1、第2节 化学平衡状态 化学平衡的移动,考纲要求:1.了解化学反应的可逆性。(宏观辨识与微观探析) 2.了解化学平衡的建立,掌握化学平衡的特征。(变化观念与平衡思想) 3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,并能用相关理论解释其一般规律。(变化观念与平衡思想) 4.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。(科学态度与社会责任),-3-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,化学平衡状态 1.可逆反应 (1)定义: 在 条件下既可以向 反应方向进行,同时又可以向 反应方向进行的化学反应。 (2)特点“三同一小”: 三同:a.相同条件下
2、;b.正逆反应 进行;c.反应物与生成物同时存在。 一小:任一组分的转化率都 (填“大于”或“小于”) 100%。 (3)表示方法:在化学方程式中用“ ”表示。,相同,正,逆,同时,小于,-4-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.化学平衡状态 (1)定义: 在一定条件下的 反应中,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化, 和 相等的状态。,可逆,正反应速率 逆反应速率,-5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(2)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。化学平衡的建立过程可用如右v-t图像表示:
3、 图像分析:,0,减小,减小,增大,增大,=,保持不变,-6-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(3)平衡特征:,可逆,v(正)=v(逆),浓度或百分含量,-7-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)二次电池的充、放电为可逆反应 ( ) (2)对反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达平衡状态 ( ) (3)对于NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)反应,当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达到平衡状态 (
4、 ) (4)恒温恒容下进行的可逆反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态 ( ) (5)在2 L密闭容器内,800 时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态 ( ),-8-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.硫酸是一种重要的化工产品,硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前的重要生产方法是“接触法”,有关接触氧化反应2SO2+O2 2SO3的说法不正确的是( ) A.该反应为可逆反应,故在一定条件下二氧化硫和氧气不可
5、能全部转化为三氧化硫 B.达到平衡后,反应就停止了,故此时正、逆反应速率相等且均为零 C.一定条件下,向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2,则从反应开始到达到平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,某一时刻,正、逆反应速率相等 D.在利用上述反应生产三氧化硫时,要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题,答案,解析,-9-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向1 极端假设法界定可逆反应中各物质的浓度范围 例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),
6、达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 molL-1、0.3 molL-1、0.08 molL-1,则下列判断正确的是( ) A.c1c2=31 B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为23 C.X、Y的转化率不相等 D.c1的取值范围为0c10.14 molL-1,答案,解析,-10-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,思维建模在密闭容器中进行反应:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 molL-1、0.3 molL-1、0.2 molL-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质浓度的可能范围:,-11-,考点一,考点二,必备知
7、识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。 假设反应正向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/( molL-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度/( molL-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度/( molL-1) 0 0.2 0.4 假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/( molL-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度/( molL-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度/( molL-1) 0.2 0.4 0 故平衡体系中各物质的浓度
8、(单位:molL-1)范围为0c(X2)0.2,0.2c(Y2)0.4,0c(Z)0.4。,-12-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结极端假设法确定物质的浓度范围 (1)原理:可逆反应不可能进行完全,反应体系各物质同时共存。 (2)假设:反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。,-13-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练 在一密闭容器中充入1 mol CO和1 mol H2O(g),在一定条件下发生反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),达到平衡时,生成 mol CO
9、2,当充入的H2O(g)改为4 mol时,在上述条件下生成的CO2可能为( ) A.0.60 mol B.0.93 mol C.1.0 mol D.2.50 mol,B,解析 假设反应正向进行到底,由于CO仍为1 mol,故生成的CO2最多为1 mol,但由于反应的可逆性,这是不可能的。同时增大c(H2O)提高CO的转化率,所以 moln(CO2)1 mol。B项正确。,-14-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,考向2 化学平衡状态的判断 例2(2019安徽江南高三入学摸底考试)在恒温、恒容条件下,能说明可逆反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是
10、( ) A.气体的压强保持不变 B.v(H2)正=2v(HI)逆 C.气体的密度保持不变 D.气体的颜色保持不变,D,解析 因为反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)是一个反应前后分子数目不变的反应,在反应的过程中气体的压强始终不变,则气体的压强不变不能说明反应达到平衡状态,故A项错误;根据方程式的计量数可得当达到平衡状态时应有2v(H2)正=v(HI)逆,故B项错误;在恒容条件下,由反应的质量守恒可知反应混合物的密度始终不会改变,所以气体的密度不变不能说明可逆达到平衡状态,故C项错误;气体的颜色不变即碘蒸气的浓度不变,说明反应处于平衡状态,故D项正确。,-15-,考点一,考点二,必备知识自
