化学平衡状态标志的判断

化学平衡状态标志的判断 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 化学平衡状态与化学平衡状态的判断 二. 教学目标： 能描述化学平衡建立的过程； 理解化学平衡的概念及化学平衡的特征； 掌握判断化学平衡的和依据。 三. 教学重点、难点： 化学平衡状态的特征，判断化学平衡的方法和依据 四. 教学过程： （一）化学平衡状态： 在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的含 量保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。 化学平衡状态的标志（本质）是： ?ν正＝ν逆； ?反应混合物中各组成成分的含量不变。 化学平衡状态的特点可以用六个字表示：“逆”“动”“等”“定”“变”“同” 说明： 1. 可逆反应是：在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，对 于在不同条件下向正、逆反应方向进行的反应则不认为是可逆反应。 2. 在一定的条件下，几乎所有的反应都具有不同程度的可逆性，但有些反应的逆反应程度 太小而忽略，把几乎完全进行的反应称为不可逆反应。而可逆反应不能进行到底，不能实现 完全转化。 3. 逆，只有可逆反应，在一定条件下才建立平衡。对于非可逆反应，由于反应终了时，某 物质已经完全消耗，因此，不存在平衡状态； 4. 动，是动态平衡，即v不等于零，v正＝v逆?0。反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率最小，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，至一定时间后， 两者相等。说明达到化学平衡状态的反应，反应并没有停止，还在继续，只是物质反应消耗 的速率等于该物质生成的速率； 5. 等，v正＝v逆。即在同一瞬间，某一成分的生成速率等于其消耗速率； 6. 定，反应混合物或平衡混合物各成分含量不变。是v正＝v逆的结果。反应混合物的含量不变，有多种可能：可以是浓度、物质的量、百分含量、压强、密度等； 7. 变，可逆反应达到平衡状态是在一定条件下达到的， 条件改变，平衡就会被破坏。外界条件通过影响可逆反应的反应速率，从而使正、逆反应的速率不等，使平衡发生移动。当外 界条件发生变化时，原平衡状态遭到破坏，在新的条件下重新建立新的平衡状态； 8. 同，相同条件下，同一可逆反应可由不同途径（不同的起始量）达到同一个平衡状态（等 效平衡）。 9. 化学平衡状态可以从正反应开始，也可以从逆反应开始，不论从哪个方向开始，都可以 达到平衡状态。如果达到平衡时各物质的百分含量保持不变，那这一类平衡称为等效平衡。 10. 现象与本质：ν正＝ν逆是达到平衡状态的本质，各组成成分的含量不变为表面现象； （二）化学平衡状态的标志： 1 判断可逆反应是否达到平衡状态的方法和依据很多，凡是能可逆反应的正、逆反应速率 相等，或反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变的量值，均可以作为可逆反应达到平 衡状态的标志。而体系中浓度不再改变，则是v正＝v逆的外在表现。我们以mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）为例，说明可逆反应达到平衡状态的判断方法。 说明： 1. 直接因素： （1）速率关系：V正＝V逆。单位时间内消耗了m mol的A，同时生成了p mol的C；或单位时间内生成了m mol的A，同时消耗了p mol的C。其中消耗A. B，生成C. D的反应速率均为正反应速率，而生成A. B，消耗C. D的反应速率均为逆反应速率，单位时间内， 正反应速率等于逆反应速率，均可判断为化学平衡状态。 （2）各物质的浓度不随时间改变而改变：此时，反应混合物中，各组成成分的物质的量、 质量保持恒定，因此，各物质的质量分数、物质的量浓度，对于气体而言还可以是体积分数 等都保持不变的状态，即为化学平衡状态。 2. 