四川省成都市经济技术开发区实验中学高三化学总复习 7.2 化学平衡状态

用心 爱心 专心1 第第 2 2 讲讲 化学平衡状态化学平衡状态 考纲解读 1 了解可逆反应的定义 2 理解化学平衡的定义 3 理解影响化学平衡的因 素 4 理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算 考点一 可逆反应 可逆反应的概念 在同一条件下 既能向 反应方向进行 又能向 反应方向进行 的化学反应 1 反应 2H2O2H2 O2 是否为可逆反应 电解 点燃 2 向含有 2 mol 的 SO2的容器中通入过量氧气发生 2SO2 O22SO3 充分反应后生 催化剂 加热 成 SO3的物质的量 2 mol 填 或 下 同 O2的物质的量 0 mol 转化率 100 1 可逆反应的可逆是指同一反应条件下 正 逆反应同时进行 不同条件下的反应不是 可逆反应 2 可逆反应中任一物质的浓度都不能为零 而是介于完全正向转化与逆向转化之间 3 参与反应的物质的转化率不等于 100 考点二 化学平衡状态 1 概念 一定条件下的可逆反应中 正反应速率与逆反应速率 反应体系中所有参加反 应的物质的 保持不变的状态 2 建立过程 在一定条件下 将 0 3 mol CO 和 0 2 mol H2O g 通入 2 L 密闭容器中 发生反应 CO g H2O g CO2 g H2 g 1 反应刚开始时 浓度最大 正反应速率最大 浓度为 0 反应 速率为 0 2 随着反应的进行 反应物浓度逐渐 正反应速率逐渐 生成物浓 度逐渐 逆反应速率逐渐 最终正 逆反应速率 达到平衡 状态 此时反应体系中各物质的浓度均 3 依据以上叙述画出的反应的v t图像如下 用心 爱心 专心2 4 由v t图像可以看出化学平衡是动态平衡 因为 即反应仍在进行 着 3 平衡特点 3 在密闭容器中进行反应 X2 g Y2 g 2Z g 已知 X2 Y2 Z 的起始浓度分别 为 0 1 mol L 1 0 3 mol L 1 0 2 mol L 1 在一定条件下 当反应达到平衡时 各物质的浓度有可能是 A Z 为 0 3 mol L 1 B Y2为 0 4 mol L 1 C X2为 0 2 mol L 1 D Z 为 0 4 mol L 1 4 对于 N2 3H22NH3 1 若 N2 H2 NH3的浓度不再随时间的改变而改变 是 高温 高压 催化剂 否达到平衡状态 平衡状态的达到是否意味反应停止了 2 若某一时刻 v正 N2 v 逆 NH3 此时是否达到平衡状态 若 3v正 N2 v正 H2 呢 5 可逆反应 2NO2 g 2NO g O2 g 在体积固定的密闭容器中进行 达到平衡状态的 标志的是 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 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 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 6 向一密闭容器中充入 1 mol N2和 3 mol H2 在一定条件下使反应 N2 3H22NH3发生 有关说法正确的是 高温 高压 催化剂 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 7 一定条件下 对于可逆反应 X g 3Y g 2Z g 若 X Y Z 的起始浓度分别为 c1 c2 c3 均不为零 达到平衡时 X Y Z 的浓度分别为 0 1 mol L 1 0 3 mol L 1 0 08 mol L 1 则下列判断正确的是 用心 爱心 专心3 A c1 c2 3 1 B 平衡时 Y 和 Z 的生成速率之比为 2 3 C X Y 的转化率不相等 D c1的取值范围为 0 mol L 1 c1 0 14 mol L 1 1 v正 v逆 0 表明反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等 即各物质的物质 的量 质量不再发生变化 可逆反应达到平衡状态 但反应仍在进行 对不同的两种物 质则必须是一个为正反应速率 另一个为逆反应速率且二者之比等于化学计量数之比 2 可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据 正反应速率和逆反应速率相等 反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变 只要抓住这两个特征就可确定反应是否 达到平衡状态 对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了 即说明可逆反应达 到了平衡状态 解达到平衡状态标志的题目 关键是看给定的条件能否推出参与反应的 任一物质的物质的量不再发生变化 3 当两种反应物按化学计量数之比投料时 二者任意时刻的转化率都相等 反之根据不 同投料比例时的两种物质的转化率 亦可确定二者的化学计量数之比 考点三 化学平衡常数 1 概念 在一定温度下 当一个可逆反应达到 时 生成物 与反应物 的比值是一个常数 用符号 表示 2 表达式 对于反应mA g nB g pC g qD g K 固体和纯液体的浓度视为常数 通常不计入平衡常数表达 式中 3 意义 1 K值越大 反应物的转化率 正反应进行的程度 2 K只受 影响 与反应物或生成物的浓度变化无关 3 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数 