人教版选修4 第2章第3节 化学平衡 学案.doc

第3节 化学平衡1.理解化学平衡移动原理。2.学会运用化学平衡常数来解决具体问题。一、化学平衡1. 定义化学平衡状态：一定条件下，当一个可逆反应进行到正逆反应速率相等时，各组成成分浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡”，这就是这个反应所能达到的限度即化学平衡状态。2. 化学平衡的特征逆（研究前提是可逆反应）等（同一物质的正逆反应速率相等） 动（动态平衡） 定（各物质的浓度与质量分数恒定） 变（条件改变，平衡发生变化） 3. 判断平衡的依据判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据例举反应ma(g)+nb(g) pc(g)+qd(g)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的分数一定平衡各物质的质量或各物质质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡即：各组分的量保持不变时一定能判断平衡。正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m mola同时生成m mola，平衡在单位时间内消耗了n molb同时消耗了p molc，平衡v(a):v(b):v(c):v(d)=m:n:p:q，v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡即：用物质来判断平衡时，必须要一正一逆且要带上系数。用速率来判断平衡时，必须要一正一逆且速率之比等于计量数之比。总的压强，总的物质的量，总的体积m+np+q时，能判断平衡m+n=p+q时，不能判断平衡。即：总的量看气体的计量数，气体的计量数不等时能判断。混合气体平均相对分子质量mr或密度用公式判断推出公式是一个变化的量就能判断平衡温度任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）一定能判断平衡。平衡其他变化的量能判断平衡，固定不变的量不能判断平衡。二、影响化学平衡移动的因素1.浓度对化学平衡移动的影响（1）影响规律：在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减少生成物的浓度，都可以使平衡向正方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向逆方向移动（2）增加固体或纯液体的量，由于浓度不变，所以平衡不移动2. 温度对化学平衡移动的影响影响规律：在其他条件不变的情况下，温度升高会使化学平衡向着吸热反应方向移动，温度降低会使化学平衡向着放热反应方向移动。3. 压强对化学平衡移动的影响影响规律：其他条件不变时，增大压强，会使平衡向着体积缩小方向移动；减小压强，会使平衡向着体积增大方向移动。注意：（1）改变压强不能使无气态物质存在的化学平衡发生移动（2）气体减压或增压与溶液稀释或浓缩的化学平衡移动规律相似4. 催化剂对化学平衡的影响：由于使用催化剂对正反应速率和逆反应速率影响的程度是等同的，所以平衡不移动。但是使用催化剂可以影响可逆反应达到平衡所需的时间。5. 勒夏特列原理（平衡移动原理）：如果改变影响平衡的条件之一（如温度，压强，浓度），平衡向着能够减弱这种改变的方向移动。三、化学平衡常数1. 定义：在一定温度下，当一个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比值。符号：k2. 使用化学平衡常数k应注意的问题：表达式中各物质的浓度是平衡时的浓度。k只与温度（t）有关，与反应物或生成物的浓度无关。反应物或生产物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度是固定不变的，可以看做是“1”而不代入公式。稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡关系式中。3. 化学平衡常数k的应用:化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。k值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，它的正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越高。反之，则相反。一般地，k105时，该反应就进行得基本完全了。可以利用k值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。（q：浓度积）qk:反应向正反应方向进行;q=k:反应处于平衡状态 ;qk:反应向逆反应方向进行利用k值可判断反应的热效应若温度升高，k值增大，则正反应为吸热反应。若温度升高，k值减小，则正反应为放热反应。四、等效平衡1. 