03第30讲化学平衡及影响因素【正文】听课手册

第30讲化学平衡及影响因素1.通过实验探究,了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。

2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律,推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化,能讨论化学反应条件的选择和优化。考点一可逆反应与化学平衡状态1.可逆反应2.化学平衡状态(1)概念:在一定条件下的反应中,当正、逆反应速率时,反应物和生成物的浓度均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,表明该反应达到了“限度”,这时的状态称之为化学平衡状态。

(2)建立过程:在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:以上过程的v-t图像如图所示:(3)化学平衡特点3.判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志(v正=v逆≠0)①同种物质同一物质的生成速率等于消耗速率。②不同物质必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bBcC+dD,v正(A)v逆(2)静态标志(各种“量”不变)①各物质的质量、物质的量或浓度不变。②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。③温度(绝热容器)、压强(化学反应前后气体分子数不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。总之,若物理量由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量恒为不变量,则不能作为平衡标志。【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3互为可逆反应 ()(2)若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)+B(g)2C(?)已达平衡,则A、C不能同时是气体 ()(3)C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g),碳的质量不再改变说明反应已达平衡 ()(4)对于X(g)+3Y(g)2W(g)+M(g),当X的物质的量分数不再改变,表明该反应已达平衡 ()(5)在恒温恒压条件下,对于反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g),当密度保持不变时,反应达到化学平衡状态 ()(6)由反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1知,2molSO2与1molO2在恒压密闭容器中充分反应,可放出196.6kJ的热量 ()题组一可逆反应1.在一密闭容器中进行反应:2X(g)+Y(g)2Z(g)。已知反应过程中某一时刻X、Y、Z的浓度分别为0.3mol·L-1、0.1mol·L-1、0.4mol·L-1,当反应达到平衡时,不可能存在的是 ()A.c(X)=0.5mol·L-1B.c(Y)+c(X)=0.5mol·L-1C.c(Y)+c(Z)=1.05mol·L-1D.c(X)+c(Y)+c(Z)=0.75mol·L-12.一定条件下,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0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断正确的是 ()A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L-1方法点拨“一边倒”法判断可逆反应中物质的浓度取值(1)完全转化到“”的右侧,求出生成物的最大值,反应物的最小值,此时反应物可能为0,也可能不为0。(2)完全转化到“”的左侧,求出反应物的最大值,生成物的最小值。(3)据(1)(2)得出各物质的浓度的取值范围进行讨论。题组二化学平衡状态的判断3.[2025·湖北六校联盟联考]在恒温恒容密闭容器中进行反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),下列事实能说明反应达到平衡状态的是 ()A.相同时间内形成C—H和H—H的数目之比为2∶1B.相同时间内消耗一氧化碳和生成的二氧化碳的分子数目之比为3∶1C.v(CO)∶v(H2)=1∶1D.体系内气体的密度保持不变4.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是(填序号)。

方法技巧判断化学平衡状态的两方法和两标志1.两方法——逆向相等、变量不变(1)逆向相等:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。(2)变量不变:如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为达到平衡状态的判断依据。2.两标志——本质标志、等价标志(1)本质标志:v正=v逆≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。(2)等价标志①全部是气体参加的非等气体分子数反应,体系的压强、平均相对分子质量不再随时间变化。例如,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。②体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。③对同一物质而言,断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。④对于有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间变化。例如,2NO2(g)N2O4(g)。⑤体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间变化。⑥绝热体系的温度不变,说明反应处于平衡状态。考点二化学平衡常数1.化学平衡常数(1)概念在一定下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物与反应物的比值是一个常数,用符号K表示。

(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时:浓度平衡常数K=;压强平衡常数Kp=。(固体和纯液体的浓度视为常数,不出现在平衡常数表达式中)

(3)意义及影响因素意义K值越大正反应进行的程度越

反应物的转化率越

影响因素内因反应物本身的性质外因温度升高ΔH<0,K值

ΔH>0,K值

[微点拨]①K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。②K值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,不能预示反应达到平衡所需要的时间。2.平衡常数的三大应用(1)判断化学反应进行的方向Q<K反应向正反应方向进行,v正v逆

