全程学习方略高中化学 2.2.2 化学平衡状态课件 鲁科版选修4.ppt

第2课时化学平衡状态化学平衡常数 一 化学平衡状态1 概念 在一定条件下 可逆反应的 反应物和生成物的浓度不再随时间而发生变化的状态 正反应速率和逆反应速 率相等 2 建立过程中物质浓度和反应速率的变化 1 物质浓度随时间的变化 图1 2 反应速率随时间的变化 图2 3 化学平衡的特征 1 逆 反应 2 动 平衡时反应没有停止 是 平衡 3 等 v 正 v 逆 4 定 反应物和生成物的量 指物质的量 物质的量浓度 质量分数 积分数等 保持 5 变 外界条件改变 平衡被打破 建立新的平衡 可逆 动态 不变 二 化学平衡常数1 表达式 在一定温度下 对于下列可逆反应aa bbcc dd 无论反应物的起始浓度如何 反应达到平衡后 各物质的物质的量浓度存在以下关系 k k为定值 称为化学平衡常数 2 影响因素 1 内因 反应物本身的 2 外因 反应体系的 3 应用 1 k值的大小能说明反应进行的程度 k值 表示反应进行得越完全 2 利用化学平衡常数可预测一定温度和起始浓度下反应进行的限度 性质 温度 越大 三 平衡转化率1 概念 某一反应物的转化率等于该物质在反应中 的量与该物质 的比值 2 表达式 可逆反应在一定条件下达到平衡时 某一反应物的平衡转化率可表示为 100 3 意义 反应的平衡转化率表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度 已转化 总量 1 辨析下列说法的正误 1 化学平衡常数与反应物和生成物的浓度有关 2 化学平衡常数k越大表示反应进行得越彻底 3 同一个化学反应中的两种反应物转化率一定相等 4 平衡常数k越大 表明反应越有利于生成物的生成 反应物的转化率越大 答案解析 1 分析 化学平衡常数只与温度有关 与反应物 生成物的浓度无关 2 分析 k的大小反映了反应进行的程度 k越大表示反应进行得越彻底 3 分析 反应物的转化率与初始量和变化量有关 故同一反应中两种反应物的转化率不一定相等 4 分析 平衡常数k的大小与反应物的转化率无必然联系 平衡常数只受温度的影响 而转化率还受浓度 压强等因素的影响 2 下列各关系中能说明反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 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 选c 如果v 正 与v 逆 之比等于化学计量数之比 则该反应达到平衡状态 3 n2 g 3h2 g 2nh3 g 在密闭容器中反应一段时间后 达到平衡状态 则下列说法中正确的是 a n2 h2不再反应b n2 h2 nh3浓度不再变化c n2 h2 nh3的质量相等d 改变条件 n2 h2 nh3的浓度也不再变化 解析 选b 反应达到平衡时并没有停止 只是正 逆反应的速率相等 a错 平衡时各组分的浓度不再变化 但质量可能变化 故b正确 c错 条件改变 平衡也会改变 各物质的浓度也会改变 d错 4 对于3fe s 4h2o g fe3o4 s 4h2 g 反应的化学平衡常数的表达式为 解析 选d 反应中fe s 和fe3o4 s 的浓度是常数 平衡常数应为生成物浓度的化学计量数次幂与反应物浓度的化学计量数次幂之比 故应选d 一 化学平衡状态的判断1 化学平衡的判断依据 即化学平衡的两个主要特征 2 判断方法 1 直接判断法 2 间接判断法 各组分的百分含量保持不变 各物质的物质的量分数一定 各物质的质量分数一定 各气体的体积分数一定 各组分的物质的量不随时间的改变而改变 各气体的体积不随时间的改变而改变 3 特例判断法 点拨 判断化学平衡状态思路 变量不变判断可逆反应是否达到平衡状态的依据和方法很多 最根本的标志是正 逆反应速率相等 即v 正 v 逆 其余的判断方法都是从这个方法的基础上衍生出来的 分析时可采用变量不变法 即分析反应过程中与反应有关的各种物理量 哪些发生变化 哪些不发生变化 只要反应过程中发生变化的量 如反应物的物质的量 物质的量浓度 反应速率 某些反应的气体体积等 不再变化 说明反应已达到平衡状态 有些物理量在反应过程中本身不变 如各反应物的转化的物质的量之比 反应前后气体的物质的量不变的反应的总体积 总压强等 不能作为判断是否达平衡状态的标志 微思考 对于可逆反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 