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高中鲁科版 (2019)第3节 化学反应的快慢和限度教案配套课件ppt
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这是一份高中鲁科版 (2019)第3节 化学反应的快慢和限度教案配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了可逆反应，吸热反应，放热反应，反应物浓度，课堂回眸，③④⑤等内容，欢迎下载使用。
一、可逆反应1.含义:在相同条件下,能同时向_______两个方向进行的反应。2.表示:用“______”连接反应物和生成物。
【情境·思考】氨气和氯化氢气体常温下就能反应生成氯化铵固体,氯化铵固体在加热的条件下也能生成氨气和氯化氢气体,二者是不是可逆反应?为什么?
提示:不是。因为二者反应的条件不同。
二、化学平衡状态1.含义:在一定条件下_________进行到一定程度时,反应物和生成物的_____不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率_____,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
2.化学平衡状态的建立(正向建立平衡)
【巧判断】(1)化学平衡状态时各物质的浓度相等。( )提示:×。化学平衡状态时各物质的浓度不变而不是相等。
(2)化学反应达到平衡时,各物质的反应速率均相等。( )提示:×。化学反应达到平衡时,各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。
(3)化学反应的限度与时间的长短无关。( )提示:√。化学反应达到一定的限度后,如果条件不变,化学反应的限度不变。
三、化学平衡移动1.探究温度对化学平衡的影响
2.化学平衡移动已达化学平衡的可逆反应中,当条件改变时,原来的化学平衡被破坏,并在新的条件下建立起新的化学平衡的过程。
3.影响化学平衡的因素(1)温度:气体条件不变时,升高温度,平衡向_____反应的方向移动;降低温度,平衡向_____反应的方向移动。(2)其他因素:除温度外,___________、_____(有气体参加的可逆反应)等外界条件的改变也可以使化学平衡发生移动。
【情境·思考】可乐和雪碧中都溶解了二氧化碳,当打开可乐或雪碧时,会看到有大量气泡产生,为什么?
提示:可乐中溶解有二氧化碳气体,二氧化碳与水反应的方程式为CO2+H2O H2CO3 ,打开瓶塞,压强减小,平衡向生成二氧化碳的方向移动,因此有大量气体冒出。
【巧判断】(1)往平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅。( )提示:×。可逆反应的离子方程式为Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,钾离子和氯离子的浓度变化与平衡体系没有关系,所以平衡不移动,溶液颜色也不变浅。
(2)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。( )提示:√。如A和B反应,增加反应物A的浓度,A的转化率要降低,B的转化率增大。
(3)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动。( )提示:×。化学平衡发生移动,说明v正不再等于v逆,速率一定发生变化,但如果速率发生变化,如果v正与v逆仍然相等,平衡并不移动。
知识点一 化学平衡状态的判断【重点释疑】1.直接标志(1)v(正)=v(逆)①同一种物质的生成速率等于消耗速率
②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③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①各组分的浓度不随时间的改变而改变②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)恒温恒容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)恒温恒压条件下,混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等且无固体、液体参与或生成的反应)。
(3)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。(4)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。(5)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
【方法规律】判断化学平衡状态的两个标志(1)“动态标志”即“速率标志”,指的是当用同种物质表示时,只要符合v(正)=v(逆),或者说在相同的时间内,某物质的生成量=某物质的消耗量;当用不同的物质表示时,要注意表明不同方向的反应速率,即正逆两个方向;再就是根据某物质的反应速率和化学计量数,求算出另外一种物质的反应速率,只要满足同种物质的v(正)=v(逆)即可。
(2)“静态标志”指的是反应体系中,各物质物质的量浓度、质量分数等不变,而不是各物质的浓度相等或分子数满足一定的关系,这一点极具迷惑性。
