高中化学一轮复习 第三单元 第16讲 化学平衡课件.ppt

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 2H2 O2 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 H QkJ mol 1 Q 0 充分反应 2 向含有2mol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 2mol 填 或 下同 SO2的物质的量 0mol 转化率 100 反应放出的热量 QkJ 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1molSO3的同时生成0 5molO2B 容器中混合气体的密度不变C SO2 O2 SO3的物质的量之比为2 1 2D 容器中气体总质量不变 解析 生成1molSO3代表正反应方向 生成0 5molO2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 H akJ mol 1 a 0 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1molP g 则放出的热量等于akJB 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1molP需吸收akJ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3 298K时 在2L固定体积的密闭容器中 发生可逆 反应 2NO2 g N2O4 g H akJ mol 1 a 0 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298K进行 某时刻测得n NO2 0 6mol n N2O4 1 2mol 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298K进行 某时刻测得n NO2 0 6mol n N2O4 1 2mol 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 2g某合金4min内吸收氢气240mL 吸氢速率 v mL g 1 min 1 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 2y x 30 2 c 加热 减压 例7 在体积为1L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 A c CO2 c CO C 容器中的压强不变 B K不变D v正 H2 v正 CO2 E c 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1molCO2 1 2molH2 0 75molCO 1 5molH2O 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2L的密闭容器中进行反应 CO g 2H2 g CH3OH g H 0 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 H 0 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 A 550 时 若充入惰性气体 v正 v逆均减小 平衡不移 动 B 650 时 反应达平衡后CO2的转化率为25 0 C T 时 若充入等体积的CO2和CO 平衡向逆反应方向 移动 D 925 时 用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp 24 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2L恒容密闭容器中通入2molCO 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D b点和d点的化学平衡常数 Kb Kd 1024或45 答案 1 0 6mol L 1 min 1 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 K 1 故利用K可求出平衡时CO转化了0 5mol 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Q 1 830 K 1 故起始时反应正向进行的只有B组 应用1 T 时 在容积为0 5L的密闭容器中发生如下反 应 mA g nB g pC g qD s H 0 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3min 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D B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2molA和1molBB 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1L的密闭容器中 起始时充入0 2molA 0 4molB 0 3molC 0 5molD 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3min A B C D的物质的量的变化量分别为0 4mol 0 2mol 0 6mol 0 2mol 根据反应中物质的量的变化量与化学计量数成正比知 则m 2 n 1 p 3 q 1 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 H 11kJ mol 1 1molH2 g 1molI2 g 分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ 151kJ的能量 则1molHI 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716K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 0027min 1 在t 40min时 v正 min 1 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 H 0 若该反应的平衡常数K 1 向某恒容容器中加入1molI2 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 020mol L 1 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 H 206 0kJ mol 1 将1 0molCH4和2 0molH2O g 通入容积为100L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5min 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 003mol L 1 min 1 2 2 25 10 4 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 400K 时 将投料比为1的NO2和CH4的混合气体共4mol 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