1 若反应体系的压强不再发生变化 此时反应是否达到平衡状态 对于反应h2 g i2 g 2hi g 呢 提示 对于反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 反应发生 气体体积发生变化 当体系的压强不再发生变化时 各组分含量不再发生变化 已达到平衡状态 而对于反应h2 g i2 g 2hi g 反应前后气体体积不变 压强始终不变 所以当体系的压强不再发生变化时 无法确定该反应是否已达到平衡状态 2 若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 此时反应是否达到平衡状态 对于反应h2 g i2 g 2hi g 呢 提示 对于反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 则已达到平衡状态 而对于反应h2 g i2 g 2hi g 反应过程中平均相对分子质量是保持不变的 若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 无法确定是否已达到平衡状态 3 在恒压容器内若混合气体的密度不再发生变化 此时反应是否达到平衡状态 对于反应h2 g i2 g 2hi g 呢 提示 对于反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 若混合气体的密度不再发生变化 则已达到平衡状态 而对于反应h2 g i2 g 2hi g 若混合气体的密度不再发生变化 则无法确定是否已达到平衡状态 过关题组 1 2014 重庆高二检测 可逆反应2hi g i2 g h2 g 在体积固定的密闭容器中进行 当下列四个选项中的某项不随时间变化时 不能说明反应达到平衡的是 a 各组分的物质的量b 各组分的质量分数c 容器内压强d 混合气体的颜色 解题指南 解答本题应注意以下3点 1 利用压强判断平衡时 注意反应前后气体体积是否变化 2 若反应中涉及有颜色物质 颜色不变可作为平衡的一种判断依据 3 各组分浓度不变 则各组分物质的量 质量 体积分数等都不变 解析 选c 该反应前后气体体积不变 故容器内压强一直不变 压强不变不能作为判断平衡的依据 2 2014 台州高二检测 在一定温度下 向某固定容积的密闭容器中加入1moln2和3molh2 发生如下反应 n2 g 3h2 g 2nh3 g 此反应达到平衡状态的标志是 a 容器内气体密度不再发生变化b 容器内各物质的浓度不再发生变化c 正反应和逆反应都已停止d 单位时间消耗0 1moln2的同时 生成0 2molnh3 解析 选b 容器容积固定 反应前后都是气体 故气体的密度一直不变 a错 各组分浓度不变 说明反应达到平衡 b正确 平衡时 正 逆反应速率相等 但并不是0 c错 消耗0 1moln2和生成0 2molnh3都是正反应速率 d错 方法规律 判断反应达到平衡状态的方法平衡状态强调两方面 各组成成分的百分含量保持不变 正反应速率等于逆反应速率 例如 对于反应a2 g b2 g 2ab g 1 不变 若说不变 则是指含量 或能表明含量的叙述 可以是a2 b2 ab的体积分数 物质的量分数 质量分数以及分子数之比不变 a2 b2的转化率不变 体系的温度不变 体系的颜色不变 对于反应前后气体体积发生变化的反应 还可以是体系平均相对分子质量 压强 总物质的量等不变 2 相等 若说相等 则是指正 逆反应速率相等 例如 生成ab的速率与ab分解的速率相等 单位时间内 反应掉a2的分子数与生成a2的分子数相等 有些叙述肯定不对 如生成b2的速率与反应掉ab的速率相等 变式训练 1 2014 宁波高二检测 对于可逆反应4nh3 g 5o2 g 4no g 6h2o g 下列叙述正确的是 a 达到化学平衡时 4v正 o2 5v逆 no b 若单位时间内生成xmolno 同时消耗xmolnh3 则反应达到平衡状态c 达到化学平衡时 若缩小容器体积 则正反应速率减小 逆反应速率增大d 在恒容容器中 若混合气体密度不再改变 则反应达到平衡状态 解析 选a 平衡时正 逆反应速率相等 故4v正 o2 5v逆 no a正确 单位时间内生成xmolno 同时消耗xmolnh3 二者都是正反应速率 b错 缩小容器体积则压强增大 正 逆反应速率都增大 c错 恒容条件下 容器内气体密度一直不变 d错 2 乙酸 乙醇生成乙酸乙酯的反应是可逆反应 反应一段时间后 达到平衡状态 