高中化学人教版 (2019)选择性必修1化学平衡第一课时导学案

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第二节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态
◆知识点一 可逆反应
概念
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反应。
表示方法
采用“⇌”连接，把从左向右进行的反应称为正反应，把从右向左进行的反应称为逆反应。
特征
①正、逆反应必须在同一条件下发生，在正反应进行的同时，逆反应也在进行。
②可逆反应不能进行到底，也就是说可逆反应无论进行到何种程度，反应物和生成物均并存，即任何物质的物质的量都不可能为0。
特别提醒
可逆反应的前提是正反应和逆反应的反应条件相同，若条件不同则不互为可逆反应。如电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水不互为可逆反应。
既学既练
1．可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在下列物质中的( )
A．多余的氧气中
B．生成的三氧化硫中
C．氧气和二氧化硫中
D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中
【答案】D
【解析】 18O2的加入定会与SO2结合生成含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18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。
2.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（ ）
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】A、随着反应的进行，反应物的浓度降低，正反应速率逐渐减小，但由于是可逆反应，未完全转化，速率不为零，故A错误;
B、随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小，最后不变，故B正确。C、随着反应的进行，生成物的浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大，最后不变，故C正确;D、反应开始时，反应物的浓度最大，正反应速率最大，生成物的浓度为零，逆反应速率为零，故D正确;
故选A。
◆知识点二 化学平衡状态及其判定
1.化学平衡状态
（1）概念：化学平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
特别提醒
①前提是“一定条件下的可逆反应”；
②实质是“正反应速率和逆反应速率相等”；
③标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变”。
（2）化学平衡状态的建立
①可借助速率—时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。
以可逆反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)为例，若开始时只有反应物没有生成物，此时A和B的浓度最大，因此v（正）最大和 v（逆）为0。随着反应的进行，反应物不断减小而生成物不断增大，则v（正）逐渐减小而v（逆）逐渐增大。当反应进行到某一时刻时，
v（正）= v（逆） ，即达到了化学平衡状态。如下图所示：
②可借助浓度——时间图像来理解化学平衡的建立与反应过程中物质浓度间的关系，如下图所示：
（3）化学平衡状态的特征
①逆：可逆反应；
②等：正反应速率与逆反应速率相等，即v(正)=v(逆)≠0；
③动：达到平衡时，化学反应始终在进行，所以是化学反应是动态平衡；
④定：在一定条件下的平衡体系的混合物中，各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变。
⑤变：任何化学平衡状态均是有条件的(与浓度、温度、压强等有关)。
条件改变，化学平衡发生移动。
2.化学平衡状态的判定
（1）“两看”
（2）“两标志”
（3）常见模型
既学既练
1.煤的气化可获得清洁燃料，是实现煤的综合利用的一种重要途径，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。一定条件下，在容积不变的密闭容器中进行如下反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2 (g)。关于该反应达到化学平衡状态的叙述正确的是
A．H2O完全转化为CO和H2B．H2的浓度保持不变
C．正、逆反应速率相等且均为零D．H2O、CO的物质的量之比为1∶1
【答案】B
【解析】A．可逆反应中H2O不可能完全转化为CO和H2，A错误；B．反应在容积不变的密闭容器中进行 ，H2浓度保持不变，说明已经平衡，B正确；C．化学反应达到平衡时，反应仍在进行，故正逆反应速率相等但不为零，C错误；D．H2O、CO的物质的量由各成分的起始的量决定，H2O、CO的物质的量之比为1∶1难以判断是否处于平衡状态，D错误；故选B。
2.一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行反应，当下列物理量不发生变化时，能说明该反应已达到平衡状态的是
①混合气体的平均摩尔质量；②容器内气体的压强；③混合气体总物质的量；④B物质的量浓度
A．①④B．只有②③C．②③④D．只有④
【答案】A
【解析】①由于A为固体，建立平衡过程中气体的质量变化，混合气体的物质的量不变，混合气体的平均摩尔质量变化，则混合气体的平均摩尔质量不变说明反应达到平衡状态，①符合题意；②该反应是反应前后气体体积不变的反应，容器内气体的压强始终不变，因此不能根据容器内气体的压强不变确定反应是否达平衡状态，②不符合题意；③该反应是反应前后气体体积不变的反应，反应前后混合气体总物质的量始终不变，因此不能据此判断反应是否达平衡状态，③不符合题意；④当反应达到平衡时，B的物质的量不变，由于容器的容积不变，则此时B的浓度不变，故可根据B物质的量浓度不变判断反应是否达到平衡状态，④符合题意；故选A。
