人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡精品导学案
展开1、理解化学平衡的基本概念和建立过程
2、了解化学反应的可逆性
3、掌握化学平衡状态的特征。
4、理解可逆反应的内涵和特点,判断可逆反应进行到平衡状态。
重点:化学平衡状态的概念和特征、可逆反应的特点
难点:可逆反应的理解、化学平衡状态的特征
一、化学平衡含义
1.定义: 一定条件下,可逆反应里,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的状态。
2.内在本质:V正=V逆(≠0)
3、外在标志:反应混合物中各组分的浓度保持不变
二、平衡特征
1.逆:可逆反应
2.等:正反应速率等于逆反应速率
3.动:正逆反应均未停止,只是速率相等,是动态平衡
4.变:条件改变,原平衡被打破,在新的条件下建立新的平衡即平衡移动
三、例:在一定条件下的容积不变的密闭容器中,合成氨反应如下:
N2+3H2⇋2NH3(条件为高温高压和催化剂)
①如图a所示,N2与H2发生反应,随着反应的进行,体系中NH3的浓度逐渐增大,而N2和H2的浓度逐渐减小,从某一时刻开始,它们的浓度均不再改变。
②如图b所示,NH3发生分解反应,随着反应的进行,体系中N2与H2的浓度逐渐增大,而NH3的浓度逐渐减小,从某一时刻开始,它们的浓度均不再改变。
(2)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)化学平衡是一种动态平衡。
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)对于反应A(g)+B(g)⇌C(g)+D(g),压强不随着时间而变,说明反应已达到平衡状态( )
(2) 对于反应NO2(g)+SO2(g) ⇌ SO3(g) +NO(g), 当每消耗1 ml SO3的同时生成1mlNO2时,说明反应达到平衡状态。()
(3)对于反应A(g) +B(g) ⇌2C(g) +D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。( )
(4) 2H2O2 点 燃2H2↑ +O2↑为可逆反应。( )
【答案】 (1)× (2)× (3)× (4)×
考点1化学平衡状态的建立
若把某一可逆反应的反应物加入密闭容器中,其反应过程如下:
(1)反应刚开始时:反应物浓度最大,正反应速率最大,生成物浓度为0,逆反应速率为0。
(2)反应过程中:反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐减小,生成物浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大。
(3)反应到某一时刻,必然出现V正=v逆,即正反应消耗反应物的量与逆反应生成反应物的量相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化,此时就达到化学平衡状态,如图甲所示。若反应从逆向开始,化学平衡建立过程如图乙所示。
下列关于化学平衡状态的理解正确的是()
A.所有反应都存在平衡状态
B.反应物与生成物的浓度相等,这化学牛衡时反
C.正反应与逆反应停止进行
D.正反应和逆反应的速率相等
【答案】D
【解析】A项,只有可逆反应存在化学平衡状态;B项,反应物浓度和生成物浓度不变,而不是相等;C项,正逆反应仍在继续,没有停止,化学平衡是一种动态平衡。
故选:D
在一定条件下,使SO2和O2在一密闭容器中进行反应,下列说法中不正确的是( )
A.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零
B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变
C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变
D.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零
【答案】 A
【解析】反应物浓度不会减小为0,故正反应速率不会减小为0。
答案选A。
在200 ℃时,将a ml H2(g)和b ml I2(g)充入体积为V L的密闭容器中,发生反应:I2(g)+H2(g) 2HI(g)。(1)反应刚开始时,由于c(H2)=________,c(I2)=________,而c(HI)=________,所以化学反应速率________(填“V正”或“V逆”,下同)最大,而________最小(为零)。(2)随着反应的进行,反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),c(I2)________,而c(HI)________,从而化学反应速率V正________,而V逆________。(3)当反应进行到V正与V逆________时,此可逆反应就达到了平衡,若保持外界条件不变时,反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率等都将________。
