2020年高考化学第一轮复习 专题 化学平衡状态及化学平衡常数学案 苏教版 6页

化学平衡状态及化学平衡常数 ‎【本讲教育信息】‎ 一、教学内容：‎ 高三第一轮复习：化学平衡状态及化学平衡常数 二、教学目标 理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数计算反应物的转化率；‎ 理解化学平衡状态的标志及判断方法 三、重点、难点：‎ 化学平衡状态的标志及判断方法 平衡常数的计算；‎ 四、教学过程：‎ ‎（一）化学平衡状态：‎ ‎1、在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，称为化学平衡。‎ 前提：可逆反应；实质：正反应速率等于逆反应速率 特征：反应混合物中各组分成分保持不变。‎ 化学平衡具有：逆、等、动、定、变、同等特征。‎ ‎2、化学平衡状态的标志：‎ ‎（1）直接标志：①V（正）=V（逆）；②各组分百分含量（不是浓度）不随时间变化而变化。‎ ‎（2）间接标志：　‎ ‎①各物质浓度不随时间改变而改变　　　 ②各物质的物质的量不随时间改变而改变 ‎③各气体的压强不随时间改变而改变 　　④气体的颜色不随时间改变而改变 ‎⑤气体的密度不随时间改变而改变　　　 ⑥气体平均式量不随时间改变而改变 ‎（3）化学反应实质：化学反应为旧键的断裂与新键的生成；对同一物质，断键的量与生成键的量相等。‎ 对于不同类型的可逆反应，某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志，取决于该物理量在反应过程中是否发生变化。即：能变化的量保持不变则达平衡。‎ 说明：‎ ‎1、可逆反应是指 ‎①向两个方向进行的两个化学反应，在相同的条件下同时进行、共存，两个反应构成一个对立的统一体；‎ ‎②在相同条件下，要用“”代替“=”作为连接反应物和生成物的符号；‎ ‎③在反应体系中，与化学反应有关的各类物质共同存在；‎ ‎④解答可逆反应的问题时要特别注意，即反应物不可能完全转化为产物，产物也不可能完全转化为反应物。另外，还要注意量的变化，元素原子不可能凭空增加或减少。总之，要注意：“可逆”与“守恒”。‎ ‎2、理解化学平衡的概念时应注意：‎ ‎①前提是“一定条件”下的“可逆反应”；‎ ‎②实质是正、逆反应速率相等；‎ 6‎ ‎③标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变”；‎ ‎④特征是：‎ 逆：只有可逆反应，在一定条件下才建立平衡。对于非可逆反应，由于反应终了时，某物质已经完全消耗，因此，不存在平衡状态；‎ 动：是动态平衡，即V不等于零，V正=V逆≠0；‎ 等：V正=V逆。即在同一瞬间，某一成分的生成速率等于其消耗速率；‎ 定：反应混合物或平衡混合物各成分含量不变。是V正=V逆的结果。反应混合物的含量不变，有多种可能：可以是浓度、物质的量、百分含量、压强、密度等；‎ 变：可逆反应达到平衡状态是在一定条件下达到的， 条件改变，平衡就会被破坏；‎ 同：相同条件下，同一可逆反应可由不同途径（不同的起始量）达到同一个平衡状态（等效平衡）。‎ ‎　3、化学平衡状态的标志：‎ 抓住两点：①正逆反应速率是否相等？ ②各组分的浓度（或百分含量）是否不变。‎ ‎　　（1）正反应速率和逆反应速率相等（注意：指同一物质的消耗速率和生成速率），对不同的物质可以采用“异方向、量相当”来判断；‎ ‎（2）反应达到了平衡状态时，各物质的浓度、百分含量、物质的量、温度、颜色等为一定值，反过来，也可以据此判断一个可逆反应是否达到平衡状态；‎ ‎（3）当对一个具体的可逆反应判断是否达到平衡状态时，还会碰到一些与具体的反应有关的压强、密度、相对分子质量相关的新问题，可以通过反应前后气体的分子总数是否变化、质量是否变化，反应是在恒温恒压还是在恒温恒容条件下进行来具体分析判断。‎ ‎[例1]下列说法中错误的是 ‎ A、可逆反应在一定条件下可建立化学平衡状态 B、处于化学平衡状态的可逆反应，υ（正）=υ（逆）≠0‎ C、可逆反应建立平衡时，与反应起始方向无关，与反应物起始浓度大小无关 D、一定温度下，可逆反应平衡时，其生成物浓度乘积与反应物浓度的乘积比为常数 解析：可逆反应在一条件下建立化学平衡时，与反应的初始方向和起始浓度的大小无关，达平衡后，υ（正）=υ（逆）≠0，反应混合物中各组份的含量、浓度等保持不变，在一定温度下，可逆反应达平衡后，生成物浓度幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比为常数，称为化学平衡常数，平衡常数只与温度有关，与其他条件无关。