【思考·讨论】(1)在密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时,能否说明该反应达到化学平衡状态?提示:不能,因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。
(2)对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:2SO2+O2 2SO3,当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度一定时呢?提示:压强恒定时,反应一定达到平衡,因为压强恒定,说明各气体的物质的量恒定;但密度恒定时,不一定达到平衡,因为气体的总质量守恒,容积不变,密度在任何时刻都不变。
(3)对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:H2+I2 2HI,当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度或混合气体平均相对分子质量一定时呢?提示:均不一定,因为该反应在反应前后气体的物质的量不变,所以压强、密度、混合气体平均相对分子质量均不变。
【案例示范】【典例】(2019·福州高一检测)一定条件下,可逆反应N2+3H2 2NH3达到化学平衡状态,下列说法一定正确的是( )A.每1 ml N≡N断裂的同时有2 ml N—H生成B.N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2C.N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2D.气体体积为初始体积的
【思维建模】解答判断平衡状态问题的思维流程如下:
【解析】选C。反应速率之比是相应的物质化学计量数之比,根据方程式可知,每1 ml N≡N断裂的同时有6 ml N—H生成,A不正确;平衡时物质的浓度不再发生变化,但各物质的浓度之间不一定相等或满足某种关系,B不正确;达到平衡状态时正逆反应速率相等,则N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2,C正确;不知道转化率,则不能确定气体体积和初始体积的关系,D不正确。
【母题追问】(1)如果在恒温恒压条件下反应的压强不变,是否能判断反应达到平衡?提示:不能。恒压说明压强是个恒量,所以不能说明反应达到平衡。
(2)不管任何条件,如果氨气的浓度不再发生变化,是否能说明反应达到平衡?提示:能。浓度不变说明反应达到一定限度,说明反应达到平衡。
【规律方法】化学平衡状态判断的依据
【迁移·应用】1.(2019·莱芜高一检测)下列说法可充分说明反应P(g)+Q(g) S(g)+R(g)在恒温恒容密闭容器中已达平衡的是( )A.容器里P、Q、R和S四种物质共存B.容器里Q和R的体积分数不再变化C.容器内气体压强、密度不随时间变化D.同一时间内生成n ml P同时生成n ml Q
【解析】选B。可逆反应的平衡状态,即反应物和生成物的浓度不再随时间的变化而变化,正反应速率与逆反应速率相等的状态。该反应只要开始以后,必定P、Q、R和S四种物质共存,故A不能说明反应已达平衡状态。容器容积不变,气体Q和R的体积分数不再变化,即Q和R的浓度不变,P和S的浓度也不变,故B说明反应已达
平衡状态。该反应在平衡前后各气体的总物质的量不变,又因为容器容积不变,则在达到平衡前后气体压强不变;该反应在平衡前后气体的总质量不变,又因为容器容积不变,则在达到平衡前后气体密度不变,故C不能说明反应已达平衡状态。D项只描述了逆反应,没有指明正反应的情况,故不能说明反应已达平衡状态。
2.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 ml H2,同时就有n ml HI生成B.单位时间内有n ml H2生成,同时就有n ml 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
【解析】选D。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 ml H2的同时应有2n ml HI生成,因此A选项并没有达到化学平衡。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。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,根据化学方程式的化学计量数关系,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。
【补偿训练】在一定温度下某密闭容器中,加入1 ml A、3 ml B、2 ml C和2 ml D,发生反应:mA(g)+nB(g) xC(g)+yD(s),各物质的物质的量随着时间的变化如图所示,则当下列条件成立时,能说明反应已经达到平衡状态的是:①C的生成速率与C的分解速率相等;②v正(A)=
2v逆(C);③A、B、C的浓度不再变化;④反应物的转化率不再变化;⑤混合气体的压强不再变化;⑥混合气体的物质的量不再变化;⑦单位时间内消耗a ml A,同时生成3a ml B;⑧A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2( )A.①②③④⑤⑥⑦B.①③④⑤⑥⑦C.①③④⑥⑦D.①③⑤⑥⑦⑧