一、化学平衡的标志
1.速率标志
正、逆反应速率相等(即v正=v逆≠0)时，达到化学平衡状态。v正=v逆的具体含义有两个方面
（1）用同一种物质表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等；
（2）用不同种物质表示反应速率时，速率不一定相等，但必须符合两个条件：一是表示两个不同的反应方向；二是速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比。
2.含量标志
混合体系中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度百分含量(体积分数、质量分数)、转化率或产率等不随时间变化而变化时达到化学平衡状态。
3.特殊标志
（1）混合气体的平均相对分子质量。反应物与生成物均为气体时,若反应前后气体的物质的量不相等,平均相对分子质量不再发生变化时达到平衡状态。若有固体或液体纯物质参与,无论反应前后气体的物质的量是否相等,只要其平均相对分子质量不再发生变化即达到平衡状态(只有一种气体参与反应的除外)
（2）混合气体的密度。等温等压下,反应前后各成分均为气体,反应前后物质的量不等,当密度不变时达到平衡状态。有固体或液体纯物质参与,无论等温等容还是等温等压,当密度不变时达到平衡状态。
（3）混合气体的压强。恒温恒容条件下,反应前后气体的物质的量不相等,压强不再发生变化时达到平衡状态。
（4）总物质的量。反应前后物质的量发生变化的反应当总物质的量不变时达到平衡状态。
（5）体系的颜色。对于有颜色变化的体系,颜色不再发生变化时达到平衡状态
实践应用
1.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】可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，而3v正(N2)＝v正(H2)并未反映出v正＝v逆的关系，即A项不正确。在N2与H2合成NH3的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率，二要注意不同物质的速率之比等于化学计量数之比。
2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是( )
A．2v(NH3)＝v(CO2)
B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
【答案】C
【解析】该反应为有固体参与的非等体积反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作为化学反应是否达到平衡状态的标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解反应，所以NH3、CO2的体积分数始终为定值，NH3为eq \f(2,3)，CO2为eq \f(1,3)。
考点一 对可逆反应的理解
【例1】对于可逆反应M + N Q 达到平衡时，下列说法正确的是
A．M、N、Q 三种物质的量浓度一定相等
B．M、N 全部变成了 Q
C．反应混合物各成分的百分含量不再变化
D．反应已经停止
【答案】C
【分析】根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但反应不停止，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；可逆反应，所以反应物不可能完全转化为生成物，存在反应限度。据此判断。
【解析】A．反应平衡时各物质的浓度是否相等取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度，所以平衡时M、N、Q三种物质的量浓度不一定相等，故A错误；
B．该反应是可逆反应，所以反应物不可能完全转化为生成物，存在反应限度，故B错误；
C．反应混合物各成分的百分含量不再变化是化学平衡状态的判断依据，故C正确；
D．反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但反应速率不为0，反应不停止，故D错误；
故选C。
解题要点
对可逆反应的理解
①双向：向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行。
②双同：由正反应和逆反应2个反应组成，分别用v(正)和v(逆)来衡量各自反应进行的快慢，并同时进行。
③共存：反应不能进行到底，反应物和生成物同时存在。
④相反：正反应和逆反应的热效应相反。
⑤限度：若条件保持一定，最终都会建立一个化学平衡状态，即可逆反应在一定条件下有限度，任一组分的转化率都小于100%，即不能全部转化。
【变式1-1】在一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0.1 ml/L、0.05 ml/L、0.3 ml/L。当反应达到平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.4 ml/L，O2为0.2 ml/L
B．SO2、SO3均为0.8 ml/L
C．SO3为0.4 ml/L
D．SO2为0.35 ml/L
【答案】D
【分析】，该反应为可逆反应，物质浓度范围：0＜c(SO2)＜0.4 ml/L，0＜c(O2)＜0.2 ml/L，0＜c(SO3)＜0.4 ml/L。
【解析】A．SO2和O2的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO3完全反应，则SO2和O2的浓度浓度分别为0.4ml/L、0.2ml/L，三氧化硫不可能完全转化，故A错误；
B．根据分析和硫原子守恒可知c(SO2)+ c(SO3)=0.4ml/L，当SO2、SO3均为0.8 ml/L时，0.8 ml/L+0.8 ml/L