高三化学化学平衡人教实验版知识精讲

用心 爱心 专心 高三化学化学平衡人教实验版高三化学化学平衡人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 化学平衡 1 化学平衡 2 化学平衡的标志 3 化学平衡常数 4 等效平衡 二 复习重点 1 了解化学反应的可逆性 2 理解化学平衡状态的涵义 掌握化学平衡的概念 特征 标志 3 理解反应速率与化学平衡之间的关系 4 了解化学平衡常数的意义 三 复习过程 一 化学平衡 1 研究对象 可逆反应 1 可逆反应的概念 在相同条件下 既能向正反应方向进行 同时又能向逆反应方向 进行的化学反应 2 可逆反应的特点 绝大多数化学反应都有可逆性 只是不同的化学反应的限度不同 可逆反应不可能完全进行 最终得到反应物和生成物的混合物 相同的化学反应 不同的 条件下其限度也可能不同 2 化学平衡的建立 1 平衡建立的条件 必须是可逆反应 必须是封闭体系 必须是在一定的反应条件下 进行 2 平衡建立的途径 可加入反应物从正反应开始 可加入生成物从逆反应开始 可同 时加入反应物和生成物 从反应态开始 3 图示意义 v 正 v 逆 指的是同一物质的正 逆反应速率 最终 v 正 v 逆 此时各 物质的浓度不再变化 3 化学平衡 1 化学平衡状态 是指在一定条件下的可逆反应里 正反应和逆反应速率相等 反应 混合物中各组份的浓度保持不变的状态 2 化学平衡状态的特征 研究对象 逆 可逆反应 各物质的转化率必小于 1 动态特征 动 建立平衡后 正 逆反应仍在进行 属于动态平衡 静态特征 定 达平衡后 各组份的浓度不变 包括 x n P M 颜色等 不可理解为相等 用心 爱心 专心 平衡实质 等 v正 v逆 0 正 逆反应速率相等 但不等于零 平衡移动 移 化学平衡其存在是有条件的 暂时的 条件变化时平衡会发生相 应移动 二 化学平衡的标志 判断反应达到平衡的方法 化学平衡状态的本质特征是正反应速率和逆反应速率相等 这是判断化学平衡状态的 根本标志 由于 正 逆 可使平衡体系中各组分的百分含量保持不变 所以一般情况下 平衡体系的压强 气体密度 浓度等多种宏观性质也保持不变 这些宏观的特征有时也可 作为判断化学平衡状态的标志 1 本质标志 正反应速率等于逆反应速率 但不等于零 是指同一反应物或同一生成物 而言 对于某一反应物来说 正反应消耗掉该反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速 率 1 正逆反应的描述 同一物质 消耗和生成 反应物和生成物 消耗或生成 2 速率相等 同一物质 速率的数值相等 不同物质 速率的数值与系数成正比即相等 2 等价标志 所谓 等价标志 是指可以间接衡量某一可逆反应是否达到化学平衡状态的 标志 等价标志在特定环境 特定反应中 能间接衡量某一可逆反应是否达到化平衡状态 它不是一般的普通规律 而是有条件的特殊规律 它们不一定能作为已经达到平衡的依据 1 反应体系中总压强不再随时间变化而变化的状态 就是化学平衡状态 它只适用于 气体反应物与生成物的物质的量不相等的反应 例如 N2 g 3H2 g 2NH3 g 而不适 用于 H2 g I2 g 2HI g 这一类的反应 2 反应体系中混合气体的平均式量不再发生变化的状态 就是化学平衡状态 这种特 征只适用于反应前后气体分子数不相等且无固 液态物质参加或生成的可逆反应 如果是 反应前后气体分子数不变的可逆反应 混合气体的平均式量是始终不发生变化的 不管是 否达到化学平衡状态 3 反应体系中混合气体的密度不再发生变化的状态 就是化学平衡状态 这种特征只 适用于反应前后气体的总质量在变而容积不变的可逆反应 归纳总结 化学平衡状态的判断 举例反应mA g nB g pC g qD g 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 混合物体系中 各成分的含量 总压强 总体积 总物质的量一定 不一定 平衡 在单位时间内消耗了 m molA 同时生成 m