【解析】选B。反应的化学方程式为A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s),①C的生成速率与C的分解速率相等,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;②当2v正(A)=v逆(C)时,正、逆反应速率相等,所以v正(A)=2v逆(C),不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态,故错误;③A、B、C的浓度不再变化,
说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;④反应物的转化率不再变化,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;⑤反应前后气体物质的量不同,混合气体的压强不再变化,说明各组分浓度不变,反应达到平衡状态,故正确;⑥反应前后气体物质的量不同,混合气体的物质的量不再变化,说明各组分浓度
不变,反应达到平衡状态,故正确;⑦单位时间内消耗a ml A,同时生成3a ml B,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;⑧反应平衡后,各物质的分子数不变,不一定等于其化学计量数之比,这和加入的物质的多少以及反应程度有关,所以A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2,不能说明反应达到平衡状态,故错误。
知识点二 化学反应速率与化学平衡的关系【重点释疑】1.化学反应速率与化学平衡的比较
2.化学平衡的移动可以用下列图示理解:
【易错提醒】化学平衡移动的几个易错点(1)可逆反应只有达到平衡后才会有平衡的移动,在没达到平衡之前是化学平衡的建立过程,不是化学平衡的移动。(2)平衡移动的本质是不同程度地改变了v(正)和v(逆),故化学反应速率改变,化学平衡不一定移动,但化学平衡发生了移动,则化学反应速率一定改变。
(3)由于任何化学反应都伴有热效应,因此,对于可逆反应达到平衡状态后只要改变体系的温度,化学平衡一定发生移动,移动的方向取决于反应是放热还是吸热。(4)由于催化剂可同等程度地改变v(正)和v(逆),故催化剂不会使化学平衡发生移动。
【思考·讨论】(1)对于所有的可逆反应,温度升高,v正、v逆如何改变?平衡一定移动吗?提示:温度升高,v正、v逆一定都增大,平衡一定移动,且平衡向吸热的方向移动。
(2)对于可逆反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),加压时v正、v逆如何变化?平衡是否移动?加入催化剂呢?提示:加压时v正、v逆二者都增大,但平衡不移动;加入催化剂时二者也同幅度增大,平衡也不移动。
【案例示范】【典例】(2019·泰安高一检测)红信石就是三氧化二砷的一种天然矿物,加工以后就是著名的砒霜。砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。
298 K时,将20 mL 3x ml·L-1Na3AsO3、20 mL 3x ml·L-1I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应: (aq)+I2(aq)+2OH-(aq) (aq)+2I-(aq)+ H2O(l)。溶液中c( )与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。 a.溶液的pH不再变化 b.v(I-)=2v( )c.c( )/c ( )不再变化 d.c(I-)=y ml·L-1
(2)tm时,v正和v逆谁大?(3)tm时v逆和tn时v逆谁大?理由是什么?
【解析】(1)pH不再变化,则c(OH-)不变,反应处于化学平衡状态,故a正确;根据各物质的反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比,v(I-)=2v( )始终成立,不能作为平衡状态的判断依据,故b错误;达到平衡时各物质的浓度保持不变,即c( )/c( )不
再变化,反应处于平衡状态,故c正确;达到平衡时c( )=y ml·L-1,c(I-)=2y ml·L-1,故d错误。(2)tm时平衡向正反应方向移动,v正>v逆。(3)由图可知,tm时 浓度比tn时小,所以tm时的逆反应速率小于tn时的逆反应速率。
答案:(1)ac (2)v正大于v逆 (3)tm时v逆小于tn时v逆,tm时生成物浓度较低
【迁移·应用】1.(2019·德州高一检测)一定温度下,可逆反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)达到平衡状态的标志是( )A.单位时间内生成n ml A2,同时生成n ml ABB.单位时间内生成2n ml AB的同时生成n ml B2C.体系内的总压不随时间变化D.单位时间内生成n ml A2的同时,生成n ml B2
【解析】选B。单位时间内生成n ml A2,同时生成n ml AB,正逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,故A项错误;单位时间内生成2n ml AB的同时生成n ml B2,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故B项正确;反应前后气体体积相等,所以压强不变不能说明各组分浓度不变,反应不一定达到平衡状态,故C项错误;单位时间内生成n ml A2的同时,生成n ml B2,都是逆反应方向,无法证明是否达到平衡状态,故D项错误。
