《化学选修4化学平衡》知识方法体系与例题精讲.docx
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《化学选修4化学平衡》知识方法体系与例题精讲
化学选修4《2-3-化学平衡》知识方法体系与例题精讲
陈向阳2010-10-29
第1课时化学平衡状态
一、可逆反应
1、概念：
在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应，叫做可逆反应。
2、特征：
①同一条件、同时进行；②一定限度，即反应不能进行到底，反应物和生成物不可能完全转化。
可逆反应为什么有一定限度？
例如，
在一定温度下，将一定质量的蔗糖溶于100mL水的过程
结晶
二、化学平衡状态
1、概念：
在一定条件下，可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态叫化学平衡状态，它的建立与反应途径无关，从正反应或逆反应开始都可建立化学平衡状态。
v（正）=v（逆）
v（正）=v（逆）
2、特征：
逆、动、等、定、变、同
（1）逆：
研究对象必须是可逆反应
（2）动：
动态平衡（v（正）=v（逆）≠0）
（3）等：
v（正）=v（逆）（化学平衡状态的本质）
（4）定：
反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。
（化学平衡状态的现象）
（5）变：
改变条件，原平衡被破坏，建立新平衡。
（6）同：
与反应途径无关。
满足一定条件的不同途径的可逆反应，可建立相同的平衡状态。
3、判断可逆反应达到化学平衡状态的标志
角度
标志
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
本质
正逆反应速率的关系
①单位时间消耗mmolA的同时生成mmolA
平衡
②单位时间消耗nmolB的同时消耗pmolC
平衡
③v（A）︰v（B）︰v（C）︰v（D）=m︰n︰p︰q
不一定平衡
④单位时间生成nmolB的同时消耗qmolD
不一定平衡
现象
反应体系中各组分的含量
①各组分的物质的量或物质的量分数一定
平衡
②各组分的质量或质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总物质的量、总质量或总体积一定
不一定平衡
压强
①总压强一定（m+n≠p+q）
平衡
②总压强一定（m+n＝p+q）
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量
①平均相对分子质量一定（m+n≠p+q）
平衡
②平均相对分子质量一定（m+n＝p+q）
不一定平衡
气体的密度
密度一定
不一定平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡
温度
反应体系温度一定（任何反应都伴随能量变化）
平衡
【例题精讲】
1、一定温度下，在固定容积、体积为2L的密闭容器中充入1molN2和3molH2发生反应，当反应进行到10s末时达到平衡，此时容器中c（NH3）=0.15mol·L－1。
下列有关判断不正确的是
A.反应达平衡时N2的转化率为7.5%
B.反应进行到10s末时，H2的平均反应速率是0.0225mol/（L·s）
C.该反应达到平衡时的标志是容器中气体密度不再改变
D.该反应达到平衡时的标志是容器中气体压强不再改变
2、可逆反应2NO22NO+O2在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是
①单位时间内生成nmol的O2同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2时生成2nmolNO
③混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态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混合气体的压强不再改变的状态
⑦用NO2与NO、O2表示的反应速率的比为2︰2︰l的状态
A.①③④⑥B．②③⑤⑦C.①③④⑤D.全部
3、下列方法中可以说明2HI（g）H2（g）+I2（g）已达到平衡的是：
①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI；②一个H–H键断裂的同时有两个H–I键断裂；③百分组成ω（HI）=ω（I2）；④反应速率v（H2）=v（I2）=1/2v（HI）时；⑤c（HI）:
c（H2）:
c（I2）=2:
1:
1时；⑥温度和体积一定时，容器内压强不再变化；⑦温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化；⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化；⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。
