化学平衡学案.docx
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化学平衡学案
化学平衡状态
考点一 化学平衡状态与化学反应进行的方向
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学反应的限度
a
b
2.化学平衡的概念
a
b
3.化学平衡状态的特征
a
b
4.自发反应的概念、熵变的概念
a
5.用熵变、焓变判断化学反应的方向
c
（一）化学平衡状态
1．可逆反应
在同一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．化学平衡状态
（1）概念
一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
（2）化学平衡的建立
（3）平衡特点
（二）化学反应进行的方向（加试）
1．自发过程
（1）含义
在一定温度和压强下，不需要借助外力作用就能自发进行的过程。
（2）特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态（体系对外部做功或释放热量）。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性（无序体系更加稳定）。
2．自发反应
在一定温度和压强下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
3．判断化学反应方向的依据
（1）焓变与反应方向
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。
可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
（2）熵变与反应方向
①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。
大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
a．熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。
用符号S表示。
同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S（g）>S（l）>S（s）。
b．熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
（3）综合判断反应方向的依据
①ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。
②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。
③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
正误辨析
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）2H2O
2H2↑＋O2↑为可逆反应（×）
（2）二次电池的充、放电为可逆反应（×）
（3）对反应A（g）＋B（g）C（g）＋D（g），压强不随时间而变，说明反应已达到平衡状态（×）
（4）对NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）反应，当每消耗1molSO3的同时生成1molNO2时，说明反应达到平衡状态（×）
（5）CaCO3（s）
CaO（s）＋CO2（g）是一个熵增加的过程（√）
（6）ΔH＜0，ΔS＞0的反应，一定是自发反应（√）
（7）吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行（×）
（8）由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程（√）
题组一 正确理解概念
1．下列说法错误的是（ ）
A．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
B．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，反应速率一定不相等
C．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
D．化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变
答案 B
2．向含有2molSO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH＝－QkJ·mol－1（Q＞0），充分反应后生成SO3的物质的量______（填“＜”、“>”或“＝”，下同）2mol，SO2的物质的量______0mol，转化率______100%，反应放出的热量________QkJ。
答案 ＜ > ＜ ＜
题组二 极端假设，界定范围，突破判断
3．一定条件下，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∶1
B．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0＜c1＜0.14mol·L－1
答案 D
解析 平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应v生成（Y）∶v生成（Z）应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知，c1的取值范围为0＜c1＜0.14mol·L－1。
4．（2016·浙江10月选考，12）在一定条件下，可逆反应X（g）＋2Y（g）2Z（g） ΔH＝－akJ·mol－1，达到化学平衡时，下列说法一定正确的是（ ）
A．反应放出akJ热量
B．X和Y的物质的量之比为1∶2
C．反应物和生成物的浓度都不再发生变化
D．X的正反应速率等于Z的逆反应速率
答案 C
解析 A项，由于该反应为可逆反应，且没给出反应物物质的量，所以反应放出热量不确定；B项，达到平衡时，X、Y的物质的量之比不一定为1∶2，它和起始量、转化率均有关系；D项，达到平衡时，X的正反应速率与Z的逆反应速率应符合其化学计量数之比。
极端假设法确定各物质浓度范围
上述题目4可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（mol·L－1）0.10.30.2
改变浓度（mol·L－1）0.10.10.2
终态浓度（mol·L－1）00.20.4
假设反应逆向进行到底：
X2（g）＋Y2（g）2Z（g）
起始浓度（mol·L－1）0.10.30.2
改变浓度（mol·L－1）0.10.10.2
终态浓度（mol·L－1）0.20.40
平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈（0,0.2），Y2∈（0.2,0.4），Z∈（0,0.4）。
题组三 审准题干，关注特点，判断标志
5．（2016·宁波市效实中学高一下学期期中）一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行反应A（s）＋2B（g）C（g）＋D（g），当下列物理量不发生变化时，能说明该反应已达到平衡状态的是（ ）
①混合气体的密度 ②容器内气体的压强 ③混合气体总物质的量 ④B物质的量浓度
A．①④B．只有②③
C．②③④D．只有④
答案 A
解析 ①由于气体的质量会发生变化，所以若混合气体的密度不变，则反应达到平衡，故正确；②由于该反应是在恒容的密闭容器内进行的反应前后气体的体积相等的反应，所以无论反应是否达到平衡，容器内气体的压强不变，因此不能判断反应达到平衡，错误；③由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以无论反应是否达到平衡，混合气体总物质的量不变，正确；④B是气体，若反应未达到平衡，则B的物质的量浓度就会发生变化，所以B物质的量浓度不变说明反应达到平衡状态，故正确，故选A。
6．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：
C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。
不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是（ ）
A．体系的体积不再发生变化
B．v正（CO）＝v逆（H2O）
C．生成nmolCO的同时生成nmolH2
D．1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键
答案 C
解析 不论反应是否达到平衡状态，生成nmolCO的同时都会生成nmolH2。
7．在容积固定且绝热的密闭容器内发生化学反应：
