高三化学一轮复习讲义 49　第一篇　第四部分　第七章　第34讲　化学平衡状态和平衡常数(基础课)

第34讲化学平衡状态和平衡常数(基础课)1．了解可逆反应的含义及其特点。2．了解化学平衡状态的建立、特征及判定。3．理解化学平衡常数(K)及其应用。可逆反应与化学平衡状态1．可逆反应[示例]某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度。取5mL0.1mol·L-1KI溶液于试管中，滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液2mL，发生如下反应：2Fe3+＋2I－⥬2Fe2+＋I2。为证明该反应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验：①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀(AgI)，证明反应物没有反应完全；②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到I2，即有I2生成。综合①②的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。老师指出他们上述实验中①不合理，你认为不合理的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________；在不改变反应物用量的前提下，改进的方法是______________________________________________________________________________________________________________________________________。2．化学平衡(1)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：(2)v-t图像：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v-t图像为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立，还可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。(3)含义：一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率________时，反应物和生成物浓度均____________，即体系的组成不随时间而改变，表明反应中物质的转化达到了“________”。(4)特征3．化学平衡的判定(1)动态标志：v正＝v逆≠0(正逆相等)①同种物质：同一物质的生成速率________消耗速率。②不同物质：必须标明是“逆向”的反应速率关系。如aA(g)＋bB(g)⥬cC(g)＋dD(g)，v正Av(2)静态标志：“变量”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、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。④有固体或纯液体参加的反应，混合物密度、平均摩尔质量不变。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)2H2＋O22H2O为可逆反应。 ()(2)2molO2与1molSO2在一定条件下可以生成1molSO3。 ()(3)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆。 ()(4)N2＋3H2⥬2NH3到平衡时v正(N2)＝v逆(H2)。 ()(5)对于有气体参加的可逆反应，压强不变，说明反应达到平衡状态。 ()极值法分析化学平衡1．一定条件下，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0.2mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1，则下列判断正确的是()A．c1∶c2＝1∶3B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为1∶1C．X、Y的转化率相等D．c1的取值范围为0.1<c1<0.24mol·L-1极值转化法确定范围的思维模板正向进行完全⇒反应物最小值，生成物最大值逆向进行完全⇒反应物最大值，生成物最小值⇒范围说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。化学平衡的特征和判定方法2．(人教版选择性必修1内容改编)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量CO2)直接制备二甲醚，一步法合成二甲醚的热化学方程式为2CO(g)＋4H2(g)⥬CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－204.5kJ·mol-1。判断该反应在恒温恒容的密闭容器中，下列不能作为反应达到化学平衡状态的依据是()A．混合气体的平均摩尔质量保持不变B．混合气体的密度不变C．容器内混合气体的压强保持不变D．单位时间内消耗2molCO的同时消耗1molCH3OCH33．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量。(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)⥬2SO3(g)达到平衡状态的是___________________________________________________________________。(2)能说明I2(g)＋H2(g)⥬2HI(g)达到平衡状态的是___________________________________________________________________。(3)能说明2NO2(g)⥬N2O4(g)达到平衡状态的是___________________________________________________________________。(4)能说明C(s)＋CO2(g)⥬2CO(g)达到平衡状态的是___________________________________________________________________。(5)能说明NH2COONH4(s)⥬2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是___________________________________________________________________。(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)⥬5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是___________________________________________________________________。化学平衡状态判定思路第一步：审题干一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压。二审“反应特点”：等体积反应或非等体积反应或是否有固、液体参与反应等。第二步：审标志一审“正、逆相等”：化学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消耗速率和生成速率相等。二审“变量不变”：如果是随反应进行而改变的物理量，当其不变时为平衡状态；随反应的进行而保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据。化学平衡常数1．化学平衡常数(1)表达式及示例对于反应mA(g)＋nB(g)⥬pC(g)＋qD(g)①浓度商Q＝________________，其中的浓度为任一时刻浓度。②平衡常数K＝________________，其中的浓度为平衡时浓度。[示例]写出下列反应的平衡常数表达式①Cl2(aq)＋H2O(l)⥬HClO(aq)＋H＋(aq)＋Cl－(aq)K＝_______________________________。②C(s)＋H2O(g)⥬CO(g)＋H2(g)K＝__________________。③CO32-aq+H2Ol④N2(g)＋3H2(g)⥬2NH3(g)K＝________________________。⑤12N2(g)＋32H2(g)⥬NH3K＝__________________。(2)意义：平衡常数越大，化学反应正向进行的程度或限度______，反应物的转化率___________________________________________________________________。(3)平衡常数的影响因素对于确定的化学反应，平衡常数K只与___________________________________有关，与浓度、压强无关。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______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______反应方向进行，v正______v逆(2)判断可逆反应的热效应(3)判断反应进行的程度K<10-510-5～105>105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)2SO2(g)＋O2(g)⥬2SO3(g)的K＝cSO3c(2)平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动。 ()(3)升高温度，若平衡正向移动，则K增大。 ()(4)增大压强，N2(g)＋3H2(g)⥬2NH3(g)平衡向正反应方向移动，K增大。 ()(5)一个反应的正、逆两反应的平衡常数互为相反数即K正＝－K逆。 ()化学平衡常数的换算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＝1×1030②2H2(g)＋O2(g)⥬2H2O(g)K2＝2×1081③2CO2(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K2′＝______________。(3)常温下，CO2(g)⥬CO(g)＋12O2(g)的平衡常数K3′＝______________(4)常温下，NO(g)＋CO(g)⥬CO2(g)＋12N2(g)的平衡常数K4＝______________(5)常温下，NO、H2O、CO2分解放出O2的倾向由大到小的顺序为___________________________________________________________________。2．(2024·九江二模，节选)已知：Ⅰ.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)K1ΔH1＝－395.6kJ·mol-1Ⅱ.CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)K2ΔH2＝－634.3kJ·mol-1CO2甲烷化反应Ⅲ.CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH3＝________kJ·mol-1，平衡常数K3＝___________________(用K1、K2表示)。化学平衡常数基本计算及应用3．(2024·重庆三模)在密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)⥬N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0，一段时间后达到平衡；(1)恒温恒压下，再向该容器中注入氩气，NO的平衡转化率减小，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)一定温度下，在1L恒容密闭容器中，加入CO(g)和NO(g)各1mol，反应过程中部分物质的体积分数(φ)随时间(t)的变化如图所示。曲线b代表的是________(填化学式)体积分数随时间的变化：0～t4min内，用CO2表示的平均反应速率为________mol·L-1·min-1；该温度下的平衡常数为________。4．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示：化学反应平衡常数温度/℃500800①2H2(g)＋CO(g)⥬CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)⥬H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)⥬CH3OH(g)＋H2O(g)K3(1)据反应①②与③可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。(2)反应③的ΔH________(填“>”或“<”)0。(3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________(填“>”“＝”或“<”)v逆。“三段式”思维模型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(A)平＝mxa×100%(3)v(A)＝mxΔt(4)反应达到平衡时，A的体积分数φ(A)＝a-mxa1．(2024·黑吉辽卷，T10)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品；150℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是()A．3h时，反应②正、逆反应速率相等B．该温度下的平衡常数：①>②C．0～3h平均速率v(异山梨醇)＝0.014mol·kg-1·h-1D．反应②加入催化剂不改变其平衡转化率10h时反应②v正______________________v逆(填“>”“<”或“＝”)，理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________。2．(2023·湖南卷，T13)向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)⥬随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是()A．x1<x2B．反应速率：vb正