最新高中化学2.3化学平衡知识导学素材新人教版选修4

PAGEPAGE6第三节化学平衡案例探究汽水清凉止渴，是消暑佳品，翻开汽水瓶盖子，你会发现有大量气泡冒出。原来，汽水中溶解有一定量的CO2，在高压下CO2的溶解度增大，可以用以下反响来表示这一过程：CO2+H2OH2CO3。当开启瓶盖时，CO2逸出，即H2CO3转化成CO2和H2O，说明该反响向左进行，H2CO3不断分解生成CO2，故可以看到有CO2气体持续放出，这是化学平衡移动的结果。问题与讨论：1.CO2的水溶液中，存在哪些分子？2.压强、温度等外界条件对气体的溶解度产生影响，试分析上述条件对气体的溶解度有何影响？3.可逆反响的特征是什么？在可逆反响中，实际同时存在两个反响：(1)CO2+H2O====H2CO3；(2)H2CO3====CO2+H2O，所以会使得H2CO3、CO2、H2O三种分子同时存在。在其他可逆反响体系中，也同样存在两个方向相反的反响。例如在氯水中，同时存在三种分子：HClO、Cl2、H2O；也同时存在四种离子：Cl-、H+、ClO-、OH-。这是由于在氯水中存在两个可逆反响：(1)Cl2+H2OHCl+HClO；(2)H2OH++OH-，它们均到达了化学平衡状态。自学导引1.可逆反响与不可逆反响当温度一定时，饱和溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质外表的结晶过程一直在进行，而且两种过程的速率__________，于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都__________。我们把这类过程称作__________。表述这类过程时，约定采用“__________〞来代替反响式中原来用的“__________〞号，把从左向右的过程称作__________，由右向左的反响称作__________。溶解、结晶过程可表示为____________________。过程的可逆性是了解过程限度的根底，过程的限度取决于过程可逆性的大小。化学反响的__________非常普遍。当你学会从__________和__________来观察和分析客观事物时，你对自然现象的认识会更加深入、更加面。答案:相等不变溶解平衡正反响逆反响固体溶质溶液中的溶质可逆性可逆性化学平衡2.化学平衡状态(1)化学平衡状态的含义：在一定条件下，当____________________时，反响体系中所有参加反响的__________保持__________。这时的状态就是在给定条件下，反响到达了“__________〞。对于__________来说，称之为“__________〞。(2)化学平衡状态的特征①反响物和生成物处于同一__________体系中，__________保持不变。②平衡状态时，体系中所有物质的__________(或__________)保持不变。③正、逆反响速率__________，且不为__________，因此体系的反响并未停止。(3)化学平衡状态的影响因素当一个可逆反响到达平衡状态后，如果改变__________、__________、__________等反响条件，原来的平衡状态会被破坏，化学平衡会发生移动。①浓度实验2-5：当参加3—10滴浓硫酸时，溶液_________加深；参加10—20滴6mol·L-1NaOH时，溶液颜色_________。实验2-6：当反响体系中参加饱和FeCl3溶液和1mol·L-1KSCN溶液时，溶液颜色_________；当反响体系中参加0.1mol·L-1NaOH溶液时，溶液颜色_____________。以上两个实验中，化学平衡状态都发生了_________。增大反响物浓度，_________加快，平衡向_________移动；增大生成物浓度，_________加快，平衡向_________移动。②温度实验2-7：2NO2N2O4；ΔH=-56.9kJ·mol-1温度升高，_________变深，说明平衡_________移动；温度降低，_________变浅，说明平衡_________移动。所以温度升高平衡向_________移动，温度降低平衡向_________移动。③压强对于有气体参加或有气体生成的可逆反响来说，压强对于平衡状态的影响是通过改变浓度来实现的。压强改变，浓度不变时，那么_________不变，平衡_________发生移动。不特别指明的情况下，体系压强改变，就是通过改变体积来实现的。小结：(1)化学反响体系的平衡状态通过改变反响条件而发生了变化。这种现象称作化学平衡状态的移动，简称平衡移动。(2)勒夏特列原理：如果改变影响平衡的条件之一(如：_________、_________以及__________________)，平衡就会向着___________________________的方向移动。