第21讲-化学平衡

第21讲-化学平衡第21讲　化学平衡基础考点梳理最新考纲1.了解反应的可逆性。2．了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。自主复习一、化学平衡状态1．可逆反应在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。2．化学平衡状态在一定条件下，将0.02molCO和0.02molH2O(g)通入2L密闭容器中，进行反应：CO＋H2O(g)CO2＋H2。(1)反应刚开始时，反应物浓度最大，正反应速率最大；生成物浓度为0，逆对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝eq\f([cC]p·[cD]q,[cA]m·[cB]n)。3．平衡常数的应用和注意事项(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越高。(2)利用浓度商判断平衡移动方向。(3)平衡常数只与温度有关，与其他因素无关。(4)固体和纯液体的浓度通常看作常数“1”，不计入平衡常数 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式中。(5)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。网络构建热点典例突破热点考向1.根据可逆反应的特点进行有关的判断，理解反应进行的程度。2．化学平衡状态的判断及比较。3．利用平衡常数判断反应进行的方向或计算反应物的转化率及某一物质的消耗量，百分含量的变化。热点探究热点1化学平衡状态的判断判断一个可逆反应是否达到化学平衡状态，可以从三个方面来进行。1．根据化学平衡状态的本质标志：正反应速率等于逆反应速率；各组分的浓度保持不变。2．根据“浓度不变”衍生出的一些间接判断方法：各组分的百分含量保持不变、各组分的物质的量不随时间的改变而改变、各气体的分压不变、各气体的体积不随时间的改变而改变、有颜色变化的体系颜色不变等。3．结合可逆反应的特点不同，建立平衡的条件不同，从不同的角度进行特例判断。如：列举反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡②各物质的质量或质量分数一定平衡③各气体的体积或体积分数一定平衡④总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即v正＝v逆平衡②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC，则v正＝v逆平衡③v(A)：v(B)：v(C)：v(D)＝m：n：p：q，v正不一定等于v逆不一定平衡④在单位时间内生成了nmolB，同时消耗了qmolD，因均指v逆不一定平衡压强①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定)平衡②若m＋n＝p＋q，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体的平均相对分子质量(eq\x\to(Mr))①eq\x\to(Mr)一定，只有当m＋n≠p＋q时平衡②eq\x\to(Mr)一定，且m＋n＝p＋q时不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量的变化，当体系温度一定时(其他不变)平衡体系的密度(ρ)密度一定不一定平衡其他如体系颜色不再变化等平衡注意：(1)化学平衡的实质是v(正)＝v(逆)＞0，表现为平衡体系各组分的物质的量或物质的量分数不再变化，因此v(正)＝v(逆)>0是化学平衡判断的充要条件。(2)运用v(正)＝v(逆)>0时，注意方向和数量关系。(3)学会“变”与“不变”判断。“变”就是到达平衡过程中量“变”，而到达平衡后“不变”，否则，不一定平衡。【例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nmolO2的同时生成2nmolNO2；②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO；③用NO2、NO、O2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．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部[解析]　本题不仅考查了化学平衡的直接标志，也要求对化学平衡的间接标志进行分析，判断。①中单位时间内生成nmolO2必消耗2nmolNO2，而生成2nmolNO2时，必消耗nmolO2，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数之比。④有色气体的颜色不变，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Δv≠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物质的量不变，该反应Δn≠0，能说明反应达到平衡。[答案]　A变式1　下列方法中可以证明2HI(g)H2(g)＋I2(g)已达平衡状态的是__________。①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI；②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂；③百分组成ω(HI)＝ω(I2)；④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)/2时；⑤c(HI)：c(H2)：c(I2)＝2：1：1时；⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化；⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化；⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化；⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。解析：①②④是从v正＝v逆≠0来判断的，由上面分析可知，只有②符合；③⑤⑥⑦⑧⑨⑩分别是从结果上来判断的，由于该反应是两边气体体积相等的反应，所以由左栏归纳可知，⑥⑨可以判断。答案：②⑥⑨热点2化学平衡常数1.化学平衡常数的概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)，用符号K表示。2．化学平衡常数的表示对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的平衡常数为：K＝eq\f(cpCcqD,cmAcnB)。