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第16章化学平衡,考法1化学平衡状态的判断方法,考点44化学平衡状态,1.可逆反应,(2)特点：不能进行到底，正、逆反应同时进行；任一组分的转化率都小于100%；反应物和生成物同时存在；化学方程式中用“”表示。,(1)定义：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。,2.化学平衡状态的定义及特征,(1)化学平衡状态：在一定条件下，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的含量或浓度保持恒定，这个状态叫化学平衡状态。,(2)化学平衡状态的特征,逆,等,动,定,同,变,3.化学平衡状态的标志,（1）本质标志,对于同种物质而言，消耗速率与生成速率相等，即v正=v逆。对于不同的物质而言，同一种物质所代表的正反应速率与另一种物质所代表的逆反应速率之比等于二者在化学方程式中的化学计量数之比。,3.化学平衡状态的标志,（2）特征标志,可用体系中某组分的浓度、百分含量、体系的总物质的量、总压强、平均相对分子质量、密度、颜色等来判断反应是否达到平衡状态。总之，达到平衡状态就达到了一种相对静止状态，体系中任何物理量或外观特征都不再发生变化。,1.根据平衡状态的特征直接判断,考法1化学平衡状态的判断方法,1.根据平衡状态的特征直接判断,考法1化学平衡状态的判断方法,1.根据平衡状态的特征直接判断,考法1化学平衡状态的判断方法,考法1化学平衡状态的判断方法,2.根据化学平衡常数判断,对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)而言，Qc=则：,浙江选考化学2017年4月12，2分已知：X(g)+2Y(g)3Z(g)。下列说法不正确的是（）A.0.1molX和0.2molY充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3molB.达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度不再发生变化C.达到化学平衡状态时，反应放出的总热量可达akJD.升高反应温度，逆反应速率增大、正反应速率减小,例1,【解析】若0.1molX和0.2molY完全反应，则可生成0.3molZ，由于该反应为可逆反应，所以生成Z的物质的量必定小于0.3mol，A项正确；达到平衡时，反应物、生成物的浓度保持不变，B项正确；如果1molX与2molY反应，则反应达到平衡时，放出的总热量小于akJ，如果增大反应物用量，则可使反应放出的总热量为akJ，C项正确；升高反应体系温度时，会同时增大正、逆反应速率，D项错误。,D,例2,课标理综201728(4)298K时，将20mL3xmolL-1Na3AsO3、20mL3xmolL-1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO43-(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO43-)与反应时间（t）的关系如图所示。,【解析】反应达到平衡之前消耗OH-，pH下降，溶液的pH不再变化说明c(OH-)不再改变，则反应体系已达平衡状态，a正确；b项中未标明正、逆反应速率，反应不一定达到平衡，b错误；达到平衡前c(AsO43-)逐渐增大，c(AsO33-)逐渐减小，二者的比值逐渐增大，平衡时不再改变，c正确；根据图像，达到平衡时c(AsO43-)=ymolL-1，故c(I-)应为2ymolL-1，d错误。反应从正反应方向开始，tm时反应继续正向进行，故v正v逆。其他条件不变时，生成物的浓度决定v逆，n点生成物的浓度更大，故逆反应速率更大。对该反应过程列“三段式”得：,例2,例2,【答案】ac大小于tm时生成物浓度较低,课标理综201728(4)298K时，将20mL3xmolL-1Na3AsO3、20mL3xmolL-1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO43-(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO43-)与反应时间（t）的关系如图所示。,考点45化学平衡常数及转化率的相关计算,考法2化学平衡常数的理解和应用考法3化学平衡常数与转化率的计算,1.化学平衡常数,(1)概念在一定温度下，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，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,1.化学平衡常数,(3)平衡常数的意义,平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度，K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的平衡转化率越小。一般认为，K105时，该反应进行完全。,2.平衡转化率,2.平衡转化率,(2)平衡转化率的特点,不同反应物所表示的平衡转化率的值可能不同，所以转化率应针对具体的反应物而言。在化学反应中，增大某一反应物的量，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物的转化率减小。平衡转化率是在一定条件下一个化学反应进行到最大限度时的转化率。,考法2化学平衡常数的理解和应用,1.平衡常数表达式中，使用的各物质的浓度为平衡浓度而不是初始浓度。另外固体或者纯液体不写入表达式。,2.K只受温度影响，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化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。,5.若升高温度，K变大，则该反应为吸热反应；若升高温度，K减小，则该反应为放热反应。,考法2化学平衡常数的理解和应用,4.K应用于判断平衡移动的方向：任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，称为浓度商，用Qc表示，与K比较：,考法3化学平衡常数与转化率的计算,1.化学平衡常数的计算,考法3化学平衡常数与转化率的计算,2.平衡转化率的计算,(1)明确四个量起始量、变化量、平衡量、差量反应物的平衡量=起始量-转化量。生成物的平衡量=起始量+转化量。各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。浓度变化量是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住浓度变化量是解题的关键。,考法3化学平衡常数与转化率的计算,2.平衡转化率的计算,(2)掌握三个百分数,江苏化学201715，4分温度为T1时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得v正=v消耗(NO2)=k正c2(NO2)，v逆=v消耗(NO)=2v消耗(O2)=k逆c2(NO)c，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是(),例3,C,例3,【解析】根据表中数据可得容器I中：,例3,例3,江苏化学201715，4分温度为T1时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得v正=v消耗(NO2)=k正c2(NO2)，v逆=v消耗(NO)=2v消耗(O2)=k逆c2(NO)c，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是(),例3,C,课标理综201728(3)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率1=_%，反应平衡常数K=_。