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第16讲,化学平衡,考纲导视,基础反馈 1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。,(1)2H2O,2H2O2为可逆反应(,)。,(2)二次电池的充、放电为可逆反应(,)。,(3)可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和,化学变化，而可逆反应属于化学变化(,)。,(4)化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等，是指 同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，,反应速率不一定相等。(,)。,(5)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件,下所能达到的限度(,)。,(6)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变(,)。,(7)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应,速率改变，化学平衡也一定发生移动(,)。,(8)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时 v放减小，v吸,增大(,)。,答案：(1),(2),(3),(4),(5) (6),(7),(8),HQ kJmol1(Q0)，充分反应,2向含有 2 mol 的 SO2 容器中通入过量氧气发生 2SO2(g),O2(g),2SO3(g),后生成 SO3 的物质的量_2 mol(填“”或“”，下同)， SO2 的物质的量_0 mol，转化率_100%，反应放出的 热量_Q kJ。,答案：,考点一,化学平衡状态,【知识梳理】 一、化学反应的方向,1自发反应。,无需外界帮助,在一定条件下_就能自发进行的反应称为自 发反应。,2判断化学反应方向的依据。,焓变,熵变,温度,要正确判断一个化学反应是否能自发进行，必须综合考虑 反应的_、_以及_。,3可逆反应。 在同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进,”表,行的反应叫可逆反应。可逆反应不能进行到底，用“ 示。,二、化学平衡状态 1化学平衡状态的定义。 在一定条件下的可逆反应里，当_ _，反应混合物中_的状态 是化学平衡状态，简称化学平衡。化学平衡状态是该条件下的该,反应进行的最大限度。,等(v 正v 逆0),各组分的浓度保持不变,正反应速率和逆反应速率相,2化学平衡状态的特征。 (1)逆：研究对象必须是_。 (2)等：化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速 率相等，即_。 (3)动：动态平衡，即正反应、逆反应仍在进行，只是速率,相等。,浓度,(4)定：在平衡体系中，混合物中各组分的_保持一定。 (5)变：化学平衡是有条件的，当外界条件改变时，化学平 衡就会发生移动。,可逆反应,v(正)v(逆)0,【考点集训】 例1制取 SO3 反应的化学方程式为 2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)，能够说明在恒温恒容条件下，上述反应已经达到化学,平衡状态的是(,)。,A每生成 1 mol SO3 的同时生成 0.5 mol O2 B容器中混合气体的密度不变 CSO2、O2、SO3 的物质的量之比为 212 D容器中气体总质量不变,解析：生成 1 mol SO3 代表正反应方向，生成0.5 mol O2 代 表逆反应方向，且物质的量之比等于化学计量数之比，A 项正 确；该反应质量m 守恒，体积 V 不变，密度始终不变，B项和 D 项错误；反应物、生成物物质的量之比等于化学计量数比， 是反应某一瞬间的数据巧合，不代表浓度不再改变，C 项错误。,答案：A,归纳总结,判断化学平衡状态的标志,(续表),(续表),(续表),例2在 1100 ，一定容积的密闭容器中发生反应：X(s),Y(g),Q(s)P(g) Ha kJmol1(a0)，该温度下 K,0.203，下列有关该反应的说法正确的是(,)。