下列描述能说明乙酸与乙醇的反应已经达到平衡的是 a 乙酸 乙醇 乙酸乙酯的浓度相同b 生成1mol乙酸乙酯的同时 也生成1mol乙酸c 当乙酸断开1mol碳氧单键的同时 乙醇也断开了1mol氢氧键d 正反应的速率与逆反应的速率相等 且等于零 解析 选b a项 该反应为可逆反应 无论是否达到平衡状态 各种物质都共存 浓度是否相同取决于起始物质的浓度 所以不能作为判断依据 故a错误 b项 生成1mol乙酸乙酯的同时 也生成1mol乙酸 说明正 逆反应速率相等 反应达到平衡状态 故b正确 c项 无论是否达到平衡状态 当乙酸断开1mol碳氧单键的同时 乙醇也断开了1mol氢氧键 反应方向相同 所以不能作为判断反应达到平衡状态的依据 故c错误 d项 当反应达到平衡状态时 正 逆反应速率相等 但不等于零 故d错误 二 化学平衡常数与转化率1 化学平衡常数 1 平衡常数的表达式 书写形式与化学方程式的书写有关 同一个化学反应 化学方程式书写形式不同 平衡常数表达式不同 对于给定的化学反应 正 逆反应的平衡常数互为倒数 即k正 k逆 1 如 2so2 g o2 g 2so3 g k1 2so3 g 2so2 g o2 g k2 so2 g o2 g so3 g k3 平衡常数中的浓度专指气体或溶液的物质的量浓度 单位为mol l 1 固体和纯液体的浓度可看做常数 不列入表达式 如fe2o3 s 3co g 2fe s 3co2 g k 2 化学平衡常数的影响因素 虽然化学平衡常数可用各组分的平衡浓度计算得到 但化学平衡常数只与温度有关 与各组分的浓度无关 当温度一定时 可逆反应无论从正反应开始 还是从逆反应开始 又无论反应物起始浓度是多少 k是一个常数 若温度发生变化 k值有可能变大也有可能变小 若温度变化使得化学平衡正向移动时 平衡常数增大 使化学平衡逆向移动时 则平衡常数减小 3 平衡常数的计算 平衡常数是用化学反应中各组分的平衡浓度计算的 表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的值 不能是任一时刻的浓度值 2 转化率 1 转化率的表达式 反应物a的平衡转化率 该条件最大转化率 可表示为 a 100 100 或 a 100 2 转化率的影响因素 化学平衡发生移动时 反应物的平衡转化率也会发生变化 对于容积不变的密闭容器中的反应ma g nb g pc g qd g 向上述反应的平衡体系中再加入a 会增大b的转化率 会使a的转化率变小 警示 化学平衡常数注意问题 1 书写化学平衡常数时 一定要注意反应中各物质的状态 固体 纯液体 水溶液中的水 不写入平衡常数 2 平衡常数是温度的函数 温度不变 平衡常数不变 3 反应方程式的书写形式改变 则平衡常数的表达式就会改变 微思考 1 若反应h2 g i2 g 2hi g 的平衡常数为k 则反应2hi g h2 g i2 g h2 g i2 g hi g 的平衡常数分别为多少 提示 反应2hi g h2 g i2 g 的平衡常数为 h2 g i2 g hi g 的平衡常数为 2 已知 加入2mola和2molb在1l的容器内发生反应4a g b g 2c g d s 当其一定条件下达到平衡时 测得生成0 25mold 则物质a与b平衡转化率相同吗 提示 不同 由方程式和题意得平衡时n a 1mol n b 1 75mol 则 a 100 100 50 b 100 100 12 5 过关题组 1 2014 台州高二检测 已知450 时 反应h2 g i2 g 2hi g 的k 50 由此推测在450 时 反应2hi g h2 g i2 g 的化学平衡常数为 a 50b 0 02c 100d 无法确定 解题探究 1 书写化学平衡常数应注意哪些问题 提示 注意物质的状态和化学计量数 2 同一反应的正 逆反应平衡常数有何关系 提示 互为倒数 解析 选b 正 逆反应的化学平衡常数互为倒数 故所求平衡常数为 0 02 2 2014 北京高二检测 将2mola和2molb通入一密闭容器中 在某温度下达到平衡2a g b g 2c g d g 经测定 平衡时混合气体中c的体积分数为24 则b的转化率为 a 73 b 24 c 36 d 12 解析 选b 设反应过程中消耗b的物质的量为xmol 2a g b g 2c g d g 初始量 mol 2200变化量 mol 2xx2xx平衡量 mol 2 2x2 x2xx根据题意有 100 24 解得x 0 48 故b的转化率为 100 24 