在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率21，该反应的H_0（填“”“”或“=”）。向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_（填标号）。A.H2SB.CO2C.COSD.N2,例4,【解析】,例4,例4,课标理综201728(3)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率1=_%，反应平衡常数K=_。在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率21，该反应的H_0（填“”“”或“=”）。向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_（填标号）。A.H2SB.CO2C.COSD.N2,例4,【答案】,考点46化学平衡的移动和化学反应进行的方向,考法4化学平衡的影响因素考法5“惰性气体”对化学平衡的影响考法6平衡转化率的分析与判断,1.化学平衡的移动,(1)化学平衡的移动的概念,(2)影响化学平衡的外界因素（）,(3)勒夏特列原理（平衡移动原理）如果改变影响平衡的条件之一(如浓度、压强或温度等)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。,1.化学平衡的移动,2.化学反应进行的方向,(1)自发过程,在一定条件下不需要借助外力作用就能自发进行的过程。,2.化学反应进行的方向,（2）反应焓变与反应方向,焓判据：体系总是趋向于从高能状态转变为低能状态，这一经验规律就是能量判据。,自发反应与焓变的关系：多数自发反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行。因此，只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。反应焓变是与反应进行方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。,2.化学反应进行的方向,(3)反应熵变与反应方向,熵：表示体系不规则或无序状态程度的物理量。熵值的大小判断：对于同一种物质，物质的量相等时，S(g)S(l)S(s)；对于同一状态的同一物质，物质的量越大，熵值越大。反应熵变S=生成物总熵-反应物总熵。熵判据：熵增原理。熵增的过程具有自发进行的倾向。,(4)焓变与熵变对反应方向的共同影响,2.化学反应进行的方向,1.判断化学平衡移动的一般思路,考法4化学平衡的影响因素,2.应用上述规律分析问题时的注意事项,考法4化学平衡的影响因素,(1)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有当v(正)v(逆)时，平衡才向正反应方向移动。,(2)改变固体和纯液体的量时，对平衡基本无影响。,(3)反应混合物中不存在气态物质时，改变压强对平衡无影响。,(5)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。,(4)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，只会使其他反应物的转化率提高，而该反应物的转化率降低。,若改变影响平衡的一个条件，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动，且化学平衡移动的结果只是减弱了外界条件的改变，而不能完全抵消外界条件的变化。,考法4化学平衡的影响因素,3.勒夏特列原理的理解和应用,考法5“惰性气体”对化学平衡的影响,1.恒温恒容时,2.恒温恒压时,【注意】“惰性气体”指与反应体系中各组分都不反应的气体，不只是稀有气体。,考法6平衡转化率的分析与判断,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)若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。,考法6平衡转化率的分析与判断,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，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。,课标理综201727,14分丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：已知：C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)H1C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)H2=-119kJmol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)H3=-242kJmol-1反应的H1为_kJmol-1。图甲是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是_（填标号）。A.升高温度B.降低温度C.增大压强D.降低压强,例5,（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图乙为丁烯产率与进料气中的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_。（3）图丙为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。,例5,【解析】(1)根据盖斯定律，由反应-反应可得反应C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)H1=H2-H3=-119kJmol-1-(-242kJmol-1)=+123kJmol-1。由图甲可知，温度相同时，压强由0.1MPa变为xMPa时，反应平衡转化率增大，由反应的化学方程式可知，该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，平衡转化率减小，故x小于0.1。反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，丁烯的平衡产率提高，A正确；降低温度，平衡逆向移动，丁烯的平衡产率降低，B错误；增大压强，反应的平衡逆向移动，丁烯的平衡产率降低，C错误；降低压强，反应的平衡正向移动，丁烯的平衡产率提高，D正确。,例5,【解析】(2)氢气是反应的产物之一，随着的增大，氢气的含量增大，浓度增大，则反应的逆反应速率增大，平衡逆向移动，所以丁烯产率降低。(3)590之前，温度升高时反应速率增大，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，丁烯的产率升高；而温度超过590时，丁烯会裂解生成短碳链烃类化合物，所以丁烯产率快速降低。,例5,【答案】(1)+123小于AD(2)氢气是产物之一，随着增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率增大丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物,考点47等效平衡,考法7等效平衡的判断及应用考法8“中间态”法构建等效平衡,1.等效平衡的定义,在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量（质量分数、物质的量分数、体积分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。,2.对等效平衡的理解,（1）外界条件：通常可以是恒温恒容或恒温恒压。