【答案】(1)aV ml·L-1 bV ml·L-1 0 V正 V逆(2)减小 减小 增大 减小 增大(3)相等 不变
考点2化学平衡状态的特征与判断
一、标志一:V正=V逆≠0
1、用同一种物质来表示反应速率时:该物质的生成速率与消耗速率相等。即单位时间内生成与消耗某反应物(生成物)的量相等。
2、用不同种物质来表示反应速率时,必须符合两方面:
①表示两个不同的方向。
②速率之比化学方程式中相应的化学计量数之比。
二、标志二:变量不变
1、各组分浓度保持不变 (注意不是相等,也不是成一定的比值)
①各组分的物质的量或物质的量分数保持不变
②各组分的质量或质量分数保持不变
③各气体的体积或体积分数保持不变
特例:只有生成物有气体时,体积分数始终不变,不是变量
2、气体的平均相对分子质M
①M=m/n总,m取决于有无非气体n取决于气体系数差。
若各物质均为气体,m总为定值
以mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g) 为例
若m+n≠p+q n总为变量、M为变量,若M不变时,即为平衡状态
若m+n=p+q n总为定值M为定值 M不变时,不一定为平衡状态
②若有非气体参与 m总为变量即M为变量 ,M不变时,即为平衡状态。
若各物质均为气体且m+n≠p+q ,M不变时,即为平衡状态
若各物质均为气体,且m+n=p+q,M不变时,不一定为平衡状态
若有非气体参与 ,M不变时,即为平衡状态
3、气体密度ρ ρ=m/V总容器
若各物质均为气体则 m总为定值
以mA(g)+nB(g)=ρC(g)+qD(g) 为例
①恒容 ρ为定值, ρ不变时, 不一定为平衡状态
②恒压 若m+n≠p+q,V容器为变量,即ρ为变量 ρ不变时,一定为平衡状态
若m+n=ρ+qV容器为定值即ρ为定值量 ρ不变时,不一定为平衡状态
③若有非气体参与则 m总为变量
恒压或是恒容时ρ都为变量, ρ不变时, 一定为平衡状态
4、混合气体总压强
PV=nRT
因为恒容、恒温条件下,n(g)越大则压强P就越大,则无论各成份是否均为气体,只需考虑Δn(g)。
当△n(g)=0,则P为恒值,不一定是化学平衡状态。
当△n(g)≠0,则P一定时,一定是化学平衡状态。
5、体系的颜色和温度不变
1.一定温度下,在固定容积的密闭容器中,可逆反应:mA(s) + nB(g)= pC(g) +qD(g),当m、n、p、q为任意正整数时,下列状态:①体系的压强不再发生变化②体系的密度不再发生变化③各组分的物质的量浓度不再改变④各组分的质量分数不再改变⑤反应速VB:VC:VD=n:p:q其中,能说明反应已达到平衡的是( )
A.只有③④ B. 只有②③④ C. 只有①②③④ D.①②③④⑤
【答案】B
【解析】B.①恒温恒容条件下,气体压强与气体的物质的量成正比,如果n=p+q,则体系的压强始终不变,所以体系的压强不再发生变化时,反应没有达到平衡状态,故①错误;
②反应前后气体的总质量增大,容器体积不变,则体系的密度逐渐增大,当容器内体系的密度不再发生变化,反应达到平衡状态,故②正确:
③各组分的物质的量浓度不再改变,正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故③正确;
④各组分的质量分数不再改变,正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故④正确;
⑤无论反应是否达到平衡状态都存在“反应速率VB:Vc:VD=n:p:q”,不能据此判断平衡状态,故⑤错误;
故选:B。
可逆反应N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是( )
A.3V正(N2)=V正(H2) B.V正(N2) = V逆(NH3)
C.2V正(H2) =3V逆(NH3) D.V正(N2)= 3V逆(H2)
【答案】C
【解析】因化学反应达到平衡时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质)。
A、无论该反应是否达到平衡状态,都有3V正 (N2) = V正 (H2) , 故A错误;
B、反应达到平衡状态时,V正 (N2)与V逆 (NH3)之比等于1:2,故B错误;
C、反应达到平衡状态时,V正 (H2) : V逆 (NH3) = 3: 2, 故C正确;
D、反应达到平衡状态时,V正 (N2) : V逆(H2) =1:3,且没有注明正逆速率,故D错误;故选C.