概念：在一定条件下（定温、定容或定温、定压），只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的百分含量均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。2. 分类（1）定温，定容条件下的等效平衡第一类：对于反应前后气体分子数改变的可逆反应：必须要保证化学计量数之比与原来相同；同时必须保证平衡式左右两边同一边的物质的量与原来相同。第二类：对于反应前后气体分子数不变的可逆反应：只要反应物的物质的量的比例与原来相同即可视为二者等效。（2）定温，定压的等效平衡只要保证可逆反应化学计量数之比相同即可视为等效平衡。知识点一：影响化学平衡移动的因素、化学平衡移动的计算例1（2015重庆理综化学）羰基硫(cos)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将co和h2s混合加热并达到下列平衡： co(g)+h2s(g)cos(g)+h2(g) k=0.1反应前co物质的量为10mol，平衡后co物质的量为8mol。下列说法正确的是（ ）a升高温度，h2s浓度增加，表明该反应是吸热反应b通入co后，正反应速率逐渐增大c反应前h2s物质的量为7moldco的平衡转化率为80%解析：a. 升高温度，h2s浓度增加，说明平衡逆向移动，则该反应是放热反应，a错误；b通入co后，正反应速率瞬间增大，又逐渐减小，b错误；c. 根据co(g)+h2s(g)cos(g)+h2(g) k=0.1 起始物质的量(mol) 10 n 0 0 变化物质的量(mol) 2 2 2 2 平衡物质的量(mol) 8 n-2 2 2 设该容器的体积为v，根据k=0.1，列关系式得 （2v）(2v）)(8v)（n-2）v=0.1，解得n=7，c正确；d.根据上述数据co的平衡转化率为210100%=20%，d错误；答案选c。答案：c例2（2015上海化学）对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( )a升高温度，对正反应的反应速率影响更大b增大压强，对正反应的反应速率影响更大c减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大d加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大解析：a.合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正反应、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆速率影响更大，错误。b合成氨的正反应是气体体积减小的反应。增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正反应速率大于逆反应速率，所以平衡正向移动，正确。c减小反应物浓度，使正反应的速率减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率不变，逆反应速率大于正反应速率，所以化学平衡逆向移动，错误。d加入催化剂，使正反应、逆反应速率改变的倍数相同，正反应、逆反应速率相同，化学平衡不发生移动，错误。答案：b知识点二：化学平衡常数例3（2015四川理综化学）一定量的co2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：c(s)+co2(g) 2co(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：已知：气体分压（p分）=气体总压（p总）体积分数。下列说法正确的是（ ）a550时，若充入惰性气体，正，逆 均减小，平衡不移动b650时，反应达平衡后co2的转化率为25.0%ct时，若充入等体积的co2和co，平衡向逆反应方向移动d925时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数kp=24.0p总解析：a.平衡向正反应方向移动，a错误；b.利用三段式，可得co2的转化率为25.0%，b正确，c.由图可知t时，平衡体系中co2和co体积分数相等，则在恒压密闭容器中再充入等体积的co2和co，平衡不移动，c错误；d.平衡后p(co)=p总，p(co2)=p总，kp=。选b。答案：b 例4（2015天津理综化学）某温度下，在2l的密闭容器中，加入1molx（g）和2moly（g）发生反应：x（g）+m y（g）3z（g），平衡时，x、y、z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1molz（g），再次达到平衡后，x、y、z的体积分数不变。下列叙述不正确的是（ ）am=2b两次平衡的平衡常数相同cx与y的平衡转化率之比为1:1d第二次平衡时，z的浓度为0.4 moll1解析：化学平衡包括的知识点很多，有平衡标志的判断、平衡移动的判断、等效平衡的判断、平衡的计算、物质浓度、转化率、质量分数、体积分数的计算、平衡常数的表达式及计算、平衡常数的应用、反应速率的变化对平衡的影响、反应方向的判断等。