A.②③⑤B.①④⑦C.②⑦⑨D.⑧⑨⑩
【参考答案】1、AC2、A3、C
第2课时化学平衡移动
一、化学平衡移动
1、定义：
指可逆反应中旧化学平衡破坏、新化学平衡建立的过程。
2、平衡移动方向的本质
（1）若v（正）＞v（逆），则平衡正移；
（2）若v（正）＝v（逆），则平衡不移动；
（3）若v（正）＜v（逆），则平衡逆移。
二、外界条件的改变对化学平衡的影响
1、浓度对化学平衡的影响
当其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。
增加固体或纯液体的用量，平衡不移动，因为固体或纯液体的浓度在通常状况下保持不变，其用量的改变不会影响v正和v逆，化学平衡不移动。
2、压强对化学平衡的影响
（1）对于反应前后气体物质的量改变的可逆反应，
增大压强，平衡向气体物质的量减小的方向移动；减小压强，平衡向气体物质的量增大的方向移动。
（2）对于反应前后气体物质的量不变的可逆反应，
增大或减小压强，正逆反应速率同等程度改变，化学平衡不移动。
（催化剂与此类似）
（3）没有气体参与的反应，改变压强不能使化学平衡移动。
【思考】在N2（g）+3H2（g）2NH3（g）密闭反应体系中，充入He气体：
（1）容积不变时，反应物质浓度，反应速率，化学平衡；
（2）气体压强不变时，容器的体积，各气体的浓度，反应速率，化学平衡向方向移动。
【参考答案】
（1）不变不变不移动
（2）增大减小减小逆反应
【小结】平衡移动中的“浓度”和“压强”因素的选择
a.单一组分浓度的改变或多组分浓度的反向改变：
以“浓度”因素分析化学平衡移动；
b.体系各组分浓度同向同倍数改变：
以“压强”因素分析化学平衡移动。
（也包含归零后的体系各组分浓度同向同倍数改变，以放缩法解释。
）
【例题精讲】
4、某温度时在固定容积的密闭容器中，反应A（g）+3B（g）2C（g）达到平衡时，各物质的物质的量之比为n（A）:
n（B）:
n（C）=2:
2:
1。
恒温下，以2:
2:
1的物质的量之比再充入A、B、C，则：
A.平衡不移动B.再达平衡时，n（A）:
n（B）:
n（C）仍为2:
2:
1
C.再达平衡时，C的体积分数增大D.再达平衡时，正反应速率增大，逆反应速率减小
【参考答案】4、C
3、温度对化学平衡的影响
升高温度化学平衡向吸热反应方向移动，降低温度化学平衡向放热反应方向移动。
【小结】化学平衡移动原理（勒夏特列原理）
如果改变影响平衡的一个条件（浓度、温度、压强等），化学平衡就向减弱这种改变的方向移动。
注意：
①此原理只适用于已达平衡的体系；②平衡移动方向与条件改变方向相反；
③移动的结果只能是减弱改变，但不能抵消改变。
不同因素引起的平衡正移导致不同的结果
变化因素
体系组分
转化率α
物质的量分数%n
物质的量n
压强或温度
反应物
增大
减小
减小
生成物
增大
增大
单一反应物浓度增大
该反应物
减小
增大
增大
其它反应物
增大
减小
减小
生成物
减小
增大
说明：
（1）没有特别说明，压强的改变指以容器容积的改变实现；
（2）单一反应物浓度增大隐含恒温恒容条件。
【例题精讲】
5、下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.黄绿色的氯水光照后颜色变浅B.由H2、I2蒸气、HI组成的平衡体系加压后颜色变深
C.使用催化剂可加快SO2转化为SO3的速率
D.在含有Fe（SCN）2＋的红色溶液中加铁粉，振荡静置，溶液颜色变浅或褪去
6、对于反应前后气体物质的量改变的可逆反应，试比较以下三种状态下的压强关系：
①改变压强前混合气体压强P1；②改变压强后瞬时气体压强P2；③改变压强达新平衡后混合气体压强P3。
加压：
；减压：
。
7、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
【参考答案】5、BC6、P2＞P3＞P1；P1＞P3＞P27、B
第3课时化学平衡图象
增大反应物浓度
一、速率--时间图象
反应前后气体物质的量不变的反应，增大压强
反应前后气体物质的量改变的反应，增大压强
降低温度
升高温度
使用催化剂
二、速率--温度（压强）图象
可逆反应mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
m+n>p+q
正反应是吸热反应
三、百分含量（转化率）--时间--温度（压强）图象
可逆反应mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
T1T1>T2，正反应是放热反应
P1p+q
P1四、百分含量（转化率）--压强--温度图象
可逆反应mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