间接因素： （1）对于反应前后气体分子总数发生变化的可逆反应，在恒温、恒容的条件下，压强、相 对分子质量等保持不变的状态即为化学平衡状态； （2）对于反应前后气体分子总数发生变化的可逆反应，在恒温、恒压的条件下，混合气体 的密度、相对分子质量等保持不变的状态即为化学平衡状态； （3）对于反应前后气体分子总数没有发生变化的可逆反应，无论反应有没有达到平衡状态， 反应混合气体的压强、密度、相对分子质量等都不随时间的变化而变化，因此，也就不能根 据上述条件判断反应是否达到平衡状态；只能通过参加反应的各物质的物质的量、百分含量 等判断反应是否达到平衡状态； （4）由于化学反应过程中伴随有能量变化，因此我们可以通过反应过程中混合体系的温度 是否变化来判断是否达到平衡状态，当温度保持不变时，则说明达到了平衡状态； （5）对于某些有色物质参加的可逆反应，当体系的颜色保持不变的状态称为化学平衡状态； （6）若mA＋nBpC＋qD反应中，A. B. C. D四种物质不完全是气体，其中存在固体 或液体，则密度、相对分子质量保持不变的状态肯定是化学平衡状态； （7）当反应物的转化率或生成物的产率保持不变时的状态为化学平衡状态。 【典型例题】 例1. 下列哪种说法可以证明反应N2＋3H22NH3已达平衡状态： （ ） A. 1个N?N键断裂的同时，有3个H－H键形成。 B. 1个N?N键断裂的同时，有3个H－H键断裂。 C. 1个N?N键断裂的同时，有6个N－H键断裂。 D. 1个N?N键断裂的同时，有6个N－H键形成。 解析：该反应的正反应为：断裂N?N键的同时断裂H－H键，生成N－H键，反应速率之比为断裂1个N?N键的同时断裂3个H－H键，生成6个N－H键；逆反应为：断裂6个N－H键的同时，形成1个N?N键和3个H－H键。达到平衡状态时，正反应速率等于逆 反应速率，则有：断裂1个N?N键或断裂3个H－H键或生成6个N－H键的同时，断裂6个N－H键或形成1个N?N键或形成3个H－H键，则说明反应达到平衡状态。 答案：AC 2 例2. 可逆反应2NO22NO＋O2在恒定容积密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是： （ ） A. 单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2。 B. 反应容器内，物质的分子总数不随时间的变化而变化 C. 用NO2. NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2：2：1。 D. 混合气体的颜色不再改变的状态。 E. 混合气体的密度不再改变的状态。 F. 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态。 解析：该反应属于反应前后气体分子总数发生变化的可逆反应，反应在恒温、恒容容器中进 行，则有：?V正＝V逆，即单位时间内消耗2nmol NO2，生成2nmolNO和nmol O2的同 时消耗2nmolNO和nmol O2，生成2nmol NO2；?由于反应前后的分子总数发生变化，因 此，达到平衡时，物质的分子总数、平均相对分子质量和压强都保持不变；?反应混合物中 NO2是红棕色气体，因此达到平衡时，混合气体的颜色不再改变；?反应是在密闭容器中， 因此无论有没有达到平衡，密度都不会发生改变；同时，各物质的反应速率之比都等于方程 式前面的系数比。综上所述，该题的答案为：A、B、D、F 答案：A、B、D、F 例3. 1 mol N2和3 mol H2合成NH3达到平衡时，下列说法中正确的是（ ） A. NH3的生成速率与分解速率相等 B. N2、H2、NH3的分子数相等 C. n（N2）?n（H2）?n（NH3）＝1?3?2 D. c（N2）＝c（H2）＝c（NH3），且保持不变 解析：A中NH3的生成速率是正反应，而分解速率属于逆反应，两者相等达到平衡状态； B中三种物质的分子数相等与是否达到平衡无关；C中应该是参加反应的各物质的物质的量 之比为1?3?2，而与平衡状态无关；D中c（N2）、c（H2）、c（NH3）浓度保持不变的状态属于化学平衡状态，至于是否相等，则与平衡无关。 答案：A 例4. 可逆反应N2＋3H22NH3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） 解析：达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，同时，同一化学反应在同一时间内的 反应速率之比等于方程式前面的系数比，即v（N2）：v（H2）：v（NH3）＝1：3：2，与正、逆反应无关。