若反应方向改变 则平衡常数改变 若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小 尽管是同一反应 平衡常数也会改变 8 对于给定反应 正逆反应的化学平衡常数一样吗 是什么关系 9 化学平衡常数只受温度的影响 温度升高 化学平衡常数是增大还是减少 10 如何由化学平衡常数判断一个化学反应是否达到化学平衡状态 11 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 c CO2 c H2 c CO c H2O 衡常数如下表 t 7008008301 0001 200 K1 671 111 000 600 38 用心 爱心 专心4 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 若在 1 L 的密闭容器中通入 CO2和 H2各 1 mol 5 min 后温度升高到 830 此时测 得 CO2为 0 4 mol 该反应达到平衡状态 D 若平衡浓度符合关系式 则此时的温度为 1 000 c CO2 3c CO c H2O 5c H2 多角度评析化学平衡状态 1 化学平衡状态的标志 1 v正 v逆 反应体系中 的消耗速率和生成速率相等 2 平衡混合物中各组成成分的含量保持不变 各组分的 有气体参加的可逆反应 等保持不变 2 实例分析 例举反应mA g nB g pC g qD g 是否达 到平衡 状态 各物质的物质的量或各物质的物 质的量分数一定 各物质的质量或各物质的质量分 数一定 各气体的体积或体积分数一定 混合物体系中各成 分的量 总体积 总压强 总物质的量 总浓度一定 单位时间内消耗了m mol A 同 时生成m mol A 即v正 v逆 单位时间内消耗了n mol B 同 时消耗了p mol C 即v正 v逆 vA vB vC vD m n p q v 正不一定等于v逆 正反应速率与逆反 应速率的关系 单位时间内生成n mol B 同时 消耗了q mol D 均指v逆 v正不 一定等于v逆 总压强 若m n p q 总压强一定 其 他条件不变 用心 爱心 专心5 若m n p q 总压强一定 其 他条件不变 混合气体平均相对 分子质量 M m n p q 一定 M m n p q 一定 M 温度 任何化学反应都伴随着能量变化 体系温度一定 其他条件不变 体系的密度 密度一定 例 1 下列说法可以证明 H2 g I2 g 2HI g 已达平衡状态的是 填 序号 单位时间内生成n mol H2的同时 生成n mol HI 一个 H H 键断裂的同时有两 个 H I 键断裂 百分含量w HI w I2 反应速率v H2 v I2 v HI 1 2 c HI c H2 c I2 2 1 1 温度和体积一定时 某一生成物浓度不再变化 温度和体积一定时 容器内压强不再变化 条件一定 混合气体的平均相对分子质 量不再变化 温度和体积一定时 混合气体颜色不再变化 温度和压强一定时 混 合气体的密度不再变化 讨论 在上述 的说法中能说明 2NO2 g N2O4 g 达到平衡状态的是 填序号 例 2 一定温度下 下列叙述不能作为可逆反应 A g 3B g 2C g 达到平衡状 态标志的是 C 的生成速率与 C 的消耗速率相等 单位时间内生成a mol A 同时生成 3a mol B A B C 的浓度不再变化 C 的物质的量不再变化 混合气体的总压强不再变化 混合气体的总物质的量不再变化 单位时间消耗a mol A 同时生成 3a mol B A B C 的分子数之比为 1 3 2 A B C D 等效平衡的分类及判断方法 1 含义 在一定条件下 恒温恒容或恒温恒压 对同一可逆反应体系 时加入物质的物 质的量不同 而达到化学平衡时 同种物质的百分含量 2 原理 同一可逆反应 当外界条件一定时 反应无论从正反应开始 还是从逆反应开始 最后 都能达到平衡状态 其中平衡混合物中各物质的含量 由于化学平衡状态与 有关 而与建立平衡的 无关 因而 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 3 分类及判断方法 1 等温 等容条件下 对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应 改变起始时 用心 爱心 专心6 加入物质的物质的量 若按可逆反应计量 数之比换算成同一半边物质 一边倒 其物 质的量对应相同 则它们互为等效平衡 见下表 如可逆反应 2A g B g 3C g D g ABCD 等效说明 2 mol1 mol00 4 mol2 mol00 1 mol 0 5 mol 1 5 mol 0 5 mol 01 mol3 mol1mol 003 mol1 mol 互为等效平衡 表现 在达到平衡后物质的量 质 量 体积 物质的量浓度 组分百分含量 物质的量分 数 质量分数 体积分数 相同 2 等温 等容条件下 对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应 改变起始时 加入物质的物质的量 若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质 一边倒 其物质 的量对应成比例 则它们互为等效平衡 见下表 如可逆反应 2A g B g 3C g D s ABCD 等效说明 2 mol1 mol00 4 mol2 mol00 1 mol 0 5 mol 1 5 mol 0 5 mol 01 mol3 mol1mol 003 