如可逆反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)的平衡常数K＝eq\f(c2HI,cH2cI2)。3．化学平衡常数的特点(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代人公式(联想化学反应速率一节固体和纯液体的处理)。(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变，但意义不变。4．化学平衡常数的应用(1)利用K可以推测可逆反应进行的程度。K的大小表示可逆反应进行的程度，K大说明反应进行程度大，反应物的转化率大。K小说明反应进行的程度小，反应物的转化率小。(2)借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：Q＝eq\f(ccCcdD,caAcbB)，Qeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(K　反应向逆反应方向进行，v正”、“＝”或“<”)。解析：(1)化学平衡常数是生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值，该反应的化学平衡常数K＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)。(2)该反应为放热反应，温度升高，平衡向逆方向移动，化学平衡常数减小，因此K1>K2。答案：(1)eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)　(2)>热点3化学平衡的计算1.三段法(始态、变化、终态)步骤：(1)写出有关平衡的化学方程式。(2)找出各物质的起始量、转化量、平衡量(可设为未知数)。(3)利用条件列方程计算。如：　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol/L):ab00转化(mol/L):mxnxpxqx平衡(mol/L):a－mxb－nxpxqx说明：计算中存在以下量的关系①反应物：n(平)＝n(始)－n(变)；生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。②各物质的转化量之比等于化学方程式中化学计量数之比。③转化率＝eq\f(反应物转化的物质的量或浓度、体积,反应物起始的物质的量或浓度、体积)×100%。2．平衡时混合气的平均相对分子质量对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，若A、B起始物质的量分别为amol、bmol，达平衡后，A的物质的量变化了mxmol，则平衡混合气的平均相对分子质量为：Mr＝eq\f(aMA＋bMB,a－mx＋b－nx＋px＋qx)。【例3】　(2010·北京理综)某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝eq\f(9,4)。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c(H2)(mol/L)0.0100.0200.020c(CO2)(mol/L)0.0100.0100.020下列判断不正确的是(　　)A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/LD．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢[解析]　本题考查化学平衡常数及转化率的计算，意在考查考生对数据的分析和处理能力。设平衡时甲中CO2的转化浓度为xmol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.01－x)mol/L、(0.01－x)mol/L、xmol/L、xmol/L，根据平衡常数K＝eq\f(x×x,0.01－x×0.01－x)＝eq\f(9,4)，解得x＝0.006，则甲中CO2的转化率为eq\f(0.006,0.01)×100%＝60%，由于乙相对于甲增大了c(H2)，因此CO2的转化率增大，A项正确；设平衡时丙中CO2的转化浓度为ymol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.02－y)mol/L、(0.02－y)mol/L、ymol/L、ymol/L，根据平衡常数K＝eq\f(y×y,0.02－y×0.02－y)＝eq\f(9,4)，解得y＝0.012，则丙中CO2的转化率为eq\f(0.012,0.02)×100%＝60%，B项正确；平衡时甲中c(CO2)＝0.01－0.006＝0.004(mol/L)，丙中c(CO2)＝0.02－0.012＝0.008(mol/L)，C项错误；反应开始时，丙中反应物浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，D项正确。[答案]　C变式3　在密闭容器中进行的如下反应：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3(g)SO2的起始浓度是0.4mol·L－1，O2的起始浓度1mol·L－1。当SO2的转化率为80%时，反应达到平衡状态。(1)求反应的平衡常数。(2)若将平衡时反应混合物的压强增大1倍，通过计算判断平衡将如何移动？(3)平衡时保持体积不变，向平衡混合气体中充入稀有气体Ar，使体系总压变为原来的3倍，平衡又将如何移动？(1)平衡常数K＝eq\f(0.32mol·L－12,0.08mol·L－12×0.84mol·L－1)＝eq\f(400,21)(mol·L－1)－1(2)压强增大1倍，各组分的浓度增大1倍，Qc＝eq\f(0.64mol·L－12,0.16mol·L－12×1.68mol·L－1)＝eq\f(200,21)(mol·L－1)－1<eq\f(400,21)(mol·L－1)－1即Qcc3　B．a＋b＝92.4C．2p2p3，故不正确；D项，由A项分析可知，若压缩至相同体积时，平衡不移动，则有α1＋α3＝1，现在丙中平衡向正反应方向移动，则α1＋α3<1，故正确。[答案]　BD变式　在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(Δ))2SO3，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白：(1)若a＝0，b＝0，则c＝________。(2)若a＝0.5，则b＝________和c＝________。