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在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率与逆反应速率相等时,反应物和生成物的物质的量浓度不再发生改变的状态,叫化学平衡状态。其特点有:

1)“逆”:化学平衡研究的对象是可逆反应。

2)“等”:化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,即:v() v()

3)“动”:v() v() 0

4)“定”:平衡体系中,各组分的浓度、质量分数及体积分数保持一定(但不一定相等),不随时间的变化而变化。

5)“变”:化学平衡是在一定条件下的平衡,若外界条件改变,化学平衡可能会分数移动。

6)“同”:在外界条件不变的前提下,可逆反应不论采取何种途径,即不论由正反应开始还是由逆反应开始,最后所处的平衡状态是相同的,即同一平衡状态。

可逆反应达到平衡状态的标志及判断方法如下:

mA(g) + nB(g)  pC(g)+ qD(g)为例:

 

一、直接标志:

①速率关系:正反应速率与逆反应速率相等,即:A消耗速率与A的生成速率相等,A消耗速率与C的消耗速率之比等于m : p

②反应体系中各物质的百分含量保持不变。

 

二、间接标志:

①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变(m + n p + q);

②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变;

③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。

对于密闭容器中的可逆反应:mA(g) + nB(g)  pC(g)+ qD(g)是否达到平衡还可以归纳如下表:

 

化学反应

mA(g) + nB(g)  pC(g)+ qD(g)

是否平衡

混合物体系中各成分的含量

各物质的物质的量或物质的质量分数一定

平衡

各物质的质量或质量分数一定

平衡

各气体的体积或体积分数一定

平衡

总体积、总压强、总物质的量一定

不一定平衡

正、逆反应速率之间的关系

在单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A

v() v()

平衡

在单位时间内消耗了n mol B,同时也消耗了p mol C

v() v()

平衡

v() : v(B) : v(C) : v(D) m : n : p : q

v() 不一定等于v()

不一定平衡

在单位时间内生成了n mol B,同时也消耗了q mol D

即叙述的都是v()

不一定平衡

压强

①其它条件一定、总压强一定,且m + n p + q

平衡

②其它条件一定、总压强一定,且m + n p + q

不一定平衡

混合气体的平均相对分子质量

①平均相对分子质量一定,且m + n p + q

平衡

②平均相对分子质量一定,且m + n p + q

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

平衡

气体的密度

密度一定

不一定平衡

颜色

反应体系内有色物质的颜色稳定不变

平衡

 

三、例题分析:

【例题1可逆反应:2NO2(g) 2NO(g) + O2(g),在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是

① 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2

② 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO

NO2NOO2表示的反应速率的比为2 : 2 : 1的状态

④ 混合气体的颜色不再改变的状态

⑤ 混合气体的密度不再改变的状态

⑥ 混合气体的压强不再改变的状态

⑦ 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A. ①④⑥⑦    B. ②③⑤⑦     C. ①③④⑤    D. 全部

解析:单位时间内生成n mol O2必消耗2n mol NO2,而生成2n mol NO2必消耗n mol O2,能说明反应达到平衡;②不能说明;③中无论达到平衡与否,化学反应速率都等于化学计量系数之比;④有颜色的气体颜色不变,则表示物质的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;⑤体积固定,气体质量反应前后守恒,密度始终不变;⑥反应前后V ≠ 0,压强不变,意味着各物质的含量不再变化;⑦由于气体的质量不变,气体的平均相对分子质量不变时,说明气体中各物质的量不变,该反应V ≠ 0,能说明该反应达到平衡。

答案:A

点拨:化学平衡状态的根本标志是:①v() v()②各组分百分含量不变。在解题时要牢牢抓住这两个根本标志,并明确气体的颜色、密度、压强、平均相对分子质量的变化与根本标志的关系,才能全面分析,正确作答。

【例题2在一定温度下的恒容密闭容器中,能说明反应X2(g) + Y2(g) 2XY(g)已达到平衡的是:

