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一、化学平衡状态

化学反应速率与化学平衡 · 高三
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,各组分浓度保持不变的状态。

从哪来 本知识点为高三化学平衡专题的起点,不依赖图谱中记录的前置知识点,直接基于“可逆反应”的基本概念构建。

为什么 化学平衡是动态平衡。从微观角度看,反应物分子不断碰撞生成产物,同时产物分子也在不断碰撞生成反应物。随着反应进行,反应物浓度降低导致正反应速率减小,产物浓度增加导致逆反应速率增大。最终,正逆反应速率在数值上相等($v_{正} = v_{逆}$),宏观上各物质浓度不再变化,但微观上反应并未停止,而是达到了动态稳定。

讲法
适合类型:形象思维强、喜欢直观演示的学生 讲法:水池模型法 想象两个相连的水池,左边代表反应物,右边代表产物。 1. 初始时,左池水位高(浓度大),水流向右边快($v_{正} > v_{逆}$)。 2. 随着水流动,左池水位下降,右池水位上升。 3. 当两池水位高度差稳定,且单位时间内从左流向右的水量等于从右流向左的水量时,虽然水还在流动(动态),但两池水位不再改变(静态)。 4. 强调:只要进出水量相等,水位就恒定,这就是平衡。
讲法
适合类型:逻辑严密、擅长数据分析的学生 讲法:速率-时间曲线分析法 1. 画出 $v-t$ 图。横轴时间,纵轴速率。 2. $t=0$ 时,$v_{正}$ 最大,$v_{逆}=0$。 3. 随着时间推移,$v_{正}$ 曲线下降,$v_{逆}$ 曲线上升。 4. 两条曲线在某一点 $t_{eq}$ 相交并重合为一条水平线。 5. 核心逻辑:平衡的本质是 $v_{正} = v_{逆}$,而不是 $v_{正} = v_{逆} = 0$。只要速率相等且不为零,就是平衡。
讲法
适合类型:抽象思维强、喜欢数学推导的学生 讲法:数学极限与导数思想 1. 将浓度变化率看作导数 $\frac{dc}{dt}$。 2. 平衡状态即 $\frac{dc_{反应物}}{dt} = 0$ 且 $\frac{dc_{产物}}{dt} = 0$。 3. 根据质量作用定律,$v_{正} = k_{正} c_A^a c_B^b$,$v_{逆} = k_{逆} c_C^c c_D^d$。 4. 平衡条件即 $k_{正} c_A^a c_B^b = k_{逆} c_C^c c_D^d$。 5. 移项得 $\frac{c_C^c c_D^d}{c_A^a c_B^b} = \frac{k_{正}}{k_{逆}} = K$。 6. 结论:平衡是系统趋向于一个特定常数 $K$ 的过程,当反应商 $Q$ 等于 $K$ 时,系统达到平衡。
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练一道
基础题
在恒温恒容密闭容器中,发生反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$。下列事实能说明反应达到平衡状态的是( ) A. $v(N_2) = 3v(H_2)$ B. 容器内气体总压强不再变化 C. $c(N_2) : c(H_2) : c(NH_3) = 1 : 3 : 2$ D. 单位时间内生成 $1\ mol\ N_2$ 的同时生成 $3\ mol\ H_2$
变式
在恒温恒压密闭容器中,发生反应 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$。下列事实能说明反应达到平衡状态的是( ) A. 容器内气体密度不再变化 B. 容器内气体平均相对分子质量不再变化 C. $v_{正}(SO_2) = 2v_{逆}(O_2)$ D. 容器内 $SO_2$、$O_2$、$SO_3$ 的浓度之比为 $2:1:2$
试试手自己判
检测题
在恒温恒容密闭容器中,充入 $2\ mol\ A(g)$ 和 $1\ mol\ B(g)$,发生反应 $2A(g) + B(g) \rightleftharpoons 2C(g)$。下列叙述中能说明反应达到平衡状态的是( ) A. 容器内气体总物质的量不再变化 B. 容器内气体密度不再变化 C. $v(A) = 2v(B)$ D. 容器内气体平均相对分子质量不再变化
看答案和判分标准
答案:A、D
判对标准:
选A:正确。反应前后气体分子数改变($3 \to 2$),总物质的量是变量,不变即平衡。
* 选B:错误。恒容、质量守恒,密度始终不变,不能作为判据。
* 选C:错误。未指明正逆方向,若均为正反应速率则恒成立。
* 选D:正确。平均相对分子质量 $\bar{M} = m/n$,$m$ 不变,$n$ 变化,故 $\bar{M}$ 变化,不变即平衡。
* 得分点:必须同时选出A和D,漏选或错选B、C均不得分。
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