molA 即 v正 v逆 平衡 在单位时间内消耗了 n molB 同时生成 p molC 均 指 v正 不一定 平衡 vA vB vC vD m n p q v正不一定等于v逆不一定 平衡 正 逆反应速 率的关系 在单位时间内生成了 n molB 同时消耗 q molD 因 均指 v逆 不一定 平衡 用心 爱心 专心 m n p q 时 总压力一定 其他条件一定 平衡 压强 m n p q 时 总压力一定 其他条件一定 不一定 平衡 Mr 一定时 只有当 m n p q 时 平衡 混合气体的平 均分子量 Mr Mr 一定 但 m n p q 时 不一定 平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化 在其他条件不变的 情况下 体系温度一定时 平衡 体系的密度密度一定 不一定 平衡 三 化学平衡常数 1 化学平衡常数 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g 达到平衡状态时 平衡常数的表达式为 cp C cq D cm A cn B K 1 化学平衡常数只随温度的变化而变化 反应物或生成物的浓度的改变对平衡常数无 影响 2 表示可逆反应进行的程度 K 值越大 正反应进行的程度越大 反应物的转化率越 大 3 各物质的浓度必须是平衡浓度 固体及纯液体不列入平衡常数的表达式 4 平衡常数指的是某一具体的反应的平衡常数 反应方向的改变或化学计量系数的增 大或减小 平衡常数均发生改变 2 依据平衡常数预测化学平衡移动的方向 1 Q K 生成物与反应物浓度不再改变 可逆反应达到平衡 2 Q K 生成物浓度应增加 反应物浓度应减少 平衡将向正反应方向移动 3 Q K 生成物浓度应减少 反应物浓度应增加 平衡将向逆反应方向移动 四 等效平衡 1 等效平衡的定义 相同条件下 同一可逆反应体系 不管从正反应开始 还是从逆反 应开始 只要按反应方程式中的化学计量数之比投入反应物和生成物 建立起的平衡状态 都是相同的 这就是所谓等效平衡原理 由于化学平衡状态与条件有关 而与建立平衡的途径无关 因此 同一可逆反应 从 不同的状态开始 只要达到平衡时条件 温度 浓度 压强等 完全相同 则可形成等效平 衡 2 等效平衡的建立 1 恒温 恒容 在定 T V 条件下 对于反应前后气体体积改变的反应 若改变起 始加入情况 只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡时左右两边同一边物质的物质 的量与原平衡相同 则二平衡等效 在定 T V 条件下 对于反应前后气体体积不变的 反应 只要反应物 或生成物 的物质的量的比例与原平衡相同 则二平衡等效 2 恒温 恒压 在恒定 T P 条件下 若改变起始加入情况 只要通过可逆反应的 化学计量数比换算成平衡时左右两边同一边物质的物质的量之比 即 对于反应前后气体 体积发生变化的可逆反应而言 恒容容器中要想达到同一平衡状态 投料量必须相同 恒 用心 爱心 专心 压容器中要想达到同一平衡状态 投料量可以不同 但投入的比例必须相同 对于反应 前后气体体积不变的可逆反应而言 不管是恒容容器中 还是发生恒压变化 要想达到同 一平衡状态 只要按比例投料即可 典型例题典型例题 例例 1 哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得 1918 年诺贝尔化学奖 现向一 密闭容器中充入 1mol N2和 3mol H2 在一定条件下使该反应发生 下列有关说法正确的是 A 达到化学平衡时 N2将完全转化为 NH3 B 达到化学平衡时 N2 H2和 NH3的物质的量浓度一定相等 C 达到化学平衡时 N2 H2和 NH3的物质的量浓度不再变化 D 达到化学平衡时 正反应和逆反应的速率都为零 分析 分析 本题考查了化学平衡概念的理解和掌握 侧重于考查的是理解能力和分析判断 能力 氮气和氢气的反应是可逆反应 所以氮气不可能全部转化为氨 A 错 达到化学平 衡时 N2 H2和 