2HI（g）H2（g）＋I2（g），下列各项事实都是在其他条件一定的前提下形成的，其中能表明化学反应达到平衡状态的是____________（填序号）。
①混合气体的颜色保持不变 ②容器内的温度保持不变
③容器内的压强保持不变 ④各物质的总浓度保持不变
⑤单位时间内形成nmolH—H键的同时也断裂2nmolH—I键 ⑥混合气体的平均摩尔质量保持不变
⑦Q＝K ⑧ΔH保持不变 ⑨生成amolH2（g）的同时消耗amolI2（g） ⑩v逆（H2）＝
v正（HI）
答案 ①②③⑦⑧⑨⑩
解析 ①容器中有颜色的物质是I2，混合气体的颜色保持不变表明c（I2）不变；②容器绝热，化学反应必然伴随着能量的变化，容器内的温度保持不变表明v正＝v逆；③容器绝热、温度可变，依据pV＝nRT压强也可变，当温度不变时，压强也不变化，是平衡的标志；④容器容积不变，化学反应前后气体物质的量不变，各物质的总浓度不变不能说明v正＝v逆；⑤形成nmolH—H键和断裂2nmolH—I键描述的都是正向的反应，不能说明v正＝v逆；⑥反应前后气体的质量和物质的量一直都保持不变，故混合气体的平均摩尔质量始终保持不变；⑦K为平衡常数，当Q＝K时，反应一定达到化学平衡状态；⑧化学反应的ΔH的大小与温度有关，容器绝热，化学反应必然伴随着能量的变化，ΔH保持不变，表明v正＝v逆；⑨生成amolH2（g）的同时消耗amolI2（g），表明v正＝v逆；⑩逆反应消耗H2的速率是正反应消耗HI的速率的一半，也表明v正＝v逆。
规避“2”个易失分点
（1）注意两审
一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压；二审反应特点：
①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；②是有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。
（2）不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI（g）H2（g）＋I2（g）。
③全是气体参加体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI（g）H2（g）＋I2（g）。
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
题组四 化学反应方向的判定（加试）
8．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。
对此说法的理解正确的是（ ）
A．所有的放热反应都是自发进行的
B．所有的自发反应都是放热的
C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
答案 C
9．下列过程属于熵增加的是（ ）
A．一定条件下，水由气态变成液态
B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石
C．4NO2（g）＋O2（g）===2N2O5（g）
D．固态碘升华
答案 D
10．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？
已知：
在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol－1，ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1。
答案 会自发变成灰锡，不能再继续使用。
解析 ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1－273K×（－6.61J·mol－1·K－1）≈－376.37kJ·mol－1＜0，能自发进行。
11．
（1）（2015·浙江省普通高校招生选考科目考试）碳热还原制备氮化铝的总反应化学方程式为
Al2O3（g）＋3C（s）＋N2（g）2AlN（s）＋3CO（g）
该反应在高温下自发进行，则随着温度升高，反应物Al2O3的平衡转化率将________（填“增大”、“不变”或“减小”），理由是_______________________________________。
答案 增大 该反应高温下自发，且ΔS>0，所以ΔH>0，即正方向为吸热反应，则升高温度，平衡正向移动
（2）（2016·宁波北仑区普通高中选考）已知：
N2（g）＋O2（g）===2NO（g） ΔH＝180.5kJ·mol－1
C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH＝－393.5kJ·mol－1
2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH＝－221kJ·mol－1
则2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）的ΔH＝________，该反应能自发进行的条件________（填“高温”、“低温”或“任意温度”）。
答案 －746.5kJ·mol－1 低温
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下均自发进行
＋
－
永远是正值
在任何温度下均非自发进行
＋
＋
低温为正高温为负
低温时非自发，高温时自发
－
－
低温为负高温为正
低温时自发，高温时非自发
考点二 化学平衡的移动（加试）
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学平衡移动的概念
a
2.影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
b
3.用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
c
1．概念
可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件（如温度、压强、浓度等）发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。
这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。
2．过程
3．化学平衡移动与化学反应速率的关系
（1）v正>v逆：
平衡向正反应方向移动。
（2）v正＝v逆：
反应达到平衡状态，平衡不移动。
（3）v正＜v逆：
平衡向逆反应方向移动。
4．借助图像，分析影响化学平衡的因素
（1）影响化学平衡的因素
若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，且v正′>v逆′
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，且v逆′>v正′
逆向移动
任一平衡体系
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，且v正′>v逆′
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小，且v正′>v逆′
正向移动
任意平衡或反应前后气体化学计量数和相等的平衡
正催化剂或增大压强
v正、v逆同等倍数增大
平衡不移动
负催化剂或减小压强
v正、v逆同等倍数减小
（2）勒夏特列原理（化学平衡移动原理）
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），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
5．几种特殊情况
（1）当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
（2）对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。
（3）“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
原平衡体系
体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温、恒压条件
（4）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。
题组一 选取措施使化学平衡定向移动
1．COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g） ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：
①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是（ ）
A．①②④B．①④⑥C．②③⑤D．③⑤⑥
答案 B
解析 该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。