综上所述本题答案为C 答案：C 【模拟试题】 1. 在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应： A（固）＋2B（气）C（气）＋D（气）已达平衡的是 （ ） A. 混合气体的压强 B. 混合气体的密度 C. B的物质的量浓度 D. 气体总物质的量 2. 达到化学平衡的条件是 （ ） A. 逆反应停止进行 B. 反应物与生成物的浓度相等 3 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。 3. 在一定温度下，反应A2（气）＋B2（气）2AB（气）达到平衡状态的标志是 A. 单位时间里生成n molA2，同时生成n mol AB （ ） B. 容器中的总压不随时间而变化 C. [A2]，[B2]，[AB]不随时间而变化 D. 单位时间里生成2nmolAB的同时生成nmolB2。 4. 在一定温度下，可逆反应：A2（气）＋B2（气）2AB（气），达到平衡的标志是（ ） A. 容器的总压强不随时间而变化 B. 单位时间内有n mol A2生成的同时有n mol B2生成 C. 单位时间内有n mol B2发生反应的同时有n mol AB分解 D. 单位时间内生成n mol A2同时就有2n mol AB生成 5. 在一定温度下，可逆反应A（g）＋3B（g）2C（g）达到平衡的标志是（ ） A. C的生成速度与C的分解速度相等 B. 单位时间生成n mol A，同时生成3n mol B C. A、B、C的浓度不再变化 D. A、B、C的分子数比为1：3：2 6. 下列反应在密闭容器中进行，aA（g）＋bB（g）mC（g ）＋nD（g），表示其已达到平衡状态的叙述中正确的是 （ ） A. 平衡时的压强与反应起始的压强之比为m＋n/a＋b B. 用物质A表示的反应速度与物质C表示的反应速度之比为a/m C. 物质B的浓度不随时间而改变 D. 单位时间内x mol B参加反应同时有x mol B生成 7. 在一定条件下，可逆反应2AB＋3C在下列4种状态中，处于平衡状态的是（ ） A. 正反应速度 vA＝2mol/（L?min）逆反应速度vB＝2 mol/（L?min） B. 正反应速度 vA＝2mol/（L?min）逆反应速度vC＝2 mol/（L?min） C. 正反应速度 vA＝1mol/（L?min）逆反应速度vB＝1.5 mol/（L?min） D. 正反应速度 vA＝1mol/（L?min）逆反应速度vC＝1.5mol/（L?min） 8. 在一定温度下反应A2（气）＋B2（气）2AB（气）达到平衡的标志是（ ） A. 单位时间内生成n mol A2的同时，生成n mol B2 B. 单位时间内生成2n mol AB的同时，生成n mol B2 C. 单位时间内生成了n mol B2的同时，减少了n mol A2 D. 单位时间内生成n mol A2，同时生成n mol AB 9. 在一定温度下，下列反应A2（g）＋B2（g）2AB（g）达到平衡的标志是 （ ） A. 单位时间内生成n mol A2同时生成n mol AB B. 容器内总压强不随时间而变化 C. 单位时间内生成2n mol AB同时生成n mol B2 D. 单位时间内生成n mol A2同时生成n mol B2 10. 在恒温、恒容下，当反应容器内总压强不随时间变化时，下列可逆反应一定达到平衡的 是 （ ） A. A（气）＋B（气）C（气） B. A（气）＋2B（气）3C（气） C. A（气）＋B（气）C（气）＋D（气） D. 以上都达到平衡 11. 在一定温度下，（ ）说明可逆反应A2（气）＋B2（气）2AB（气）已达到平 4 衡。 （a）单位时间内生成n摩尔A2，同时生成n摩尔B2 （b）单位时间内生成2n摩尔AB，同时生成n摩尔B2 （c）单位时间内生成n摩尔A2，同时消耗n摩尔B2 （d）容器内的总压强不随时间变化而变化 A. （a）（b）（c）（d） B. 只有（a）（b）（c） C. 只有（b）（c） D. 只有（b） 12. 能够充分说明在恒温下的密闭容器中的反应：2SO2＋O22SO3，已经达到平衡的标志是（ ） A. 容器中SO2、O2、SO3共存 B. 容器中SO2和SO3的浓度相同 C. 