答案:(1)正、逆两个方向的反响速率相等物质的量恒定限度反响体系各物质的平衡状态(2)①反响反响条件②质量浓度③相等0(3)温度浓度压强①橙色变黄变红产生红褐色沉淀，溶液红色变浅的变化正反响速率右逆反响速率左②红棕色向左红棕色向右吸热方向放热方向③反响速率不小结：温度压强参加反响的化学物质的浓度能够减弱这种改变3.化学平衡常数的含义及其表达式在一定温度下，当一个_________到达化学平衡状态时，生成物_________与反响物_________的比值是一个常数，这个常数就是该反响的化学平衡常数(简称平衡常数)，符号用“_________〞表示。对于一般的可逆反响：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，当在一定温度下到达化学平衡状态时，平衡常数的表达式为：K=____________________________。注意：(1)K值越大，说明反响进行的_________越大；反之，_________进行的程度越小，_________越小。(2)K只受_________影响，与反响物或生成物的_________无关。(3)对于只有固体、水参加或生成的反响来说，固体、水的浓度视为“1〞。答案:可逆反响浓度幂之积浓度幂之积K注意：(1)程度反响K值(2)温度浓度4.反响物的转化率转化率是对反响物而言的。它有三种表示形式：某指定反响物的转化率=_________=____________=____________。答案:×100%×100%×100%(对于相同条件下的气体而言)疑难剖析一、判断可逆反响到达平衡的标志判断某一可逆反响是否到达化学平衡状态，关键要抓住：①v(正)=v(逆)；②各组分的浓度(或质量分数，体积分数)不变。而容器内气体的压强、物质的量、相对分子质量、密度等能否作为判断依据，那么应据反响的具体情况而定。【例1】一定温度下，反响A2(g)+B2(g)2AB(g)到达平衡的标志是()A.单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolABB.容器内的总压强不随时间的变化而变化C.单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2D.单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolB2解析：在一定条件下，判断一个反响是否到达平衡，主要看正、逆反响速率是否相等，体系中各组分的浓度(或含量)是否保持不变。A项生成A2是逆反响，生成AB是正反响，但是v(正)＜v(逆)，没有到达平衡。对于左、右两边气体的化学计量数相等的反响来说，B项压强不随时间的变化而变化，不能说明反响混合物中A2、B2和AB的浓度是否保持一定，v(正)是否等于v(逆)。该反响前后气体总的物质的量保持不变，在其他条件一定时，反响从开始至反响到达平衡就一直保持不变，故压强不变不能说明反响是否到达平衡状态。C项说明v(正)=v(逆)，反响已到达平衡状态。D项只说明了逆反响速率，没有说明正反响速率，且不管平衡是否建立，只要反响在进行，生成A2和B2的物质的量之比始终为1∶1。答案：C友情提示:可逆反响到达平衡状态的标志(1)微观标志：v(正)=v(逆)≠0。具体表现在：①同一种物质的生成速率等于消耗速率。②在化学方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比。③化学方程式两边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比。(2)宏观标志：各组分的浓度保持一定。具体表现在：①各组分的物质的量浓度不随时间的改变而改变。②各气体组成的体积分数不随时间的改变而改变。③各组分的物质的量之比、分子个数之比保持不变。二、影响平衡的条件浓度、温度、压强是影响化学平衡的三个主要条件，它们的改变对化学平衡的影响遵循勒夏特列原理。【例2】某化学反响2AB+D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反响物A的浓度(mol·L-1)随反响时间(min)的变化情况如下表所示。根据上述数据，完成以下填空：(1)在实验1中，反响在10—20min时间内平均反响速率为________mol·L-1·min-1。(2)在实验2中，A的初始浓度c2=________mol·L-1，反响经20min就到达平衡，可推测实验2中还隐含的条件是___________________。