2.一定条件下,0.3 ml X(g)与0.3 ml Y(g)在体积为1 L的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g),下列示意图合理的是( )
【解析】选D。X减少0.1 ml,消耗Y 0.3 ml,生成Z 0.2 ml,当达到平衡时X、Z的物质的量相同,但反应是可逆反应不能进行彻底,图象不符合反应达到平衡状态,故A不符合;反应速率之比等于化学方程式计量数之比,2v正(X)=v逆(Z),此时反应达到平衡状态,v正(X)=v逆(Z),不能说明反应达到平衡状态,故B不符合;Y消耗
0.1 ml,生成Z物质的量为0.1 ml,图象中反应的定量关系不符合反应比,故C不符合;Y减少0.15 ml, Z增加0.1 ml,二者物质的量变化之比为0.15∶0.1=3∶2,与方程式的化学计量数一致,图象符合,故D符合。
【补偿训练】 可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)正在逆向进行时,正反应速率和逆反应速率的大小是( )A.v正>v逆B.v正
2.实例(1)化学平衡状态的建立过程
(2)在体积固定的容器中,对于反应A(g)+B(g) 3C(g)(正反应为放热反应),下列叙述为平衡状态标志的是____________。①单位时间内A、B生成C的分子数与分解C的分子数相等②外界条件不变时,A、B、C浓度不随时间变化而变化③体系温度不再变化④体系的压强不再变化⑤体系的分子总数不再变化
【素养迁移】1.(2018·天津学考)在高温、高压和有催化剂的恒容密闭容器中进行反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列叙述正确的是( )A.在上述条件下,N2能全部转化为NH3B.使用合适的催化剂是为了提高H2的转化率C.达到平衡时,体系中各物质的浓度一定相等D.当正反应速率等于逆反应速率且不为零时,该反应达到平衡
【解析】选D。由于此反应为可逆反应,因此N2不可能完全转化为NH3,故A项错误;催化剂只能加快反应速率,不能改变平衡状态,故B项错误;达到化学平衡后,体系中各组分的浓度不再发生改变而不是相等,故C项错误;可逆反应进行到正逆反应速率相等时就达到了化学平衡状态,故D项正确。
2.下列关于提高燃料燃烧效率的说法,不正确的是( )A.空气量越多越好B.应通入适量的空气C.固体燃料燃烧前最好粉碎D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出
【解析】选A。燃料燃烧时,把固体粉碎或液体雾化都是为了增大与空气的接触面积以利于充分燃烧,而空气的量要适当,因为空气量过多,会带走一部分热量。
3.随着人们生活水平的逐渐提高,小轿车已经走进了千家万户。但是汽车尾气的排放会带来一定的环境问题,如光化学烟雾、酸雨等,因此汽车尾气无害化处理成为环境化学工作者的一个重要课题。
已知汽车尾气中的NO和CO气体在一定条件下可以发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。则下列说法不正确的是( )A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡
【解析】选A。升温,无论是正反应,还是逆反应,反应速率均加快,A项错误;催化剂可以加快化学反应速率,B项正确;达到平衡后,各物质的反应速率保持不变,C项正确;由于CO和CO2的化学计量数相等,故当两者单位时间内消耗的物质的量相等时,反应即达到平衡,D项正确。
4.请从化学反应快慢的角度解释人们为什么使用电冰箱保存食物?
提示:食物腐败是因为发生了化学反应,在其他条件相同时,温度越低,化学反应速率越慢,人们用电冰箱把食物放置在低温下保存,以减缓食物的腐败。
5.受条件的限制,现在农村还有很多地方以燃烧木柴取暖、做饭。刚开始生火火不旺时经常用扇子往炉灶里扇气,请从化学反应原理的角度给以解释。
提示:增加氧气的浓度,提高燃烧的速率。
6.合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工业的原料,为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。合成氨的热化学方程式是N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应是放热反应。
(1)试从影响反应速率的条件角度探究应该选择怎样的反应条件?提示:一般来说,为了提高生产效率,应加快化学反应速率,所以从反应速率的角度应该选择高温、高压、高浓度、催化剂。
(2)试从影响反应限度的条件角度探究应该选择怎样的反应条件?提示:根据合成氨反应的特点,为了提高原料的转化率,要让反应向正反应方向移动,需要低温、高压、增大反应物浓度或减少生成物浓度。
一、可逆反应1.含义:在相同条件下,能同时向_______两个方向进行的反应。2.表示:用“______”连接反应物和生成物。
【情境·思考】氨气和氯化氢气体常温下就能反应生成氯化铵固体,氯化铵固体在加热的条件下也能生成氨气和氯化氢气体,二者是不是可逆反应?为什么?