Q=K反应处于化学平衡状态,v正v逆

Q>K反应向逆反应方向进行,v正v逆

(2)判断可逆反应的热效应(3)判断反应程度:K越大,转化率越,反应程度越,反之也成立。

【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),升高温度,K值减小,则ΔH<0 ()(2)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大 ()(3)可逆反应若有水反应或生成,平衡常数表达式中均不写水的浓度 ()(4)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动 ()(5)化学平衡发生移动,其平衡常数一定随之改变 ()(6)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大 ()(7)一个可逆反应的正反应平衡常数K正与逆反应平衡常数K逆互为倒数 ()题组一化学平衡常数的简单计算1.化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志,在常温下,下列反应的平衡常数的数值如下:①2NO(g)N2(g)+O2(g)K1=1×1030;②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)K2=2×1081;③2CO2(g)2CO(g)+O2(g)K3=4×10-92。请回答下列问题:(1)反应①的平衡常数表达式K1=。

(2)常温下,反应②的逆反应平衡常数K'2=。

(3)常温下,CO2(g)CO(g)+12O2(g)的平衡常数K'3=。

(4)常温下,NO(g)+CO(g)CO2(g)+12N2(g)的平衡常数K4=。

2.[2024·河北卷节选]氯气是一种重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)ΔH=-67.59kJ·mol-1。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,p0为体系初始压强,p0=240kPa,p为体系平衡压强),结果如图。M点Cl2的转化率为,T1温度下用分压表示的平衡常数Kp=kPa-1。

归纳总结平衡常数与化学方程式的关系(1)在相同温度下,对于给定的可逆反应,正逆反应的平衡常数互为倒数,即K正=1K(2)化学方程式乘以某个化学计量数x,则平衡常数变为原来的x次方。(3)两方程式相加得总方程式,则总方程式的平衡常数等于两个方程式平衡常数的乘积,即K总=K1·K2。题组二化学平衡常数的应用3.[2024·河北衡水中学调研]T℃时,三个反应及平衡常数如下:①CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)K1②H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)K2③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K。下列说法正确的是 ()A.反应①的平衡常数表达式为K1=cB.反应①②和③的平衡常数关系:K=KC.反应③:恒容时,升高温度,H2浓度减小,则该反应的ΔH>0D.反应③:恒温恒容下,充入稀有气体,H2浓度将减小4.在一恒容的密闭容器中,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)的关系如表:t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6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(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合关系式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为。

(4)若830℃时,向容器中充入1molCO、5molH2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K

1.0。(填“大于”“小于”或“等于”)(5)830℃时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的容积,平衡(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。

(6)若1200℃时,在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1、4mol·L-1、4mol·L-1,则此时反应(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。

题组三化学平衡相关计算5.[2024·北京东城区一模]t℃时,在恒温、恒容的密闭容器中发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-akJ·mol-1(a>0)。实验数据如下表所示:容器编号起始时各物质的物质的量/mol达到平衡时体系的能量变化/kJCOH2OCO2H2①14000.8a②1122b下列说法不正确的是 ()A.①中H2O的平衡转化率为20%B.t℃时,该反应的平衡常数为1C.当②中CO和CO2浓度相等时,反应达到平衡D.达到平衡时②中能量变化:b=1.5a6.已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g)ΔH>0。某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1mol·L-1,c(N)=2.4mol·L-1。(1)若达到平衡后,M的转化率为60%,则此时N的平衡浓度为,平衡常数K为。

(2)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4mol·L-1,c(N)=amol·L-1;达到平衡后,c(P)=2mol·L-1,则M的转化率为,N的起始浓度为。

归纳总结应用“三段式”思维模型解答化学平衡相关计算mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始/(mol·L-1)ab00转化/(mol·L-1)mxnxpxqx平衡/(mol·L-1)a-mxb-nxpxqx(1)平衡常数:K=(px(2)A的平衡转化率:α平(A)=mxa×100%(3)v(A)=mxΔ(4)A的体积分数φ(A)=a-mxa考点三化学平衡移动1.化学平衡移动的过程2.平衡移动方向与反应速率的关系(1)若v正v逆,则平衡向正反应方向移动。

(2)若v正v逆,则平衡不移动。

(3)若v正v逆,则平衡向逆反应方向移动。

3.影响化学平衡的因素条件的改变(其他条件不变)化学平衡的移动浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向方向移动

