程式两边气体体积不相等的反应)不变。

(4)对于有有色物质参加的可逆反应，体系的颜色不变。例如：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)、2HI(g)H2(g)＋I2(g)等反应体系的颜色不变，则表明有色气体NO2、I2的浓度不变，反应达到平衡。

【例2】　在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到平衡状态的标志是________(填字母序号)。

a．单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol AB

b．容器内的总压强不随时间变化

c．单位时间内生成2n mol AB的同时生成n mol B2

d．单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol B2

e．容器内A2、B2、AB的物质的量之比是1∶1∶2时的状态

f．容器中c(A2)＝c(B2)＝c(AB)时的状态

【解析】　化学平衡状态的根本标志是v正＝v逆，或平衡混合物中各组分的浓度或质量分数、体积分数等保持不变。只要具备上述两点之一，便一定是平衡状态；否则，不能确定为平衡状态。a项，根据化学方程式中的化学计量数之比，可知生成n mol AB必消耗mol A2，即单位时间内生成mol A2的同时生成n mol AB，显然反应未达到平衡状态。b项，是从压强方面来叙述的。由于此反应是反应前后气体分子数不变的反应，达到平衡或未达到平衡时压强都不随时间变化，因此不能用压强来说明反应是否达到平衡状态。c项，由题意可知当单位时间内生成2n mol AB时，也就消耗了n mol A2和n mol B2，这样同一时刻相同体积的容器中消耗的B2和生成的B2都是n mol，说明反应处于平衡状态。d项，只知道单位时间生成n mol A2和n mol B2，却不知道同时消耗多少A2和多少B2，故无法确定反应是否达到平衡。e、f两项是以混合物成分的含量来叙述的。  由于达到化学平衡状态时，反应混合物中各物质的浓度保持不变，并不是相等，也不是它们的物质的量之比一定等于其化学方程式中各物质的化学计量数之比，所以e、f两项均不符合题意。

【答案】　c

2．在一定温度下，将2 mol NO2气体通入恒容密闭容器中，发生如下反应：2NO2(g)N2O4(g)。下列不能说明反应达到平衡的是(　　)

A．N2O4浓度不再改变

B．NO2的分解速率等于N2O4的生成速率

C．混合气体的颜色不变

D．混合气体中NO2百分含量不变

B　[N2O4浓度不再改变，反应达到平衡状态，A不符合题意；NO2的分解速率和N2O4的生成速率均为正反应速率，不能作为平衡标志，B符合题意；混合气体的颜色不变，NO2的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态，C不符合题意；混合气体中NO2百分含量不变，反应达到平衡状态，D不符合题意。]

1．下列有关可逆反应的说法不正确的是(　　)

A．可逆反应分正反应和逆反应

B．H2＋I22HI与2HIH2＋I2是可逆反应

C．2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应

D．可逆反应中反应物的转化率小于100%

C　[可逆反应是指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化学反应，反应中反应物的转化率小于100%，A、B、D正确；C项两个反应不是在同一条件下进行的。]

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

B　[随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，后保持恒定，但最后不可能减小为零。]

3．一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)

A．体系压强保持不变

B．混合气体颜色保持不变

C．SO3和NO的体积比保持不变

D．每消耗1 mol SO3(g)的同时生成1 mol NO2(g)

B　[由于该反应为前后气体体积相等的反应，体系的压强始终保持不变，故不能以压强不变作为判断反应是否达到平衡的条件，A错误；SO3与NO的体积比始终保持1∶1，C错误；消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应，D错误。]

4．14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋C2CO，达到平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有(　　)

A．只有14CO2　　 B．只有14CO2、14CO

C．14CO2、14CO、14C D．只有14CO

C　[当可逆反应达到平衡状态时，反应并未停止，是一种动态平衡，所以14C在三种物质中都含有。]

5．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c(A2)＝0.5 mol·L－1、c(B2)＝0.1 mol·L－1、c(C)＝1.6 mol·L－1，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________。

解析：(1)设转化过程中A2(g)转化浓度为x mol·L－1，B2(g)的转化浓度也为x mol·L－1。平衡时：a－x＝0.5，b－x＝0.1。所以，a＝b＋0.4。(2)①若A2、B2为起始物，生成1.6 mol·L－1C需A2 0.8 mol·L－1，A2的起始浓度为0.5 mol·L－1＋0.8 mol·L－1＝1.3 mol·L－1。②若0.1 mol·L－1 B2全部由C生成，则A2的起始浓度为0.5 mol·L－1－0.1 mol·L－1＝0.4 mol·L－1，故a的取值范围为0.4≤a≤1.3。

答案：(1)a＝b＋0.4　(2)0.4≤a≤1.3