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第三节化学平衡学案

第三节  化学平衡(1课时)

一.化学平衡研究的对象——可逆反应

(1)概念:

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。

①三同:

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。

②一小:

任一组分的转化率都100%。

(3)表示方法:

在化学方程式中用“”表示。

【例题】1:

在密闭容器中充入SO2和由O18原子组成的O2,在一定条件下开始反应,在达到平衡前,O18存在于()

 A、只存在于氧气中B、只存在于SO3中C、只存在于SO2和SO3中  D、SO2、SO3、O2中都有可能存在。

【例题】2、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),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断正确的是(  )

A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3

C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0mol·L-1

二、化学平衡状态

1、概念:

一定条件下的可逆反应,当反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率,反应物的浓度和生成物的浓度,我们称为“化学平衡状态”,简称化学平衡。

2、化学平衡的建立以CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)反应为例:

在一定条件下,将0.01molCO和0.01molH2O(g)通入1L密闭容器中,开始反应:

(1)反应刚开始时:

反应物的浓度,正反应速率。

生成物的浓度为,逆反应速率为

(2)反应进行中

反应物的浓度,正反应速率。

生成物的浓度,逆反应速率。

(3)肯定最终有一时刻,正反应速率与逆反应速率,此时,反应物的浓度,生成物的浓度也,即达到了化学平衡状态,如上图所示。

3、化学平衡的特征:

(1)动——反应达到平衡时,实际反应并不

(2)等——反应达到平衡时,≠0

(3)定——各组分的含量保持一定不变

(4)变——条件改变,平衡状态有可能

【例题】3:

在一定条件下,某容器内充入N2和H2合成氨,以下叙述中错误的是()

A、开始反应时,正反应速率最大,逆反应速率为零。

B、随着反应的进行,正反应速率减小,最后降为零。

C、随着反应的进行,正反应速率减小,逆反应速率增大,最后相等。

D、在反应过程中,正反应速率等于逆反应速率。

【探究活动】一、化学平衡状态的判断

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的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否是平衡状态的判断依据。

例如:

以A(g)+2B(g)

3C(g)

1.直接标志:

①速率关系:

v正=v逆(实质):

同种物质,生成速率等于消耗速率。

比如A消耗速率与A的生成速率相等,

不同种物质遵循“同边异向,异边同向,比例相当”。

比如A的消耗速率与C的消耗速率之比等于1:

3,B生成速率与C的生成速率之比等于2:

3。

②各物质的百分含量(物质的量,物质的量分数,质量,质量分数,气体的体积,气体的体积分数)保持不变。

(2)间接标志:

原则“变量不变则可用”

①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。

(注:

m+n≠p)

②混合气体的平均相对分子质量M。

③混合气体的密度。

④组成成分有颜色时,体系颜色不再变化⑤绝热体系,体系温度一定。

【例题】4.可逆反应:

2NO2

2NO+O2在体积不变的密闭容器中进行,达到平衡的标志是()

1单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时,生成2nmolNO 

③用NO2、NO、O2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、①④⑥B、②③⑤C、①③④D、①②③④⑤⑥

【随堂练习】

1.一定温度下,可逆反应H2(g)+I2(g)

2HI(g)达到化学平衡状态的标志是(  )

A.混合气体的压强不再变化B.混合气体的颜色不再变化

C.反应速率v(H2)=

v(HI)D.c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2

2.一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)

Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是(  )

A.混合气体的密度不再变化B.反应容器中Y的质量分数不变

C.X的分解速率与Y的消耗速率相等D.单位时间内生成1molY的同时生成2molX

3.在一个不传热的固定容积的密闭容器中,发生可逆反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),当m、n、p、q为任意整数时,反应达到平衡的标志是(  )

①体系的压强不再改变 ②体系的温度不再改变 ③各组分的浓度不再改变 ④各组分质量分数不再改变 ⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q ⑥单位时间内mmolA断键反应,同时pmolC也断键反应 ⑦体系的密度不再变化

A.③④⑤⑥B.②③④⑥C.①③④⑤D.③④⑥⑦

4、在一个密闭容器中发生如下反应:

2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为:

0.2mol·L—1,0.2mol·L—1,0.2mol·L—1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是()A.c(SO3)=0.4mol·L—1B.c(SO2)=c(SO3)=0.15mol·L—1

C.c(O2)=0.1mol·L—1D.c(SO2)+c(SO3)=0.4mol·L—1

5.一定温度下,在密闭容器中N2O5可发生下列反应:

①2N2O5(g)

4NO2(g)+O2(g)②2NO2(g)

2NO(g)+O2(g)

若达平衡时,c(NO2)=0.4mol/L,c(O2)=1.3mol/L,则反应②中NO2的转化率为________,N2O5(g)的起始浓度应不低于________mol/L。

化学平衡的移动(2课时)

一、外界条件对化学平衡移动的影响

【探究活动】1.浓度对化学平衡的影响:

(1)规律:

在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度或减小生成物浓度,都可以使平衡向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,都可以使平衡向移动。

注意:

固体物质和纯液体无所谓浓度,其量改变,不影响平衡。

(2)用v-t图表示化学平衡的移动:

V′正

V正

vv

V′逆

V正

例:

V逆

V逆

0t0t

①旧的化学平衡②增大反应物的浓度后新的化学平衡的移动

【例题】1、用v-t图表示下列平衡的移动:

③减少反应物的浓度④增大生成物的浓度⑤减少生成物的浓度

2.FeCl2溶液呈浅绿色,其中存在着下列平衡:

Fe2++2H2O

Fe(OH)2+2H+,改变下列条件能使平衡向逆反应方向移动的是()

A.增大FeCl2的浓度B.加入氢氧化钠固体C.通入氯化氢气体D.加入Fe(OH)2

【探究活动】2.压强对化学平衡的影响:

(1)规律:

对反应前后气体总体积发生变化的化学反应,在其他条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向着移动。

减小压强,会使化学平衡向着移动。

对于有些可逆反应,反应前后气态物质的总体积没有发生变化,如2HI(g)

H2(g)+I2(g)在这种情况下,增大或减小压强都化学平衡移动。

但是正逆反应速率会同等程度的增大或减小。

注意:

①固态物质或液态物质的体积,受压强的影响很小,可以忽略不计。

因此,如果平衡混合物都是固体或液体,可以认为改变压强不能使化学平衡移动。

②.加入惰性气体后平衡体系是否发生移动或如何移动,取决于平衡体系中V正和V逆是否变化或变化的相对大小。

若在恒容的条件下加入惰性气体,它并不能引起体系中其它物质的浓度改变,所以平衡不移动;

若在恒压情况下加入惰性气体,必然引起平衡体系占据的体积增大,体系中其它物质的浓度减小,使平衡向着气体体积增大的方向移动。

③同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。

(2)v—t图:

比如2SO2(g)+O2(g)

SO3(g)如右图。

 

注意:

与浓度的影响v—t图有何差别?

【例题】3:

分别画出下列两个反应增大压强和减小压强的v—t图。

①2NO2(g)

2NO(g)+O2(g)②2HI(g)

H2(g)+I2(g)

 

4.下列反应达到化学平衡时,增大压强,平衡是否移动?

向哪个方向移动?

①2NO(g)+O2(g)

2NO2(g)②H2O(g)+CO(g)

CO2(g)+H2(g)

③H2O(g)+C(s)

CO(g)+H2(g)④CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g)

⑤H2S(g)

H2(g)+S(s)

5、.一定量的混合气体在密闭容器中发生反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)达到平衡后,温度不变,将气体体积缩小到原来的1/2,达到新的平衡时,C的浓度为原来的1.8倍,则下列说法正确的是()

A.m+n>pB.A的转化率降低C.平衡向正反应方向移动D.C的体积分数增加

【探究活动】3.温度对化学平衡的影响

(1)规律:

任何反应都伴随着能量的变化,通常表现为放热或吸热;所以温度对化学平衡移动也有影响。

如果升高温度,平衡向___的方向移动;降低温度平衡向____的方向移动。

(2)v—t图:

如下图。

 

 

【探究活动】4.催化剂对化学平衡影响

通过对变化的分析可知:

催化剂可的增加正逆反应速率,平衡移动。

但催化剂能反应到达平衡所需的时间。

思考后作出v—t图:

 

【例题】6、反应A+B―→C分两步进行:

①A+B―→X,②X―→C,反应过程中能量变化如图所示,E1表示反应A+B―→X的活化能。

下列有关叙述正确的是(  )

A.E2表示反应X―→C的活化能

B.X是反应A+B―→C的催化剂

C.反应A+B―→C的ΔH<0

D.加入催化剂可改变反应A+B―→C的焓变

7.放热反应2NO2(g)+O2(g)