11、主预诊,关键能力考向突破,考点三,易错警示以下几种情况不能作为判断可逆反应是否达到平衡的标志 (1)某一时刻,体系中各物质的浓度(或物质的量或分子数)之比等于相应物质的化学计量数之比的状态。 (2)恒温、恒容条件下气体体积不变的反应,混合气体的压强或气体总物质的量不再随时间而变化。如I2(g)+H2(g) 2HI(g)。 (3)全部是气体参加的气体体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化。如I2(g)+H2(g) 2HI(g)。 (4)全部是气体参加的反应,恒容条件下气体的密度保持不变。,-16-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,归纳总结判断化学平衡状
12、态的两方法和两标志 1.两方法逆向相等、变量不变 (1)“逆向相等”: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正反应速率和逆反应速率相等。 (2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变,当这个量不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为平衡状态的判断依据。 2.两标志本质标志、等价标志 (1)本质标志: v(正)=v(逆)0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某物质的速率等于逆反应生成该物质的速率。,-17-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(2)等价标志。 全部是气体参加的体积可变反应,体系的压强(恒温恒容)、
13、平均相对分子质量不随时间而变化。例如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。 体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。 对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。 对于有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化。例如,2NO2(g) N2O4(g)。 体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。 绝热体系的温度不变,说明反应处于平衡状态。,-18-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,对点演练 (2018辽宁丹东五校协作体联考)在恒温下体积恒定的密闭容器中,有可逆反应:2NO(g
14、)+O2(g) 2NO2(g)(正反应为放热反应)不能说明已达到平衡的是( ) A.正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等 B.反应器中压强不随时间变化而变化 C.混合气体颜色深浅保持不变 D.混合气体平均相对分子质量保持不变,答案,解析,-19-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,化学平衡的移动 1.化学平衡移动的过程2.化学平衡移动与化学反应速率的关系 (1)v(正)v(逆):平衡向 移动。 (2)v(正)=v(逆):反应达到平衡状态。 (3)v(正)v(逆):平衡向 移动。,正反应方向,逆反应方向,-20-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考
15、向突破,考点三,3.影响化学平衡的因素 (1)若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响:,正,逆,减小,增大,不,吸热反应,放热反应,不能,-21-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,(2)勒夏特列原理。 如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够 的方向移动。,减弱这种改变,-22-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)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 ( ) (2)化学平衡正向移动
16、,反应物的转化率不一定增大 ( ) (3)往平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅 ( ) (4)对于2NO2(g) N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大加强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅 ( ),-23-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点三,2.下列叙述中,不能用勒夏特列原理解释的是( ) A.红棕色的NO2,加压后颜色先变深后变浅 B.高压比常压有利于合成SO3 C.加入催化剂有利于氨的合成 D.工业制取金属钾Na(l)+KCl(l) NaCl(l)+K(g)选取适宜的温度,使K变成蒸气从
17、反应混合物中分离出来,答案,解析,-24-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,考向1 外界条件对化学平衡的影响 例1(2017海南化学,11)(双选)已知反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) H0。在一定温度和压强下于密闭容器中,反应达到平衡。下列叙述正确的是 ( ) A.升高温度,K减小 B.减小压强,n(CO2)增加 C.更换高效催化剂,(CO)增大 D.充入一定量的氮气,n(H2)不变,答案,解析,-25-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.平衡
18、转化率的分析与判断 (1)以反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)为例: 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,A、B的转化率相等。 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。 由温度或压强引起的化学平衡正向移动,反应物的转化率增大。 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。,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,对点演练 在压强为0.1 MPa、温度为300 条件下,a
19、mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H0。 (1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是 (填字母)。 A.c(H2)减小 B.正反应速率加快,逆反应速率减慢 C.反应物转化率增大,(2)若容器容积不变,下列措施可增大甲醇产率的是 (填字母)。 A.升高温度 B.将CH3OH从体系中分离 C.充入He,使体系总压强增大,答案,解析,-29-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,考向2 等效平衡 例2(2018江苏化学,15)(双选)一定温度下,在三个容积相
20、同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:,-30-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,下列说法正确的是( ) A.v1K3,p22p3 C.v13(SO2) D.c22c3,2(SO3)+3(SO2)1,答案,解析,-31-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,思维建模等效平衡判断“四步曲” 第一步,看:观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应; 第二步,挖:挖掘反应条件,是恒温恒