正反应是放热反应，m+n正反应是放热反应，m+n>p+q
五、浓度--时间图象
8、右图表示800℃时，A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化情况，t1是到达平衡状态的时间。
试回答：
（1）该反应的反应物是：
；
（2）反应物的转化率是：
；
（3）该反应的化学方程式为。
9、今有X（g）+Y（g）2Z（g）△H<0。
从反应开始经过t1后达到平衡状态,t2时由于条件改变,平衡受到破坏,在t3时又达到平衡,据右图回答:
从t2→t3的曲线变化是由哪种条件引起
A．增大X或Y的浓度B．增大压强
C．使用催化剂D．升高温度
【参考答案】8、
（1）A；
（2）40%；（3）2AB+3C9、D
六、其它
10、mM（s）+nN（g）pQ（g）△H<0。
在一定温度下平衡时N%与压强的关系如图，下列有关叙述正确的是
A、A点时混合物的V（正）>V（逆）B、A点比B点反应速率快
C、n>pD、m+n>p
11、可逆反应2A+B2C（g）△H<0，随温度变化气体平均摩尔质量如图所示，则下列叙述正确的是
A．A和B可能都是固体B．A和B一定都是气体
C．若B为固体，则A一定是气体D．A和B不可能都是气体
【参考答案】10、A11、C
【小结】
1、图像问题解题步骤
（1）看懂图象：
①面（即看清纵坐标与横坐标），②线（即线的走向和变化趋势），③点（即起点、拐点、交点、终点），④是否要作辅助线（如等温线、等压线）。
（2）联想规律:
联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
（3）作出判断：
根据图像中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。
2、原则
（1）“定一议二”原则
（2）“先拐先平，数值大”原则
【例题精讲】
12、可逆反应A2（?
）+B2（?
）2AB（?
）ΔH＝－QkJ/mol，当温度和压强改变时n（AB）的变化如下图，下列叙述正确的是
A.A2、B2及AB均为气体，Q＞0
B.AB为气体，A2、B2至少有一种为非气体，Q＞0
C.AB为气体，A2、B2有一种为非气体，Q＜0
D.AB为固体，A2、B2有一种为非气体，Q＞0
t/min
13、根据下列有关图象，说法正确的是
A.由图Ⅰ知，反应在T1、T3处达到平衡，且该反应的△H＜0
B.由图Ⅱ知，反应在t6时，NH3体积分数最大
C.由图Ⅱ知，t3时采取降低反应温度的措施
D.Ⅲ在10L容器、850℃时反应，由图知，到4min时，反应放出51.6kJ的热量
v（正）
14、某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B，一定温度下发生反应A（g）+xB（g）2C（g），达到平衡后，只改变反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化的如下图所示。
下列说法中正确的是
A.30min时降低温度，40min时升高温度B.8min前A的平均反应速率为0.08mol/（L·min）
C.反应方程式中的x＝1，正反应为吸热反应D.20min～40min间该反应的平衡常数均为4
15、对于反应N2O4（g）2NO2（g），在温度一定时，平衡体系中NO2的体积分数ψ（NO2）随压强的变化情况如图所示（实线上的任何一点为对应压强下的平衡点），下列说法正确的是
A.A、C两点的正反应速率的关系为A＞C
B.A、B、C、D、E各状态中，v（正）C.维持p1不变，E→A所需时间为x；维持p2不变，D→C所需时间为y，则x＜y。
D.使E状态从水平方向到达C状态后，再沿平衡曲线到达A状态，从理论上来讲，可选用的条件是从p1突然加压至p2，再由p2无限缓慢降压至p1
【参考答案】12、B13、D14、BD15、D
第四课时化学平衡常数
一、平衡常数表达式的书写
1、定义：
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（以其化学计量数为幂）之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数称是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示。
（由于该常数是以浓度幂之积的比值表示，故又称浓度平衡常数，用Kc表示。
）
2、数学表达式：
对于一定温度下达到平衡的一般可逆反应：
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g），反应物和生成物平衡浓度表示为c（A）、c（B）、c（C）和c（D），
Kc=[cp（C）cq（D）]/[cm（A）cn（B）]
3、单位：
因为浓度的单位为mol·L—1，所以Kc的单位为（mol·L—1）n；n=（p+q）-（m+n）
