高中化學(xué)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志及判斷
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化學(xué)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
在一定條件下的可逆反應(yīng)里，當(dāng)正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量濃度不再發(fā)生改變的狀態(tài)，叫化學(xué)平衡狀態(tài)。其特點(diǎn)有：
(1)“逆”：化學(xué)平衡研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)。
(2)“等”：化學(xué)平衡的實(shí)質(zhì)是正、逆反應(yīng)速率相等，即：v(正) = v(逆)。
(3)“動(dòng)”：v(正) = v(逆) ≠0
(4)“定”：平衡體系中，各組分的濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)及體積分?jǐn)?shù)保持一定(但不一定相等)，不隨時(shí)間的變化而變化。
(5)“變”：化學(xué)平衡是在一定條件下的平衡，若外界條件改變，化學(xué)平衡可能會(huì)分?jǐn)?shù)移動(dòng)。
(6)“同”：在外界條件不變的前提下，可逆反應(yīng)不論采取何種途徑，即不論由正反應(yīng)開始還是由逆反應(yīng)開始，最后所處的平衡狀態(tài)是相同的，即同一平衡狀態(tài)。
可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志及判斷方法如下：
以mA(g) + nB(g)pC(g)+ qD(g)為例：
化學(xué)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志
一、直接標(biāo)志：
①速率關(guān)系：正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，即：A消耗速率與A的生成速率相等，A消耗速率與C的消耗速率之比等于m : p;
?、诜磻?yīng)體系中各物質(zhì)的百分含量保持不變。
二、間接標(biāo)志：
①混合氣體的總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而改變(m + n ≠ p + q);
?、诟魑镔|(zhì)的濃度、物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而改變;
?、鄹鳉怏w的體積、各氣體的分壓不隨時(shí)間的改變而改變。
對(duì)于密閉容器中的可逆反應(yīng)：mA(g) + nB(g)pC(g)+ qD(g)是否達(dá)到平衡還可以歸納如下表：
化學(xué)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)例題
【例題1】可逆反應(yīng)：2NO2(g)2NO(g) + O2(g)，在體積固定的密閉容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是
① 單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO2
?、?單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO
?、?用NO2、NO、O2表示的反應(yīng)速率的比為2 : 2 : 1的狀態(tài)
?、?混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài)
⑤ 混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)
?、?混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)
?、?混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
A. ①④⑥⑦ B. ②③⑤⑦ C. ①③④⑤ D. 全部
解析：①單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2必消耗2n mol NO2，而生成2n mol NO2時(shí)，必消耗n mol O2，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡;②不能說明;③中無論達(dá)到平衡與否，化學(xué)反應(yīng)速率都等于化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比;④有顏色的氣體顏色不變，則表示物質(zhì)的濃度不再變化，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡;⑤體積固定，氣體質(zhì)量反應(yīng)前后守恒，密度始終不變;⑥反應(yīng)前后△V ≠ 0，壓強(qiáng)不變，意味著各物質(zhì)的含量不再變化;⑦由于氣體的質(zhì)量不變，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，說明氣體中各物質(zhì)的量不變，該反應(yīng)△V ≠ 0，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡。
答案：A
點(diǎn)撥：化學(xué)平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志是：①v(正) = v(逆)，②各組分百分含量不變。在解題時(shí)要牢牢抓住這兩個(gè)根本標(biāo)志，并明確氣體的顏色、密度、壓強(qiáng)、平均相對(duì)分子質(zhì)量的變化與根本標(biāo)志的關(guān)系，才能全面分析，正確作答。
【例題2】在一定溫度下的恒容密閉容器中，能說明反應(yīng)X2(g) + Y2(g)2XY(g)已達(dá)到平衡的是：
A.容器內(nèi)的總壓不隨時(shí)間變化
B.容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化
C.XY氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變
D.X2和Y2的消耗速率相等
解析：該反應(yīng)的特點(diǎn)：首先是可逆反應(yīng)，其次是反應(yīng)前后氣體體積相等。根據(jù)壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比的推斷，該反應(yīng)在整個(gè)反應(yīng)過程中總壓強(qiáng)是不變的，A不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡。同理推斷，容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終不隨時(shí)間變化，B不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡。X2和Y2的化學(xué)計(jì)量數(shù)相等，其消耗速率始終相等，D不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡。C選項(xiàng)符合題意，能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡。