综上所述，本题的答案为D 答案：D ‎[例2]可逆反应：2SO2＋O22SO3，正反应速率用、、表示，逆反应速率用、、，反应达平衡时，正确关系是 ‎ A、 B、==‎ C、 D、‎ 解析：同一可逆反应在同一时间内用不同物质表示的反应速率，可能相同，也可能不同，但表达的意思相同，且反应速率等于方程式前面的系数比。可逆反应达平衡后，V正=V逆。即在同一瞬间，某一成分的生成速率等于其消耗速率；对不同的物质可以采用“异方向、量相当”来判断，即可将某物质的逆反应速率与正反应速率看成相等，比较不同物质的反应速率之比是否与方程式前面的系数成正比，即可判断。A中均为正反应速率，B中均为逆反应速率，C、D中分别为正反应速率和逆反应速率，且C中反应速率之比应等于方程式前面的系数比，但本题中D表示的反应速率之比不等于方程式前的系数比，所以不符合题意。故D不正确。‎ 6‎ 答案：C ‎[例3]下述说法可充分证明：P（g）＋Q（g）R（g）＋S（g），在恒温下已达平衡的是 A、容器压强不随时间变化 B、容器内P、Q、R、S四者共存 C、P和S的生成速率相等 D、P的转化率和S的产率相等 解析：化学平衡状态的标志的判断主要抓住两点：①正逆反应速率是否相等？ ②各组分的浓度（或百分含量）是否不变。‎ ‎　　对于上述可逆反应，在反应前后气体的分子数保持不变，因此，反应前后的压强始终保持恒定，且在反应中，四种物质始终共存，故AB错误；C中P的生成速率是逆反应速率，S的生成速率是正反应速率，且反应速率之比为方程式前系数比，符合题意；D中当反应按照方程式前面的系数比进行时，反应物的转化率等于产物的产率，但如果不是以方程式前的系数比进行，则转化率与产率不一定相同，故D不一定正确。‎ 答案：C ‎[例4]把6molA气体和5molB气体混合放入‎4L的密闭容器中，在一定条件下发生反应：‎ ‎3A‎（g）＋B（g）‎2C（g）＋xD（g），经5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为0.1mol/L·min，下列说法中错误的是　‎ A、A的平均反应速率为0.15 mol/L·min　　　‎ B、恒温达平衡时容器内压强为开始时的85%‎ C、B的转化率为20%‎ D、平衡时A的浓度为0.8 mol/L 解析：本题是有关反应速率、化学平衡的计算题。按题意，5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为0.1mol/L·min，说明生成D2mol，则C、D的物质的量之比为1：1，即x=2，每生成2mol的D，消耗3mol的A和1mol的B，则A的平均反应速率为：0.15 mol/L·min，B的转化率为：20%，平衡时A的浓度为0.75mol/L，由于反应前后气体的分子总数没有发生变化，因此，在反应过程中体系的压强保持不变。综上所述，本题的答案为BD 答案：BD ‎[例5]可逆反应2NO22NO＋O2在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是：①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2；②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO；③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态；④混合气体的颜色不再改变的状态；⑤混合气体的密度不再改变的状态；⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A、①④⑥ B、②③⑤‎ C、①③④ D、①②③④⑤⑥‎ 解析：对于不同类型的可逆反应，正逆反应速率是否相等，某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志，取决于该物理量在反应过程中是否发生变化。即：能变化的量保持不变则达平衡。‎ ‎　　①与②中单位时间内生成n mol O2和2n mol NO的反应是正反应，生成2n mol NO2的反应是逆反应，①中正反应速率等于逆反应速率，达平衡状态，②中均为正反应速率，无法判断；③中同一反应，在任何时候用不同物质所表示的反应速率之比均为方程式前面的系数比，因此无法判断是否达到平衡状态；④中由于NO2属于有色气体，当其浓度保持不变时，颜色也就不变，因此可判断达到平衡状态；⑤‎ 6‎ 中在密闭容器中混合气体的质量和体积均保持不变，因此，无论反应进行如何，混合气体的密度始终不变，也无法判断是否达平衡；⑥中混合气体的总质量恒定，但总物质的量随反应的进行不断发生改变，当反应达平衡后，混合气体的总物质的量也保持不变，则平均相对分子质量达平衡后也就保持不变，可判断反应是否达平衡。