互动探究 1 依据题1中数据 则反应h2 g i2 g hi g 的平衡常数k1是多少 提示 k1 2 题2中 a的转化率是多少 提示 根据反应物的起始量和反应方程式中各物质的系数关系可知a的转化率是48 变式训练 在一定体积的密闭容器中有反应co2 g h2 g co g h2o g 830 时 其平衡常数k 1 该温度下向该容器中加入1molco2与1molh2 达到平衡时co的体积分数是 a 25 b 40 c 50 d 75 解析 选a 设反应达到平衡时消耗co2的物质的量为x 容器的体积为vco2 g h2 g co g h2o g 初始量 mol 1100变化量 mol xxxx平衡量 mol 1 x1 xxx根据题意有 1 解得x 0 5 则平衡时混合气体中co的体积分数为 100 25 三 化学平衡的计算 三段式 法有关化学平衡的计算问题 可按下列步骤建立模式 确定关系进行计算 如可逆反应ma g nb g pc g qd g 假定反应物a b的起始加入量分别为amol l 1 bmol l 1 达到平衡时 设a物质转化的物质的量浓度为mxmol l 1 1 模式 ma g nb g pc g qd g 起始量 mol l 1 ab00变化量 mol l 1 mxnxpxqx平衡量 mol l 1 a mxb nxpxqx对于反应物 c 平 c 始 c 变 对于生成物 c 平 c 始 c 变 2 基本解题思路 1 设未知数 具体题目要具体分析 灵活设立 一般设某物质的转化量为x 2 确定三个量 根据反应物 生成物及变化量的关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量 变化量 平衡量 并按 模式 列出 3 解答题设问题 明确了 始 变 平 三个量的具体数值 再根据相应关系求反应物转化率 混合气体的密度 平均相对分子质量等 给出题目答案 点拨 化学平衡的计算注意问题 1 化学平衡的计算 一般是求某物质的转化率 化学平衡常数 某物质反应前或平衡时的浓度 物质的量 某物质的体积分数或物质的量分数 反应前后体系压强比 平衡时的气体的密度等 2 注意和反应速率的计算联系起来 某物质的反应速率为变化量除以时间 微思考 1 化学反应中各物质的变化量与化学方程式中的化学计量数有什么关系 提示 各物质的变化量之比等于化学方程式中的化学计量数之比 2 化学反应中各物质的平衡量与化学方程式中的化学计量数有什么关系 提示 各物质的平衡量取决于起始量和变化量 与化学方程式中的化学计量数无直接关系 过关题组 1 2014 蚌埠高二检测 密闭容器中 用等物质的量a和b发生如下反应 a g 2b g 2c g 反应达到平衡时 若混合气体中a和b的物质的量之和与c的物质的量相等 则这时a的转化率为 a 40 b 50 c 60 d 70 解题指南 解答本题应注意以下两点 1 物质的转化率是变化量与初始量之比 2 计算时 对于题目中的未知量可以先设出来 解析 选a 设反应前a b的物质的量为amol 反应达到平衡时 消耗a的物质的量为bmol 则有a g 2b g 2c g 初始量 mol aa0变化量 mol b2b2b平衡量 mol a ba 2b2b根据题意有 a b a 2b 2b 解得b 故a的转化率为 100 40 2 2014 台州高二检测 某温度时 浓度都是1mol l 1的两种气体x2和y2 在密闭容器中反应生成气体z 达到平衡后c x2 为0 4mol l 1 c y2 为0 8mol l 1 生成的c z 为0 4mol l 1 则该反应式 z用x y表示 是 a x2 g 2y2 g 2xy2 g b 2x2 g y2 g 2x2y g c 3x2 g y2 g 2x3y g d x2 g 3y2 g 2xy3 g 解析 选c 反应中各物质的变化量之比等于化学计量数之比 x2的变化量是1mol l 1 0 4mol l 1 0 6mol l 1 y2的变化量是1mol l 1 0 8mol l 1 0 2mol l 1 z的变化量是0 4mol l 1 x2 y2 z的变化量之比为3 1 2 故反应方程式可写为3x2 g y2 g 2z g 根据原子守恒 可知z为x3y 故选c 方法规律 三段式法 的应用注意问题 1 与化学平衡 化学反应速率有关的计算 应用 三段法 基本上都可以解决 2 若题目中有些量未给出 可以先设出来 以便于理顺思路 3 注意物质的变化量之比等于反应的化学计量数之比 4 注意一定条件下 