提示:不是。因为二者反应的条件不同。
二、化学平衡状态1.含义:在一定条件下_________进行到一定程度时,反应物和生成物的_____不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率_____,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
2.化学平衡状态的建立(正向建立平衡)
【巧判断】(1)化学平衡状态时各物质的浓度相等。( )提示:×。化学平衡状态时各物质的浓度不变而不是相等。
(2)化学反应达到平衡时,各物质的反应速率均相等。( )提示:×。化学反应达到平衡时,各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。
(3)化学反应的限度与时间的长短无关。( )提示:√。化学反应达到一定的限度后,如果条件不变,化学反应的限度不变。
三、化学平衡移动1.探究温度对化学平衡的影响
2.化学平衡移动已达化学平衡的可逆反应中,当条件改变时,原来的化学平衡被破坏,并在新的条件下建立起新的化学平衡的过程。
3.影响化学平衡的因素(1)温度:气体条件不变时,升高温度,平衡向_____反应的方向移动;降低温度,平衡向_____反应的方向移动。(2)其他因素:除温度外,___________、_____(有气体参加的可逆反应)等外界条件的改变也可以使化学平衡发生移动。
【情境·思考】可乐和雪碧中都溶解了二氧化碳,当打开可乐或雪碧时,会看到有大量气泡产生,为什么?
提示:可乐中溶解有二氧化碳气体,二氧化碳与水反应的方程式为CO2+H2O H2CO3 ,打开瓶塞,压强减小,平衡向生成二氧化碳的方向移动,因此有大量气体冒出。
【巧判断】(1)往平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅。( )提示:×。可逆反应的离子方程式为Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,钾离子和氯离子的浓度变化与平衡体系没有关系,所以平衡不移动,溶液颜色也不变浅。
(2)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。( )提示:√。如A和B反应,增加反应物A的浓度,A的转化率要降低,B的转化率增大。
(3)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动。( )提示:×。化学平衡发生移动,说明v正不再等于v逆,速率一定发生变化,但如果速率发生变化,如果v正与v逆仍然相等,平衡并不移动。
知识点一 化学平衡状态的判断【重点释疑】1.直接标志(1)v(正)=v(逆)①同一种物质的生成速率等于消耗速率
②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③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①各组分的浓度不随时间的改变而改变②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)恒温恒容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)恒温恒压条件下,混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等且无固体、液体参与或生成的反应)。
(3)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。(4)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。(5)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
【方法规律】判断化学平衡状态的两个标志(1)“动态标志”即“速率标志”,指的是当用同种物质表示时,只要符合v(正)=v(逆),或者说在相同的时间内,某物质的生成量=某物质的消耗量;当用不同的物质表示时,要注意表明不同方向的反应速率,即正逆两个方向;再就是根据某物质的反应速率和化学计量数,求算出另外一种物质的反应速率,只要满足同种物质的v(正)=v(逆)即可。
(2)“静态标志”指的是反应体系中,各物质物质的量浓度、质量分数等不变,而不是各物质的浓度相等或分子数满足一定的关系,这一点极具迷惑性。
【思考·讨论】(1)在密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时,能否说明该反应达到化学平衡状态?提示:不能,因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。
(2)对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:2SO2+O2 2SO3,当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度一定时呢?提示:压强恒定时,反应一定达到平衡,因为压强恒定,说明各气体的物质的量恒定;但密度恒定时,不一定达到平衡,因为气体的总质量守恒,容积不变,密度在任何时刻都不变。