平衡的计算不是平衡问题的难点，一般根据“三段式”计算即可，而平衡标志的判断、等效平衡的判断是难点，抓住平衡标志的特点与非平衡时状态的不同时解决平衡标志问题的关键。对于等效平衡的判断，应注意条件及反应的本身特点。答案：d【基础演练】1100 ml 6 moll-1 h2so4跟过量锌粉反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量（ ） a碳酸钠(固体) b水 c硫酸钾溶液 d硫酸铵(固体)答案：bc 2一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入1 mol n2和3mol h2 ，发生下列反应：n2(g)+ 3h2(g)2nh3(g)，反应达到平衡后，改变下述条件，nh3 气体平衡浓度不改变的是（ ） a保持温度和容器压强不变，充入1 mol nh3(g) b保持温度和容器体积不变，充入1 mol nh3(g) c保持温度和容器压强不变，充入1 mol n2(g)d保持温度和容器体积不变，充入1 mol ar(g)答案：ad 3在密闭容器中进行如下反应：x2(g)+y2(g) 2z(g)，已知x2、y2、z的起始浓度分别为0.1mol/l、0.3mol/l、0.2mol/l，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是（ ）az为0.3mol/l by2为0.4mol/l cx2为0.2mol/l d z为0.4mol/l答案：a 4下列对化学平衡移动的分析中，不正确的是（ ）已达平衡的反应c(s)+h2o(g) co(g)+h2(g)，当增加反应物物质的量时，平衡一定向正反应方向移动已达平衡的反应n2(g)+3h2(g) 2nh3(g)，当增大n2的浓度时，平衡向正反应方向移动，n2的转化率一定升高有气体参加的反应平衡时，若减小反应器容积时，平衡一定向气体体积增大的方向移动有气体参加的反应达平衡时，在恒压反应器中充入稀有气体，平衡一定不移动abcd答案：d 5对于可逆反应a（g）+2b(g)2c(g)(正反应吸热)，下列图象中正确的是（ ） 答案：d【巩固提高】1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/moll-10.10.20平衡浓度/moll-10.050.050.1下列说法正确的是：（ ） a反应达到平衡时，x的转化率为60b反应可表示为x+3y2z，其平衡常数为1600c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 答案：bd 2人体血液内的血红蛋白(hb)易与o2结合生成hbo2,因此具有输氧能力，co吸入肺中发生反应：co+hbo2o2+hbco，37 时，该反应的平衡常数k=220。hbco的浓度达到hbo2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论正确的是（ ） aco与hbo2反应的平衡常数k=b人体吸入的co越多，与血红蛋白结合的o2也越多c当吸入的co与o2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损d把co中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动答案：ad3.牙齿表面由一层硬、组成为ca(po4)3oh的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡： ca(po4)3oh（固）5ca2+3po43-+oh-进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿受腐蚀，其原因是 。 已知ca(po4)3f（固）的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋牙的原因 。 根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的办法： 。答案：生成的有机酸，中和oh-，使平衡向脱矿方向移动，加速牙齿腐蚀：5ca2+3po43-+f-=ca(po4)3f；加入ca2+或po43-。4.在一定条件下，x ay bz c的反应达到平衡。（1）已知a、b、c都是气体，在减压后平衡向逆反应方向移动，则x、y、z之间的关系是_；（2）已知c是气体，且xyz，在增大压强时，如果平衡发生移动，则平衡一定向_移动；（3）已知b、c是气体，当其他条件不变，增大a的物质的量时，平衡不发生移动，则a是_态物质。（4）若加热后c的质量分数减少，则正反应是_（填“放热”或“吸热” ）反应。答案：（1）xyz；（2）逆反应方向；（3）固态或液态；（4）放热。5.二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。