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1、22化学中的化学平衡 第二单元 化学中的平衡 22 化学反应速率和化学平衡【知识结构】【考点诠释】1化学反应速率的概念、表示意义、表示方法及注意点2影响化学反应速率的因素3影响化学反应速率的原因活化能（Ea）用来克服分子靠近时所产生的斥力，为分子的有效碰撞（能引起化学反应的碰撞）提供条件。活化能越低，有效碰撞就越多，反应速率就越大。若温度不变时，Ea少10 kJ/mol，反应速率快近50倍。不同的反应有不同的活化能。反应活化能是活化分子（能发生有效碰撞的分子）平均能量与普通反应物分子平均能量的差值。正催化剂能降低反应的活化能，所以能加快化学反应速率。温度升高，能提高反应物分子的平均能量，增大活

2、化分子百分数，所以化学反应速率加快。4化学平衡的概念、特征、移动原理和影响因素5化学平衡常数（1）概念一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，各生成物浓度的系数次幂的乘积除以各反应物浓度的系数次幂的乘积所得的比值是个常数，用K表示,这个常数叫化学平衡常数。对于一般的可逆反应：mA(g) + nB (g) pC(g) + qD(g)，其化学平衡常数表达式为： 单位：(mol/L)(p+q-m-n)书写化学平衡常数表达式时应注意：对于固体和纯液体，改变用量不改变浓度，所以，固体和纯液体不列入平衡常数的表达式中。稀溶液中进行的反应，水不列入平衡常数中，但酯化反应的水、水蒸气反应的水都必须写。例如：CH

3、3COO(aq)H2O(l) CH3COOH (aq)OH (aq) 例如：C (s)H2O(g) CO(g) H2 (g)，对于溶液中进行的可逆反应，实际不参加反应的离子不列入平衡常数的表达式。例如：FeCl33KSCNFe(SCN)3 3KCl 平衡常数的表达式与方程式书写有关。可以联立几个方程式确定一个新反应的平衡常数。方程式相加，是原平衡常数相乘；方程式相减，是原平衡常数相除。例如：CH3COOHCH3COOH H2OHOH Kw= c(H)c(OH)CH3COO (aq)H2O(l) CH3COOH (aq)OH (aq)逆反应的平衡常数是正反应的平衡常数的倒数。如：N2+3H22N

4、H3， 如：2NH3N2+3H2， K(正) =1/K(逆)方程式乘一个系数，平衡常数变为原平衡常数以该系数的幂次方； 如：N2+3H22NH3， 若写成： N2+H2NH3，则 （2）意义平衡常数是衡量一个可逆反应在一定温度下反应程度的化学量。平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程度。K 值越大，表示正反应进行的程度越大，相同条件下反应物的转化率越大；K 值越小，表示反应进行的程度越小，相同条件下反应物的转化率越小。一般来说，反应的平衡常数K105，认为正反应进行得较完全；K 10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全）。平衡常数越大，反应进行越彻底，转化率就越高。平衡常数越小，反

5、应进行越不彻底，转化率越低。（3）特征平衡常数在一定温度下是一个常数，不随浓度、压强、催化剂的改变而改变，只随温度的改变而改变，也就是说，平衡常数只是温度的函数。由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。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减小；（4）应用用于相同温度下比较反应进行程度。K值越大，反应进行越彻底。用于与浓度商一起判断平衡移动的方向。浓度商：在一定温度下，对于一个可逆反应 aAbBcCdD，任意时刻，生成物浓度以其计量系数的幂次方的乘积和反应物浓度以其计量系数的幂次方的乘积之比叫浓度商（Qc）。 在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻

6、产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积的比即浓度商Qc与K比较大小来判断。判断方向：A、QcK，平衡向逆反应方向进行； B、Qc=K，平衡状态，平衡不移动； C、QcK，平衡向正反应方向移动。用于判断反应的能量特征，即判断正反应是吸热反应还是放热反应。 A、若升高温度，K值增大，则说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。 B、若升高温度，K值减小，则说明平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应。用于计算不同浓度下可逆反应的转化率。同一温度下的同一可逆反应，不同浓度下，可能有不同转化率，但平衡常数相同。可以通过平衡常数相等建立方程，计算比较转化率。6平衡转化率（1）概念：转化率是可逆反应中，反应