容器中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2：1：2 D. 容器中压强不随时间的变化而改变 13. 在2NO2N2O4的可逆反应中，下列状态一定属于平衡状态的是 （ ） A. N2O4和NO2的分子数比为1：2 B. N2O4和NO2的浓度相等 C. 平衡体系的颜色一定不再改变 D. 单位时间有1 mol N2O4变为NO2的同时，有2 mol NO2变为N2O4 14. 可逆反应：在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是： ?单位时间内生成n molO2的同时生成2n molNO2 （ ） ?单位时间内生成n molO2 的同时，生成2n mol NO ?用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2：2：1的状态 ?混合气体的颜色不再改变的状态 ?混合气体的密度不再改变的状态 ? 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A. ??? B. ??? C. ??? D. ?????? 15. 一定温度下，可逆反应A2（g）＋3B2（g）2AB3（g）达到平衡的标志是（ ） A. 容器内每减少1mol A2，同时生成2mol AB3 B. 容器内每减少1mol A2，同时生成3mol B2 C. 容器内A2、B2、AB3的物质的量之比为1：3：2 D. 容器内A2、B2、AB3的物质的量浓度之比为1：1：1 16. 在一定温度下，向aL密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体，发生如下反应：X （g）＋2Y（g）2Z（g）此反应达到平衡的标志是 （ ） A. 容器内压强不随时间变化 B. 容器内各物质的浓度不随时间变化 C. 容器内X，Y，Z的浓度之比为1：2：2 D. 单位时间内消耗0.1 mol X同时生成0.2mol Z 17. 可逆反应2A（g）＋3B（g）3C（g）在一定条件下，使一定量的A和B反应达到平衡状态时，下列说法正确的是 （ ） A. 平衡混合物的体积是反应刚开始时的3/5 B. 平衡混合物中各物质的浓度比为2：3：3 C. 单位时间内若消耗了a mol A，必须同时也消耗了1.5 a mol 的C D. 平衡混合物中各物质的浓度相等 5 18. 在恒温下的密闭容器中，有可逆反应： 2NO＋O22NO2 （正反应为放热反应）， 不能说明已经达到平衡状态的是 （ ） A. 正反应生成 NO2 的速率和逆反应生成 O2 的速率相等 B. 反应容器中压强不随时间的变化而变化 C. 混合气体颜色深浅保持不变 D. 混合气体的平均分子量不随时间变化而变化 19. 在一密闭容器中充入NO2，在一定条件下进行反应：2NO22NO＋O2。达到平衡状态的标志是 （ ） A. O2的消耗速率与NO的生成速率相等 B. 容器内压强不随时间变化而变化 C. NO2和O2的消耗速率之比为2?1 D. 单位时间内生成2n mol NO、同时生成n mol O2 20. 可以证明可逆反应N2＋3H22NH3已达到平衡状态的是：（ ） ?一个N?N键断裂的同时，有3个H－H键断裂 ?一个N?N键断裂的同时，有6个N－H键断裂 ?其它条件不变时，混合气体平均式量不再改变 ?保持其它条件不变时，体积压强不再改变 ?NH3％、N2%、H2%都不再改变 ?恒温恒容时，密度保持不变 ?正反应速率v（H2）＝0.6mol/L?min，逆反应速率v（NH3）＝0.4mol/L?min A. 全部 B. 只有???? C. ????? D. 只有????? 21. 在密闭容器中通入一定量的HI气体，使其在一定条件下发生反应：2HIH2＋I2（气）。下列叙述中一定属于平衡状态的是：（ ） A. HI、H2、I2的浓度相等 B. 混合气体的颜色不变化时 C. 混合气体的总压不变时 D. v（HI）：v（H2）：v（I2）＝2：1：1时 【试题答案】 1. BC 2. D 3. CD 4. D 5. AC 6. BD 7. D 8. BC 9. C 10. A 11. C 12. D 13. CD 14. A 15. B 16. AB 17. C 18. A 19. BC 20. C 21. B 6