综上所述，能用来判断反应是否达平衡的有：①④⑥‎ 答案：A ‎（二）化学平衡常数：‎ ‎1、在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数。‎ ‎ 平衡常数一般有浓度平衡常数Kc和压强平衡常数Kp两种。我们常用的是浓度平衡常数：‎ ‎ ‎ ‎　‎ ‎2、有关化学平衡常数的计算 对于可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意：‎ ‎（1）反应物：平衡浓度=初始浓度－转化浓度；‎ 反应物A：c（A）=c0（A）－△c（A）‎ ‎（2）生成物：平衡浓度=初始浓度＋转化浓度 生成物D：c（D）=c0（D）＋△c（D）‎ ‎（3）各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。‎ ‎△c（A）：△c（D）=a：d 反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：‎ 说明：‎ ‎1、平衡常数Kc与温度有关，与浓度无关，由Kc随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。 若正反应是吸热反应，升高温度，Kc增大；若正反应是放热反应，升高温度，Kc减小；‎ ‎2、平衡常数Kc值的大小，可推断反应进行的程度。Kc值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；Kc值越小，表示反应进行的程度越弱，反应物的转化率越低。‎ ‎3、反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般来说，反应的平衡常数Kc≥105，认为正反应进行得较完全；Kc ≤10－5则认为这个反应的正反应很难进行（逆反应较完全）。‎ ‎4、在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻产物的浓度的幂之积与反应物浓度幂之积的比，即浓度商：Qc与Kc比较大小来判断。‎ ‎5、反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中。‎ 6‎ ‎6、化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关 ‎7、关于转化率 ‎（1）对于某反应，如果起始物质的物质的量按反应方程式中各物质前的化学计量数之比投料，则反应后各物质的转化率相等。‎ ‎（2）若增加某种物质的物质的量，其转化率可能增大、不变或降低。‎ ‎[例1]在373K时，把0.5molN2O4气体通入为‎5L的真空密闭容器中，立即出现棕色，反应进行到2s时，N2O4的浓度为0.02mol/L，在60s时，体系已达到平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍，下列说法正确的是 ‎ A、前2s，以N2O4的浓度变化表示的平均反应速度为0.01mol/（L·s）‎ B、在2s时体系内压强为开始时压强的1.1倍 C、在平衡体系内含N2O40.25mol D、平衡时，如果压缩容器体积，则可降低N2O4的转化率 解析：本题考查的是有关化学平衡的计算。可逆反应：N2O42NO2进行到2s时，N2O4的平衡浓度为0.02mol/L，说明此时消耗N2O4的物质的量为0.4mol，生成NO2的物质的量为0.8mol，则此时的反应速率用N2O4表示为：0.08 mol/（L·s），反应混合气体的总物质的量为：0.9mol，故根据同温下压强比等于物质的量之比可得，2s时压强是反应前的0.9/0.5=1.8倍，故A、B均不正确；达平衡时，反应混合气体的压强是反应前的1.6倍，说明混合气体的总物质的量为原来的1.6倍，即为1.6×0.5mol=0.8mol，设达平衡时，消耗的N2O4的物质的量为x mol，则有：0.5mol－x＋2x=0.8mol，x=0.3mol，则此时平衡体系内含有的N2O4的物质的量为0.2mol，故C也不正确；该反应反应前后气体的分子总数增大，故，增大压强有利于平衡逆向移动，使反应物的转化率降低，故D正确 答案：D ‎[例2]在一个‎6L的密闭容器中，放入3LX（g）和2LY（g），在一定条件下发生下列反应：‎ ‎4X（g）＋3Y（g） 2Q（g）＋nR（g） 达到平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加5%，X的浓度减小1/3，则该反应方程式中的n值是 ‎ A、3　 　　 B、‎4 　 ‎ 　　 C、5 　　 D、6‎ 解析：本题也是关于平衡的计算。