【小结】平衡常数表达式的书写规则
（1）如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡表达式中，因为它们的浓度是固定不变的，化学平衡表达式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。
（2）稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不应写在平衡表达式中，但是在非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡表达式中。
（3）同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。
例：
N2（g）+3H2（g）2NH3（g）K1=1.6010—51/2N2（g）+3/2H2（g）NH3（g）K2=3.8710—2
（K1K2，K1=K22）
（4）多重平衡规则：
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：
若2NO（g）+O2（g）2NO2（g）K12NO2（g）N2O4（g）K2
则2NO（g）+O2（g）N2O4（g）K=K2K2
【例题精讲】
16、请写出下列反应的平衡常数表达式：
（1）CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（l）
（2）Cr2O72—-+H2O2CrO42—+2H+
（3）CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）
17、乙酸乙酯是重要的有机合成中间体，广泛应用于化学工业。
实验室制备乙酸乙酯的化学方程式如下：
浓H2SO4
该反应的平衡常数表达式K＝。
c（CH3COOH）·c（C2H5OH）
【参考答案】16、
（1）K=c（CO）/（c（CO2）·c（H2））
（2）K=c2（CrO42—）·c2（H+）/c（Cr2O72—）（3）K=c（CO2）
17、
二、化学平衡常数的物理意义、影响因素与简单计算
1、化学平衡常数K值大小的物理意义：
（1）K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。
（2）一般当K>105时，该反应进行得基本完全。
2、影响化学平衡常数的因素
（1）平衡常数K仅与温度有关，与浓度、压强、催化剂等均无关，由K随温度的变化趋势可推断正反应是吸热反应还是放热反应。
若正反应是吸热反应，升高温度，K增大；若正反应是放热反应，升高温度，K减少。
（2）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
若改变反应方向，则平衡常数改变；若方程式中的化学计量系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会发生改变。
3、化学平衡常数及平衡转化率的简单计算（三段式法）
对于一定温度下达到平衡的一般可逆反应：
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g），
（1）反应物：
平衡浓度=初始浓度－转化浓度；反应物A：
c平（A）=c起（A）－△c（A）
（2）生成物：
平衡浓度=初始浓度＋转化浓度：
生成物D:
c平（D）=c起（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。
（4）用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。
反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：
【例题精讲】
18、在373K时，把0.5molN2O4通入体积为5L的真空密闭容器中，立即出现棕色。
反应进行到2s时，NO2的浓度为0.02mol·L－1。
在60s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始的1.6倍。
下列说法正确的是
A.前2s内，以N2O4的浓度表示的平衡反应速率为0.01mol·L－1·s－1
B.在2s时体系内的压强为开始时的1.1倍C.在平衡时体系内含N2O40.25mol
D.平衡时，如果压缩容器体积，可提高N2O4的转化率
19、将1molSO2和1molNO2充入某固定容积的反应器中，在一定条件下发生可逆反应：
SO2（g）＋NO2（g）SO3（g）＋NO（g），达到平衡时，有1/2SO2转化为SO3。
在条件相同时，将1molSO2和2molNO2充入同一反应器中，当反应达到平衡后，混合气体中SO3的体积分数可能为：
A．16.7%B．22.2%C．28.2%D．33.3%