NH3的物质的量浓度保持不变但不一定相等 B 错 达到化学平衡时 正 反应和逆反应仍然在进行 反应速率不是零 D 错 答案 C 例例 2 对可逆反应 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 x mol NO 的同时 消耗 x mol NH3 则反应达到平衡状态 C 达到化学平衡时 若增加容器体积 则正反应速率减小 逆反应速率增大 D 化学反应速率关系是 2v正 NH3 3v正 H2O 分析 分析 本题考查了化学平衡状态的判断 化学反应速率的影响以及不同物质表示同一 化学反应时 反应速率之间的关系 侧重考查对化学平衡和反应速率的理解能力 根据化 学反应方程式 各物质的系数之比等于它们表示的反应速率之比 故 A 正确 化学平衡状 态的判断要本着 同时 双向进行 的原则 而 B 表示的是一个相同的反应方向 故 B 错 增大容器的体积相当于减小压强 正 逆反应速率都应减小 故 C 错 化学反应速率的关 系是 3v正 NH3 2v正 H2O 故 D 错 答案 A 例例 3 可逆反应 N2 3H22NH3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 分析 分析 此题四个选项均为用不同物质表示的速率 A 均为反应物 而速率均为消耗速 率 故错误 B 为反应物和生成物 虽然均为消耗速率 但速率值之比不等于化学方程式 中相应的化学计量数之比 故 B 也错 C 与 B 相似 且速率值等于化学方程式中相应的化 学计量数之比 故 C 对 而 D 与 A 相似 但速率值之比不等于化学方程式中相应的化学 计量数之比 故 D 错 因此答案为 C 例例 4 在一定温度下 向 a L 密闭容器中加入 1mol X 气体和 2 mol Y 气体 发生如下反 应 X g 2Y g 2Z g 此反应达到平衡的标志是 A 容器内压强不随时间变化 用心 爱心 专心 B 容器内各物质的浓度不随时间变化 C 容器内 X Y Z 的浓度之比为 1 2 2 D 单位时间消耗 0 1mol X 同时生成 0 2molY 分析 分析 由于该反应为体积减小的气态反应 故 A 对 B 选项只要达平衡任何情况下均 成立 C 选项错 因为各成分的浓度只是不变 而不是平衡时与计量数之比相等 D 是用 反应物和产物的变化量来表示由于不满足均为生成或均为消耗 故 D 不对 因此该题答案 为 A 和 B 答案 AB 例例 5 一定温度下 在恒容密闭容器中发生如下反应 2A g B g 3C g 若反应开 始时充入 2molA 和 2mol B 达平衡后 A 的体积分数为 a 其他条件不变时 若按下列四 种配比作为起始物质 平衡后 A 的体积分数大于 a 的是 A 2mol C B 2mol A 1mol B 和 1mol He 不参加反应 C 1mol B 和 1mol C D 2mol A 3mol B 和 3mol C 分析 分析 本题考查了等效平衡和平衡移动原理 侧重于考查分析解决问题的能力 当加 入 2molC 时 将它全部转化为反应物时 得到 A B 的物质的量之比为 2 1 这样相当于 少加了 B 则 A 的转化率减小 体积分数增大 A 正确 因氦不参加反应 所以当加入 2mol A 1mol B 和 1molHe 时 相当于只加了 2molA 和 1molB 则 A B 正确 同样分析 出 C D 均不正确 答案 AB 例例 6 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 在一体积为 10L 的容器中 通入一定量的 CO 和 H2O 在 850 时发生如下反应 CO g H2O g CO2 g H2 g H Q Q 0 CO 和 H2O 浓度变化如下图 则 0 4min 的平均反应速率 v CO mol L min 3 t 高于 850 时 在相同容器中发生上述反应 容器内各物质的浓度变化如下表 表中 3min 4min 之间反应处于 状态 C1数值 0 08 mol L 填 大于 