,A若生成 1 mol P(g)，则放出的热量等于 a kJ B若容器内压强不随时间变化，则可以判断该反应已达 到化学平衡状态 C若升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢，化 学平衡正向移动,解析：生成 1 mol P 需吸收 a kJ 的热量，A 项错误；该反 应是等体积反应，压强始终不变，B 项错误；升高温度，正逆 反应速率均增大，平衡正向移动，C 项错误；将c(Y)代入K 值,计算，K,c(P) c(Y),0.203，D 项正确。,答案：D,思路指导：化学平衡状态的根本标志是：v(正)v(逆)， 各组分百分含量不变。气体的颜色、密度、压强、平均相对 分子质量的变化往往也与浓度变化有关。试题往往连同反应速 率、平衡移动方向等知识综合考查，判断时切勿急于求成。,例3298 K 时，在 2 L 固定体积的密闭容器中，发生可逆,反应：2NO2(g),N2O4(g),Ha kJ mol1(a0)。N2O4 的,物质的量浓度随时间变化曲线如下图。达平衡时， N2O4 的浓 度为 NO2 的 2 倍，回答下列问题：,A混合气体的密度保持不变 B混合气体的颜色不再变化 C气压恒定时,(3)若反应在 298 K 进行，某时刻测得 n(NO2)0.6 mol， n(N2O4)1.2 mol，则此时 v 正_v 逆(填“”“”或“”)。,(2)A 项由于反应是在恒容的密闭容器内进行的，所以在任 何时刻都存在混合气体的密度保持不变，一般不能判断反应达 到平衡状态； B 项由于容器的容积不变，若混合气体的颜色不 再变化，说明物质的浓度不变，反应达到平衡状态； C 项该反 应为气体体积减小的反应，若未达到平衡状态，则气体的压强 就会发生变化，因此气压恒定时，则反应处于平衡状态。故选 项 A 符合题意。,(3)若反应在 298 K 进行，某时刻测得 n(NO2)0.6 mol， n(N2O4)1.2 mol，则由于物质的浓度不变，但是该反应的正反 应是放热反应，根据平衡移动原理：升高温度，平衡向吸热反,应方向移动，即平衡逆向移动，所以v 正v 逆。,答案：(1)6.67 (2)A (3),考点二,化学平衡常数,【知识梳理】 1定义。 在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物平衡 浓度幂之积与反应物平衡浓度幂之积的比值是一个常数，叫化 学平衡常数，简称平衡常数，用 K 表示。,2对于反应：mA(g)nB(g),pC(g)qD(g)，在一定温,度下达平衡，平衡常数表达式为 K_(固体和纯液,体，其浓度看作常数“1”不写入表达式)。,3意义。,越大,越大,温度,K 值越大，反应物的转化率_，正反应进行的程度 _。K 只受_影响，与反应物或生成物的浓度变 化无关。 注意：化学平衡常数是指某温度下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。,【考点集训】 例4(2015 年陕西铜川模拟)已知反应：CO(g)CuO(s),CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s),Cu(s)H2O(g),在相同的温度下的平衡常数分别为 K1 和 K2，该温度下反应：,CO(g)H2O(g),CO2(g)H2(g)的平衡常数为 K。则下列说法,正确的是(,)。,C对于反应，恒容时，温度升高，H2 的浓度减小，则 该反应的焓变为正值 D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2 的浓度一定 减小,答案：B,解析：温度升高，K 值变小，代表平衡逆向移动，即正反 应放热，A 项正确；由反应式知 K 表达式正确，B 项正确；K 值只受温度影响，C 项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO 转 化率减小，D 项正确。,答案：C,易错警示,1平衡常数只受温度影响，与浓度变化无关；若温度变化,能导致平衡正向移动，则 K 变大，反之变小。,2化学平衡常数是指某温度下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平衡常数的表达式中，只包括气体和溶液中各溶质的浓 度，而不包括固体或纯液体。一般而言，固体或纯液体浓度不 变或变化很小，可以看作一个常数，不在表达式中出现。,例6(2015 年山东卷节选)合金贮氢材料具有优异的吸收氢,性能，在配合氢能的开发中起着重要作用。