专题2第2单元课时2

课时2化学平衡状态和化学平衡常数 1 可逆反应 在条件下 既能向方向进行同时又能向方向进行的反应叫做可逆反应 2 在可逆反应中 把由反应物到生成物的反应叫做正反应 把由生成物到反应物的反应叫做逆反应 可逆反应要用 代替 相同 正 逆 3 当温度一定时 溶液达到饱和之后 溶液中的固体溶质和溶液中的分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行 而且两种过程的速率 于是饱和溶液的和固体溶质的都保持 溶解 结晶过程可表示为 固体溶质溶液中的溶质 溶解 溶质 相等 浓度 质量 不变 4 构成化学平衡体系的基本要求是 和所有均处于同一反应体系中 反应条件 温度 压强等 保持不变 5 达到化学平衡状态时 体系中所有和 的质量 或浓度 保持不变 但是这个体系中的反应并没有 只是正 逆反应的速率 反应物 生成物 停止 相等 可逆反应 反应物和生成物 1 如何判断可逆反应是否达到化学平衡状态 思考 提示 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v正 v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中各组分的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 思考 6 化学平衡常数的定义是在一定温度下 当一个可逆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 这个常数就是该反应的化学平衡常数 简称平衡常数 用符号K表示 对于一般的可逆反应 mA g nB g pC g qD g 平衡常数表达式为 K值越大 说明平衡体系中所占比例越大 它的正向反应进行的程度越大 即该反应进行得越 反应物越 反之 就越不完全 转化率就越小 一般地说 K 时 该反应进行得就基本完全了 K只受影响 与反应物或生成物的浓度变化无关 生成物 完全 转化率 大 105 温度 7 除了化学平衡常数外 还可以运用平衡转化率表示一定温度下某反应的限度 某一反应物的转化率等于该物质在反应中已转化的量与该物质总量的比值 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 2 平衡常数和平衡转化率有什么异同 思考 提示 平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应进行的程度 但是平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而变化 而平衡常数却不受起始浓度的影响 因此 平衡常数更能反映出反应的本质 平衡常数与某反应物的平衡转化率之间是可以互相求算的 思考 在应用上表时应注意以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的判断依据 1 反应组分的起始加入量之比等于相应物质的化学计量数之比 2 恒温 恒容下反应前后体积不变的反应 体系的压强或总物质的量不再随时间而变化 如2HI g I2 g H2 g 3 全是气体参加的体积不变的反应 体系的平均相对分子质量不再随时间而变化 如CO g H2O g CO2 g H2 g 4 全是气体参加的反应 恒容条件下的密度保持不变 H2 g I2 g 2HI g 已经达到平衡状态的标志是 c H2 c I2 c HI 时 c H2 c I2 c HI 1 1 2时 c H2 c I2 c HI 不再随时间而改变 单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI 单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2 例1 反应速率v H2 v I2 v HI 一个H H键断裂的同时有两个H I键断裂 温度和体积一定时 容器内压强不再变化 温度和体积一定时 混合气体的颜色不再变化 温度和压强一定时 混合气体的密度不再变化 条件一定 混合气体的平均相对分子质量不再变化 解析 浓度相等 不能说明已达到平衡状态 浓度之比与平衡状态无必然联系 浓度不变 说明已达平衡 注意不要把浓度不变与 两种情况混淆 生成nmolH2 指逆反应 生成2nmolHI 指正反应 且v正 v逆 正确 生成nmolH2 生成nmolI2 都指逆反应 不能判断 无论是v正 v逆 用不同物质表示时 一定和化学计量数成正比 与是否达到平衡状态无关 从微观角度表示v正 v逆 正确 由于 g 0 压强始终保持不变 颜色不变 说明I2 g 浓度不变 可以判断 由于 g 0 体积始终不变 且反应混合物总质量始终不变 密度不变 不能判断是否达到平衡 反应前后气体的物质的量 质量均不变 所以平均相对分子质量始终不变 不一定达到平衡状态 答案 规律方法 达到平衡状态时 体系中各物质的浓度 百分含量不再发生变化 这是平衡状态的特征 也是我们判断是否达到平衡的入手点 能作为判断平衡依据的物理量必需具备非平衡状态时 时刻在变 达平衡状态时不再变化这样的特征 1 可逆反应 2NO2 2NO O2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nmolO2的同时生成2nmolNO2 单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO 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 解析 选A 