（1）硫酸生产中，so2催化氧化生成so3：2so2(g)o2(g)2so3(g)某温度下，so2的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如右图所示。根据图示回答下列问题：将2.0mol so2和1.0mol o2置于10l密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10mpa。该反应的平衡常数等于_。平衡状态由a变到b时平衡常数k(a)_k(b)（填“”、“”或“”）。答案：（1）800lmol1 6在20l恒容的密闭容器中，加入3mo1so3(g)和lmo1氧气，在一定温度下使其反应，反应至4min时，氧气的浓度为0.06moll，当反应到8min时，反应到达平衡，此时三氧化硫浓度c (so3)= amoll。 （1）0min4min内生成o2平均速率v(o2)= mol/lmin （2）达到平衡时c (o2)=c(so2)，则a= mol/l，在下列 坐标系中作出0min8min及之后so2、o2、so3浓度随时间变化曲线. （3）若起始时按下表数据投料，相同温度下达到平衡时，三氧化硫浓度大于a mol/l的是 abcdso31mol3mol3mol0molso22mol1.5mol0mol6molo22mol1mol0mol5mol答案：（1） 0.025mol/（l. min） （2）a=0.05 mol/l 图象如右 （3）bd7.现有可逆反应.2no2(g) n2o4(g)，h0，试根据下列图象判断t2、t3、t4时刻采取的措施。t2： ；t3： ；t4： 。答案：t2 ：增大生成物n2o4的浓度； t3 ：降低压强； t4 ：加入催化剂8.下列反应在210达到平衡： pcl5(g)pcl3(g)+cl2(g) h 0 k1 co(g)+cl2(g)cocl2(g) h 0 k5104 cocl2(g)co(g)+ cl2(g) h 0 （1）化学平衡常数k表示可逆反应的进行程度，k值越大，表示_，k值大小与温度的关系是：温度升高，k值_（填一定增大、一定减小、或可能增大也可能减小）。（2）根据反应的平衡常数k的表达式，平衡时，下列等式必定成立的是 ac(pcl5) = c(pcl3)= c(cl2)=1 bc(pcl5)= c(pcl3)c(cl2)=1 cc(pcl5)= c(pcl3)c(cl2) 反应和反应的k值表达式 (填“相同”或“不同”) （3）降低cl2浓度，反应的k值 _ (填“增大”、“减少”或“不变”) （4）要使反应和反应的k值相等，应采取的措施是 a反应、反应同时升高温度 b反应、反应同时降低温度 c反应降低温度，反应维持210答案：（1）可逆反应的进行程度越大；可能增大也可能减小（2）c； 不同； （3）不变 （4）a 1对于密闭容器中进行的反应co(g) + h2o(g) co2 (g) +h2 (g)，达到平衡后，其他条件不变，增大co的浓度，下列说法不正确的是（ ） a正反应速率增大b逆反应速率先减小c达到平衡时，逆反应速率比原平衡要大 d化学平衡常数不变答案：b 2 当反应达到平衡时，下列措施：恒容通入惰性气体 恒压通入惰性气体，能提高cocl2转化率的是（ ）a b c d都不能答案：c 3右图曲线a表示放热反应 x(g) + y(g) z(g) + m(g) + n(s)进行过程中x的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，可采取的措施是（ ）a.升高温度时间b.加大x的投入量c.加催化剂d.增大体积答案：c4.在密闭容器中，反应n2(g)+3h2(g) 2nh3（g）；h0，达到甲平衡。在仅改变某一条件后，达到乙平衡，改变的这一条件是（ ）a加入适当催化剂 b升高温度 c增大反应物的浓度 d增大压强答案：d5. 低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为： 2nh3(g)+no(g)+no2(g) 2n2(g)+3h2o 在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是（ ）a.平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大b.平衡时，其他条件不变，增加nh3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小c.单位时间内消耗no和n2的物质的量比为1：2时，反应达到平衡d.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答案：c 6100 ml 6 moll1 h2so4跟过量锌粉反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量 ( )a水 b碳酸钠溶液 c硫酸钾溶液 d硝酸钠溶液答案：ac 7.下列说法不符合实验事实的有（ ）afe(scn)3溶液中加入固体kscn后颜色变深 b. 双氧水溶液中加入氯化铁溶液后没有明显现象c红棕色的no2，用冰水冷却后颜色变深d淀粉碘化钾溶液中加入稀硫酸，一定时间后变蓝答案：bc 8.