高中化学 2.3 化学平衡(第1课时)课堂探究素材 新人教版选修4

化学平衡
课堂探究
探究一 化学平衡状态
·问题导引·

已知在一定条件下发生可逆反应2SO2＋O22SO3。在密闭容器中先通入2 mol的SO
2

和1 mol的O2，从开始反应至反应到达平衡的这段时间，反应速率与时间的图像如右图：

1．反应刚开始时，逆反应速率为什么为0，然后逐渐增大？
提示：反应刚开始时：生成物的浓度为0，逆反应速率为0。反应过程中：生成物浓度
逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。
2．反应过程中，正反应速率为什么逐渐减小？
提示：反应刚开始时：反应物浓度最大，正反应速率最大。反应过程中：反应物浓度逐
渐减小，正反应速率逐渐减小。
3．一定时间后，反应会出现什么情况？
提示：一定时间后，必然出现：正反应速率＝逆反应速率。
·名师精讲·
对化学平衡状态的正确理解
(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)特征是“反应混合物中各组分的含量保持不变”。v(正)＝v(逆)≠0，是动态平衡。
(4)一定条件是指所处的外界状况：等温、等压或等温、等容等。
(5)化学平衡状态是可逆反应的最大限度。
【例题1】 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
解析：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。
答案：B
变式训练1 14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋，达到平衡后，平衡混
合物中含14C的粒子有( )
A．14CO2 B．14CO2、14CO C．14CO2、14CO、14C D．14CO
解析：14CO2与C反应生成14CO的同时，逆反应14CO的分解也在进行，故平衡时混合物中
含14C的粒子有：14CO2、14CO、14C。
答案：C
探究二 化学平衡状态的判断
·问题导引·
判断可逆反应N2＋3H22NH3在某一时刻反应是否达到平衡状态。
1．若v正(N2)＝v逆(NH3)，此时反应是否达平衡状态？3v正(N2)＝v正(H2)呢？
提示：第一种情况不是平衡状态。因为对于同一反应用不同反应物表示反应速率时，反
应速率与方程式中的各物质的化学计量数成正比。v正(N2)＝v逆(NH3)时，正、逆反应速率并
不相等，而是正反应速率大于逆反应速率。平衡时应为2v正(N2)＝v逆(NH3)。
第二种情况也不是平衡状态。因为N2和H2都是反应物，在反应的任何时段都会有3
v
正

(N2)＝v正(H2)。若是3v正(N2)＝v逆(H2)，才是平衡状态。

2．若NH3的体积分数不再发生变化，此时反应是否达到平衡状态？
提示：已达到平衡状态。
3．若反应体系的压强不再发生变化，此时反应是否达到平衡状态？对于反应H2＋
I22HI呢？
提示：对反应N2＋3H22NH3，反应发生时气体体积发生变化，当体系的压强不再发
生变化时，各组分含量不再发生变化，已达平衡状态；而对于反应H2＋I22HI，反应前
后气体体积不变，压强始终不变，所以当体系的压强不再发生变化时，无法确定该反应是否
已达到平衡状态。
4．若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，此时反应是否达到平衡状态？对于
反应H2＋I22HI呢？
提示：对反应N2＋3H22NH3，若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，则已
达平衡状态；而对于反应H2＋I22HI，若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，
则无法确定是否已达到平衡状态。
·名师精讲·
判断可逆反应是否达到平衡状态的方法
(1)直接判断法
①正反应速率＝逆反应速率>0。
②同一物质的消耗速率与生成速率相等。
③各组分的浓度保持不变。
(2)间接判断法
①各组分的百分含量保持不变。
②各组分的物质的量保持不变。
③各气体的体积不随时间的改变而改变。
(3)以反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)为例来说明
混合物
体系中 各成分 的含量 ①各物质的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数一定 平衡 ②各气体的体积或体积分数一定 平衡

③总体积、总压强、总物质的量一定
不一定
平衡

正、逆
反应
速率的
关系

①在单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A，即v(正)＝v(逆) 平衡
②在单位时间内消耗了n mol B的同时也消耗了p mol C，即v(正)＝v(逆) 平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆)(平衡与否该式都成立) 不一定
平衡

④在单位时间内生成了n mol B的同时消耗了q mol D，均指v(逆)
不一定
平衡

压强
①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡
②m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定
平衡
混合气体的平
均相对分子质
量(rM)

①rM一定，当m＋n≠p＋q时(rM＝mn)
平衡

②rM一定，但m＋n＝p＋q时
不一定
平衡
温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时(其他不变) 平衡
气体的密度(ρ) 密度一定(ρ＝mV) 不一定
平衡
颜色 反应体系内有有色物质时，颜色稳定不变 平衡
【例题2】 (双选)在一定温度下，向a L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)。此反应达到化学平衡的标志是( )
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．单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z
解析：本题通过简单的定量及定性分析来考查化学反应达到限度的知识，即化学平衡状
态的标志和判断的方法。对于选项A，因该反应两边气体分子数不等，容器内压强不随时间
变化，意味着各物质的物质的量不再变化；选项B恰恰表示了化学平衡时各组成成分的浓度
不再变化的情况；判断选项C的正误可假设开始投入2 mol X、4 mol Y进行反应，当有1 mol
X和2 mol Y反应生成2 mol Z时，X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2，但并不一定是达到限
度时的状态；选项D中消耗X与生成Z均为正反应速率，没有表达正、逆反应速率的关系。
答案：AB
方法技巧 解答时可依据化学平衡的特征进行判断。要知道根据哪些物理量可以判断平
衡。若平衡状态时某量不变，化学反应进行时该量也不变，则无法根据该量判定平衡状态。
变式训练2一定条件下，下列方法能证明可逆反应：N2＋3H23，一定达到平衡状
态的是______。
①单位时间内消耗n mol N2的同时生成2n mol NH3；
②三个H—H键断裂的同时有六个N—H键断裂；
③N2的体积分数与NH3的相等；
④v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2；
⑤c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2；
⑥温度和体积一定时，N2的浓度不再变化；
⑦混合气体的总物质的量不再变化；
⑧v正(N2)＝v逆(NH3)。
解析：解题时注意化学平衡的实质是正、逆反应速率相等，要仔细分析各项叙述中的反
应速率。①表示同一方向的反应速率，不能表示v(正)＝v(逆)，不正确。②表示v(正)＝
v
(逆)，反应达到平衡，正确。③平衡时各组分的百分含量保持不变，并不一定相等，不正

确。④是指单向反应速率，不正确。⑤平衡时各组分的浓度保持不变，而不一定有固定的比
例，不正确。⑥平衡时，各组分的浓度保持不变，正确。⑦此反应是气体反应物化学计量数
之和与气体生成物化学计量数之和不相等的反应，混合气体的总物质的量随着反应进行的程
度不同在发生着变化，当达到平衡时混合气体的总物质的量不再变化，正确。⑧要将v正(N2)
转化成v正(NH3)，再判断是否相等，即一种物质表示的v(正)与另一种物质表示的v(逆)之
比等于化学计量数之比时才是化学平衡状态。显然v正(N2)∶v逆(NH3)≠1∶2，不正确。
答案：②⑥⑦