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2. 化学平衡状态

化学平衡及其移动 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 可逆反应中,正逆反应速率相等,混合物中各组分的浓度保持不变的动态平衡状态。

从哪来 建立在“1. 化学反应速率”之上,特别是正反应速率与逆反应速率随时间变化的动态过程。

为什么 在密闭容器中,随着反应进行,反应物浓度降低导致正反应速率减小,生成物浓度增加导致逆反应速率增大。当两者数值相等时,宏观上物质浓度不再改变,但微观上反应仍在进行,这就是动态平衡。

类比法
适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 将平衡比作“进出超市的人流”。假设超市里的人流达到稳定状态,不是因为没有人在进出,而是每分钟进店的顾客数等于离店的顾客数。此时超市内总人数不变,但每个人都在流动。强调“动态”而非“静止”。
数据推导法
适合逻辑严密、喜欢数学推导的学生。 列出 $v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 随时间 $t$ 变化的曲线图。从 $t=0$ 开始,$v_{正}$ 最大,$v_{逆}=0$;随着时间推移,$v_{正}$ 下降,$v_{逆}$ 上升,直到某时刻 $t_{eq}$ 两者相交并重合。通过数学函数的极限思想解释为何浓度不再变化。
微观粒子法
适合空间想象力好、对微观世界感兴趣的学生。 想象一个装满红球(反应物)和白球(生成物)的盒子。红球碰撞变成白球(正反应),白球碰撞变回红球(逆反应)。当红球变白球的速度等于白球变红球的速度时,虽然球还在不断变色,但红球和白球的数量比例恒定。
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练一道
基础题
在恒温恒容密闭容器中,发生反应 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$。下列现象能说明反应达到平衡状态的是( ) A. $v(SO_2) = v(O_2)$ B. 容器内气体总压强不再改变 C. $c(SO_2) : c(O_2) : c(SO_3) = 2:1:2$ D. 混合气体的密度不再改变
变式
对于反应 $H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2HI(g)$,在恒温恒容条件下,下列哪项不能作为平衡判据? A. 容器内气体颜色不再改变 B. 容器内气体总压强不再改变 C. $v_{正}(H_2) = v_{逆}(HI)/2$ D. 混合气体的平均相对分子质量不再改变
试试手自己判
检测题
在恒温恒容密闭容器中,发生反应 $2A(g) \rightleftharpoons B(g) + C(g)$。下列叙述中,能说明反应达到平衡状态的是( ) A. 容器内气体的总压强不随时间变化 B. 单位时间内生成 $2n$ mol A,同时生成 $n$ mol B C. 混合气体的密度不随时间变化 D. 容器内 A、B、C 的浓度之比为 2:1:1
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
- 选 B 得满分。
- 选 A 错在:该反应前后气体分子数不变($2 \to 1+1$),压强始终不变,无法判断平衡。
- 选 C 错在:恒容且质量守恒,密度始终不变,无法判断平衡。
- 选 D 错在:浓度比等于计量数比不代表浓度不再变化,只是某一时刻的状态。
- 解析 B:生成 A 代表逆反应,生成 B 代表正反应。$v_{逆}(A) = 2n$,$v_{正}(B) = n$。根据计量数关系,$v_{正}(A) = 2v_{正}(B) = 2n$。此时 $v_{正}(A) = v_{逆}(A)$,故达到平衡。
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