小于或等于 反应在 4min 5min 之间 平衡向逆方向移动 可能的原因是 单选 表中 5min 6min 之间数值发生变化 可能的原因是 单选 a 增加水蒸气b 降低温度 c 使用催化剂 d 增加氢气浓度 用心 爱心 专心 分析 分析 本题主要考查化学平衡常数 化学反应速率计算及影响化学平衡移动的因素的 理解和掌握 侧重考查了审题能力 数字处理及运用能力 1 根据平衡常数的定义即可作出回答 2 V CO 0 20mol L 0 08mol L 4min 0 03mol L min 3 由题设表格中的数据分析 3 4 秒时各物质的浓度变化 说明处于平衡状态 根据 表中数据 0 2 秒时 c CO 每分钟减少 0 2mol L 0 138mol L 2 0 031mol L 根据速率和浓 度的关系 随浓度的减小 CO 变化速率减少 所以第 3 秒时 c CO 0 138mol L 0 031mol L 0 08mol L 4 5 秒时平衡逆向移动 根据平衡移动的影响因 素和题给条件分析应该是加入了生成物 即 d 5 6 秒之间 c CO 减小 而 c H2O 和 c CO2 增大 说明一定是增加了水蒸气 使平衡向正反应方向移动了 答案 答案 1 可逆反应的进行程度越大 可能增大也可能减小 2 0 03 3 平衡 大于 d a 例例 7 高炉炼铁中发生的基本反应之一如下 FeO s CO g Fe s CO2 g H 0 其平 衡常数可表示为K 已知 1100 时K 0 263 2 COc COc 1 温度升高 化学平衡移动后达到新的平衡 高炉内 CO2和 CO 的体积比值 平衡常数 K 值 选填 增大 减小 或 不变 2 1100 时测得高炉中 c CO2 0 025 mol L c CO 0 1 mol L 在这种情况下 该反 应是否处于化学平衡状态 选填 是 或 否 此时 化学反应速率是 v正 v逆 选填 大于 小于 或 等于 其原因是 分析 分析 此反应的正反应是吸热反应 温度升高 化学平衡向正反应方向移动 因而高 炉内CO2 增多 CO减少 它们的比值以及达到化学平衡状态时的c CO2 和c CO 的比值 即K值都应增大 当c CO2 0 025mol L c CO 0 1mol L时 它们的比值 记作Q 该值不 是K值 因为可逆反应还不知道是否处于平衡状态呢 为小于K值 25 0 1 0 025 0 Q 0 263 因此化学反应没有达到平衡 平衡要向正反应方向移动 正 逆 答案 答案 1 增大 增大 2 否 大于 此时 c CO2 c CO 0 263 因温度不变 K 值不变 为增大 c CO2 c CO 比值 需 v正 v逆 用心 爱心 专心 例例 8 恒温 恒压下 在一个可变容积的容器中发生如下反应 A 气 B 气 C 气 1 若开始时放入 1molA 和 1molB 到达平衡后 生成 amolC 这时 A 的物质的量为 mol 2 若开始时放入 3molA 和 3molB 到达平衡后 生成 C 的物质的量为 mol 3 若开始时放入 xmolA 2molB 和 1molC 到达平衡后 A 和 C 的物质的量分别是 ymol 和 3amol 则 x mol y mol 平衡时 B 的物质的量 选填一个编号 甲 大于 2mol 乙 等于 2mol 丙 小于 2mol 丁 可能大于 等于 或小于 2mol 作出此判断的理由是 4 若在 3 的平衡混合物中再加入 3molC 待再次到达平衡后 C 的物质的量分数是 5 若维持温度不变 在一个与 1 反应前起始体积相同 且容积固定的容器中发生上述 反应 开始时放入 1molA 和 1molB 到达平衡后生成 bmolC 将 b 与 1 小题中的 a 进行比较 选填一个编号 甲 a b 乙 a b 丙 a b 丁 不能比较 a 和 b 的大小 作出此判 断的理由是 分析 分析 1 1 a mol 2 符合等效平衡的第 3 种情况 加入的 3molA 和 3molB 是原平衡 的 3 倍 采用结论 平衡时 C 的物质的量为 1 的 3 倍 即 3amol 3 平衡时 