恒压通入惰性气体，相当于减压。
恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。
增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。
2．某温度下，反应2A（g）B（g） ΔH>0，在密闭容器中达到平衡，平衡后
＝a，若改变某一条件，足够时间后反应再次达到平衡状态，此时
＝b，下列叙述正确的是（ ）
A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了B气体，则a＜b
B．若a＝b，则容器中一定使用了催化剂
C．若其他条件不变，升高温度，则a＜b
D．若保持温度、压强不变，充入惰性气体，则a>b
答案 B
解析 A项，充入B气体相当于增大压强，B的体积分数增大，故a>b；B项，只有使用催化剂，平衡不移动，a＝b；C项，升高温度，平衡正向移动，a>b；D项，相当于扩大容器容积，减小压强，平衡逆向移动，a＜b。
题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断
3．对于一定条件下的可逆反应
甲：
A（g）＋B（g）C（g） ΔH＜0
乙：
A（s）＋B（g）C（g） ΔH＜0
丙：
A（g）＋B（g）2C（g） ΔH＞0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
（1）升温，平衡移动方向分别为（填“向左”、“向右”或“不移动”）甲________；乙________；丙________。
此时反应体系的温度均比原来____（填“高”或“低”）。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为（填“增大”、“减小”或“不变”）
甲________；乙________；丙________。
答案 向左 向左 向右 高 减小 减小 不变
（2）加压，使体系体积缩小为原来的
①平衡移动方向（填“向左”、“向右”或“不移动”）
甲________；乙________；丙________。
②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p
、p
、p
，则p甲与p
，p乙与p
，p丙与p
的关系分别为
甲________；乙________；丙________。
③混合气体的平均相对分子质量变化分别为（填“增大”、“减小”或“不变”）
甲________；乙________；丙________。
答案 ①向右 不移动 不移动 ②p甲＜p
＜2p甲 p
＝2p乙 p
＝2p丙 ③增大 不变 不变
4．在一体积可变的密闭容器中加入一定量的X、Y，发生反应mX（g）nY（g） ΔH＝QkJ·mol－1。
反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：
c（Y）/mol·L－1温度/℃气体体积/L
1
2
4
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.90
0.63
300
1.30
1.00
0.70
下列说法正确的是（ ）
A．m>n
B．Q＜0
C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少
D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动
答案 C
解析 温度不变时（假设100℃条件下），体积是1L时，Y的物质的量为1mol，体积为2L时，Y的物质的量为0.75mol·L－1×2L＝1.5mol，体积为4L时，Y的物质的量为0.53mol·L－1×4L＝2.12mol，说明体积越小，压强越大，Y的物质的量越小，Y的质量分数越小，平衡向生成X的方向进行，m＜n，A项错误，C项正确；体积不变时，温度越高，Y的物质的量浓度越大，说明升高温度，平衡向生成Y的方向移动，则Q>0，B、D项错误。
1．判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。
2．压强的影响实质是浓度的影响，所以只有当这些“改变”造成浓度改变时，平衡才有可能移动。
3．化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”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℃＜T＜80℃；③若对体系N2（g）＋3H2（g）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＜p＜60MPa。
考点三 化学平衡常数与化学平衡的计算（加试）
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学平衡常数
b
2.反应物的转化率
b
3.化学平衡常数与反应限度、转化率的关系
c
（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化学平衡时，生成物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
对于反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（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．意义
（1）K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。
（2）K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
（3）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4．借助平衡常数可以判断一个化学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：
＝Q，称为浓度商。
Q
（二）化学平衡的计算
1．分析三个量
即起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系
（1）对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
（2）对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
（3）各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．计算方法
三段式法
化学平衡计算模式：
对以下反应：
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量（mol）分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mxmol，容器容积为VL。
mA（g） ＋ nB（g）pC（g）＋qD（g）
起始（mol）ab00
变化（mol）mxnxpxqx
平衡（mol）a－mxb－nxpxqx
则有：
（1）K＝
（2）c平（A）＝
mol·L－1。
（3）α（A）平＝
×100%，α（A）∶α（B）＝
∶
＝
。
（4）φ（A）＝
×100%。
（5）
＝
。
（6）
（混）＝
g·L－1。
（7）
＝
g·mol－1。
正误辨析
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度（×）
（2）催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数（×）
（3）平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动（√）
（4）化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化（√）
（5）也可以用平衡时气体物质的分压表示化学平衡常数（√）
（6）温度升高，化学平衡常数可能增大也可能减小（√）
题组一 化学平衡常数及其影响因素
1．温度为T℃时，在体积为10L的真空容器中通入1.00mol氢气和1.00mol碘蒸气，20min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020mol·L－1。
涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：
①H2（g）＋I2（g）2HI（g）
②2H2（g）＋2I2（g）4HI（g）
下列说法正确的是（ ）
A．反应速率用HI表示时，v（HI）＝0.008mol·L－1·min－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同
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