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 需要对化学反应的特征与化学平衡的关系进行全面分析才能顺利作答 中单位时间内生成nmolO2必生成2nmolNO 而生成2nmolNO2时 必消耗nmolO2 能说明达到平衡 不能说明 中属于化学反应速率与化学方程式中化学计量数的一般关系 无论达到平衡与否 都符合化学计量数之比 有色气体的颜色不变 则表示物质的浓度不再变化 能说明反应达到平衡 由于反应前后体积不同 故压强不变可作为平衡的标志 体积固定 气体质量前后守恒 密度不变 不能说明达到平衡 由于气体总质量不变 气体的平均相对分子质量不变时 则说明气体中各物质的物质的量不变 能说明反应达到平衡 1 化学平衡状态的建立 对于可逆反应aA g bB g cC g dD g 若开始加入反应物 此时A和B的浓度最大 因而反应速率最大 由于C D浓度为零 故此时逆反应速率为零 随着反应的进行 反应物浓度不断减小 生成物浓度不断增加 v正不断减小 v逆不断增大 当反应进行到某一时刻时 v正 v逆 这时反应就达到了平衡状态 这个过程可用图甲来表示 若开始时只有生成物而没有反应物 则逆反应速率在开始时是最大的 正反应速率为零 随着反应的进行 生成物浓度不断减小 反应物浓度不断增加 v逆不断减小 v正不断增大 最后反应达到化学平衡状态 如图乙所示 2 化学平衡状态 当一个可逆反应进行到正反应速率与逆反应速率相等时 反应物和生成物的浓度不再随时间的改变而改变 达到表面上静止的一种状态 平衡状态 但v正 0 v逆 0 这也就是这个反应所能达到的限度 一定温度下 把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器中 发生如下反应 2SO2 O2 2SO3 当此反应进行到一定程度时 反应混合物就处于化学平衡状态 现在该容器中 维持温度不变 令a b c分别代表初始加入的SO2 O2和SO3的物质的量 mol 如果a b c取不同的数值 它们必须满足一定的相互关系才能保证达到平衡时 反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同 请填写下列空白 例2 1 若a 0 b 0 则c 2 若a 0 5 b 和c 3 a b c取值必须满足的一般条件是 请用两个方程式表示 其中一个只含a和c 另一个只含b和c 解析 化学平衡的特点之一是 条件不变 温度 压强或体积 浓度 时 无论反应从正反应开始还是从逆反应开始 也无论反应物的量是一次加入还是多次加入 达到平衡状态时 体系中各物质的百分含量与原平衡状态时完全相同 抓住了这个特点 此题就迎刃而解了 问题 1 的答案是c 2 因为该反应 初始态是2molSO2和1molO2的混合物 同2mol纯净的SO3是等价的 到达平衡状态完全相同 问题 2 中a 0 5 可以认为从正反应开始 反应进行过程中某时刻的情况 将初始物的加入量转换为相当于a 2 b 1 就可以达到题设的平衡状态 因为a转化 2 0 5 1 5 据该反应方程式中化学计量数之比推出b转化 a转化 1 5 0 75 c转化 a转化 1 5 故b始 1 b转化 1 0 75 0 25 c始 c转 1 5 问题 3 要求将具体问题指定为普遍规律 此时必须把握 把所有初始物转化为反应物 则必须相当于2molSO2和1molO2的混合物 若把所有的初始物转化为生成物 则必须相当于2molSO3 才能得出正确结论 所以必须同时满足 a c 2和2b c 2两个关系式 答案 1 2 2 0 251 5 3 a c 2且2b c 2 规律方法 1 可逆反应特点之一 同 即只要条件相同 可逆反应无论从正反应 反应容器中只有反应物 生成物浓度为0时 开始还是从逆反应 反应容器中只有生成物 反应物浓度为0时 开始 平衡时反应混合物中各组分百分含量相同 2 若可逆反应是从某种中间状态 即反应物 生成物的浓度都不为0的状态 开始 则可根据方程式的系数比 用生成物浓度换算出反应物的消耗浓度 找到反应开始时反应物的浓度 若两次反应开始的条件 温度 压强 浓度 完全相同 平衡时各物质的浓度或反应物的转化率一定相同 2 定温定容下 可逆反应N2 g 3H2 g 2NH3 g 按下列四种不同投料方式达到平衡后 N2的体积分数都相等 请填写下面的空格 N2 g 3H2 g 2NH3 g 平衡时n NH3 mol 130a 0 4 3 abc a b c取值必须满足的一般条件是 用两个方程式表示 其中一个只含a和c 另一个只含b和c 解析 换算的基本思路是 将最初的投料方式看成起始量 其他的投料方式看成由起始量经过反应而得到的 即根据已知的一个量求出各组分消耗或生成的量 然后由起始量减去消耗的量或加上生成的量 就可得到其他投料方式中各组分的值 N2 g 3H2 g 2NH3 g 平衡时n NH3 mol 130a 0 x1y1n1 平 等效于 mol 0 y1 2x1 3y1 20 x2y24 3n2 平 等效于 mol abcn3 平 等效于 mol a c 2b 3c 20根据换算到同一边时 反应物 或生成物 中同一组分的物质的量与起始量完全相同 得0 y1 2 1 x1 3y1 2 3 得x1 0 y1 2 n1 平 a x2 2 3 1 y2 2 3 得x2 1 3 y2 1 n2 平 a a c 2 1 b 3c 2 3 n3 平 a 所以a b c取值必须满足的一般条件为 a c 2 1 b 3c 2 3 答案 02a 1a aa 1b 3 1 反应物或生成物中有固体和纯液体存在时 由于其浓度可看作 1 而不代入公式 联想化学反应速率一节固体和纯液体的处理 2 