1、第2节 化学平衡状态 化学平衡常数,-2-,考纲要求:1.能正确计算化学反应的转化率()。 2.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 3.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。,-3-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,1.可逆反应 (1)定义: 在相同条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆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;b.正、逆反应同时进行;c.反应物与生成物同时存在。 一小:任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。 (3)表示方法:在化学方程式中用“ ”表示。,-4-,考点一,
2、考点二,基础梳理,考点突破,2.化学平衡状态 (1)定义: 在一定条件下的可逆反应中,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率相等的状态。 (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下v-t图像表示:,-5-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,图像分析:,-6-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)特征:,-7-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,特别提醒(1)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。 (2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立,可以
3、从逆反应方向建立,还可以从正、逆反应方向同时建立。 (3)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。 (4)化学反应达到平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但不一定相等。,-8-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 (1)向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H=-Q kJmol-1(Q0),充分反应后生成SO3的物质的量”或“=”,下同),SO2的物质的量0, SO2的转化率100%,反应放出的热量Q kJ。 (2)在一定温度下的定容密
4、闭容器中,发生反应2NO2(g) N2O4(g)。当下列所给有关量不再变化时,能表明该反应已达到平衡状态的是ACD。 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,-9-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,判断化学平衡状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消耗速率和生成速率相等。 (2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当该量不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否达到平衡状态的判断依据。,-10-,考点一,考点二,基础梳理,
5、考点突破,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,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。 (2)等价标志: 全部是气体参加的非等体积反应,体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。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,断裂的化学键的物质的量与形成的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
6、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。,-11-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例1在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应 (甲)2NO2(g) 2NO(g)+O2(g) (乙)H2(g)+I2(g) 2HI(g) 现有下列状态: 反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于化学计量数之比 反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比 浓度之比等于化学计量数之比 混合气体的颜色不再改变 混合气体的密度不再改变 混合气体的平均相对分子质量不再改变,-12-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,绝热条件下体系温度不再改变 恒温条件下压强不再改变 反应物的浓度
7、不再改变 反应物或生成物的百分含量不再改变 其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是; 能表明(乙)达到化学平衡状态的是。,-13-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,解析:反应甲是气体体积增大的反应,且NO2为红棕色气体。而反应乙是气体体积不变的反应,I2蒸气也是红棕色气体。都表示正反应方向,不能说明甲、乙达到平衡状态。正、逆反应速率之比等于化学计量数之比,甲、乙均达到平衡状态。化学平衡时浓度之比与化学计量数之比无必然联系,不能说明是否达到化学平衡状态。混合气体的颜色不改变,说明NO2、I2的浓度不变,甲、乙均达到平衡状态。容器体积恒定,反应混合物均为气体,故密度不是变量,不能说明反应达到平衡
8、状态。反应甲是化学反应计量数增大的反应,故反应未达到平衡时该反应的平均相对分子质量是变量,平均相对分子质量不变即说明达到化学平衡状态。反应乙是气体体积不变的反应,其平均相对分子质量不变,不能说明反应达到化学平衡状态。化学反应中伴随着能量的变化,绝热容器中温度是变量,温度不变说明达到平衡状态。恒温下,反应甲是压强增大的反应,反应乙是压强不变的反应。压强不变可说明甲达到化学平衡状态,不能说明乙达到化学平衡状态。和均能说明反应甲、乙达到化学平衡状态。,-14-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,方法技巧正确判断化学反应是否达到平衡状态 1.如果题目中出现:单位时间、同时、反应速率等词语时,一般用“