2NO2(g)ΔH<0达到平衡后,若分别采取下列措施:

①增大压强 ②减小NO2的浓度 ③增大O2浓度 ④升高温度⑤加入催化剂,能使平衡向正反应方向移动的是()

A.①②③    B.②③④C.③④⑤D.①②⑤

小结:

解答化学平衡移动题目的一般思路

改变条件

【例题】8、对处于化学平衡的体系,以化学平衡与化学反应速率的关系可知()

A.化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动B.化学平衡发生移动时,化学反应速率一定变化。

C.平衡向正反应移动,正反应速率一定比逆反应速率大

D.只有催化剂存在下,才会发生化学反应速率变化而化学平衡不移动的情况

【探究活动】5、勒夏特列原理:

定义:

如果改变影响化学平衡的条件(浓度、压强、温度等)之一,平衡将向着的方向移动。

理解:

(1)只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向;

(2)仅使用勒夏特列原理于已达平衡的反应体系,对不可逆过程或未达到平衡的过程的可逆反应均不能使用勒夏特列原理;

(3)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“消灭”外界条件的改变,改变是不可逆转的。

新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。

如①增大反应物A的浓度,平衡右移,A的浓度在增大的基础上减小,但达到新平衡时,A的浓度一定比原平衡大。

②若将体系温度从50℃升高到80℃,则化学平衡向吸热反应方向移动,达到新的平衡状态时50℃

2NH3(g)加压,例如从30MPa加压到60MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,达到新的平衡时30MPa

(4)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来,当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高;当增大一种反应物的浓度,使平衡向正反应方向移动时,只会使其他反应物的转化率提高。

【例题】8、下列有关合成氨工业的叙述,可用勒夏特列原理来解释的是(  )

A.使用铁做催化剂,可提高合成氨反应的速率B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应

C.500℃左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率

【随堂练习】

1.下列关于化学平衡的说法中正确的是(  )

A.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

B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等都等于0

C.平衡状态是一种静止的状态,因为反应物和生成物的浓度已经不再改变

D.化学平衡不可以通过改变条件而改变

2.对可逆反应2A(s)+3B(g)

C(g)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡。

下列有关叙述正确的是(  )

①增加A的量,平衡向正反应方向移动 ②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v(正)减小 ③压强增大一倍,平衡不移动,v(正)、v(逆)不变 ④增大B的浓度,v(正)>v(逆) ⑤加入催化剂,B的转化率提高

A.①②B.④C.③D.④⑤

3.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为:

CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g) ΔH<0

反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是(  )

A.增加压强      B.降低温度C.增大CO的浓度D.更换催化剂

4.反应2X(g)+Y(s)

2Z(g)ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是()

A.减小容器体积,平衡不移动B.增大Y的量,Z的百分含量增大

C.加入催化剂,X的转化率增大D.降低温度,正反应速率增大、逆反应速率减小

5.在恒容密闭容器中通入A、B两种气体,在一定条件下发生反应:

2A(g)+B(g)

2C(g) ΔH>0。

达到平衡后,改变一个条件(x),下列量(y)一定符合图中曲线的是(  )

x

y

A

通入A气体

B的转化率

B

加入催化剂

A的体积分数

C

增大压强

混合气体的总物质的量

D

升高温度

混合气体的总物质的量

6.密闭容器中一定的混合气体发生反应:

xA(g)+yB(g)

zC(g),平衡时,测得A的浓度为0.50mol/L,在温度不变时,把容器容积扩大到原来的2倍,使其重新达到平衡,A的浓度为0.30mol/L,有关叙述不正确的是(  )

A.平衡向逆反应方向移动   B.B的转化率降低

C.x+y>zD.C的体积分数升高

7.现有反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大;当减小压强时,

混合体系中C的质量分数减小,则:

⑴该反应的逆反应为   反应(填“吸热”或“放热”),且m+n  p(填“>”、“=”或“<”)。

⑵减压使容器体积增大时,A的质量分数  (填“增大”、“减小”或“不变”,下同)。

⑶若加入B(维持体积不变),则A的转化率,

⑷若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量    。

8.在2L密闭容器内,800℃时反应:

2NO(g)+O2(g)

2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:

时间(s)

0

1

2

3

4

5

n(NO)(mol)

0.020

0.01

0.008

0.007

0.007

0.007

(1)800℃,反应达到平衡时,NO的物质的量浓度是________;升高温度,NO的浓度增大,则该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。