C 的物质 的量与 2 中 C 的物质的量相同 说明 3 与 2 的平衡为同一平衡 则 3 加入的与 2 完全相 同 A 气 B 气 C 气 开始 xmol 2mol 1mol 反应逆向到底 x 1 mol 3mol 0 平衡后 ymol 3 3a mol 3amol 据题意有 x 1 3 x 2 y 3 3a 显然平衡时 B 的物质的量也为 3 3a mol 如果放入 A B C 三物质后 平衡不移动 C 的物质的量不变 那么 3a 1mol 时 B 的量为 3 3a mol 2mol 平衡向右移动时 3a 1 B 应小于 2mol 平衡 向左移动时 3a 1 B 理应大于 2mol 4 再加 3molC 时 A B 加入的比例不会改变 故新的平衡状态与 1 2 3 为等效 平衡 所以 C 的物质的量分数为 amolamolmolamolmol amol 11a a 2 5 A 气 B 气 C 气 是一个体积缩小的反应 因此 5 中相当于在 1 的基础上减 小压力 平衡逆向移动 所以 a b 答案 1 1 a 2 3a 3 2 3 3a 丁 如果放入 A B C 三物质后 平衡不移动 C 的物质的量不变 那 么 3a 1mol 时 B 的量为 3 3a mol 2mol 平衡向右移动时 3a 1 B 应小于 2mol 平衡向左移动时 3a 1 B 理应大于 2mol 4 a2 a 5 乙 A 气 B 气 C 气 是一个体积缩小的反应 因此 5 中相当于在 1 的基础 上减小压力 平衡逆向移动 模拟试题模拟试题 1 在一定温度下 向 a L 密闭容器中加入 1mol X 气体和 2molY 气体 发生如下反应 用心 爱心 专心 X g 2Y g 2Z g 此反应达到平衡的标志是 A 容器内压强不随时间变化 B 容器内各物质的浓度不随时间变化 C 容器内 X Y Z 的浓度之比为 1 2 2 D 单位时间消耗 0 1mol X 同时生成 0 2mol Z 2 在一定温度下 可逆反应 A 气 3B 气 2C 气 达到平衡的标志是 A 气体体积为初始体积的一半 B 单位时间内生成 n 摩 A 同时生成 3n 摩 B C A B C 的浓度不再变化 D A B C 的分子数之比为 1 3 2 3 在一定条件下 反应 2NO O22NO2达到平衡的标志 A NO O2 NO2分子数目比是 2 1 2 B 反应混合物中各组成物质的浓度相等 C 混合气体的颜色不再发生变化 D 混合气体的平均相对分子质量不变 4 可以证明可逆反应 N2 3H22NH3已达到平衡状态的是 一个 N N 键形成的同时 有 3 个 H H 键断裂 一个 N N 键断裂的同时 有 6 个 N H 键断裂 其它条件不变 混合气体平均式量不再改变 保持其它条件不变时 体系压强不再改变 NH3 N2 H2 都不再改变 恒温恒容时 密度保持不变 正反应速率 v H2 0 6mol L min 逆反应速率 v NH3 0 4mol L min A 全部 B 只有 C D 只有 5 对于 2A 气 B 气 3C 气 的可逆反应 通过对不同物质反应速率的测定 可以 判断该反应已达到平衡状态的是 A B C D 正反应速率 mol L min VA 2 VA 2 VA 1 VA 1 逆反应速率 mol L min VA 2 VB 2 VB 1 5 VC 1 5 6 可逆反应 2NO22NO O2在密闭容器中反应 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 的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为 2 2 1 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 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A B C D 7 在温度和容积相等的条件下 有反应 2A g 2B g C g 3D g 现分别从两 条途径建立平衡 