苏教版选修4 专题2第二单元 化学反应的方向与限度——化学平衡状态 化学平衡常数 课件（110张）.ppt

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 如图 2 反应速率随时间的变化 如图 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 可逆 动态 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 体积分数等 保持 5 变 外界条件改变 平衡被打破 建立新的平衡 不变 微点拨 只有可逆反应才存在化学平衡状态 达到平衡时 反应物和生成物共存 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一定起始浓度下反应进行的限度 性质 温度 越大 微点拨 化学平衡常数还与方程式的书写方式有关 同一个反应 化学计量数不同 平衡常数不同 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 已转化 总量 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 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 自我小测 1 思考辨析 1 一定温度下的反应a g 3b g 2c g 若单位时间内生成amola 同时生成3amolb 表示反应达到了平衡状态 分析 反应物a和b的生成都代表了逆反应速率 不能表示反应达到了平衡状态 2 对于2so2 o22so3 h 0的反应 当so2和so3的浓度相等时 反应达到化学平衡状态 分析 化学平衡的标志是各物质的浓度保持不变 正 逆反应速率相等 当so2和so3的浓度相等时 不能标志达到化学平衡状态 3 同一个可逆反应 在相同温度下平衡常数相同 分析 化学反应方程式的化学计量数发生改变则化学平衡常数随之发生改变 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 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 下列各组反应中 存在化学平衡状态的一组是 a 2h2o2h2 o2 2h2 o22h2ob nh4cl受热分解 在试管口又生成nh4clc 工业上用so2制so3的反应d 25 时 液态水可以汽化为水蒸气 水蒸气也可以液化为液态水 解析 选c 只有可逆反应才存在化学平衡状态 a b选项中反应条件不同 不属于可逆反应 液态水和水蒸气之间的转化为物理变化 3 对于反应3fe s 4h2o g fe3o4 s 4h2 g 的平衡常数 下列说法正确的是 a k b k c 增大h2o g 的浓度或减小h2的浓度 会使平衡常数减小d 改变反应的温度 平衡常数不一定变化 解析 选b 纯固体 纯液体的浓度视为常数 不写入平衡常数的表达式中 故该反应的平衡常数k a错误 b正确 k只与温度有关 与浓度 压强无关 c d错误 一 化学平衡状态的判断 核心突破 1 化学平衡的本质特征 2 化学平衡的宏观表现 各组分的质量 物质的量 物质的量浓度 百分含量 物质的量分数 质量分数 体积分数等 反应物的转化率 生成物的产率等不再变化 3 几个特例 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 1 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 2 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 典题通关 典例 2017 湖州高二检测 室温条件下 将1molno2充入一恒容密闭容器中 进行如下反应 2no2 g n2o4 g h 0 则该条件下 如下示意图中正确且能说明反应达到平衡状态的是 解题指南 解答本题时要注意以下3点 1 反应热与参加反应的反应物的量的多少没有关系 2 混合气体的密度与混合气体的质量有关 3 化学平衡常数只与反应的温度有关 解析 选d 该反应热始终不变 所以不能判断是否达到平衡状态 故a错误 气体的密度始终不变 所以不能判断是否达到平衡状态 故b错误 温度不变 k不变 所以不能作为达到平衡状态的标志 故c错误 二氧化氮的转化率不变 说明正逆反应速率相等 达到平衡状态 故d正确 延伸探究 1 如何通过实验确定该反应已经达到平衡状态 提示 no2是红棕色气体 所以当观察到混合气体的颜色不再发生变化时 反应已经达到平衡状态 2 对于该反应 当混合气体的压强不变时 能否表示反应已达到平衡 提示 能 因为该反应是气体体积减小的反应 反应后气体的物质的量减小 压强也减小 所以压强不变时反应一定达到平衡状态 过关训练 2017 丽水高二检测 能够充分说明在恒温恒容下的密闭容器中 反应2so2 g o2 g 2so3 g 已达平衡状态的标志是 a 容器中so2 o2 so3的物质的量之比为2 1 2b so2和so3的物质的量浓度相等c 反应容器内压强不随时间变化而变化d 单位时间内生成2molso2的同时生成1molo2 解题指南 解答本题应注意以下两点 1 化学平衡状态的根本标志是正 逆反应速率相等 2 m n p q时 总压强不再变化 其他条件一定 时可逆反应达到化学平衡状态 解析 选c 由于题目中没有给出各物质的起始量 