,(1)一定温度下，某贮氢合金(M)的贮氢过程如图所示，纵 轴为平衡时氢气的压强(p)，横轴表示固相中氢原子与金属原子 的个数比(H/M)。,在 OA 段，氢溶解于 M 中形成固溶体 MHx，随着氢气压强 的增大，H/M 逐惭增大；在 AB 段，MHx 与氢气发生氢化反应 生成氢化物 MHy，氢化反应方程式为 zMHx(s)H2(g)=zMHy(s) H1()；在 B 点，氢化反应结束，进一步增大氢气压强，H/M 几乎不变。反应()中 z_(用含 x 和 y 的代数式表示)。 温度为 T1 时，2 g 某合金 4 min 内吸收氢气 240 mL，吸氢速率,v_mLg1min1。反应()的焓变H1_0(填“”“”,或“”)。,(2)表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量 占其总吸氢量的比例，则温度为T1、T2 时，(T1)_(T2)(填 “”“”或“”)。当反应()处于图中 a 点时，保持温度不变， 向恒容体系中通入少量氢气，达到平衡后反应()可能处于图 中的_点( 填 “b”“c” 或 “d”) ， 该贮氢合金可通过_ 或 _的方式释放氢气。,答案：(1),2 yx,30 ,(2) c,加热,减压,例7在体积为 1 L 的密闭容器中，进行如下化学反应：,CO2(g)H2(g),CO(g)H2O(g)，化学平衡常数K与温度T,的关系如下表： 回答下列问题： (1)升高温度，化学平衡向_(填“正反应”或“逆反 应”)方向移动。,(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。,Ac(CO2)c(CO) C容器中的压强不变,BK 不变 Dv 正(H2)v 正(CO2),Ec(H2)保持不变 (3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)c(H2) c(CO)c(H2O)，此时的温度为_；在此温度下，若该容 器中含有 1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O， 则此时反应所处的状态为_(填“向正反应方向进行 中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。,答案：(1)正反应 (2)E (3)850 向正反应方向进行中,考点三,化学平衡移动,【知识梳理】 1概念：达到平衡状态的反应在条件改变后，平衡状态被 破坏的过程。 2过程。,3平衡移动方向与反应速率的关系。,(1)v 正_v 逆，平衡向正反应方向移动。 (2)v 正_v 逆，平衡不移动。 (3)v 正_v 逆，平衡向逆反应方向移动。 4影响化学平衡的因素。 (1)外界条件。,在一定条件下：aA(g)bB(g),mC(g) H，达到了平,衡状态，若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下：,(2)勒夏特列原理。 也叫化学平衡移动原理：如果改变影响平衡的条件之一(如 _)，平衡将向着能够_这种改变的 方向移动。简单讲，改变条件，平衡移动方向是能削弱这种改 变的方向。勒夏特列原理也适用于溶解平衡、电离平衡、水解,平衡等。,温度、压强以及浓度,减弱,【考点集训】 例8甲醇是一种优质的液体燃料，目前工业上 CO 和 CO2 均可用于合成甲醇。在容积为2 L的密闭容器中进行反应：CO(g),2H2(g),CH3OH(g),H0。,)。,若要提高甲醇的产率，可采取的措施有( A缩小容器体积 B减小压强 C升高温度 D使用合适的催化剂,思路指导：跟反应物的转化率类似，能使反应平衡正向移,动的措施，往往能使生成物的产率增大。,答案：A,例9已知可逆反应 CO(g)H2O(g),CO2(g)H2(g),H0，反应达到平衡状态后，欲提高 CO 的转化率，可以采,取的措施为(,)。,A增大压强 C增大 CO 的浓度,B升高温度 D分离出 CO2,解析：增大压强对等体积反应的平衡移动无影响，A项错 误；升温使放热反应逆向移动，B项错误；增大CO 浓度虽然 使平衡正向移动，但转化率变小，C项错误；分离CO2，使平 衡正向移动，CO 转化率增大，D 项正确。 答案：D,易错警示,在 A(g)B(g),C(g)D(g)反应中，增大某反应物(如A),的浓度，虽然平衡正向移动，但其转化率往往变小，而B的转 化率增大。