在恒温、恒容的容器中发生的可逆反应，压强比等于混合气体的总物质的量之比，则可根据反应过程中压强的变化值和X的浓度的减小值，计算出X等于6。其实本题的解法很简单，由于反应后气体的压强增大，说明反应过程中气体的分子总数增大，则有：2＋n＞4＋3，结合选择项可得n=6‎ 答案：D ‎[例3]将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应： ‎ NH4I（固） NH3（g）+HI（g），2HI（g） H2（g）+I2（g），当达到平衡时 ，［H2］=0.5mol/L，［HI］=4mol/L，则NH3的浓度为 A、3.5mol/L 　　　B、4mol/L　　　　C、4.5mol/L　　　　D、5mol/L 解析：本题所给的信息是两个连续的可逆反应达平衡时各物质的物质的量，则根据方程式的计算要求，可列出如下的关系式：‎ 设：第一步反应中生成的NH3的物质的量为x，第二步反应中消耗的HI的物质的量为2y，则有： NH4I（固） NH3（g）＋HI（g），2HI（g） H2（g）＋I2（g）‎ 比例关系　　1　　 　　　1　 　　1　　　 2　　　　　 1　　　 1‎ 起始物质的量（mol） x 0 0‎ 平衡物质的量（mol）　　　　 x x x－2y y y 则有：y=0.5mol/L，x－2y=4mol/L，解得x=5mol/L 6‎ 答案：D ‎[例4] 高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：‎ FeO（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）；△H＜0，‎ ‎（1）该反应的浓度平衡常数表达式Kc=____________；‎ ‎（2）已知‎1100℃‎时，Kc=0.263.温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，平衡常数Kc________（增大，减少或不变）；‎ ‎（3）‎1100℃‎时测得高炉中[]=0.025mol/L [CCO]=0.1mol/L，在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态 （选填“是”或“否”），此时，化学反应速度是V正 V逆（选填：大于、小于或等于），其原因是 ‎ 解析：本题是有关平衡常数的信息题，考查了平衡常数的表达式及影响平衡常数的因素和如何根据浓度商判断反应是否达到平衡及平衡移动的方向等问题。‎ 生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数，平衡常数只与温度有关，若正反应是吸热反应，升高温度，Kc增大；若正反应是放热反应，升高温度，Kc减小；反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中。‎ 因此（1）中平衡常数的表达式为：Kc=c（CO2）/c（CO）；（2）中由于正反应属于放热反应，升高温度平衡向左移动，平衡常数将减小；（3）中根据浓度商与平衡常数之间的关系可得：Qc=c（CO2）/c（CO）=0.025mol/L/0.1mol/L=0.25＜Kc，说明生成物浓度偏大，平衡逆向移动，此时的反应速率为：V正＜V逆 答案：（1）Kc=c（CO2）/c（CO）；（2）减小；（3）否、V正＞V逆、Qc＜Kc，说明生成物浓度偏小，平衡正向移动。‎ ‎[例5]在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进行如下反应：2NO22NO+O2，在平衡时各物质的浓度分别是：=0.06mol/L，c（NO）=0.24mol/L，=0.12mol/L。试求：‎ ‎（1）该温度下反应的平衡常数。‎ ‎（2）开始时NO2的浓度。‎ ‎（3）NO2的转化率。‎ 解析：根据平衡常数的计算公式可得：Kc=c（NO）2×/2=0.242×0.12/0.062=2.56；‎ 开始时=平衡时＋消耗=0.06mol/L＋0.24mol/L=0.3mol/L，转化率为：0.24/0.3=80%‎ 答案：（1）2.56；（2）0.3mol/L；（3）80%‎ 6‎