A B 起始浓度均为 2 mol L C D 的起始浓度分别为 2 mol L 和 6 mol L 下列叙述正确的是 A 两途径最终达到平衡时 体系内各气体的物质的量分数不同 B 两途径最终达到平衡时 体系内各气体的体积分数不同 C 达到平衡时 途径的 vA等于 途径的 vA 用心 爱心 专心 D 达到平衡后 第 途径混合气密度为第 途径混合气密度的 1 2 8 在一个固定容积的密闭容器中加入 2molA 和 1molB 发生反应 2A g B g 3C g D g 达到平衡时 C 的浓度为 w mol L 若维持容器的容积和温度不变 按下列情况配 比为开始浓度 达到平衡后 C 的浓度仍为 w mol L 的是 A 4molA 2molB B 2molA 1molB 3molC 1molD C 3molC 1molD 1molB D 3molC 1molD 9 在恒容的密闭容器中充入 2molA 和 1molB 的气体后发生反应 2A g B g xC g 达到平衡后 C 的体积分数为 m 若维持容器容积和温度不变 按 0 6molA 0 3molB 和 1 4molC 为起始物质的量 达到平衡后 C 的体积分数仍为 m 则 x 的值可能为 A 1 B 2 C 3 D 4 10 一真空密闭容器中盛有 molPCl5 加热到 200 时发生反应 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 反应达到平衡时 PCl5所占体积百分数为 M 若在同一温度和同一容器中 最初投入的是 2molPCl5 反应达平衡时 PCl5所占体积百分数为 N 则 M 和 N 的正确关系是 A M N B M N C M N D 无法比较 11 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 t 70080083010001200 K0 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 多选扣分 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 12 一定条件下 可逆反应 A2 g B2 g 2C g 达到平衡时 各物质的平衡浓度为 c A2 0 5mol L c B2 0 1mol L c C 1 6mol L 若用 a b c 分别表示 A2 B2 C 的初始浓度 mol L 则 1 a b 应满足的关系是 2 a 的取值范围 是 13 在一定条件下 二氧化碳和氧气发生如下反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 0 1 写出该反应的化学平衡常数表达式 K 2 降低温度 该反应 K 值 二氧化碳转化率 化学反应速率 以上均填增大 减小或不变 3 600 时 在一密闭容器中 将二氧化碳和氧气混合 反应过程中 SO2 O2 SO3物 质的量变化如图 反应处于平衡状态的时间是 4 据图判断 反应进行至 20min 时 曲线发生变化的原因是 用 文字表达 10min 到 15min 的曲线变化的原因可能是 填写编号 a 加了催化剂b 缩小容器体积 c 降低温度d 增加 SO3的物质的量 用心 爱心 专心 14 二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气 该反应进行到 45 秒时 达到平 衡 NO2浓度约为 0 0125mol L 下图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前 25 秒内的反应进 程 1 请计算前 20 秒内氧气的平均生成速度 2 若反应延续至 70 秒 请在图中用实线画出 25 秒至 70 秒的反应进程曲线 3 若在反应开始时加入催化剂 其他条件都不变 请在图上用虚线画出加催化剂后的 反应进程曲线 4 写出该反应的化学平衡常数表达式 15 Fe3 和 I 在水溶液中的反应如下 2I 2Fe3