A.容器内的总压不随时间变化

B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化

CXY气体的物质的量分数不变

DX2Y2的消耗速率相等

解析:该反应的特点:首先是可逆反应,其次是反应前后气体体积相等。根据压强之比等于气体物质的量之比的推断,该反应在整个反应过程中总压强是不变的,A不能说明该反应已经达到平衡。同理推断,容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化,B不能说明该反应已经达到平衡。X2Y2的化学计量数相等,其消耗速率始终相等,D不能说明该反应已经达到平衡。C选项符合题意,能说明该反应已经达到平衡。

答案:C

点拨:结合化学反应方程式的特点,反应前后系数不变,正确利用直接标志与间接标志判断。

【例题3在一定温度下可逆反应A(g) + 3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是:

AC的生成速率与C的分解速率相等

B.单位时间生成n mol A,同时生成3n mol B

CABC的浓度不再发生变化

DABC的分子个数比为1 : 3 : 2

解析:化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等,C的生成速率是正反应速率,C的分解速率是逆反应速率,因此A选项正确;ABC的浓度不再发生变化,是平衡状态的宏观表现,因此选项C正确;B选项中由于AB都是逆反应速率,与正反应无关,因此错误;ABC的分子个数比为1 : 3 : 2的偶然存在性,不能作为判断平衡标志的依据。

答案:AC

点拨:化学平衡的标志①: v() v();②反应混合物中各组分的浓度和含量不变。用速率描述时,一定要注意一“正”、一“逆”,且相等。

练习1】对于可逆反应2HI(g) I2(g) + H2(g),下列叙述能够说明已达到平衡状态的是

A.各物质的量的浓度比2 : 1: 1

B.容器内的总压不随时间变化

C.断裂2 mol HI键的同时生成1 mol II

D.混合气体的颜色不再变化时

答案:D

点拨:该反应的特点是反应前后气体物质的化学计量系数和相等,因此压强始终保持不变;因此B选项错误;在反应过程中的任意时刻断裂2 mol HI键的同时生成1 mol II键,因此C选项错误。

练习2】在恒容密闭容器中,不能作为反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)达到平衡的标志是:

A.混合气体的分子数之比为2 : 1: 2

B.混合气体的压强不再发生变化

C.混合气体的平均相对分子质量不再发生变化

D.混合气体的密度不再发生变化

答案:AD

点拨:A选项是在特殊情况下出现的情况,BC选项均说明混合气体的物质的量不再变化,D选项利用公式d m/V mV不变,所以密度一直不变。

【练习3在一定温度下的密闭容器中,当物质的下列物理量不再变化时,表明反应

A(s) + 2B(g)C(g) + D(g)已达到平衡的是

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. 气体的总物质的量

解析:题给反应是一个反应前后气体分子总数不变的可逆反应。显然混合气体压强和总的物质的量始终保持不变,不能用来判断反应是否达到平衡;由于A是固体,所以密度是一个变化量,那么B的浓度也是一个变化量,因此当混合气体的密度、B的物质的量浓度不再变化时,说明反应已达平衡。

答案:BC

四:应注意的问题:

1)正逆反应速率相等与反应混合物中各组分的百分含量均保持不变是判断化学平衡状态的基本方法。这两个关系中的任何一个都可以单独用作判断化学反应是否达到平衡状态的标准。

2)在mA(g) + nB(g)pC(g)+ qD(g)反应中,

v() : v(B) : v(C) : v(D) m : n : p : q,在应用v() v()判断化学平衡状态时要充分注意这一点。

3)化学平衡状态中,反应混合物里各组成成分的浓度(或百分比含量)保持不变,但是反应混合物里各组成成分的浓度(或百分含量)保持不变的化学反应状态并不一定是化学平衡状态。因此,在应用反应混合物里各组成成分的浓度、百分含量、物质的颜色、气体的压强、气体的密度、气体的平均摩尔质量等判断化学平衡状态时,一定要慎重。

4)向气相化学平衡体系加入惰性气体以后,化学平衡是否被破坏,要按照“增大气体压强,化学平衡向气体体积缩小的反应方向移动;减小压强化学平衡向气体体积扩大的反应方向移动”的原则作分析判断。

5)物质的化学变化都伴随着能量的变化。处在绝热容器内的可逆反应,当体系内的温度恒定时,化学反应的状态是平衡状态。

 

 

    
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