7、物反应的物质的量占该反应物物质的量的分数。用表示。即：=100%平衡转化率：某一可逆化学反应达到化学平衡状态时,转化为目的产物的某种原料量占该种原料起始量的百分数，是可逆反应的最大转化率，通常所说的转化率是一般是指平衡转化率。（2）意义：平衡转化率也用来表示反应的进行程度。在相同温度条件下，相同浓度的的反应物平衡转化率越高，反应进行越彻底。（3）特征：平衡转化率不仅与温度有关，还与浓度、压强有关。所以用平衡转化率说明进行程度时，没有平衡常数科学。只有在同温度同浓度的条件下，才能正确比较不同反应的进行程度。（4）注意：在电离平衡中，电离度相当于电离平衡的转化率；在水解平衡中，水解度相当于水解平衡

8、的转化率。7稀有气体对化学平衡的影响若在恒温恒容的条件下加入稀有气体或不参加反应的气体，体系内压强虽然增大，但反应物和生成物的浓度没有改变，正反应速率仍然等于逆反应速率，平衡不移动。若在恒温恒压的条件下加入稀有气体或不参加反应的气体，容器体积会增大，反应物和生成物的浓度均降低，反应速率降低，等效于减压，平衡向气体体积增大的方向移动。8化学平衡有关图象（1）常见图像类型（2）识别技巧一看面（即先看图象的横坐标和纵坐标）；二看线（即看线的走向、线的变化趋势，速率越大，线的斜率越大，到达平衡时间越短）；三看点（即看线是否通过原点、线的交点、线的折点、线的拐点）；四看量（即图象中的量是转化率还是百分含

9、量，是浓度还是物质的量）；五作线（即要不要作辅助线）。（3）识图注意点增大浓度，增大压强(缩小体积)，升高温度，正、逆反应速率都增大。在v-t图象中，新图象在原图象上方。温度越高，压强越大，反应速率越快，到达平衡的时间越越短，曲线就越陡，如图（1）。在其它条件不变的情况下，升高温度，正、逆反应速率都加快，但吸热方向的速率增大得多，平衡向吸热方向移动，如图（2）。对于反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，正、逆反应速率同等程度改变，平衡不移动，如图（3）。使用催化剂，正、逆反应速率同等程度改变，平衡不移动，如图（3）。增加反应物浓度的瞬间，正反应速率增加，逆反应速率不变，由于正反应速率大于逆

10、反应速率，平衡向正反应方向移动；最后速率均比原平衡大。V-t图象中新图象与原图象相连，如图（4）。减少生成物浓度的瞬间，正反应速率不变，逆反应速率减小，由于正反应速率大于逆反应速率，平衡向正方向移动。最后速率均比原平衡小。V-t图象中新图象与原图象相连，如图（5）。改变固体或纯液体的量，浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，如图（6）。在其它条件不变的情况下，增大压强，正、逆反应速率都增大，但气体分子总数越多速率增大得越多，平衡向气体分子数减少方向移动，如图（7）。9化学平衡原理在工业生产中的应用（1）解释有关实验事实如：配制FeCl3、FeCl2溶液,加入HCl；实验室用排饱和食盐水的方法吸收

11、氯气；用热浓的Na2CO3溶液除油污；CO2难溶于饱和的NaHCO3溶液；自来水厂在用液氯进行消毒处理时还加入少量液氨，延长液氯杀菌时间；。（2）判断平衡移动方向 （3）选择反应适宜条件如：合成氨的适宜条件是：使用铁触媒催化剂（这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益）；500左右（该反应放热，温度过高，产率过低，温度过低，速率过慢，该温度是合成氨催化剂的活性温度）；20MPa50MPa（该反应是气体体积缩小反应，增压既增速又增产，但压力过大，对设备的材料要求过高，此压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。）实际生产中，还需及时分离出NH3，并不断向体系中补充N2、