答案选C。
对可逆反应4NH3(g)+5O2(g) 催化剂 △ 4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是( )
A.达到化学平衡时4V正(O2)=5V逆 (NO)
B.若单位时间内生成x mlNO的同时,消耗 x ml NH₃,则反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时,若增大容器容积,则正反应速率减小,逆反应速率增大
D.化学反应速率关系:2V正(NH3)=3V正(H2O)
【答案】A
【解析】根据反应速率之比等于化学计量数之比可知,4V正(O2) =5V逆(NO), 该反应达到化学平衡状态时V正(NO) =V逆(NO),即4V正(O2)=5V逆 (NO), A 正确;若单位时间内生成x ml NO的同时,消耗x mlNH,表示同方向的反应,不能说明正、逆反应速率相等,反应不一定达到化学平衡状态,B错误:达到化学平衡时,若增大容器容积,则各物质的浓度减小,正、逆反应速率均减小,C错误;根据反应速率之比等于化学计量数之比可知,3V正 (NH3) = 2V正(H2O),D错误。
【答案】A
1.可逆反应N2+3H2⇌2NH3在密闭容器中进行一段时间后,达到平衡状态。则下列说法中正确的是( )
A.N2、H2不再化合
B.N2、H2,NH3;浓度不再变化
C.N2 H2、NH3的速率之比为1:3:2
D,改变条件,N2、H2、NH3的浓度也不再变化
【答案】B
【解析】A.达到平衡时,正,逆反应仍在进行,只是正,逆反应速率相等,故A不选: B.达到平衡时,各组分的质量或浓度不再发生变化,故选B:
C.速率之比等于化学计量数之比,不能说明正反应速率等于道反应速率,因此不能说明反应是否达到平衡状态,故C不选:D.化学平衡是动态平衡,若条件改变引起平衡移动时,N:、H、NH的浓度会随之改变,故D不选:故选:B。
答案为B
2. 一个不传热的固定容积的密闭容器中发生可逆反应:mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)(m、n、p、q为任意整数)。下列不能作为达到平衡状态的标志的是( )
A.单位时间内有m ml A消耗,同时有p ml C生成
B.体系的温度不再改变
C.各组分的浓度不再改变
D.各组分的质量分数不再改变
【答案】A
【解析】A.单位时间内有m ml A消耗同时有p ml C生成均指正反应速率,不能作为达到平衡状态的标志,故符合题意;B.体系的温度随反应而变化,体系的温度不再改变时,达到平衡,不符合题意; C.平衡状态的直接标志是各组分的浓度不再改变,达到了平衡,不符合题意;D.各组分的质量分数不再改变,达到了平衡不符合题意;故选A。
3.在某恒压密闭容器中充入1mlCO和2mlH2,发生反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),下列说法中能够判断该反应一定处于平衡状态的是( )
A.单位时间内生成1mlCH3OH的同时消耗2mlH2
B.容器中CO与H2的体积之比恒定不变
C.容器中CO与CH3OH物质的之比为1:1
D.容器中混合气体的密度不随时间变化
【答案】D
【解析】A.单位时间内生成1mlCH3OH的同时消耗2mlH2,反应进行的方向相同,不一定达平衡状态,A不正确;B.反应前,容器中充入1mlCO和2mlH2,其物质的量之比等于化学计量数之比,不管反应进行到何种程度,CO与H2的体积之比始终为1:2,B不正确;C.容器中CO与CH3OH物质的之比为1:1,可能是反应进行过程中的某个阶段,不一定是平衡状态,C不正确;D.反应在恒压条件下进行,反应前后气体的分子数不等,则反应过程中气体的体积在不断发生改变,而混合气的总质量不变,所以平衡前混合气体的密度不断发生改变,当气体的密度不随时间变化时,反应达平衡状态,故D正确;
答案选D。
4.乙酸和乙醇发生酯化反应:CH3COOH+CH3CH2OH⇌CH3COOCH2CH3+H2O。起始时向某圆底烧瓶中加入浓硫酸和,反应达到平衡后,下列有关说法正确的是( )
A.反应需要加热,则说明该酯化反应为吸热反应
B.反应达到平衡后的物质的量不可能为0.008ml
C.加入反应一段时间后,反应混合物分子中均含
D.和分子中均含时,说明该反应已达平衡状态
【答案】B
【解析】反应的吸热、放热与反应条件无关,故A错误;B.由用量可知乙酸过量,若乙醇完全反应消耗CH3COOH的物质的量为0.04ml,则剩余CH3COOH的物质的量为0.01ml,因该反应为可逆反应,反应物不能完全消耗,则试剂消耗CH3COOH的物质的量小于0.04ml,平衡后CH3COOH的物质的量大于0.01ml,因此不可能为0.008ml,故B正确;C.酸醇酯化时,酸脱羟基醇脱羟基氢,因此加入CH3CH2 18OH后,反应混合物中只有CH3CH2 18OH和乙酸乙酯中存在18O,故C错误;D.由上述解析可知CH3CH2OH和CH3COOCH2CH3分子中始终含有18O,不能据此判断平衡状态,故D错误;故选:B。
