《化學平衡狀態》教案

§3.2 化學平衡

（ 2 化學平衡狀態 ）

【歸納與整理】

一、可逆反應

1．概念：在 條件下，既能向 方向進行，同時又能向 方向進行的反應稱為可逆反應。

2．表示：採用“ ”表示，如：Cl2 + H2O H+ +Cl- + HClO

3．特點：可逆反應在同一體系中同時進行。可逆反應進行一段時間後，一定會達到 狀態

二、化學平衡狀態

在 下的 反應裏，正反應速率和逆反應速率相等，反應體系中所有參加反應的物質的 （溶液中表現為 ）保持恆定的狀態。

在平衡時，反應物和生成物均處於 中，反應條件不變，反應混合物的所有反應物和生成物的 或 保持不變

三、化學平衡的特徵

1．逆：研究對象必須是 反應

2．動：化學平衡是平衡，即當反應達到平衡時，正反應和逆反應仍都在進行(可通過

證明)

3．等：正反應速率等於逆反應速率>0

4．定：反應混合物中，各組分的 或 保持一定

5．變：化學平衡狀態是有條件的、相對的、暫時的，改變影響平衡的條件，平衡會被破壞，直至達到新的平衡。

6．同：在恆温恆容時，根據化學方程式的化學計量關係，採用極限思維的方法，換算成反應物或生成物後，若對應各物質的物質的量相同時，達到平衡後平衡狀態相同。無論投料從反應物開始、從生成物開始、還是從反應物和生成物同時開始。

四、化學平衡的標誌

1．本質標誌

對給定的反應：mA + nB pC + qD（A、B、C、D均為氣體），當v正 = v逆時，有：

即：

2．等價標誌

（1）可逆反應的正、逆反應速率不再隨時間發生變化。

（2）體系中各組成的物質的量濃度或體積分數、物質的量分數保持不變。

（3）對同一物質，單位時間內該物質所代表的正反應的轉化濃度和所代表的逆反應的轉化濃度相等。

（4）對同一反應而言，一種物質所代表的正反應速率，和另一物質所代表的逆反應速率的比值等於它們的化學方程式中化學計量數之比。

3．特殊標誌

“特殊標誌”是指在特定環境、特定反應中，能間接衡量某一可逆反應是否達到化學平衡狀態的標誌。離開上述界定，它們不能作為一般反應是否達到化學平衡的判斷依據。

（1）壓強

① 對於反應前後氣態物質化學計量數有變化的可逆反應，當體系總壓強不變時，可逆反應 處於化學平衡狀態。如：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)、2NO2(g) N2O4(g)、2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)、C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)等。

② 對於化學反應前後氣體的化學計量數沒有變化的可逆反應，當體系總壓強不變時，可逆反應 處於化學平衡狀態。如：H2(g)+I2(g) 2HI(g)、CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)等。

（2）氣體平均摩爾質量

數學表達式：

① 均為氣體參與的可逆反應:

當△n(g)≠0, 一定時，可逆反應 處於化學平衡. 如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)、

2NO2(g) N2O4(g)、2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)

當△n(g)＝0， 為一定時，可逆反應 處於化學平衡。如：

H2(g)+I2(g) 2HI(g)、CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

② 有非氣體參與的可逆反應，需具體問題具體分析：

C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 根據①進行判斷

CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) 根據①進行判斷

2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)

（3）氣體密度

數學表達式：

恆容： 總為恆值，不能作平衡標誌

①各組分均為氣體 △n(g)＝0. 總為恆值，不能作平衡標誌

△n(g)≠0. 為一定值時，則可作為標誌

恆容： 為一定值時，一般可作標誌

恆壓：△n(g)＝0. 為一定值時，一般可作標誌

（4）體系中氣體的顏色

有色氣體參加反應的平衡體系的顏色觀察，往往與觀察的角度和具體的操作方法有關。

〖例1如右圖所示，針筒中充有50mLNO2

（2NO2 N2O4），並建立了相應的平衡。

⑴當迅速地將針筒裏的氣體壓縮至25mL，

此時從a方向觀察到的混合體系的顏色

變化是 ；若從b方向觀察

到的顏色變化是 。試通過

分析，説明從a、b不同角度觀察到的

顏色變化表徵了何種物理量在此加壓

過程中的變化特點：

a方向 ，b方向 。

⑵若緩緩將針筒裏的氣體壓縮至25mL，則從a方向觀察到的顏色變化是 。

⑶若在⑴操作條件下所得平衡體系的平均相對分子質量為 1；⑵的操作條件下的平衡體系的平均相對分子質量為 2，則 1和 2的關係是 1 2。

〖例2在一定温度下，在固定體積的密閉容器中進行可逆反應：N2+3H2 2NH3。該反應達到平衡的標誌是________________

A．3v(H2,正)=2v(NH3,逆)