也没有给出反应的具体条件 所以无法知道容器中so2 o2 so3的物质的量之比 以及so2和so3的物质的量浓度是否相等 a b错误 由于此反应是反应前后气体体积不相等的反应 在恒温恒容下 压强不变 说明各物质的浓度不变 c正确 由方程式知v so2 2v o2 故生成2molso2的同时生成1molo2 但都表示逆反应方向 不能判断反应是否达到平衡 d错误 补偿训练 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错误 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错误 消耗0 1moln2和生成0 2molnh3都是正反应速率 d错误 二 化学平衡常数和转化率 核心突破 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 无论反应物起始浓度是多少 k都是一个常数 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 4 关系 方程式 平衡常数为k1方程式 平衡常数为k2a 若方程式 与方程式 互为可逆反应 则k3 b 若方程式 方程式 2 则k4 c 若方程式 方程式 方程式 则k5 k1 k2d 若方程式 方程式 方程式 则k6 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 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 3 对于同类型的反应 k值越大 反应物转化率越大 表示反应进行的程度越大 k值越小 反应物转化率越小 表示反应进行的程度越小 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 拓展深化 化学平衡常数与平衡移动方向的关系 1 化学平衡发生移动时 化学平衡常数不一定变化 如果是温度引起化学平衡移动 则化学平衡常数一定会变化 2 化学平衡常数变化时 化学平衡一定发生了移动 化学平衡常数变大 则化学平衡一定是正向移动 典题通关 典例 已知下列反应的平衡常数 h2 g s s h2s g k1 s s o2 g so2 g k2 h2 g so2 g o2 g h2s g k3 2so2 g o2 g 2so3 g k4 则k3等于 a k1 k2b k4 k2c k1 k2d 解析 选d 将 得反应 所以反应 平衡常数表达式为k3 延伸探究 so3 g so2 g o2 g 的平衡常数k与k4的关系式为 提示 k2 k4 1 过关训练 1 2017 宁波高二检测 在相同条件下 在密闭容器中 如表所列反应的平衡常数的关系正确的是 a k1 k2 k3b k1 k3 k2c k2 k3 k1d k3 k2 k1 解析 选a 平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积 k越大 说明生成物越多 反应物越少 所以可逆反应进行的程度越大 题中反应中si最易与hf反应 且sif4最稳定 反应易进行 同理 应为k1 k2 k3 2 在一定温度下 将2mola和2molb两种气体混合于2l密闭容器中 发生反应3a g b g 2c g 2d g 2min末反应达到平衡状态 生成0 8mold 由此推断 1 生成d的反应速率 2 b的平衡浓度为 3 a的转化率为 4 该温度下的平衡常数k 解析 根据三段式 3a g b g 2c g 2d g 起始浓度 mol l 1 1100变化浓度 mol l 1 0 60 20 40 4平衡浓度 mol l 1 0 40 80 40 4 1 生成d的反应速率为 0 2mol l 1 min 1 2 b的平衡浓度为0 8mol l 1 3 a的转化率为 100 60 4 该温度下的平衡常数k 0 5 答案 1 0 2mol l 1 min 1 2 0 8mol l 1 3 60 4 0 5 补偿训练 如图所示 一定条件下将1mola2气体和3molb2气体充入一容积可变的密闭容器中 可滑动的活塞的位置如图1所示 在恒温恒压下发生如下反应 a2 g 3b2 g 2ab3 g 当反应达到平衡时 活塞位置如图2所示 则平衡时a2的转化率是 a 20 b 40 c 60 d 无法确定 解析 选b 该容器为恒温恒压容器 在该条件下气体的体积之比等于物质的量之比 根据容器中含有4mol气体时活塞在5的位置 而平衡时在4的位置 则反应前后气体的物质的量之比为5 4 即n 起始 n 平衡 4mol n 平衡 5 4 故平衡时气体的总物质的量为 4mol 3 2mol 即减少了0 8mol 根据方程式可知 每1mola2气体参加反应 气体的总物质的量就减小2mol 所以a2转化了0 4mol a2的转化率为 100 40 三 化学平衡的计算 三段式 核心突破 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 拓展深化 化学平衡计算中常用的几个公式 1 反应物的转化率 100 2 产物的产率 产率 100 3 混合物中某种组分的百分含量 公式 含量 100 常见量 体积分数 物质的量分数和质量分数 4 混合气体的平均摩尔质量 5 混合气体的密度 6 气体状态方程 pv nrt 同温同压 同温同容 典题通关 典例 2017 温州高二检测 将一定量的固体ag2so4置于容积不变的密闭容器中 