(2)如图中表示NO2变化的曲线是________。

用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v=________。

(3)能说明该反应已达到平衡状态的是________。

a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变

c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内密度保持不变

(4)能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是________。

a.及时分离出NO2气体b.适当升高温度

c.增大O2的浓度d.选择高效催化剂

9.在5L密闭容器中加入2molFe(s)与1molH2O(g),t1秒时,H2的物质的量为0.20mol,到第t2秒时恰好达到平衡,此时H2的物质的量为0.35mol。

⑴t1~t2这段时间内的化学反应速率v(H2)=。

⑵若继续加入2molFe(s),则平衡    (填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动,继续通入1molH2O(g)再次达到平衡后,H2物质的量为mol。

⑶该反应的逆反应速率随时间变化的关系如右下图。

t1时改变了某种条件,改变的条件是    。

第二节化学平衡第3课时

一、化学平衡常数

1.概念:

在一定温度下,当一个可逆反应达到时,比值是一个常数,用符号K表示。

2.表达式:

对于反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),

K=(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。

3平衡常数的意义:

(1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。

K值越大,表示反应进行得,反应物转化率;

(2)化学平衡常数K只受    影响,与反应物或生成物的    无关

注意:

1、必须指明温度,反应必须达到平衡状态

2、平衡常数表示反应进行的程度,不表示反应的快慢,即速率大,K值不一定大

3.在平衡常数表达式中:

(1)的浓度、固体物质的浓度均不写,但是水蒸气的浓度要写。

4.平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡时的浓度,其书写形式与化学方程式的书写有关。

①将化学计量数扩大或缩小,K值可能会相应改变。

②可逆反应的K(正)与K(逆)互为倒数。

③若干方程式相加(减),则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)。

【例题】1.在一定条件下,已达平衡的可逆反应:

2A(g)+B(g)

2C(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:

K=

B.改变条件后,该反应的平衡常数K一定不变

C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数会随之变化

D.若平衡时增加A和B的浓度,则平衡常数会减小

2.已知反应①CO(g)+CuO(s)

CO2(g)+Cu(s)和反应②H2(g)+CuO(s)

Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。

则下列说法正确的是(  )

A.反应①的平衡常数K1=

B.反应③的平衡常数K=

C.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值

D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小

二、平衡常数的应用

(1)判断反应进行的程度

K值越大,说明平衡体系中所占比例越大,反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物越大;反之,就越不完全,转化率就越小。

(2)利用K可判断反应的热效应

若升高温度,K值增大,则正反应为反应(填“吸热”或“放热”);

若升高温度,K值减小,则正反应为反应(填“吸热”或“放热”)。

(3)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向

对于可逆反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),若Qc=

,则将Qc和平衡常数K作比较可判断可逆反应所处的状态。

(4)计算平衡体系中的相关“量”

根据相同温度下,同一反应的平衡常数不变,计算反应物或生成物的浓度、转化率等。

某个指定反应物的转化率=

×100%

=

×100%=

×100%

转化率越大,反应越完全

注意:

①若反应物起始量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。

②若反应物起始量之比不等于化学计量数之比,达到平衡后,过量的那种物质转化率较小。

③对于可逆反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),若只增加A的量,平衡向移动,B的转化率

A的转化率减小。

④对于下列反应,增大反应物的量,反应物的转化率变化如下

(1)2NO2(g)

N2O4(g)增大

(2)PCl5(g)

PCl3(g)+Cl2(g)减小

(3)2HI(g)

H2(g)+I2(g)不变

【例题】3、在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如表:

t/℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

回答下列问题:

(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=____________________________________。

(2)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。

(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:

3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为________。

(4)若830℃时,向容器中充入1molCO、5molH2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。

(5)830℃时,容器中的反应已达到平衡。

在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积。

平衡________移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)。

(6)若1200℃时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1、4mol·L-1、4mol·L-1,则此时上述反应的平衡移动方向为________(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。

【随堂练习】

1.反应Fe(s)+CO2(g)

FeO(s)+CO(g),700℃时平衡常数为1.47,900℃时平衡常数为2.15。

下列说法正确的是(  )

A.升高温度该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小

B.该反应的化学平衡常数表达式为K=

C.该反应的正反应是吸热反应D.增大CO2浓度,平衡常数增大

2.已知在450℃时,反应H2(g)+I2(g)

2HI(g)的K为50,由此推断出在450℃时,反应2HI(g)

H2(g)+I2(

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