（2）平衡状态只与始态有关，而与途径无关(如：无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始；投料是一次投放还是分成几次投放；反应容器经过扩大缩小还是缩小扩大的过程)，只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。,3.等效平衡的类型和特征,(1)反应前后气体分子数不等的可逆反应对于反应前后气体分子数不等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应相等，则它们互为等效平衡。,考法7等效平衡的判断及应用,1.恒温恒容条件下等效平衡的判断,(2)反应前后气体分子数相等的可逆反应对于反应前后气体分子数相等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学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。,考法7等效平衡的判断及应用,1.恒温恒容条件下等效平衡的判断,考法7等效平衡的判断及应用,2恒温恒压下等效平衡的判断,在恒温恒压条件下，对于任何有气体物质参加的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学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。,江苏化学201615,4分（双选）一定温度下，在3个体积均为1.0L的恒容密闭容器中反应(g)CO(g）CH3OH(g）达到平衡，下列说法正确的是()A.该反应的正反应放热B.达到平衡时，容器中反应物转化率比容器中的大C.达到平衡时，容器中c(H2)大于容器中c(H2)的两倍D.达到平衡时，容器中的正反应速率比容器中的大,例6,【解析】对比容器和可知两者投料量相当，若不考虑温度变化，最终建立等效平衡，但容器中的温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A正确；容器相对于容器成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，反应物转化率增大，所以容器中反应物转化率大，B错误；不考虑温度，容器中投料量是容器的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以容器中c(H2)小于容器中c(H2)的两倍，且容器的温度比容器高，相对于容器，容器中平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比容器和容器，不考虑温度，两者建立等效平衡，但容器温度高，反应速率较大，D正确。,AD,四川理综20147，6分在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g)，所得实验数据如下表：,例7,下列说法正确的是()A实验中，若5min时测得n(M)=0.050mol，则0至5min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)=1.010-2molL-1min-1B实验中，该反应的平衡常数K=2.0C实验中，达到平衡时，X的转化率为60D实验中，达到平衡时，b0.060,例7,【解析】,C,考法8“中间态”法构建等效平衡,1.构建等温等容平衡思维模式,新平衡体系可认为是两个原平衡体系简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。,2.构建等温等压平衡思维模式,新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。,专题化学平衡图像,考法9化学平衡图像类型,考法9化学平衡图像分析,1.化学平衡图像类型,考法9化学平衡图像分析,1.化学平衡图像类型,考法9化学平衡图像分析,1.化学平衡图像类型,考法9化学平衡图像分析,2.解题思路,(1)认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒夏特列原理相结合。(2)紧扣可逆反应的特征，搞清正反应是吸热还是放热；体积增大、减小还是不变；有无固体、纯液体物质参加反应或生成等。,考法9化学平衡图像分析,3.分析过程,(3)看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。反应速率时间图像中，若改变某一反应条件，而反应速率时间图像中不出现“断点”，则改变的条件为反应物或生成物的浓度，若图像中出现“断点”，则是由其他条件(如压强、温度、催化剂等)改变引起的。(4)看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势，尤其要对拐点的产生进行仔细分析。(5)先拐先平。(6)定一议二。,考法9化学平衡图像分析,3.分析过程,课标理综201627，14分丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)C3H3N(g)3H2O(g)H515kJmol1C3H6(g)O2(g)C3H4O(g)H2O(g)H353kJmol1,例8,两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图甲为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460。低于460时，丙烯腈的产率_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460时，丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选，填序号)。A催化剂活性降低B平衡常数变大C副反应增多D反应活化能增大,例8,(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图乙所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为_，理由是_。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_。,例8,【解析】(2)该反应是放热反应，温度升高平衡产率应降低，而低于460时产率随温度的升高而增大，说明在此时反应平衡尚未建立，对应温度下的产率不是平衡产率。催化剂在一定的温度范围内活性较高，高于460时，催化剂活性降低，丙烯腈产率降低，A正确；反应是放热反应，温度升高平衡左移，平衡常数变小，丙烯腈产率降低，B错误；温度升高，副反应增多，导致丙烯腈的产率下降，C正确；反应活化能的大小不影响平衡，D错误。(3)根据图乙可知，当n(氨)/n(丙烯)1.0时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率最低，故1.0是最佳比值。根据化学反应：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按11.51的初始体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占1/5，所以进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为17.51。,例8,【答案】(1)两个反应均为放热量大的反应低温、低压催化剂(2)不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC(3)1.0该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低17.51,例8,后续更加精彩,
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