装有少量v2o5 某温度下发生反应ag2so4 s ag2o s so3 g 2so3 g 2so2 g o2 g 反应经过10min达到平衡 测得c so3 0 4mol l 1 c so2 0 1mol l 1 则下列叙述中不正确的是 a 这10min内氧气的平均反应速率为0 005mol l 1 min 1b so3的分解率为20 c 容器里气体的密度为40g l 1d 硫酸银与三氧化硫的化学反应速率相同 解题指南 解答本题要明确如下3点 1 分解率 2 混合气体的密度 3 v 只适用于气体物质或溶液中可溶性物质速率的计算 解析 选d 反应经过10min达到平衡 测得c so3 0 4mol l 1 c so2 0 1mol l 1 由2so3 g 2so2 g o2 g 可知消耗c so3 0 1mol l 1 平衡时剩余c so3 0 4mol l 1 则在反应ag2so4 s ag2o s so3 g 中 生成c so3 0 4mol l 1 0 1mol l 1 0 5mol l 1 v o2 v so2 0 005mol l 1 min 1 故a正确 so3的分解率为 so3 100 20 故b正确 假设容器的体积为1l 根据质量守恒定律 反应后混合气体的质量等于反应前分解产生的so3的质量 m 混 m so3 0 5mol l 1 1l 80g mol 1 40g 则容器里气体的密度为 混 40g l 1 故c正确 硫酸银为固体 浓度基本不变 不能比较与三氧化硫的化学反应速率关系 故d错误 延伸探究 在该温度下 这两步反应的平衡常数分别为多少 提示 k1 c so3 0 4mol l 1 k2 3 125 10 3mol l 1 过关训练 1 2017 金华高二检测 磺酰氯 so2cl2 和亚硫酰氯 socl2 均是实验室常见试剂 已知 so2cl2 g so2 g cl2 g h akj mol 1k1 so2 g cl2 g scl2 g 2socl2 g h bkj mol 1k2 1 反应 so2cl2 g scl2 g 2socl2 g 的平衡常数k 用k1 k2表示 该反应 h kj mol 1 用a b表示 2 为研究不同条件对反应 的影响 将13 5gso2cl2充入2l的烧瓶中 在101kpa375k时 10min达到平衡 平衡时so2cl2转化率为0 80 则0 10mincl2的平衡反应速率为 平衡时容器内压强为 kpa 该温度的平衡常数为 解析 1 so2cl2 g scl2 g 2socl2 g 是由 相加得到 故平衡常数为两者之积 反应热为两者之和 则 k k1 k2 该反应 h a b kj mol 1 2 13 5gso2cl2的物质的量为 0 1mol 10min达到平衡时so2cl2转化率为0 80 则转化的so2cl2为0 08mol 则 so2cl2 g so2 g cl2 g 起始量 mol 0 100变化量 mol 0 080 080 08平衡量 mol 0 020 080 08 v cl2 0 004mol l 1 min 1 平衡时总物质的量为0 02mol 0 08mol 0 08mol 0 18mol 故平衡时压强为 101kpa 181 8kpa 该温度下平衡常数k 答案 1 k1 k2 a b 2 0 004mol l 1 min 1181 80 16 2 在一密闭容器中 用等物质的量的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 则此时a的转化率为 a 40 b 50 c 60 d 70 解析 选a 可设a b起始的物质的量各1mol a的转化率为x 由题意知 a g 2b g 2c g 初始物质的量 1mol1mol0转化物质的量 xmol2xmol2xmol平衡物质的量 1 x mol 1 2x mol2xmol 因为平衡时 n a n b n c 则有 1 x mol 1 2x mol 2xmol 解得x 0 4mol 转化率 100 40 补偿训练 有a b c三种气体 若起始时取1mola与2molb 发生反应a 2b2c 达到平衡时c a c b c c 之比与反应速率v a v b v c 之比恰好相同 则a的平衡转化率为 a 30 b 40 c 50 d 66 7 解析 选c 设反应达到平衡时a的消耗物质的量为x 依据化学平衡三段式得到 a 2b2c起始量 mol 120变化量 mol x2xx平衡量 mol 1 x2 2xx 达到平衡时c a c b c c 之比与反应速率v a v b v c 之比恰好相同 即浓度之比等于物质的量之比等于化学方程式中的化学计量数之比即 1 x 2 2x x 1 2 1 计算得到x 0 5mol a的转化率为 100 50 化学平衡常数的应用核心素养 知道可以通过分析等方法认识研究对象的本质特征 构成要素及其相互关系 揭示现象的本质和规律 有关化学平衡常数的注意点1 书写可逆反应的平衡常数表达式时 要注意物质的聚集状态 2 平衡常数是温度的函数 同一反应 温度不变平衡常数不变 温度改变 平衡常数改变 但温度对化学平衡也有影响 故温度改变对化学平衡常数的影响要结合温度对平衡的影响综合考虑 3 计算平衡常数时 要使用平衡时各物质的浓度 4 化学平衡常数与书写方式的关系 1 正逆反应平衡常数互为倒数 2 化学计量数变成n倍 平衡常数变为n次方倍 3 反应 反应 反应 则k3 k1 k2 4 反应 反应 反应 则k3 即时演练 已知化学反应 fe