(3)a、b、c必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c)：____、______。解析：在其他条件不变时，改变平衡体系中有关物质的量，使之平衡状态相同。解题思路是：有关物质的量不论取何值，都把它转化成最初给定的物质的量。若其值与题干给出的量相同，则符合题意。(1)2molSO3相当于2molSO2和1molO2。(2)0.5molSO2与0.25molO2反应生成0.5molSO3，再加上1.5molSO3，其SO3的量是2mol，同(1)。(3)若SO2与SO3的物质的量之和等于2mol，相当于原来加入的2molSO2。cmolSO3分解得eq\f(c,2)molO2，若eq\f(c,2)＋b＝1，两者之和等于初始氧气的量就符合题意。答案：(1)2　(2)0.25　1.5　(3)a＋c＝2，eq\f(c,2)＋b＝1点评：关键是理解解析中的第一段的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 。我们把这一类问题称作等效平衡，“等效”是指改变加入的物质与原来加入的物质，在数量上“等效”。备选习题1.可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　)A．3v正(N2)＝v正(H2)　　B．v正(N2)＝v逆(NH3)C．2v正(H2)＝3v逆(NH3)D．v正(N2)＝3v逆(H2)解析：当正向反应速率等于逆向反应速率时，可逆反应达到平衡状态。根据化学方程式中NH3和H2的计量关系，可以看出正反应在单位时间内有3molH2发生化合反应，必定同时生成2molNH3，故有2v正(H2)＝3v正(NH3)。这时逆反应如果同时有2molNH3发生分解反应，NH3的物质的量就相当于没有变化，好像“表面上静止”达到平衡状态。所以当2v正(H2)＝3v逆(NH3)时，NH3的正、逆反应速率相等，说明反应已达到平衡状态。答案：C2．(2010·山东省潍坊市抽样)一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)＋2Y(g)2Z(g)一定达到化学平衡状态的是(　　)①X、Y、Z的物质的量之比为1：2：2；②X、Y、Z的浓度不再发生变化；③容器中的压强不再发生变化；④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolY。A．①②B．①④C．②③D．③④解析：X、Y、Z的物质的量之比等于计量数之比，不能作为平衡的标志，①错；X、Y、Z的浓度保持不变可以作为平衡的标志，②对；该反应为反应前后气体分子数不相等的反应，密闭容器中压强保持不变可以作为平衡的标志，③对；单位时间内生成nmolZ的同时生成nmolY时正逆反应速率相等，④错。答案：C3．下列关于平衡常数的说法中，正确的是(　　)A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度表示，生成物浓度用平衡浓度表示B．化学平衡常数较大的可逆反应，所有反应物的转化率一定大C．可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度D．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关解析：考查平衡常数、转化率的影响因素。平衡常数中的浓度都是平衡浓度，它仅受温度影响而已，故A、D错，其大小可以描述反应的限度大小，故C正确。转化率不但受平衡常数的影响，而且还受自身起始浓度及其它物质浓度的影响，故B错。答案：C4．利用下列反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是(　　)Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)A．50～80℃时，适当增大压强，有利于Ni(CO)4的生成B．该反应的平衡常数表达式是K＝eq\f(c[NiCO4],cNi·c4CO)C．50～200℃范围内，该反应的平衡常数随温度的升高而减小D．利用上述原理提纯镍需要消耗大量的CO气体解析：本题考查的是可逆反应知识，难度中等。增大压强平衡正向移动，有利于Ni(CO)4的生成，A正确；B错，表达式与固体物质(Ni)无关；升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，C正确；提纯过程中没有消耗CO气体，D错。答案：AC5．一定条件下，在体积为3L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，根据题意，以下说法正确的是(　　)A．E点的平衡常数大于D点的平衡常数，且该反应的ΔH>0B．容器中气体的总物质的量E点大于D点C．F点的正反应速率大于逆反应速率D．v(甲醇)＝eq\f(nB,3tB)mol/(L·min)表示500℃时上述反应在D点的速率解析：根据平衡常数的公式可得：E点醇的浓度比D点要大，所以E点平衡常数比D点平衡常数要大，温度从E点转换为D点，温度升高，但是甲醇的浓度变小，所以该反应为放热反应，ΔH<0，选项A错误；该反应的反应前后物质的量为减小趋势，所以生成甲醇越多，气体总物质的量越小，则D点的总物质的量大于E点，选项B错误；F―→D点是到达平衡的过程，F点还没到达平衡点，所以正反应速率大于逆反应速率，C选项正确；在D点的速率为瞬时速率，不是平均速率，选项D错误。答案：C6．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2molN2、3molH2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。(1)相同温度下，在乙中加入4molN2、6molH2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积和甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。A．小于mB．等于mC．在m～2m之间D．等于2mE．大于2m(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1molNH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始应加入________molN2和________molH2。解析：(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m。当甲乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5)＝0.5mol，H2为(1.5－1.5)＝0mol。答案：(1)D　E　(2)0.5　0