21、容还是恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器; 第三步,倒:采用一边倒法,将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成方程式中同一边的物质; 第四步,联:联系等效平衡判断依据,结合题目条件判断是否达到等效平衡。,-32-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,归纳总结1.等效平衡的含义 在一定条件下(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,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。这样的平衡状态称为等效平衡。,-33-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.等效平衡分
22、类及规律,-34-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,对点演练 一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( ),A.该反应的正反应吸热 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,答案,解析,-35-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,化学平衡的图像 1.常见平衡图像类型 以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g) H=Q kJmol-1为例。 (
23、1)含量时间温度(或压强)图(结合图像完成下列填空)。,-36-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(曲线 用催化剂, 不用催化剂,或化学计量数a+b=c时曲线m的压强大于n的压强),m,n,-37-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,(2)恒压(温)线(如图所示):该类图像的纵坐标为生成物的平衡浓度(c)或反应物的转化率(),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下所示:,-38-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.化学平衡中的特殊图像:以aA(g)+bB(g) cC(g) H=Q kJmol-1为例。,3
24、,1,=,-39-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,逆向,-40-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,自主练习 1.在密闭容器中进行反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),T1时升高温度,速率时间图像如图1,正反应为吸热反应还是放热反应?若混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况如图2,则正反应为吸热反应还是放热反应?,提示 图1,升温平衡逆向移动,逆反应速率大于正反应速率,故正反应为放热反应;图2,温度升高平均相对分子质量减小,总质量不变,说明气体物质的量变大,所以平衡逆向进行,逆反应是吸热反应,正反应是放热反应。,-41-,必备知识自主
25、预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考点三,2.(2018湖南师大附中月考)乙酸乙酯能在多种条件下发生水解反应:CH3COOC2H5+H2O CH3COOH+C2H5OH。已知该反应的速率随c(H+)的增大而加快。下图为CH3COOC2H5的水解速率随时间的变化图。下列说法中正确的是( )A.图中A、B两点表示的c(CH3COOC2H5)相等 B.反应初期水解速率增大可能是溶液中c(H+)逐渐增大所致 C.图中t0时说明反应达到平衡状态 D.tB时CH3COOC2H5的转化率低于tA时CH3COOC2H5的转化率,答案,解析,-42-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向
26、突破,考向 化学平衡的图像 例(2019湖北部分重点中学高三上学期起点考试)工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时有氢气生成。反应中,每生成3 mol H2时放出30.8 kJ的热量。恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )A.图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压 B.图像中纵坐标可以为镓的转化率 C.图像中纵坐标可以为化学反应速率 D.图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量,答案,解析,-43-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答题模板化学平衡图像题解题思路,-44-,考点一
27、,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结化学平衡图像解题技巧 (1)先拐先平。 在含量(转化率)时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡状态,相应曲线对应的反应速率大,说明对应的温度高或压强大或有催化剂等。 (2)定一议二。 当图像中有三个变量时,先确定一个量不变, 再讨论另外两个量的变化关系,有时还需要作辅助线。 (3)三步分析法。 一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。,-45-,考点一,考点二,考点三,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2018安徽合肥模拟)某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变密闭容器中某一
28、条件对A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)化学平衡状态的影响,得到如图所示的曲线(图中T表示温度,n表示物质的量),下列判断正确的是( )A.若T2T1,则正反应一定是放热反应 B.达到平衡时,A2的转化率大小为bac C.若T2T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vdvb D.在T2和n(A2)不变时达到平衡,AB3的物质的量大小为cba,答案,解析,-46-,2,3,4,1,-47-,1,2,3,4,1.(2018河北邢台高三模拟)COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) H0,当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是( ) 升温 恒容通入惰性气体 增加CO浓度 减压 加
29、催化剂 恒压通入惰性气体 A. B. C. D.,答案,解析,-48-,1,2,3,4,2.将NO2装入带有活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,下列叙述正确的是( ) A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为吸热反应 B.慢慢压缩气体体积,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅 C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍 D.恒温恒容时,充入稀有气体,压强增大,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅,答案,解析,-49-,1,2,3,4,3.某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对化学平衡的影响,得到如下变化规律(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量),下列说法正确的是( )A.反应:H0,p2p1 B.反应:H0,T1T2 C.反应:H0,T2T1;或HT1,答案,解析,-50-,1,2,3,4,-51-,1,2,3,4,(2)tm时,v(正) v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)tm时,v(逆) tn时v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。 (4)若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。,答案 (1)a、c (2)大于 (3)小于 tm时生成物浓度较低,-52-,1,2,3,4,-53-,1,2,3,4,