答案：C
點(diǎn)撥：結(jié)合化學(xué)反應(yīng)方程式的特點(diǎn)，反應(yīng)前后系數(shù)不變，正確利用直接標(biāo)志與間接標(biāo)志判斷。
【例題3】在一定溫度下可逆反應(yīng)A(g) + 3B(g)2C(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是：
A.C的生成速率與C的分解速率相等
B.單位時(shí)間生成n mol A，同時(shí)生成3n mol B
C.A、B、C的濃度不再發(fā)生變化
D.A、B、C的分子個(gè)數(shù)比為1 : 3 : 2
解析：化學(xué)平衡的標(biāo)志是正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，C的生成速率是正反應(yīng)速率，C的分解速率是逆反應(yīng)速率，因此A選項(xiàng)正確;A、B、C的濃度不再發(fā)生變化，是平衡狀態(tài)的宏觀表現(xiàn)，因此選項(xiàng)C正確;B選項(xiàng)中由于A、B都是逆反應(yīng)速率，與正反應(yīng)無關(guān)，因此錯(cuò)誤;A、B、C的分子個(gè)數(shù)比為1 : 3 : 2的偶然存在性，不能作為判斷平衡標(biāo)志的依據(jù)。
答案：A、C
點(diǎn)撥：化學(xué)平衡的標(biāo)志①： v(正) = v(逆);②反應(yīng)混合物中各組分的濃度和含量不變。用速率描述時(shí)，一定要注意一“正”、一“逆”，且相等。
【練習(xí)1】對(duì)于可逆反應(yīng)2HI(g)I2(g) + H2(g)，下列敘述能夠說明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是
A.各物質(zhì)的量的濃度比2 : 1: 1
B.容器內(nèi)的總壓不隨時(shí)間變化
C.斷裂2 mol H-I鍵的同時(shí)生成1 mol I-I鍵
D.混合氣體的顏色不再變化時(shí)
答案：D
點(diǎn)撥：該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)和相等，因此壓強(qiáng)始終保持不變;因此B選項(xiàng)錯(cuò)誤;在反應(yīng)過程中的任意時(shí)刻斷裂2 mol H-I鍵的同時(shí)生成1 mol I-I鍵，因此C選項(xiàng)錯(cuò)誤。
【練習(xí)2】在恒容密閉容器中，不能作為反應(yīng)2SO2(g) + O2(g)2SO3(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是：
A.混合氣體的分子數(shù)之比為2 : 1: 2
B.混合氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
C.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
D.混合氣體的密度不再發(fā)生變化
答案：A、D
點(diǎn)撥：A選項(xiàng)是在特殊情況下出現(xiàn)的情況，B、C選項(xiàng)均說明混合氣體的物質(zhì)的量不再變化，D選項(xiàng)利用公式d= m/V，m、V不變，所以密度一直不變。
【練習(xí)3】在一定溫度下的密閉容器中，當(dāng)物質(zhì)的下列物理量不再變化時(shí)，表明反應(yīng)
A(s) + 2B(g)C(g) + D(g)已達(dá)到平衡的是
A. 混合氣體的壓強(qiáng) B. 混合氣體的密度
C. B的物質(zhì)的量濃度 D. 氣體的總物質(zhì)的量
解析：題給反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)不變的可逆反應(yīng)。顯然混合氣體壓強(qiáng)和總的物質(zhì)的量始終保持不變，不能用來判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡;由于A是固體，所以密度是一個(gè)變化量，那么B的濃度也是一個(gè)變化量，因此當(dāng)混合氣體的密度、B的物質(zhì)的量濃度不再變化時(shí)，說明反應(yīng)已達(dá)平衡。
答案：B、C
四：應(yīng)注意的問題：
(1)正逆反應(yīng)速率相等與反應(yīng)混合物中各組分的百分含量均保持不變是判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的基本方法。這兩個(gè)關(guān)系中的任何一個(gè)都可以單獨(dú)用作判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在mA(g) + nB(g)pC(g)+ qD(g)反應(yīng)中，
v(A) : v(B) : v(C) : v(D) = m : n : p : q，在應(yīng)用v(正) = v(逆)判斷化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)要充分注意這一點(diǎn)。
(3)化學(xué)平衡狀態(tài)中，反應(yīng)混合物里各組成成分的濃度(或百分比含量)保持不變，但是反應(yīng)混合物里各組成成分的濃度(或百分含量)保持不變的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)并不一定是化學(xué)平衡狀態(tài)。因此，在應(yīng)用反應(yīng)混合物里各組成成分的濃度、百分含量、物質(zhì)的顏色、氣體的壓強(qiáng)、氣體的密度、氣體的平均摩爾質(zhì)量等判斷化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，一定要慎重。
(4)向氣相化學(xué)平衡體系加入惰性氣體以后，化學(xué)平衡是否被破壞，要按照“增大氣體壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體體積縮小的反應(yīng)方向移動(dòng);減小壓強(qiáng)化學(xué)平衡向氣體體積擴(kuò)大的反應(yīng)方向移動(dòng)”的原則作分析判斷。
(5)物質(zhì)的化學(xué)變化都伴隨著能量的變化。處在絕熱容器內(nèi)的可逆反應(yīng)，當(dāng)體系內(nèi)的溫度恒定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)是平衡狀態(tài)。
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