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 3 可以利用平衡常数的值作为标准 判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及不平衡时向何方向进行建立平衡 如 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g 在一定温度的任意时刻 反应物与生成物的浓度有如下关系 4 利用K可判断反应的热效应若升高温度 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 下列反应在210 达到平衡 PCl5 g PCl3 g Cl2 g Q1K 1 CO g Cl2 g COCl2 g Q2K 5 104 COCl2 g CO g Cl2 g Q3 例3 1 根据反应 的平衡常数K表达式 下列等式必定成立的是 a c PCl5 c PCl3 c Cl2 1b c PCl5 c PCl3 c Cl2 1c c PCl5 c PCl3 c Cl2 反应 和反应 的K值表达式 填 相同 或 不同 2 降低Cl2浓度 反应 的K值 填 增大 减小 或 不变 3 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 解析 1 由K 1可知 成立的是c K值表达式与反应的正逆有关 与化学计量数有关 反应 和反应 是相反的过程 其K值表达式是倒数关系 故 不同 2 浓度不影响平衡常数 故 不变 3 是吸热反应 温度升高 K值增大 是放热反应 温度升高 K值减小 故应选 a 答案 1 c不同 2 不变 3 a 规律方法 从平衡常数的定义 表达式 影响因素入手 抓住平衡常数的涵义 注重概念的应用既快速又准确 能够大大提高解题速度 3 在一定体积的密闭容器中 进行如下化学反应 CO2 g H2 g H2O g CO g 其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示 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 填 吸热 或 放热 3 能判断该反应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 解析 1 根据化学平衡常数的定义式即可写出K 2 由表中数据可以看出 温度越高 平衡常数越大 说明反应混合物中CO或水蒸气的浓度越大 即升温 平衡向右移动 正反应为吸热反应 3 该反应为物质的量不变的反应 反应过程中压强始终不变 与平衡与否无关 4 当c CO2 c H2 c CO c H2O 时 K 1 0 此时的温度由表中数据可知为830 答案 1 2 吸热 3 BC 4 830 1 在相同的温度下 已知反应 N2 g O2 g 2NO g 的平衡常数为3 84 10 11 2SO2 O2 2SO3的平衡常数为3 10 1026 则在该温度下 两个化学反应的反应程度之间的关系为 A B C D 不能确定解析 选B 平衡常数的大小能表示化学反应可能进行的程度 即反应限度 平衡常数越大 表示反应进行得越彻底 各个化学反应的平衡常数的大小相差很大 如本题中给出的两个化学反应 反应 进行的程度很小 而反应 进行的程度很大 因此 B选项是正确的 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xmolNO的同时 消耗xmolNH3 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 解析 选A 对一种物质的正 逆反应速率相等说明达到化学平衡 但正 逆反应都可以选用不同的物质来表示其反应速率 这时相等不是指数值上相等 而是指用各物质表示的正 逆反应速率之比等于化学计量数之比 A正确 B D选项都找不到对逆反应速率的表达 B D错误 达到化学平衡时 若增加容器体积 会使反应物和生成物的浓度都减小 正 逆反应速率的变化趋势是一样的 即正 逆反应速率都减小 C错误 3 对于3Fe s 4H2O g Fe3O4 s 4H2 g 反应的化学平衡常数的表达式为 解析 选D 注意Fe和Fe3O4为固态 其浓度视为 1 根据平衡常数表达式知D正确 4 不同温度时反应2HI g H2 g I2 g 的平衡常数如下 350 时为66 9 425 时为54 4 490 时为45 9 HI的转化率最高是在 A 490 B 425 C 350 D 无法确定 解析 选C 本题考查有关平衡常数的知识 对于可逆反应 在一定温度下达到化学平衡 对应一个化学平衡常数 温度发生变化时 化学平衡被破坏 达到新的平衡时 平衡常数也会随之发生变化 平衡常数不受压强和浓度的影响 只随进行温度的变化而变化 而且平衡常数越大 反应进行得越彻底 比较题中所给的三个温度下的平衡常数可知 350 时的平衡常数最大 故350 时 HI的转化率最高 5 2010年上海检测 在20L恒容的密闭容器中 加入3molSO3 g 和1mol氧气 在某温度下使其反应 反应至4min时 氧气的浓度为0 06mol L 1 当反应到8min时 反应达到平衡 1 0 4min内生成O2的平均速率v O2 mol L 1 min 1 2 整个过程中 各物质的浓度与时间关系如图所示 则该温度下的平衡常数K 3 物质的浓度不再改变 标志该反应已达平衡 下列还可以说明该反应已达平衡的是 填序号 体系内压强不再改变 容器内气体的密度不再改变 混合气体的平均相对分子质量不再改变 v正 SO3 2v逆 O2 n SO3 n O2 n SO2 2 1 2 3 因为2SO3 g 2SO2