mol1 mol 互为等效平衡 表 现在达到平衡后组分百分含 量 物质的量分数 质量分数 体积分数 相同 3 等温 等压条件下 对于任何有气相物质参加的可逆反应 改变起始时加入物质的 物质的量 若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质 一边倒 其物质的量对应成 比例 则它们互为等效平衡 见下表 如可逆反应 2A g B g 3C g D g ABCD 等效说明 2 mol1 mol00 4 mol2 mol00 1 mol 0 5 mol 1 5 mol 0 5 mol 01 mol3 mol1mol 003 mol1 mol 互为等效平衡 表 现在达到平衡后物质的量浓 度 组分百分含量 物质的量 分数 质量分数 体积分数 相同 例 3 在一定温度下进行反应 H2 I2 2HI 有以下 3 种不同的起始投料方式 初始 容器容积相同 用心 爱心 专心7 H2 g I2 g 2HI g 1 mol 1 mol 0 mol 2 mol 2 mol 1 mol a mol b mol c mol 1 试判断 和 是否是等效平衡 2 和 均达平衡时 H2的物质的量是否相同 物质的量浓度是否相同 3 若使 和 成为等效平衡 则a b c应满足什么关系 例 4 有甲 乙两容器 甲容器容积固定 乙容器容积可变 一定温度下 在甲中加 入 2 mol N2 3 mol H2 反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 达到平衡时生成 NH3的物质的 量为m mol 1 相同温度下 在乙中加入 4 mol N2 6 mol H2 若乙的压强始终与甲的压强相等 乙中反应达到平衡时 生成 NH3的物质的量为 mol 从下列各项中选择 只填序 号 下同 若乙的容积与甲的容积始终相等 乙中反应达到平衡时 生成 NH3的物质 的量为 mol A 小于m B 等于m C 在m 2m之间 D 等于 2m E 大于 2m 2 相同温度下 保持乙的容积为甲的一半 并加入 1 mol NH3 要使乙中反应达到平 衡时 各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同 则起始时应加入 mol N2和 mol H2 高考题组一 化学平衡状态的判断及平衡特征 1 2011 天津理综 6 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右图所示 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 D t1 t2时 SO2的转化率 a b 段小于 b c 段 2 2010 安徽理综 10 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 g Hc3 B a b 92 4 C 2p21 v 0 v 20 C 升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率 D 从Y 0 到Y 0 113 CH3COCH2COH CH3 2的 1 n 0 n 20 7 700 时 向容积为 2 L 的密闭容器中充入一定量的 CO 和 H2O 发生反应 CO g H2O g CO2 g H2 g 反应过程中测定的部分数据见下表 表中t2 t1 反应时间 min n CO moln H2O mol 01 200 60 t10 80 t20 20 下列说法正确的是 A 反应在t1 min 内的平均速率为v H2 mol L 1 min 1 0 40 t1 B 保持其他条件不变 起始时向容器中充入 0 60 mol CO 和 1 20 mol H2O 达到平 衡时n CO2 0 30 mol C 保持其他条件不变 向平衡体系中再通入 0 20 mol H2O 与原平衡相比 达到新 平衡时 CO 转化率增大 H2O 的体积分数增大 D 温度升高至 800 上述反应平衡常数为 0 64 则正反应为吸热反应 8 2011 福建理综 12 25 时 在含有 Pb2 Sn2 的某溶 液中 加入过量金属锡 Sn 发生反应 Sn s Pb2 aq Sn2 aq Pb s 体系中 c Pb2 和 c Sn2 变化关系如图所 示 下列判断正确的是 用心 爱心 专心10 A 往平衡体系中加入金属铅后 c Pb2 增大 B 往平衡体系中加入少量 Sn NO3 2固体后 c Pb2 变小 C 升高温度 平衡体系中c Pb2 增大 说明该反应 H 0 D 25 时 该反应的平衡常数K 2 2 9 2010 北京理综 12 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 其起始浓度 9 4 如下表所示 起始浓度甲乙丙 c H2 mol L 1 0 0100 0200 020 c CO2 mol L 1 0 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 H2的转化率均是 60 C 平衡时 丙中c CO2 是甲中的 2 倍 是 0 012 mol L 1 D 反应开始时 丙中的反应速率最快 甲中的反应速率最慢 用心 爱心 专心11 课时规范训练课时规范训练 教材习题回扣 1 选修 4P32 5 一定温度下 对可逆反应 A g 2B g 3C g 的下列叙述中 能 说明反应已达到平衡的是 A C 生成的速率与 C 分解的速率相等 B 单位时间内消耗a mol A 同时生成 