(3)对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:H2+I2 2HI,当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度或混合气体平均相对分子质量一定时呢?提示:均不一定,因为该反应在反应前后气体的物质的量不变,所以压强、密度、混合气体平均相对分子质量均不变。
【案例示范】【典例】(2019·福州高一检测)一定条件下,可逆反应N2+3H2 2NH3达到化学平衡状态,下列说法一定正确的是( )A.每1 ml N≡N断裂的同时有2 ml N—H生成B.N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2C.N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2D.气体体积为初始体积的
【思维建模】解答判断平衡状态问题的思维流程如下:
【解析】选C。反应速率之比是相应的物质化学计量数之比,根据方程式可知,每1 ml N≡N断裂的同时有6 ml N—H生成,A不正确;平衡时物质的浓度不再发生变化,但各物质的浓度之间不一定相等或满足某种关系,B不正确;达到平衡状态时正逆反应速率相等,则N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2,C正确;不知道转化率,则不能确定气体体积和初始体积的关系,D不正确。
【母题追问】(1)如果在恒温恒压条件下反应的压强不变,是否能判断反应达到平衡?提示:不能。恒压说明压强是个恒量,所以不能说明反应达到平衡。
(2)不管任何条件,如果氨气的浓度不再发生变化,是否能说明反应达到平衡?提示:能。浓度不变说明反应达到一定限度,说明反应达到平衡。
【规律方法】化学平衡状态判断的依据
【迁移·应用】1.(2019·莱芜高一检测)下列说法可充分说明反应P(g)+Q(g) S(g)+R(g)在恒温恒容密闭容器中已达平衡的是( )A.容器里P、Q、R和S四种物质共存B.容器里Q和R的体积分数不再变化C.容器内气体压强、密度不随时间变化D.同一时间内生成n ml P同时生成n ml Q
【解析】选B。可逆反应的平衡状态,即反应物和生成物的浓度不再随时间的变化而变化,正反应速率与逆反应速率相等的状态。该反应只要开始以后,必定P、Q、R和S四种物质共存,故A不能说明反应已达平衡状态。容器容积不变,气体Q和R的体积分数不再变化,即Q和R的浓度不变,P和S的浓度也不变,故B说明反应已达
平衡状态。该反应在平衡前后各气体的总物质的量不变,又因为容器容积不变,则在达到平衡前后气体压强不变;该反应在平衡前后气体的总质量不变,又因为容器容积不变,则在达到平衡前后气体密度不变,故C不能说明反应已达平衡状态。D项只描述了逆反应,没有指明正反应的情况,故不能说明反应已达平衡状态。
2.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 ml H2,同时就有n ml HI生成B.单位时间内有n ml H2生成,同时就有n ml 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
【解析】选D。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 ml H2的同时应有2n ml HI生成,因此A选项并没有达到化学平衡。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。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,根据化学方程式的化学计量数关系,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。
【补偿训练】在一定温度下某密闭容器中,加入1 ml A、3 ml B、2 ml C和2 ml D,发生反应:mA(g)+nB(g) xC(g)+yD(s),各物质的物质的量随着时间的变化如图所示,则当下列条件成立时,能说明反应已经达到平衡状态的是:①C的生成速率与C的分解速率相等;②v正(A)=
2v逆(C);③A、B、C的浓度不再变化;④反应物的转化率不再变化;⑤混合气体的压强不再变化;⑥混合气体的物质的量不再变化;⑦单位时间内消耗a ml A,同时生成3a ml B;⑧A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2( )A.①②③④⑤⑥⑦B.①③④⑤⑥⑦C.①③④⑥⑦D.①③⑤⑥⑦⑧
【解析】选B。反应的化学方程式为A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s),①C的生成速率与C的分解速率相等,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;②当2v正(A)=v逆(C)时,正、逆反应速率相等,所以v正(A)=2v逆(C),不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态,故错误;③A、B、C的浓度不再变化,