减小反应物浓度或增大生成物浓度向方向移动

压强(对有气体参加的反应)反应前后气体分子数目改变增大压强向的方向移动

减小压强向的方向移动

反应前后气体分子数目不变改变压强

温度升高温度向反应方向移动

降低温度向反应方向移动

催化剂使用催化剂

4.勒夏特列原理(1)含义:如果改变影响平衡的一个因素(如浓度、压强或温度),平衡将向能够这种改变的方向移动,也称化学平衡移动原理。

(2)注意:①勒夏特列原理的适用对象是可逆过程。②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。5.“惰性”气体对化学平衡的影响(1)恒温、恒容条件原平衡体系体系总压强增大体系中各组分的浓度不变平衡不移动(2)恒温、恒压条件原平衡体系容器容积增大,各反应气体的分压减小体系中各组分的浓度同等程度减小(等效于减压)(3)同等程度地改变反应混合气体中各物质的浓度时,应视为压强的影响。【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)[2024·河北卷]K2Cr2O7溶液中滴加NaOH溶液,溶液由橙色变为黄色,说明增大生成物的浓度,平衡向逆反应方向移动 ()(2)[2024·山东卷]2NO2N2O4为基元反应,将盛有NO2的密闭烧瓶浸入冷水,红棕色变浅,说明正反应活化能大于逆反应活化能 ()(3)[2024·北京卷]依据相同温度下可逆反应的Q与K大小的比较,可推断反应进行的方向 ()(4)[2023·广东卷]装有NO2的密闭烧瓶冷却后颜色变浅,则NO2转化为N2O4的反应吸热 ()(5)向平衡体系Fe2(SO4)3+6KSCN2Fe(SCN)3+3K2SO4中加入适量K2SO4固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅 ()(6)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅 ()题组一化学平衡的影响因素1.[2025·湖南长沙雅礼中学检测]某温度下,反应CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是 ()A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动D.恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),CH2CH2(g)的平衡转化率增大2.[2024·北京东城区一模]某小组同学利用如下实验探究平衡移动原理。实验1:实验2:已知:ⅰ.[Co(H2O)6]2++4Cl-[CoCl4]2-+6H2O;ⅱ.ZnCl2溶液为无色。下列说法正确的是 ()A.结合实验1和2,推测ⅰ中反应是放热反应B.①中滴加浓盐酸,增大了c(Cl-),导致Q>K,ⅰ中平衡正向移动C.②中加水,溶液变红,说明平衡逆向移动,[Co(H2O)6]2+的浓度增大D.③中加入ZnCl2,溶液变红,推测Zn2+与Cl-形成了配合物归纳总结平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。题组二化学平衡移动与相关参量的变化分析3.[2025·湖南衡阳三校联考]在恒容密闭容器中,进行反应2CO(g)+SO2(g)2CO2(g)+S(s)ΔH<0,下列说法不正确的是 ()A.若起始投料比n(CO)n(SO2B.平衡时,充入少量CO(g),CO、SO2的转化率均增大C.平衡时,再充入一定量的CO2,平衡常数K不变D.使用高效催化剂,v正、v逆均增大,但反应物的平衡转化率不变4.[2025·湖北黄石期初调研]工业合成二甲醚的反应如下:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=-122.5kJ·mol-1,现将n(CO2)∶n(H2)=1∶3混合发生反应,下列说法正确的是()A.恒温恒容下,及时分离出CH3OCH3可以加快反应速率B.当n(COC.温度越高,该反应平衡常数K越大D.采用合适的催化剂,平衡转化率不变归纳总结平衡转化率的分析与判断方法(1)反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的转化率分析①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。②若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率提高,A的转化率降低。③若按原比例同等程度地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器容积,气体反应物的转化率与化学计量数有关。同倍增大

c(A)和c(B)a(2)反应mA(g)nB(g)+qC(g)的转化率分析在T、V不变时,增加A的量,等效于压缩容器容积,A的转化率与化学计量数有关。增大c(A)m经典真题·明考向1.[2023·北京卷]下列事实能用平衡移动原理解释的是 ()A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解B.密闭烧瓶内的NO2和N2