对于反应2no(g)+o2(g)2no2(g) h0，达到平衡后升高温度，则（ ）a平衡正向移动 b平衡逆向移动 c反应速率减小 d反应速率增大答案：bd 9反应a(g)+b(g) c(g) +d(g) 发生过程中的能量变化如图，h 表示反应的焓变。下列说法正确的是（ ）a反应体系中加入催化剂，反应速率增大，e1减小，e2增大b反应体系中加入催化剂，反应速率增大，h不变ch 0，反应达到平衡时，升高温度，a的转化率增加答案：bc10将0.050molso2(g)和0.030molo2(g)放入容积为1l的密闭容器中，反应：2so2(g)o2(g)2so3(g)在一定条件下达到平衡，测得c(so3)0.040mol/l。计算该条件下反应的平衡常数k和so2的平衡转化率（写出计算过程）。答案：1.6103l/mol 80%（计算过程略）1工业上用co和h2合成ch3oh：co(g)2h2(g) ch3oh(g)。反应的平衡常数如下表：温度/0100200300400平衡常数667131.910-22.410-4110-5下列说法正确的是 （ ） a该反应的h 0b加压、增大h2浓度和加入催化剂都能提高co的转化率c工业上采用5 103 kpa和250的条件，其原因是原料气的转化率高d t时，向1 l密闭容器中投入0.1 mol co和0.2 mol h2，平衡时co转化率为50%，则该温度时反应的平衡常数的数值为100 答案：d2在不同温度下，向2 l密闭容器中加入1 mol no和1 mol活性炭，发生反应：2no(g)c(s)n2(g)co2(g) h213.5 kj/mol，达到平衡时的数据如下：温度/n（活性炭）/moln（co2）/molt10. 70_t2_0.25下列说法不正确的是（ ）a上述信息可推知：t1t2 bt1时，该反应的平衡常数k9/16ct2时，若反应达平衡后再缩小容器的体积，c (n2) :c (no)不变dt1时，若开始时反应物的用量均减小一半，平衡后no的转化率减小答案：d3对于反应2l（g）+3 m（g）xq（g）+3r（g）,在容积为2l的密闭容器中,将2mol气体l和3mol气体m混合,当反应经2min后达平衡时生成2.4 mol气体r,并测得q的浓度为0.4mol/l,则x的值为 ,l的转化率为 。答案：1 80% 4 反应: 2a(气) b(气) + xc(气), 在一定的条件下达到平衡状态, 密闭容器中的压强增大p%, 测得a的转化率为 p%, 则x 的值为 _.答案：x=35某温度下so2的转化反应的平衡常数k 532.4.2so2+o2 2so3下面三个混合体系中各物质的浓度如下表:体系c(so2) mol/lc(o2) mol/lc(so3) mol/l反应方向(1)0.06000.4002.000(2)0.09600.3000.500(3)0.08620.2631.020试判断各体系中反应进行的方向：体系(1) ；体系(2) ；体系(3) 。答案：（1）逆（2）正（3）平衡6某化学反应 3 a 2 b + d在四种不同条件下进行，b 、d的起始浓度为0。反应物a 的浓度 c 随时间 t 的变化情况如下表：实验序号0102030405015002.01.61.31.00.80.82500c21.20.80.80.80.83500c31.71.31.01.01.046002.01.10.90.90.90.9根据上述数据，完成下列填空：（1）在实验 1 ，反应在10 min 20 min 内平均速率为_ mol /（lmin）（2）在实验 2 ，a 的初始浓度 c2 _ mol / l ，反应经 20 min 就达到平衡，可推测实验 2 中还隐含的条件是_（3）设实验 3 的反应速率为 v3，实验 1 的反应速率为 v1，则 v3 _v1 (填 、或)，且c3 _ 2.0 mol / l (填 、或)（4）比较实验 4 和实验 1，可推测正反应是_反应(填吸热或放热)。理由是_。 答案：（1）a=0.03mol.l-1.min-1（2）2 mol.l-1加了正催化剂 （3）31 c3=2.5 mol.l-12 mol.l-1（4）放热 升高温度，a的浓度增大，平衡向逆反应方向移动7.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：co2（g）h2（g）=co（g）h2o（g）。其化学平衡常数k和温度t的关系如下表：t70080083010001200k0.60.91.01.72.6回答下列问题：（1）该反应的化学平衡常数表达式为k= 。（2）该反应为 反应（选填吸热、放热）。（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 。a. 容器中压强不变 b. 混合气体中c(co)不变c. v正（h2）=v逆（h2o） d. c(co2)=c(co)（4）某温度下平衡浓度符合下式：c(co2)c(h2)=c(co)c(h2o)。试判断此时的温度为_答案：（1）k= (2)吸热（3）bc (4)830 8.（2015年朝阳期末）甲醇汽油是一种