说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;④反应物的转化率不再变化,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;⑤反应前后气体物质的量不同,混合气体的压强不再变化,说明各组分浓度不变,反应达到平衡状态,故正确;⑥反应前后气体物质的量不同,混合气体的物质的量不再变化,说明各组分浓度
不变,反应达到平衡状态,故正确;⑦单位时间内消耗a ml A,同时生成3a ml B,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;⑧反应平衡后,各物质的分子数不变,不一定等于其化学计量数之比,这和加入的物质的多少以及反应程度有关,所以A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2,不能说明反应达到平衡状态,故错误。
知识点二 化学反应速率与化学平衡的关系【重点释疑】1.化学反应速率与化学平衡的比较
2.化学平衡的移动可以用下列图示理解:
【易错提醒】化学平衡移动的几个易错点(1)可逆反应只有达到平衡后才会有平衡的移动,在没达到平衡之前是化学平衡的建立过程,不是化学平衡的移动。(2)平衡移动的本质是不同程度地改变了v(正)和v(逆),故化学反应速率改变,化学平衡不一定移动,但化学平衡发生了移动,则化学反应速率一定改变。
(3)由于任何化学反应都伴有热效应,因此,对于可逆反应达到平衡状态后只要改变体系的温度,化学平衡一定发生移动,移动的方向取决于反应是放热还是吸热。(4)由于催化剂可同等程度地改变v(正)和v(逆),故催化剂不会使化学平衡发生移动。
【思考·讨论】(1)对于所有的可逆反应,温度升高,v正、v逆如何改变?平衡一定移动吗?提示:温度升高,v正、v逆一定都增大,平衡一定移动,且平衡向吸热的方向移动。
(2)对于可逆反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),加压时v正、v逆如何变化?平衡是否移动?加入催化剂呢?提示:加压时v正、v逆二者都增大,但平衡不移动;加入催化剂时二者也同幅度增大,平衡也不移动。
【案例示范】【典例】(2019·泰安高一检测)红信石就是三氧化二砷的一种天然矿物,加工以后就是著名的砒霜。砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。
298 K时,将20 mL 3x ml·L-1Na3AsO3、20 mL 3x ml·L-1I2和20 mL NaOH溶液混合,发生反应: (aq)+I2(aq)+2OH-(aq) (aq)+2I-(aq)+ H2O(l)。溶液中c( )与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。 a.溶液的pH不再变化 b.v(I-)=2v( )c.c( )/c ( )不再变化 d.c(I-)=y ml·L-1
(2)tm时,v正和v逆谁大?(3)tm时v逆和tn时v逆谁大?理由是什么?
【解析】(1)pH不再变化,则c(OH-)不变,反应处于化学平衡状态,故a正确;根据各物质的反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比,v(I-)=2v( )始终成立,不能作为平衡状态的判断依据,故b错误;达到平衡时各物质的浓度保持不变,即c( )/c( )不
再变化,反应处于平衡状态,故c正确;达到平衡时c( )=y ml·L-1,c(I-)=2y ml·L-1,故d错误。(2)tm时平衡向正反应方向移动,v正>v逆。(3)由图可知,tm时 浓度比tn时小,所以tm时的逆反应速率小于tn时的逆反应速率。
答案:(1)ac (2)v正大于v逆 (3)tm时v逆小于tn时v逆,tm时生成物浓度较低
【迁移·应用】1.(2019·德州高一检测)一定温度下,可逆反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)达到平衡状态的标志是( )A.单位时间内生成n ml A2,同时生成n ml ABB.单位时间内生成2n ml AB的同时生成n ml B2C.体系内的总压不随时间变化D.单位时间内生成n ml A2的同时,生成n ml B2
【解析】选B。单位时间内生成n ml A2,同时生成n ml AB,正逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,故A项错误;单位时间内生成2n ml AB的同时生成n ml B2,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故B项正确;反应前后气体体积相等,所以压强不变不能说明各组分浓度不变,反应不一定达到平衡状态,故C项错误;单位时间内生成n ml A2的同时,生成n ml B2,都是逆反应方向,无法证明是否达到平衡状态,故D项错误。