,例10(2015 年四川卷)一定量的 CO2 与足量的碳在体积可变,的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g),2CO(g)，平衡时，体,系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知气体分压(p分),气体总压(p总)体积分数，下列说法正确的是(,)。,A550 时，若充入惰性气体，v 正，v 逆均减小，平衡不移,动,B650 时，反应达平衡后 CO2 的转化率为 25.0%,CT 时，若充入等体积的 CO2 和 CO，平衡向逆反应方向,移动,D925 时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数,Kp24.0p总,答案：B,归纳总结,例11不同温度下，向装有足量 I2O5 固体的 2 L 恒容密闭 容器中通入2 mol CO，测得CO2 的体积分数(CO2)随时间t变 化曲线如下图。请回答：,(1)从反应开始至 a 点时的反应速率为 v(CO)_，b,点时化学平衡常数 Kb_。,(2)d 点时，温度不变，若将容器体积压缩至原来的一半，,请在图中补充画出 CO2 体积分数的变化曲线。 (3)下列说法正确的是_(填字母序号)。 A容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态,B两种温度下，c 点时体系中混合气体的平均相对分子质,量相等,C增加 I2O5 的投料量有利于提高 CO 的转化率 Db 点和 d 点的化学平衡常数：KbKd,1024 或 45,答案：(1)0.6 molL1min1 (2)如下图所示。 (3)AB,规律方法,化学平衡常数的应用,1判断、比较可逆反应进行程度的大小。 K 值越大，正反应进行的程度越大；反之则越小。 2判断可逆反应是否达到化学平衡状态。,对于可逆反应：aA(g)bB(g),cC(g)dD(g)，在一定温,度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：,3利用 K 可判断反应的热效应。,(1)若升高温度，K 值增大，则正反应为吸热反应； (2)若升高温度，K 值减小，则正反应为放热反应。,典例1美国 Bay 等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制,取氢气，其生产流程如下图：,解析：(1)在830 时，K1，故利用 K 可求出平衡时CO 转化了0.5 mol，即CO 的转化率为50%。(2)将表中数据带入K 的表达式，只有B 组数据Q1(830 ，K1)，故起始时反应 正向进行的只有 B 组。,应用1T 时，在容积为 0.5 L 的密闭容器中发生如下反,应：mA(g)nB(g),pC(g)qD(s) H0(m、n、p、q为最,简整数比)。A、B、C、D 的物质的量变化如图所示。 (1)前 3 min，v(C)_。,(2)当下列物理量不再发生变化时，表明该反应已达到平衡,状态的是_(填选项字母)。,A混合气体的压强 B混合气体的密度,C混合气体的平均相对分子质量 DB 的物质的量,E混合气体的总物质的量,(3)T 时，该反应的平衡常数 K_。,(4)反应达到平衡后，下列措施对 A 的转化率无影响的是,_(填选项字母)。,A保持体积不变，再通入 2 mol A 和 1 mol B B移走一部分 D,C把容器的体积缩小一倍 D升高温度,(5)T 时，容积为 1 L 的密闭容器中，起始时充入 0.2 mol A、0.4 mol B、0.3 mol C、0.5 mol D，此时 v(正)_v(逆)(填 “”“”或“”)，判断的依据是_。,解析：根据反应图象可知，前3 min，A、B、C、D 的物质的 量的变化量分别为0.4 mol、0.2 mol、0.6 mol、0.2 mol，根据反应 中物质的量的变化量与化学计量数成正比知，则m2、n1、p 3、q1。,思维模型,原理题中的化学平衡计算,常见类型：考卷中对化学平衡计算的考查，主要是围绕平 衡常数、转化率、体积分数等内容而展开。 1步骤。 (1)写出有关化学平衡的化学方程式； (2)确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度； (3)根据已知条件建立等式进行解答。,3其他关系式。,(1)反应物：c(平)c(始)c(变)；生成物：c(平)c(始)c(变)。 (2)各物质的转化浓度之比等于化学方程式中各物质的化学计,量数之比。,反应物的起始浓度反应物的平衡浓度,反应物的起始浓度,(3)转化率 100%。,4类型。,.平衡常数 K 与转化率的计算。,典例2(2015 年新课标卷)碘及其化合物在合成杀菌剂、 药物等方面具有广泛用途。回答下列问题： (1)大量的碘富集在海藻中，用水浸取后浓缩，再向浓缩液 中加MnO2 和 H2SO4 ，即可得到I2 ， 该反应的还原产物为_ _。,(3)已知反应 2HI(g)=H2(g)I2(g)的H11 kJmol1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收 436 kJ、 151 kJ 的能量，则 1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能 量为_kJ。,(4)Bodensteins 研究了下列反应：2HI(g),H2(g)I2(g),在 716 K 时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数 x(HI) 与反应时间 t 的关系如下表：,根据上述实验结果，该反应的平衡常数 K 的计算式为_,_。,上述反应中，正反应速率为 v 正k 正x2(HI)，逆反应速率为 v逆k逆x(H2)x(I2)，其中k 正、k 逆为速率常数，则k 逆为_(以 K和 k正 表示) 。若k正 0.0027 min 1 ，在 t 40 min 时，v正 _ min1。,由上述实验数据计算得到v 正x(HI)和v 逆x(H2)的关系可,用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的 点分别为_(填字母)。, 应用2 利用“化学蒸气转移法”制备二硫化钽(TaS2) 晶,体，发生如下反应：TaS2(s)2I2(g),TaI4(g)S2(g),H0。,若该反应的平衡常数K1，向某恒容容器中加入1 mol I2 (g)和 足量 TaS2(s)，I2 (g)的平衡转化率为_。 答案：66.7%,.读取图表信息，计算平衡常数 K 或转化率。 典例3通过研究不同温度下平衡常数可以解决某些实际 问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进行反应时，会发生如,下反应：CO(g)H2O(g),H2(g)CO2(g)，该反应平衡常数,随温度的变化如下表所示。 (1) 则该反应的正反应方向是_ 反应( 填“吸热”或 “放热”)。 (2)在 500 时，若设起始时 CO 和 H2O 的起始浓度均为 0.020 molL1，则 CO 的平衡转化率为_。,答案：放热,75%,应用3甲醇可作为燃料电池的原料。以 CH4 和 H2O为原,料，通过下列反应来制备甲醇。CH4(g)H2O(g),CO(g),3H2(g) H206.0 kJ mol1。 将 1.0 mol CH4 和 2.0 mol H2O(g)通入容积为 100 L 的反应 室中，在一定条件下发生反应，测得在一定的压强下CH4的转 化率与温度的关系如下图。,(1)假设 100 时达到平衡所需的时间为 5 min，则用 H2 表 示该反应从开始到达到平衡时的反应速率为_。 (2)100 时反应的平衡常数为_。,答案：(1)0.003 molL1min1,(2)2.25104,.体积分数与转化率的互相换算。 典例4将燃煤废气中的 CO2 转化为甲醚的反应原理为：,2CO2(g)6H2(g),CH3OCH3(g)3H2O(g),解析：与(1)的典例类似的解题思路，设CO2 的浓度变化为 x，将CO2和H2的起始浓度代入建立三段式，CH3OCH3的体积 分数等价于CH3OCH3的平衡浓度与各组分平衡浓度总和的比 值，解出x。然后利用转化率的定义可得答案。,应用4(2015 年河南郑州质检)压缩天然气(CNG)汽车的优 点之一是利用催化技术能够将NOx转变成无毒的CO2 和N2。已,知：CH4(g)2NO2(g),N2(g)CO2(g)2H2O(g)。 400 K,时，将投料比为 1 的 NO2 和 CH4 的混合气体共 4 mol，充入一 装有催化剂的容器中，充分反应达到平衡，此时 NO2 的平衡转 化率为 60%，求平衡时 NO2 的体积分数(结果保留三位有效数 字)。,
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