山东省滕州市高中化学 第2章 第1节 化学反应的方向 第4课时 化学平衡学案 鲁科版选修4.doc

第2章 化学反应的方向、限度与速率 化学平衡【学习目标】1.了解化学反应的可逆性。2.了解化学平衡的建立过程。3.理解外界条件对化学平衡的影响，认识其一般规律。4.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。5.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 【自我诊断】判断下列说法是否正确：1(2010安徽高考t10d)反应2nh3(g)no(g)no2(g) 2n2(g)3h2o(g)h0，其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大()2(2010天津高考t6b)2so2(g)o2(g) 2so3(g)h0，升高温度，平衡常数k正减小，k逆增大()3(2010安徽高考t10a)平衡时，其他条件不变，升高温度可使放热反应的平衡常数增大()4(2009海南高考t4d)改变温度可以改变反应的平衡常数（ ）5(2009宁夏高考t13c)在一定温度下，反应h2(g)x2(g)hx(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的hx(g)通入体积为1.0 l的密闭容器中，在该温度时hx(g)的最大分解率接近于25%()6（2012江苏高考t10c) n2(g)3h2(g)2nh3(g) h0，其他条件不变时升高温度，反应速率(h2)和氢气的平衡转化率均增大( )7（2012江苏高考t10d)水的离子积常数kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应( )提示：1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 【高考考点】考点一、化学平衡状态的判断典例精析例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()a3v正(n2)v正(h2)bv正(n2)v逆(nh3)c2v正(h2)3v逆(nh3) dv正(n2)3v逆(h2)解析：当v正v逆时，表明反应已达平衡状态，说明正、逆反应速率相等。答案：c例2一定条件下可逆反应：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()单位时间内生成n mol o2的同时生成2n mol no2单位时间内生成n mol o2的同时生成2n mol no用no2、no、o2表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态a b c d全部解析：化学平衡状态的根本标志是：本质：v(正)v(逆)，现象：各组分百分含量不变，解答该题时，要牢牢抓住两个根本标志，并明确气体的颜色、密度、压强、平均相对分子质量的变化与根本标志间的关系，才能全面分析，顺利解答。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。中单位时间内生成n mol o2必消耗2n mol no2，而生成2n mol no2时，必消耗n mol o2，能说明反应达到平衡。 不能说明。中无论达到平衡与否，化学反应速率之比都等于化学计量数之比。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。体积固定、气体质量反应前后守恒，密度始终不变。反应前后vg0，压强不变，意味着各物质的含量不再变化。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vg0，能说明反应达到平衡。答案：a 【梯度训练】1.一定条件下，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()x、y、z的物质的量之比为122x、y、z的浓度不再发生变化容器中的压强不再发生变化单位时间内生成n mol z，同时生成2n mol yab c d解析：根据化学平衡状态的概念可知，可逆反应达平衡时，正、逆反应速率相等，对于反应前后气体总体积不等的反应，其压强不再发生变化，各组分的浓度不再变化，但它们的物质的量之比不一定等于其化学计量数之比。答案：c2. (2011山东高考节选)研究no2、so2、co等大气污染气体的处理具有重要意义。反应no2(g)so2(g) so3(g)no(g)一定条件下，将no2与so2以体积比12置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是_。a体系压强保持不变b混合气体颜色保持不变cso3和no的体积比保持不变d每消耗1 mol so3的同时生成1 mol no2解析：反应：no2(g)so2(g)so3(g)no(g)是气体总体积不变的放热反应，反应过程中体系压强始终不变，且生成so3和no的体积比始终为11；no2的颜色不变说明no2的浓度不再发生变化，体系达到平衡。答案：b【规律方法】1直接判断依据达到平衡状态2间接判断依据以ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)为例类型判断依据平衡状态混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定平衡各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡判断依据平衡状态在单位时间内消耗了m mol a，同时生成m mol a，即v(正)v(逆)平衡在单位时间内消耗了n mol b同时生成p mol c，则v(正)不一定等于v(逆)不一定v(a)v(b)v(c)v(d)mnpq，v(正)不一定等于v(逆)不一定在单位时间内生成n mol b，同时消耗q mol d，因二者变化均表示v(逆)，所以v(正)不一定等于v(逆)不一定判断依据平衡状态mnpq时，总压强一定(其他条件一定)平衡mnpq时，总压强一定(其他条件一定)不一定mnpq时， r一定平衡mnpq时， r一定不一定mnpq时，恒温恒压时，密度保持不变平衡mnpq，密度保持不变不一定体系温度一定(其他不变)平衡反应体系内有色物质的颜色一定平衡总结：间接判据可以归结一句话：物理量变化到不变则可判，一直不变不可判。