3a mol C C 容器内的压强不再变化 D 混合气体的物质的量不再变化 2 选修 4P32 2 已知反应 A g 3B g 2C g 在一定温度下达到平衡 该反应的平衡 常数表达式为 若各物质的平衡浓度分别为c A 2 0 mol L 1 c B 2 0 mol L 1 c C 1 0 mol L 1 则 K 3 选修 4P33 9 已知一氧化碳与水蒸气的反应为 CO g H2O g CO2 g H2 g 在 427 时的平衡常数是 9 4 如果反应开始时 一氧化碳和水蒸气的浓度都是 0 01 mol L 1 计算一氧化碳在此反应条件下的转化率 能力提升训练 1 对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应 A g B g C s 2D g 可以说 明在恒温下已达到平衡状态的是 反应容器中压强不随时间变化而变化 A 气体和 B 气体的生成速率相等 混合气 体的平均摩尔质量不随时间变化而变化 反应混合气体的密度不随时间变化而变化 A B C D 2 X Y Z 三种气体 取 X 和 Y 按 1 1 的物质的量之比混合 放入密闭容器中发生如下 反应 X 2Y 2Z 达到平衡后 测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总 物质的量之比为 3 2 则 Y 的转化率最接近于 A 33 B 40 C 50 D 65 3 将固体 NH4I 置于密闭容器中 在一定温度下发生下列反应 NH4I s NH3 g HI g 2HI g H2 g I2 g 达到平衡时 c H2 0 5 mol L 1 c HI 4 mol L 1 则此温度下反应 的平衡常 数为 A 9 B 16 C 20 D 25 4 2009 海南 4 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 mol L 1 0 10 20 用心 爱心 专心12 平衡浓度 mol L 1 0 050 050 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 X 3Y 2Z 其平衡常数为 1 600 C 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 5 T 时 在 1 L 的密闭容器中充入 2 mol CO2和 6 mol H2 一定条件下发生反应 CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g H 49 0 kJ mol 1 测得 H2和 CH3OH 的浓度随时间的变化情况如下表所示 时间 min c H2 mol L 1 c CH3OH mol L 1v正和v逆比较 t060 t131 v正 v逆 下列说法不正确的是 A t0 t1时间内 v H2 3 t1 t0 mol L 1 min 1 B T 时 该反应的平衡常数K 1 27 CO2与 H2的转化率相等 C t0时 v正 v逆 D t1时 若升高温度或再充入 CO2气体 都可以提高 H2的转化率反应 6 高温 催化剂条件下 某反应达到平衡 平衡常数K 恒容时 温度 c CO c H2O c CO2 c H2 升高 H2浓度减小 下列说法正确的是 A 该反应的焓变为正值 B 恒温恒容下 增大压强 H2浓度一定减小 C 升高温度 逆反应速率减小 D 该反应的化学方程式为 CO H2OCO2 H2 催化剂 高温 7 一定条件下 在体积为 3 L 的密闭容器中反应 CO g 2H2 g CH3OH g H a kJ mol 1 S b J mol 1 K 1 a b均为正数 达到化学平衡状态 1 500 时 从反应开始到达到化学平衡 以 H2 的 浓度变化表示的化学反应速率是 用 nB tB 表示 2 判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是 填字母 a v生成 CH3OH v消耗 CO b 混合气体的密度不再改变 c 混合气体的平均相对分子质量不再改变 用心 爱心 专心13 d CO H2 CH3OH 的浓度均不再变化 3 300 时 将容器的容积压缩到原来的 1 2 在其他条件不变的情况下 对平衡体 系产生的影响是 填字母 a c H2 减小 b 正反应速率加快 逆反应速率减慢 c CH3OH 的物质的量增加 d 重新平衡时c H2 c CH3OH 减小 8 在容积相同的五个密闭容器内 分别充入等量的 N2 和 H2 在不同温度下 任其发生反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 并分别在 t 秒时测定其中 NH3 的体积分数 绘图如右图所示 1 A B C D E 五点中 尚未达到化学平衡状态的点 是 2 此可逆反应的正反应是 反应 填 放热 或 吸热 3 AC 段的曲线是增函数 CE 段曲线是减函数 试从反应速率和平衡角度说明理由 9 在一定温度下将 3 mol CO2和 2 mol H2混合于 2 L 的密闭容器中 发生如下反应 CO2 g H2 g CO g H2O g 1 该反应的化学平衡常数表达式K 2 已知在 700 时 该反应的平衡常数K1 0 6 则该温度下反应 CO g H2O g CO2 g H2 g 的平衡常数K2 反应 CO2 g H2 g 1 2 1 2 CO g H2O g 的平衡常数K3 1 2 1 2 3 已知在 1 000 时 该反应的平衡常数K4为 1 0 则该反应为 反应