20、某温度下，向容积为2L的密闭反应器中充入0.10molSO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2（g）+O22SO3（g）的平衡常数为
A.3.2×103mol－1·LB.1.6×103mol－1·LC.8.0×102mol－1·LD.4.0×102mol－1·L
【参考答案】18、B19、B20、A
三、化学平衡常数的应用
利用某时刻生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值即浓度商Q与平衡常数K的相对大小来判断某时刻反应是否达平衡及反应方向。
（1）若Q>K，则反应向逆反应方向进行；
（2）若Q=K，则反应处于平衡状态；（3）若Q【例题精讲】已知平衡量及平衡后反应物与生成物同时改变用量，判断平衡移动方向
21、某温度下，在一容积不变的密闭容器中，A（g）+2B（g）3C（g）达到平衡时，A．B和C的物质的量分别为3mol、2mol和4mol，若温度不变，向容器内的平衡混合物中再加入A、C各lmol，此时该平衡移动的方向为
A.向左移动B.向右移动C.不移动D.无法判断
22、某温度下，在一容积可变的容器里，反应2A（g）B（g）+2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol、4mol。
在保持温度和压强不变的条件下，下列说法正确的是
A.充入1mol稀有气体氦（He），平衡将向正反应方向移动
B.充入A、B、C各1mol，平衡将向正反应方向移动
C.将A、B、C各物质的量都减半，C的百分含量不变
D.加入一定量的A气体达平衡后，C的百分含量一定增加
23、某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）+B（g）2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡向正反应方向移动的是
A.均减半B.均加倍C.均增加1molD.均减少1mol
24、在2L密闭容器中反应2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）在三种不同条件下进行，其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃，实验Ⅲ在850℃，NO、O2的起始浓度都为0，NO2的浓度（mol·L-1）随时间（min）的变化如图所示。
请回答下列问题：
（1）对比实验Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，得出的下列结论中正确的是。
（填字母）
A.实验Ⅱ和实验I相比，可能隐含的反应条件是：
反应容器的体积缩小了
B.实验Ⅱ和实验I相比，可能隐含的反应条件是：
使用效率更高的催化剂
C.实验I条件下该反应的平衡常数大于实验Ⅲ条件下该反应的平衡常数
D.对比实验Ⅰ和Ⅲ可知，该反应是吸热反应
（2）若实验Ⅰ中NO2的起始浓度改为1.2mol·L-1，其它条件不变，则达到平衡时所需用的时间40min（填写“大于”、“等于”或“小于”），NO2的转化率将（填写“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）若实验Ⅰ中达平衡后，再向密闭容器中通入2mol由物质的量之比为1︰1组成的NO2与NO混合气体（保持温度不变），则平衡将移动，新平衡状态时NO2的物质的量浓度为mol·L-1。
（4）若将实验Ⅲ所得的平衡混和气体通入足量的水中，欲使气体被完全吸收则至少应同时通入标准状况下的空气L。
（设空气中N2与O2体积比4︰1）
【参考答案】21、A22、AC23、C24、
（1）BD
（2）小于减小（3）不1.0（4）56
第五课时等效平衡
一、化学平衡状态建立的途径
1、正向建立：
先加入反应物，从正反应方向开始，建立化学平衡；
2、逆向建立：
先加入生成物，从逆反应方向开始，建立化学平衡；
3、中间某状态建立：
同时加入反应物与生成物，从中间状态开始，建立化学平衡；
4、分批加入反应物建立：
分批次加入反应物，建立化学平衡。
二、等效平衡的定义
在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下的同一可逆反应中，以不同途径建立的反应混合物中各相同组分的平衡含量（物质的量分数、质量分数、体积分数等）均相同的化学平衡状态，互称为等效平衡。
所谓“等效”，指相等效果，即达到平衡时，反应混合物中各相同组分的含量（物质的量分数、质量分数、体积分数等）相等，但各相同组分的物质的量浓度、物质的量并不一定相等。
三、等效平衡的判据
归零：
指体系各组分的起始量通过化学计量系数转化成化学方程式同一边组分的起始量。
判据
类别
前提条件
等效
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