故选B。
5. 温度下,在容积为V L的密闭容器中进行反应:aN(g) ⇌bM(g),M、N的物质的量随时间的变化曲线如图所示:
(1)此反应的化学方程式中= 。
(2)t1到t2时刻,以M的浓度变化表示的平均反应速率为 。
(3)下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是___________。
A.反应中M与N的物质的量之比为1∶1
B.混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D.单位时间内每消耗a ml N,同时生成b ml M
【答案】 (1)2
(2)1(t2−t1)Vml·L-1·min-1
(3)C
【解析】(1)t2时,ab = ∆n(N)∆n(M) = (8−4)ml(4−2)ml = 2;
v(M)= (4−3)ml(t2−t1)min×VL = 1(t2−t1)V ml·L-1·min-1;
(3)该反应反应前后气体体积发生改变,因此其总物质的量会发生改变,当总物质的量不变时达到平衡状态。
6. 硫代硫酸钠是重要的化工原料,易溶于水。实验室中探究与某些金属阳离子的氧化还原反应情况。
资料:i.(紫黑色) ;
ii.为白色沉淀,;
。
回答下列问题:
探究一
(1)根据实验①的现象,初步判断最终被还原为,通过 (填操作、试剂和现象),进一步证实生成了。进一步实验证明最终被氧化为,该过程总反应的化学方程式为 。
(2)氧化性:(同浓度)。但实验②中未发生氧化还原反应的原因是 。
探究二
(3)实验③中黑色沉淀可能为或。通过 (填操作、试剂和现象),进一步证实生成了。白色絮状沉淀变为黑色沉淀的化学方程式为 。
(4)将溶液逐滴滴入溶液中至过量,该过程可观察到的实验现象为 。
【答案】(1) 取反应后的混合液少量并加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,则有Fe2+生成2Fe(NO3)3+2Na2S2O3=2Fe(NO3)2+2NaNO3+Na2S4O6 (2)Ag+与S2O2- 3生成稳定的配合物,浓度降低,Ag+的氧化性和S2O2- 3-的还原性减弱
(3) 取少量固体于试管中,加入稀硝酸,固体溶解,产生无色气体,在试管口变为红色gS2O3+H2O=Ag2S+H2SO4
(4)开始滴加一段时间后,生成白色沉淀,白色沉淀最终变为黑色沉淀
【解析】(1)实验①的现象是混合后溶液先变成紫黑色,30s后溶液几乎变为无色,取反应后的混合液少量并加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,则有Fe2+生成,可判断为Fe3+被S2O2- 3还原为Fe2+,S2O2- 3最终被氧化为S4O2- 6,该过程总反应的化学方程式为:2Fe(NO3)3+2Na2S2O3=2Fe(NO3)2+2NaNO3+Na2S4O6 ,答案为:取反应后的混合液少量并加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,则有Fe2+生成,2Fe(NO3)3+2Na2S2O3=2Fe(NO3)2+2NaNO3+Na2S4O6;
(2)同浓度氧化性:Ag+>Fe3+,但实验②未发生Ag+与S2O2- 3之间的氧化还原反应,结合实验现象先生成白色絮状沉淀,振荡后,沉淀溶解,得到无色溶液,说明Ag+与S2O2- 3生成稳定的配合物,浓度降低,Ag+的氧化性和S2O2- 3的还原性减弱,故答案为:Ag+与S2O2- 3生成稳定的配合物,浓度降低,Ag+的氧化性和S2O2- 3的还原性减弱;
(3)若是Ag2S则可以被硝酸氧化,所以通过检验硝酸的还原产物一氧化氮来检验Ag2S,具体操作:取少量固体于试管中,加入稀硝酸,固体溶解,产生无色气体,在试管口变为红色,白色絮状沉淀变为黑色沉淀的说明硫元素一部分转变为硫化银,硫的化合价降低到-2价,另一部分化合价升高到+6价生成硫酸,化学方程式为:
AgS2O3+H2O=Ag2S+H2SO4 ,答案为:取少量固体于试管中,加入稀硝酸,固体溶解,产生无色气体,在试管口变为红色;AgS2O3+H2O=Ag2S+H2SO4;
(4)将0.1ml·L-1AgNO3溶液逐滴滴入2mL 0.1ml·L-1 Na2S2O3溶液中至过量,开始滴加一段时间后,生成白色沉淀,随着滴入量的增加白色沉淀最终变为黑色沉淀,答案为:开始滴加一段时间后,生成白色沉淀,白色沉淀最终变为黑色沉淀。装置
编号
试剂X
实验现象
①
溶液
混合后溶液先变成紫黑色,后溶液几乎变为无色
②
溶液
一段时间后,生成白色沉淀,振荡后,沉淀溶解,得到无色溶液
装置
编号
试剂X
实验现象
③
溶液
立即生成白色絮状沉淀,沉淀很快变为黑色沉淀。
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