3常数判据（见考点三 、平衡常数的应用）特别提醒：(1)明确的含义，(2)应用v(正)v(逆)时，要注意反应描述的反应方向和不同物质的计量关系。考点二、化学平衡移动的判断【典例精析】例3对于任何一个化学平衡体系，采取以下措施，一定会使平衡发生移动的是()a加入一种反应物b升高温度 c增大平衡体系的压强 d使用催化剂解析：因为所有化学反应都会伴随着能量变化，所以升高温度，化学平衡一定会移动。答案：b【梯度训练】1t 时，将一定量的混合气体在密闭容器中发生反应： aa(g)bb(g)cc(g)dd(g)，平衡后测得b气体的浓度为0.6 moll1。恒温下，将密闭容器的容积扩大1倍，重新达到平衡后，测得b气体的浓度为0.4 moll1。下列叙述中正确的是()a重新达到平衡时，d的体积分数减小babcd；b、c两项错误，a项正确，重新达平衡时尽管a、b物质的量均增大了，但因体积扩大，实际上容器内a、b、c、d各物质浓度均减小了，d项错误。答案：a2(2011天津高考)向绝热恒容密闭容器中通入so2和no2，一定条件下使反应so2(g)no2(g)so3(g)no(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是()a反应在c点达到平衡状态b反应物浓度：a点小于b点c反应物的总能量低于生成物的总能量dt1t2时，so2的转化率：ab段小于bc段解析：只有正反应速率等于逆反应速率且为定值时，可逆反应才达到平衡状态，图中曲线在c点处没有出现水平线，故a项错误；随着正反应的进行，未达到平衡状态时反应物的浓度应随时间的延长而减小，因此反应物浓度：a点大于b点，故b项错误；化学反应速率随反应物浓度的增大而增大，随温度的升高而增大，分析曲线ac，从浓度方面考虑v正应减小，而v正是增大的，说明该反应是放热的，且温度变化对v正的影响在ac段大于反应物浓度变化对v正的影响，因此ac段反应混合物的温度是升高的， 该反应的正反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故c项错误；若t1t2，分析图中曲线可知：ab段的正反应速率的平均值小于bc段，所以bc段转化的so2的量比ab段转化的so2的量多，而a点浓度比b点大，所以so2的转化率：bc段大于ab段，故d项正确。答案：d【规律方法】1化学平衡移动的分析方法2特殊情况(1)“惰性气体”对化学平衡的影响恒温、恒容条件原平衡体系体系总压强增大体系中各反应成分的浓度不变平衡不移动。(2)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对平衡没影响。特别提醒：(1)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v(正)v(逆)时，才使平衡向正反应方向移动。(2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，只会使其他的反应物的转化率提高。(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。考点三、化学平衡常数的特点及应用【典例精析】例4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：a项，在平衡常数表达式中所有浓度均为平衡时浓度；b项，k大，可能反应物的转化率相等，也可能某些反应物转化率较大，而某些反应物的转化率较小；d项，对于一个确定化学反应方程式的反应而言，k只与温度有关。答案：c例5(2009海南高考)在25 时，密闭容器中x、y、z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：物质xyz初始浓度/moll10.10.20平衡浓度/moll10.050.050.1下列说法错误的是()a反应达到平衡时，x的转化率为50%b反应可表示为x3y2z，其平衡常数为1 600c增大压强使平衡向生成z的方向移动，平衡常数增大d改变温度可以改变此反应的平衡常数解析：平衡常数是温度的函数，所以增大压强不可能使平衡常数增大，d选项正确、c选项错误；根据表中数据(0.10.05)(0.20.05)(0.10)132可推导出：x3y2z，k1 600。答案：c【规律方法】1化学平衡常数的三个关系(1)与化学方程式书写形式的关系对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：k正。若方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会发生改变。(2)与反应热的关系一般情况下： (3)与物质状态的关系由于固体或纯液体浓度视为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。2化学平衡常数的应用(1)判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：k值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物的浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低(2)判断可逆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：浓度商qcqc(3)判断可逆反应的反应热若升高温度，k值增大，则正反应为吸热反应。若升高温度，k值减小，则正反应为放热反应。【特别提醒】：对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数关系。【梯度训练】1已知某化学反应的平衡常数表达式为k，在不同的温度下该反应的平衡常数值分别为：t 7008008301 0001 200k1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是()a该反应的化学方程式是：co(g)h2o(g)co2(g)h2(g)b上述反应的正反应是放热反应c如果在一定体积的密闭容器中加入co2和h2各1 mol,5 min后温度升高到830 ，此时测得co2为0.4 mol时，该反应为平衡状态d某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：，判断此时的温度是1 000 2(2010北京高考)某温度下，h2(g)co2(g)h2o(g)co(g)的平衡常数k。