2.一定条件下,0.3 ml X(g)与0.3 ml Y(g)在体积为1 L的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g),下列示意图合理的是( )
【解析】选D。X减少0.1 ml,消耗Y 0.3 ml,生成Z 0.2 ml,当达到平衡时X、Z的物质的量相同,但反应是可逆反应不能进行彻底,图象不符合反应达到平衡状态,故A不符合;反应速率之比等于化学方程式计量数之比,2v正(X)=v逆(Z),此时反应达到平衡状态,v正(X)=v逆(Z),不能说明反应达到平衡状态,故B不符合;Y消耗
0.1 ml,生成Z物质的量为0.1 ml,图象中反应的定量关系不符合反应比,故C不符合;Y减少0.15 ml, Z增加0.1 ml,二者物质的量变化之比为0.15∶0.1=3∶2,与方程式的化学计量数一致,图象符合,故D符合。
【补偿训练】 可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)正在逆向进行时,正反应速率和逆反应速率的大小是( )A.v正>v逆B.v正
2.实例(1)化学平衡状态的建立过程
(2)在体积固定的容器中,对于反应A(g)+B(g) 3C(g)(正反应为放热反应),下列叙述为平衡状态标志的是____________。①单位时间内A、B生成C的分子数与分解C的分子数相等②外界条件不变时,A、B、C浓度不随时间变化而变化③体系温度不再变化④体系的压强不再变化⑤体系的分子总数不再变化
【素养迁移】1.(2018·天津学考)在高温、高压和有催化剂的恒容密闭容器中进行反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列叙述正确的是( )A.在上述条件下,N2能全部转化为NH3B.使用合适的催化剂是为了提高H2的转化率C.达到平衡时,体系中各物质的浓度一定相等D.当正反应速率等于逆反应速率且不为零时,该反应达到平衡
【解析】选D。由于此反应为可逆反应,因此N2不可能完全转化为NH3,故A项错误;催化剂只能加快反应速率,不能改变平衡状态,故B项错误;达到化学平衡后,体系中各组分的浓度不再发生改变而不是相等,故C项错误;可逆反应进行到正逆反应速率相等时就达到了化学平衡状态,故D项正确。
2.下列关于提高燃料燃烧效率的说法,不正确的是( )A.空气量越多越好B.应通入适量的空气C.固体燃料燃烧前最好粉碎D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出
【解析】选A。燃料燃烧时,把固体粉碎或液体雾化都是为了增大与空气的接触面积以利于充分燃烧,而空气的量要适当,因为空气量过多,会带走一部分热量。
3.随着人们生活水平的逐渐提高,小轿车已经走进了千家万户。但是汽车尾气的排放会带来一定的环境问题,如光化学烟雾、酸雨等,因此汽车尾气无害化处理成为环境化学工作者的一个重要课题。
已知汽车尾气中的NO和CO气体在一定条件下可以发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。则下列说法不正确的是( )A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡
【解析】选A。升温,无论是正反应,还是逆反应,反应速率均加快,A项错误;催化剂可以加快化学反应速率,B项正确;达到平衡后,各物质的反应速率保持不变,C项正确;由于CO和CO2的化学计量数相等,故当两者单位时间内消耗的物质的量相等时,反应即达到平衡,D项正确。
4.请从化学反应快慢的角度解释人们为什么使用电冰箱保存食物?
提示:食物腐败是因为发生了化学反应,在其他条件相同时,温度越低,化学反应速率越慢,人们用电冰箱把食物放置在低温下保存,以减缓食物的腐败。
5.受条件的限制,现在农村还有很多地方以燃烧木柴取暖、做饭。刚开始生火火不旺时经常用扇子往炉灶里扇气,请从化学反应原理的角度给以解释。
提示:增加氧气的浓度,提高燃烧的速率。
6.合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工业的原料,为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。合成氨的热化学方程式是N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应是放热反应。
(1)试从影响反应速率的条件角度探究应该选择怎样的反应条件?提示:一般来说,为了提高生产效率,应加快化学反应速率,所以从反应速率的角度应该选择高温、高压、高浓度、催化剂。
(2)试从影响反应限度的条件角度探究应该选择怎样的反应条件?提示:根据合成氨反应的特点,为了提高原料的转化率,要让反应向正反应方向移动,需要低温、高压、增大反应物浓度或减少生成物浓度。
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