物质的物质的量比 体积分数比 压强比等是相同的 变式训练 1 2014 济宁高二检测 在固定体积的密闭容器中进行如下反应 2so2 g o2 g 2so3 g 已知反应过程某一时刻so2 o2 so3浓度 mol l 1 分别为0 2 0 1 0 2 达到平衡时 浓度可能正确的是 a so2 o2分别为0 4mol l 1 0 2mol l 1b so2为0 25mol l 1c so2 so3均为0 15mol l 1d so3为0 4mol l 1 解析 选b 根据题意 将反应物全部转化为生成物 或将生成物全部转化为反应物 则有2so2 g o2 g 2so3 g 某时刻量 mol l 1 0 20 10 2初始量 mol l 1 0 40 20或2so2 g o2 g 2so3 g 某时刻量 mol l 1 0 20 10 2初始量 mol l 1 000 4 故so2 o2 so3浓度 mol l 1 的变化范围分别是0 0 4 0 0 2 0 0 4 但不可能是极限值 a d错 b正确 当so2浓度减小时 则so3浓度增大 故二者不可能均为0 15mol l 1 c错 2 2014 海口高二检测 x y z为三种气体 把amolx和bmoly充入一密闭容器中 发生反应x g 2y g 2z g 达到平衡时 若它们的物质的量满足 n x n y n z 则y的转化率为 解析 选b 设参加反应的x为nmol 则x g 2y g 2z g 起始物质的量 molab0转化物质的量 moln2n2n平衡物质的量 mola nb 2n2n据题意 a n b 2n 2n 解得n 故y的转化率为 100 提分必备关键点 1 化学平衡的特点 逆 动 等 定 变 2 化学平衡判断的依据 根本依据 正 逆反应速率相等 常用依据 各组分浓度保持不变 3 对于可逆反应aa g bb g cc g dd g 平衡常数可表示为k 平衡常数是温度的函数 只与反应物本身和温度有关 4 反应中某物质的转化率可表示为 100 化学平衡常数及转化率的探究 真题判断 在括号内打 或 1 2014 四川高考节选 在10l恒容密闭容器中充入x g 和y g 发生反应x g y g m g n g 所得实验数据如下表 实验 中 该反应的平衡常数k 2 0 分析 平衡时m和n的浓度都是0 0080mol l 1 消耗x与y的浓度均是0 0080mol l 1 平衡时x和y的浓度分别为0 002mol l 1和0 032mol l 1 该反应的平衡常数k 1 实验 中 达到平衡时 x的转化率为60 分析 根据化学反应方程式可知 如果x的转化率为60 则x g y g m g n g 起始浓度 mol l 1 0 0200 03000转化浓度 mol l 1 0 0120 0120 0120 012平衡浓度 mol l 1 0 0080 0180 0120 012温度不变 平衡常数不变 则k 1 即达到平衡状态 因此最终平衡时x的转化率为60 2 2013 四川高考 在一定温度下 将气体x和气体y各0 16mol充入10l恒容密闭容器中 发生反应x g y g 2z g h 0 平衡时y的物质的量是0 10mol 则该温度下此反应的平衡常数k 1 44 分析 根据题意 有x g y g 2z g 初始量 mol 0 160 160变化量 mol 0 060 060 12平衡量 mol 0 100 100 12故k 1 44 3 2013 安徽高考 反应mgso4 s co g mgo s co2 g so2 g h 0 在恒容的密闭容器中达到平衡后 若下图中横坐标x代表so2的浓度 则纵坐标为平衡常数k 分析 反应的平衡常数只与温度有关 与反应物或产物的浓度无关 案例探究 有关工业制取乙醇的平衡常数及转化率的探究乙醇是重要的化工原料和液体燃料 可以在一定条件下利用co2与h2反应制取 2co2 g 6h2 g ch3ch2oh g 3h2o g h 0 根据以上描述完成以下探究问题 1 该反应的化学平衡常数表达式是什么 提示 k 2 若该反应在温度t1时和t2时分别反应 且t1 t2 化学平衡常数k1与k2的大小关系是什么 为什么 提示 k1 k2 因为该反应的 h 0 所以升高温度平衡逆向移动 所以平衡常数减小 3 根据以上反应的特点分析探究在工业生产中 可使h2的转化率和化学反应速率同时提高的措施有那些 举例说明 写出一条合理措施即可 提示 增大co2浓度或增大压强 探究归纳 化学平衡常数应用注