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入h2(g)和co2(g)，其初始浓度如下表所示：初始浓度甲乙丙c0(h2)/mol/l0.0100.0200.020c0(co2)/mol/l0.0100.0100.020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co2的转化率均是60%c平衡时，丙中co2是甲中的2倍，是0.012 mol/ld反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢3 2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德埃特尔，以表彰他在表面化学研究领域做出的开拓性贡献。(1)有人认为：该研究可以提高合成氨反应在铁催化剂表面进行的效率，从而提高原料的转化率。你是否认同他的观点_(填“是”或“否”)。理由是_。(2)合成氨反应：n2(g)3h2(g)2nh3(g)，在某温度时，k0.4。若出现下列状态，反应将向哪个方向进行以达到平衡状态(在后面空白处填“向左进行”、“向右进行”或“已经达平衡状态”)。(a)c(n2)c(h2)1 moll1，c(nh3)0.5 moll1，_可以达到平衡。(b)c(n2)0.3 moll1，c(h2)0.1 moll1，c(nh3)0.03 moll1，_可以达到平衡。若该反应升高温度再达到平衡时，k为0.2，则正反应为_反应。解析及参考答案1解析：根据平衡常数表达式知co、h2o(g)为反应物，co2和h2为生成物，且各物质的化学计量数均为1，a项对；由表中数据知升高温度k值减小，故正反应为放热反应，b项对；c项中5 min时co2、h2、co、h2o(g)的物质的量分别为0.4 mol、0.4 mol、0.6 mol、0.6 mol，qck1.00，故此时反应向生成co2的方向进行，该项错；d项中将题给关系变形为代入k0.60，对应温度为1 000 。答案：c2解析：设平衡时甲中co2的转化浓度为x mol/l，则平衡时h2、co2、h2o、co的浓度分别为(0.01x)mol/l、(0.01x)mol/l、x mol/l、x mol/l，根据平衡常数k，解得x0.006，则甲中co2的转化率为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y mol/l，则平衡时h2、co2、h2o、co的浓度分别为(0.02y)mol/l、(0.02y)mol/l、y mol/l、y mol/l，根据平衡常数k，解得y0.012，则丙中co2的转化率为100%60%，b项正确；平衡时甲中co20.010.0060.004 (mol/l)，丙中co20.020.0120.008 (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：c3解析：(1)催化剂可提高化学反应速率，不能使化学平衡移动，即不能提高原料的转化率。(2)(a)qc0.25k，故反应向左进行，可以达到平衡。升高温度再达到化学平衡时，k0.20.4，据k知，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应。答案：(1)否催化剂只提高化学反应速率，不能改变化学反应的限度(2)(a)向右进行(b)向左进行放热【总结】化学平衡是近年来高考的重要题型，随着新课标改革的深入和发展，利用化学平衡设计和探究性试题会逐渐成为重要出题方向。探究反应产物的成分、探究未知物质的成分、变化规律，探究反应原理等，注意联系元素化合物的有关知识。【课后自测】1下列说法正确的是()a合成氨反应中，断开1 molnn键，就会同时生成6 mol nh键，此时达化学平衡状态b有气体参与的可逆反应中，当反应容器中的压强保持不变时，即达到化学平衡状态c当反应物或生成物在混合物中的百分含量保持不变时，即达到化学平衡状态d工业生产中采用高温是因为高温下反应物的转化率比低温时高2对可逆反应2a(s)3b(g)c(g)2d(g)hv(逆)加入催化剂，b的转化率提高a b c d3在一密闭容器中，反应aa(g)bb(g)达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，b的浓度是原来的60%，则下列说法不正确的是()a平衡向正反应方向移动 b物质a的转化率增大c物质b的质量分数增加 dab4在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的x、y，发生反应 mx(g)ny(g)hq kj/mol。反应达到平衡时，y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：气体体积/lc(y)/ moll1温度/1231001.000.750.532001.200.900.633001.301.000.70下列说法正确的是()amnbq0c温度不变，压强增大，y的质量分数减少d体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动5某温度下，在一个2 l的密闭容器中，加入4 mol a和2 mol b进行如下反应：3a(g)2b(g)4c(s)2d(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol c，则下列说法正确的是()a该反应的化学平衡常数表达式是kb此时，b的平衡转化率是40%c增大该体系的压强，化学平衡常数值大d增加b，b的平衡转化率增大6某温度下，将2 mol a和3 mol b充入一密闭容器中，发生反应：aa(g)b(g)c(g)d(g)，5 min后达到平衡。已知该温度下其平衡常数k1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍，a的转化率不发生变化，则()aa3 ba2cb的转化率为40% db的转化率为60%7已知某温度下，下列两个反应的平衡常数分别为k1和k2：2nio(s)2ni(s)o2(g)，2co(g)o2(g)2co2(g)。