B．單位時間生成m mol N2的同時生成3m mol H2

C．N2、H2、NH3各物質濃度不再隨時間而變化

D．容器內的總壓強不再隨時間而變化

E．混合氣體的密度不再隨時間變化

F．單位時間內N-H鍵的形成和斷開的數目相等

G．N2、H2、NH3的分子數之比為1∶3∶2

H．2c(N2)=c(NH3)

〖例3下列方法中可以證明2HI H2+I2(g)已達平衡的是________________

A．單位時間內生成nmolH2的同時生成nmolHI

B．一個Ｈ－Ｈ鍵斷裂的同時有兩個Ｈ－Ｉ鍵斷裂

C．分子組成HI%=I2%

C．速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2

E．c(HI)∶c(H2) ∶c(I2)=2 ∶1 ∶1

F．温度和體積一定時，某一生成物濃度不再變化

G．條件一定，混合氣體的平均分子質量不再發生變化

H．温度和體積一定時，混合氣體的顏色不再變化

I．温度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化

〖例4下列説法中能説明2NO2 N2O4已達到平衡狀態的是_________

A．温度和體積一定時，容器內壓強不再變化

B．温度和體積一定時，某一生成物濃度不再變化

C．條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化

D．温度和體積一定時，混合氣體的顏色不再變化

E．温度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化

【基本練習】

1．當反應2SO2 + O2 2SO3達到平衡後，向容器中加入一定量的18O2，經過一段時間後18O存在於

A．SO3中 B．剩餘的O2中 C．剩餘的SO2中 D．SO2、SO3、O2中都有

2．(2000年春，20)在一定温度下，反應A2(g)十B2(g) 2AB(g)達到平衡的標誌是：（ ）

A．單位時間生成n mol的A2同時生成n mol的AB

B．容器內的'總壓強不隨時間變化

C．單位時間生成2n mol的AB同時生成n mol的B2

D．單位時間生成n mol的A2同時生成n mol的B2

3．可逆反應：2NO2 2NO+O2 在密閉容器中反應，達到平衡狀態的標誌是

①單位時間內生成n molO2的同時生成2n molNO2

②單位時間內生成n molO2 的同時，生成2n mol NO

③用NO2、NO、O2 的物質的量濃度變化表示的反應速率的比為2 : 2 : 1的狀態

④混合氣體的顏色不再改變的狀態

⑤混合氣體的密度不再改變的狀態

⑥ 混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態

A. ①④⑥ B.②③⑤ C.①③④ D. ①②③④⑤⑥

3．在等温等容的條件下，能説明A（s）+ 2B（g） C（g）+ D（g）達到平衡狀態的標誌是

A．體系的總壓 B．混合氣體的平均分子量

C．反應物B的濃度 D．混合氣體的總物質的量

4．可逆反應2SO2 + O2 2SO3，正反應速度分別用 、、[molL-1min-1]表示，逆反應速度分別用 、、[molL-1min-1]表示。當達到平衡時正確的關係是

A． = B． = C． = D． =2

5．恆温、恆壓下，n molA和1molB在一個容積可變的容器中發生如下反應：A(g) + 2B(g) 2C(g) 一段時間後達到平衡，生成amolC。則下列説法中正確的是：

A．物質A、B的轉化率之比為1 : 2

B．當v正A．=2v逆(C) 時，可斷定反應達到平衡

C．若起始時放入3nmolA和3molB，則達平衡時生成3amolC

D．起始時刻和達平衡後容器中的壓強比為（1+n）:（1+n- ）

6．有可逆反應C(g) + H2O H2(g) + CO(g) 處於平衡狀態,當平衡向左移動時，混和氣體相對平均分子量變化正確的是下列選項中的

A．增大 B．減小 C．不變 D．前三種均有可能

7．反應：NH3（g）+CO2（g） CO(NH2)2（s）+H2O（g）已達平衡。若增大壓強，平衡移動，但混合氣體的平均相對分子質量不變。下列説法正確的是

A．原混合氣體的平均相對分子質量為30

B．原混合氣體的平均相對分子質量為28

C．起始時，NH3與CO2的體積比為13:14

D．起始時，NH3與CO2的體積比為14:15

參考答案

1【解析】C

2【解析】A

3【解析】BC

4【解析】A

5【解析】C，

6【解析】D

7【解析】A