(3)设实验3的反响速率为v3，实验1的反响速率为v1，那么v3_________v1(填“＞〞“=〞或“＜〞＝，且c3_________1.0mol·L-1(填“＞〞“=〞或“＜〞＝。(4)比拟实验4和实验1，可推测该反响是_________(填“吸热〞或“放热〞)反响。理由是___________________________。解析：(1)根据反响速率公式v1(A)==0.013mol·L-1·min-1。(2)由于实验1、2到达的平衡状态相同，那么相同外界条件下，只有A的初始浓度相同，才能达此结果，故c2=1.0mol·L-1。由于A的起始浓度、平衡转化率都相同，但实验2到达平衡所需时间比实验1短，即反响速率快。从影响反响速率的因素：浓度(已相同)、压强(已相同)、温度(已相同)、催化剂(能提高反响速率，但不能改变转化率)等分析，可推测实验2中使用了催化剂。(3)实验1、3，反响温度相同，而到达平衡时A的浓度不同，并且实验3比1大。所以c3＞1.0mol·L-1，由表中数据比照可知v3＞v1。(4)在A的起始浓度相同时，升高温度，A的平衡浓度下降，说明平衡向正反响方向移动。故该反响的正反响是吸热反响。答案：(1)0.013(2)1.0使用催化剂(3)＞＞(4)吸热在A的起始浓度相同时，升高温度，A的平衡浓度下降，说明平衡向正反响方向移动，故反响是吸热反响友情提示:此题为数据处理题，关键是在审清题意的根底上提炼出有效信息，并根据信息的指向解决问题。三、平衡常数及平衡转化率的计算借助平衡常数，我们可以判断一个化学反响是否到达化学平衡状态；平衡转化率在实际生产中有很重要的应用。计算中要运用好“三段式〞计算方法。【例3】在密闭容器中，将0.020mol·L-1CO和0.020mol·L-1H2O(g)混合加热到773K时，到达以下平衡CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，K=9，求CO的转化率。解析：设转化的CO的浓度为x由题知：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始浓度/mol·L-10.0200.02000转化浓度/mol·L-1xxxx平衡浓度/mol·L-10.020-x0.020-xxx那么K==9，解得x=0.015，故转化率α(CO)=×100%=75%。答案：75%友情提示:计算转化率时，要注意用好“三段式〞计算方法。做题中列清“初始〞“转化〞“平衡〞三局部的各物质浓度或物质的量。四、等效平衡的判断和应用1.原理：在相同条件下，同一可逆反响体系，不管从正反响开始，还是从逆反响开始，只要按反响方程式中的化学计量数之比投入反响物或生成物，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，因而，同一可逆反响，从不同的状态开始，只要到达平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，就可形成等效平衡。建立等效平衡，可从三种状态开始：(1)从正反响开始；(2)从逆反响开始；(3)正、逆反响同时开始。由于(1)(2)(3)三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反响物，对应各组分的物质的量均相等〔如将(2)、(3)折算为(1)〕，因此三者为等效平衡。2.等效平衡规律(1)在定温、定容条件下，对于反响前后气体分子数改变的可逆反响，只要改变起始时参加物质的物质的量，如通过可逆反响的化学计量数之比换算后的物质的物质的量与原平衡相同，那么两平衡等效。(2)在定温、定容条件下，对于反响前后气体分子数不变的可逆反响，只要反响物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效。(3)在定温、定压条件下，改变起始时参加物质的物质的量，只要按化学计量数换算后的物质的物质的量之比与原平衡相同，那么达平衡后与原平衡等效。例如：在一个固定体积的密闭容器中，参加2molA和1molB发生反响：2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)到达平衡时，C的浓度为amol·L-1。假设维持容器体积和温度不变，按以下四种配比为起始物质，到达平衡后，C的浓度仍为amol·L-1的是()A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molDC.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD解析：题设条件要求在体积、温度不变时，以不同物质为起始物质，到达平衡时C的平衡浓度相同，即建立相同的平衡状态。此类题目的做法是运用“一边倒〞的方法转化成