则nio(s)co(g)ni(s)co2(g)的平衡常数k为()a1/2(k1k2)bk1k2c. d.8已知co2(g)h2(g)co(g)h2o(g)的平衡常数随温度变化如下表：t/7008008501 0001 200k2.61.71.00.90.6请回答下列问题：(1)上述正向反应是_反应(选填“放热”或“吸热”)。(2)若达平衡后降温，则平衡向_移动，co2转化率_，正反应速率_(选填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)在850 发生上述反应，以表中的物质的量投入恒容反应器中，其中向正反应方向进行的有_(选填a、b、c、d、e)abcden(co2)31011n(h2)21012n(co)1230.53n(h2o)52321(4)在850 时，可逆反应：co2(g)h2(g)co(g)h2o(g)，在该容器内各物质的浓度变化如下：时间/minco2(mol/l)h2(mol/l)co(mol/l)h2o(mol/l)00.2000.3000020.1380.2380.0620.0623c1c2c3c34c1c2c3c3则3 min4 min平衡后c3_，co2的转化率为_。9已知可逆反应：m(g)n(g)p(g)q(g)h0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的初始浓度分别为：c0(m)1 moll1，c0(n)2.4 moll1；达到平衡后，m的转化率为60%，此时n的转化率为_；(2)若反应温度升高，m的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的初始浓度分别为：c0(m)4 moll1，c0(n)a moll1；达到平衡后，p2 moll1，a_；(4)若反应温度不变，反应物的初始浓度为：c0(m)c0(n)b moll1，达到平衡后，m的转化率为_。10850 时，一氧化碳与水反应，达平衡时平衡常数为1，计算和两种情况时co的转化率之比。初始浓度/mol/lcoh2o11初始浓度/mol/lcoh2o1311. 2012海南化学卷15已知a(g)+b(g) c(g)+d(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：|温度/ 70090083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式k= ，h 0（填“”“ =”)； (2)830时，向一个5 l的密闭容器中充入0.20mol的a和0.80mol的b，如反应初始6s内a的平均反应速率v(a)=0003 moll-1s-1。，则6s时c(a)= moll-1， c的物质的量为 mol；若反应经一段时间后，达到平衡时a的转化率为 ，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气，平衡时a的转化率为 ； (3)判断该反应是否达到平衡的依据为 (填正确选项前的字母)： a压强不随时间改变 b.气体的密度不随时间改变 c. c(a)不随时问改变 d.单位时间里生成c和d的物质的量相等 (4)1200时反应c(g)+d(g) a(g)+b(g)的平衡常数的值为 。参考答案1解析：a项，不论是否达到平衡，只要断开1 mol nn键，就会同时生成6 mol nh键；b项，如果是反应前后气体体积不变的反应，则反应体系压强保持不变不能用来判定化学反应是否处于平衡状态；c项，正确；d项，工业上采用高温是考虑化学反应速率及催化剂的活性等综合因素，如合成氨反应是一个放热反应，但工业生产仍采用高温。答案：c2解析：a是固体，其量的变化对平衡无影响；而增大b的浓度，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动，v(正)v(逆)；升高温度，v(正)、v(逆)均增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反应方向移动；增大压强平衡不移动，但v(正)、v(逆)都增大；催化剂不能使化学平衡发生移动，b的转化率不变。答案：b3解析：假设体积增加一倍时平衡未移动，b的浓度应为原来的50%，现在是60%，比假设大，说明平衡向生成b的方向移动，则ab。由于平衡向正反应方向移动，a减少，b增多，b的质量分数增加。答案：d4解析：升温，c(y)增大，平衡右移，所以，向右吸热，q0，b、d错误；气体体积增大，若平衡不移动，c(y)应减小一半，现c(y)比一半大，即减压，平衡向右移动，mn，a错，c对。答案：c5解析：化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质c是固体，a错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的b物质的量是1.6 mol0.50.8 mol，所以b的转化率为40%，b正确；增大压强时平衡常数不变，平衡常数只与温度有关，c错误；增加b后平衡右移，a的转化率增大，而b的转化率减小，d错误。答案：b6解析：温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，a的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a1，a错误，b错误；设达平衡时，b的改变量为x mol，则a、b、c、d的平衡量分别为(2x)mol、(3x)mol、x mol、x mol，设容器体积为1 l，则平衡常数k1，解得：x1.2，b的转化率为1.2340%，所以c正确，d错误。答案：c7解析：因为k1o2，k2，所以k。答案：d8解析：(1)由表可知温度升高，k减小，说明温度升高，平衡逆向进行，正反应为放热反应。(2)平衡后降温，平衡正向移动，k增大，co2转化率增大，由于降温，正、逆反应速率都减小，但正反应速率大于逆反应速率。(3)计算各组的浓度商：qa1qd1qe1由浓度商q0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，m的转化率增大。(3)根据(1)可求出各平衡浓度：m0.4 mol/ln1.8 mol/lp0.6 mol/