9、动”即v(正)=v(逆)进行判断。其他情况一般用“变”进行判断。 2.如果出现密度、相对分子质量等物理量时,首先要写出其计算公式,即 ,然后再用上述方法分析公式中物理量的变化情况。,-15-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.在一定温度下的恒容密闭容器中,投入一定量CuO(s)和CO(g)发生可逆反应2CuO(s)+CO(g) Cu2O(s)+CO2(g),下列情况能说明反应达到平衡状态的是( ) A.容器内混合气体颜色保持不变 B.容器内混合气体密度保持不变 C.容器内混合气体总压强保持不变 D.容器内的CuO浓度保持不变,答案,解析,-16-,考点一,考点二,基础梳理,考点
10、突破,2.可以证明可逆反应N2+3H2 2NH3已达到平衡状态的是( ) 1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂;1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂;其他条件不变时,混合气体的平均相对分子质量不再改变;恒温恒容时,体系压强不再改变;NH3、N2、H2的体积分数不再改变;恒温恒容时,混合气体的密度保持不变;正反应速率v(H2)=0.6 molL-1min-1,逆反应速率v(NH3)=0.4 molL-1min-1 A. B. C. D.,C,-17-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,化学平衡常数及其应用 1.化学平衡常数 (1)定义。 在一定温度下,一个可逆反应达到化学平衡状态时,生成物
11、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。,-18-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)意义及应用。 K值越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。 当K105时,可以认为反应进行得较完全。 K值越小,正反应进行的程度越小,反应物的转化率越小。 当K10-5时,认为反应很难进行。 (4)影响因素。 内因:反应物本身的性质。 外因:只受温度影响,与浓度、压强、催化剂等外界因素无关。,-19-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-20-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 已知:在600 时,以下三个反应的平衡常数:,(2)反应的K2值随
12、着温度升高而增大,则反应的反应热H0。 (3)反应的K3值与K1、K2的关系是_。 (4)若其他条件不变,向反应所在的密闭容器中充入H2O(g),则平衡将向正反应方向移动,该反应的平衡常数不变(填“变大”“变小”或“不变”)。,-21-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,有关化学平衡常数的计算及应用 1.判断或比较可逆反应进行的程度 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:,-22-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-23-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-24-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-25-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)注意事项: 注意反应物和生成
13、物的浓度关系。反应物:c(平)=c(始)-c(变);生成物:c(平)=c(始)+c(变)。利用 计算时要注意m总应为气体的质量,V应为反应容器的容积,n总应为气体的物质的量。 起始浓度之比、平衡浓度之比不一定与化学计量数成正比,但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的,故各物质的浓度变化之比等于化学计量数之比,这是计算的关键。,-26-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例2(2018全国,节选)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:,对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343
14、K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。,-27-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(1)343 K时反应的平衡转化率= %。平衡常数K343 K = (保留2位小数)。 (2)在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是 ;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有 、 。,答案 (1)22 0.02 (2)及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) (3)大于 1.3,-28-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-29-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-30-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练 3.在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8
15、 mol A2气体和0.6 mol B2气体,一定条件下发生反应:A2(g)+B2(g) 2AB(g) H0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示,下列说法不正确的是( )A.图中A点的值为0.15 B.该反应的平衡常数K=0.03 C.温度升高,平衡常数K值减小 D.平衡时A2的转化率为62.5%,答案,解析,-31-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,4.乙烯是重要的化工原料。用CO2催化加氢可制取乙烯: 2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) H0。,(1)若该反应体系的能量随反应过程的变化关系如图所示,则该反应的H= kJmol-1。(用含a、b的式子表示
16、),-32-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(2)几种化学键的键能如表所示,实验测得上述反应的H=-152 kJmol-1,则表中的x= 。,-33-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)向1 L恒容密闭容器中通入1 mol CO2和n mol H2,在一定条件下发生上述反应,测得CO2的转化率(CO2)与反应温度、投料比X 的关系如图所示。,X1 (填“”“”或“=”,下同)X2;平衡常数KA KB, KB KC。 若B点时X=3,则平衡常数KB= (代入相关数据列出算式即可)。 下列措施能同时满足增大反应速率和提高CO2转化率的是 。 a.升高温度 b.加入催化剂 c.增大投料
17、比X d.将产物从反应体系中分离出来,-34-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-35-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-36-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,升高温度,平衡向逆反应方向移动,CO2转化率降低,a错误;加入催化剂,平衡不移动,b错误;增大投料比,增大H2浓度,反应速率加快,CO2转化率增大,c正确;将产物分离,提高CO2转化率,但反应速率降低,d错误。,-37-,1.化学平衡状态的5个特征 逆动等定变。 2.2个化学平衡状态的标志 (1)实质:v(正)=v(逆);(2)现象:各物质浓度、质量不变。 3.化学平衡常数的3个应用 (1)判断反应进行的程度。 (2)由
18、Qc与K的大小判断某时刻反应进行的方向。 (3)计算平衡浓度和转化率。,-38-,-39-,2,1,3,4,6,5,1.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g) C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够表明该反应已达平衡状态的是( ) A.混合气体的压强 B.混合气体的平均相对分子质量 C.A的物质的量浓度 D.气体的总物质的量,解析:因反应前后气体分子总数不变,故无论反应是否达到平衡状态,混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变;物质A为固体,不能用来判断反应是否达到平衡状态;因反应物A为固体,故混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态。,B,-40-,2,1
19、,3,4,6,5,2.在一定条件下,对于已达到平衡的可逆反应:2X(g)+Y(g) 2Z(g),下列说法中正确的是( ) A.平衡时,此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系: B.改变条件后,该反应的平衡常数K一定不变 C.改变压强并加入催化剂,平衡常数会随之变化 D.平衡时增加X和Y的浓度,则平衡常数会减小,A,解析:化学平衡常数K只随温度的改变而改变,改变其他条件都不会引起平衡常数的改变,B、C、D错误。,-41-,4,3,1,2,6,5,3.一定温度下某容积固定的密闭容器中,发生可逆反应A(g)+B(g) 2C(g),下列叙述能说明反应已达到平衡状态的是( ) A.容器内的压强不再变
20、化 B.混合气体的密度不再变化 C.消耗B的速率是生成C的速率的 D.单位时间内生成a mol B,同时生成2a mol C,D,解析:该反应前后气体物质的量不发生变化,故恒温、恒容条件下,容器内压强、气体密度均不发生变化,A、B项错误;B的消耗和C的生成均为正反应方向,C项错误;生成B、C分别表示逆反应、正反应,物质的量变化之比等于化学计量数之比,证明反应达到平衡状态,D项正确。,-42-,4,3,1,2,6,5,4.(2018安徽江淮十校联考)300 时,将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g) 2Z(g) H0,一段时间后反应达到平衡。反应
21、过程中测定的数据如下表所示:,下列说法正确的是( ) A.前2 min的平均反应速率v(X)=2.010-2 molL-1min-1 B.其他条件不变,再充入0.1 mol X和0.1 mol Y,再次平衡时Y的转化率不变 C.当v逆(Y)=2v正(Z)时,说明反应达到平衡 D.该反应在250 时的平衡常数小于1.44,答案,解析,-43-,6,5,3,1,2,4,5.煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题: 在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。,(1)由图分
22、析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均(填“增大”“不变”或“减小”)。,-44-,6,5,3,1,2,4,-45-,6,5,3,1,2,4,6.(2017全国)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: (1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。 A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以 B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 C.0.10 molL-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1 D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸,-46-,6,5,3,1,2,4,
23、(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。,通过计算,可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为 、 ,制得等量H2所需能量较少的是 。,-47-,6,5,3,1,2,4,(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L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620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率2 1,该反应的H (填“”“”或“=”
24、)0。 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.H2S B.CO2 C.COS D.N2,-48-,6,5,3,1,2,4,-49-,6,5,3,1,2,4,解析 (1)酸性强弱与酸的电离程度有关。A项利用强酸制弱酸反应原理,可知H2SO3的酸性强于H2CO3,而H2CO3的酸性强于H2S,A项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;由B项可知同浓度的H2SO3的电离程度大于H2S的,B项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;由C项可知同浓度的亚硫酸和氢硫酸中,前者的c(H+)大于后者的c(H+),C项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;而酸性强弱与酸的还原性无关,故D项不
25、可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱。 (2)热化学方程式的书写应注意标明各物质的聚集状态和H的单位。将题中热化学方程式依次编号为,依据盖斯定律,+可得:,由两个热化学方程式比较可知,制得等量H2系统()所需热量较少。,-50-,6,5,3,1,2,4,-51-,6,5,3,1,2,4,升高温度,平衡后水的物质的量分数增大,即平衡正向移动,则H2S的转化率增大。升高温度,平衡向吸热反应方向移动,则正反应为吸热反应,H0。 增大反应物中一种物质的百分含量,其自身的转化率降低,而另外一种反应物的转化率增大,因此选B。加入COS时,平衡逆向移动,H2S的转化率减小;加入N2,平衡不移动,H2S的转化率不变。,