12、H2以增加反应物浓度，使平衡向合成氨的方向进行。工业生产硫酸时，反应SO2+O22SO3+Q 的生成条件：400500,常压，V2O5催化剂，其它的选择理由同合成氨，该反应选用常压的原因是因为生成SO3的程度已经很大，在450,常压时SO2的转化率已达90%以上，再加压对产率提高不多，但对材料本身要求会更高，生产成本就会增大，综合考虑经济效益，选用常压更合适。【例题精析】【例1】一定温度下，向一个容积为2L的真空容器中（事先装入催化剂）通入3molO2和3molSO2，3 min后测得密闭容器内的压强是起始时的0.8倍，则O2的转化率为 。在此时间内， 用SO2的物质的量浓度变化来表示该反应的

13、平均速率(SO2)是 。【考点分析】本题考查学生对化学平衡中的转化率、化学反应速率概念的理解、掌握和计算。【思维点悟】三步是化学平衡计算的一般格式，根据题意和恰当的假设列出起始量、转化量、平衡量。但要注意计算的单位必须保持统一，可用mol、mol/L，也可用L。反应物：平衡浓度起始浓度-转化浓度生成物：平衡浓度起始浓度+转化浓度O2 + 2SO2 2SO3 起始（n） 3mol 3mol 0 转化（n） xmol 2xmol 2xmol 平衡（n） (3-x)mol (3-2x)mol 2xmol由理想气体状态方程PV=nRT得，V、T一定时，压强与气体总物质的量成正比，即： x=1.2mol

14、反应的转化率()100则： 反应速率()(SO2)= 【正确答案】 40% 0.4mol/(Lmin) 【例2】在一个不传热且容积固定的密闭反应器里，发生如下反应：mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)。当m、n、p、q为任意正整数时，该反应达到平衡的标志是体系的压强不再发生变化；体系的温度不再发生变化；各组份的物质的量浓度不再发生变化；各组份的质量分数不再发生变化；反应速率v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q；单位时间内，若消耗了m molA物质，同时也消耗了q molD物质。ABCD 【考点分析】本题要求根据化学平衡状态的特征，判断上述状况是否已达平衡态，充分考查

15、学生对化学平衡特征的理解掌握情况。【思维点悟】若m+n=p+q，则体系的压强始终不变，错误；因为是一个不传热的密闭反应器，若体系的温度不再发生变化则反应达到平衡，正确；因为是一个密闭反应器，若各组份的物质的量浓度不再发生变化则反应达到平衡，正确；各组份的质量分数不再发生变化说明反应达到平衡，正确；无论是否平衡，都有反应速率v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q，错误；单位时间内，若消耗了m molA物质，同时也消耗了q molD物质，说明v(A)消耗:v(D)消耗=m:q，即v(正)=v(逆)，达到平衡，正确。【正确答案】C。【方法总结】化学平衡状态的判断：具体表现为“一等六定

16、”： 一等：正逆反应速率相等；六定： 物质的量一定， 平衡浓度一定， 百分含量保持一定， 反应的转化率一定， 产物的产率一定， 正反应和逆反应速率一定。除了上述的“一等六定”外，还可考虑以下几点： （1）对同一物质：V正=V逆；（2）对不同物质：一种物质的正反应速率与另一种物质的逆反应速率之比等于它们的化学计量v数之比。（3）反应体系中各组分的百分含量、物质的量浓度保持不变。（4）对于同一物质而言，断裂化学键和形成化学键的物质的量相等。对于反应中的不同物质断裂化学键和形成化学键成一定比例。（5）有些特定的反应，还可以根据气体的物质的量、气体的总体积、总压强、密度、平均分子量、甚至总质量、颜色等

17、是否变化来判断。【例3】下列事实不能用勒夏特列原理（平衡移动原理）解释的是铁在潮湿的空气中容易生锈二氧化氮与四氧化氮的平衡体系，加压缩小体积后颜色加深实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气钠与氯化钾共融制备钾Na（l）+KCl（l） K（g）+NaCl（l）开启啤酒瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫 加入催化剂有利于氨氧化的反应A B C D【考点分析】本题考查化学平衡移动的影响因素，考查学生是否真正理解勒夏特列原理，正确应用勒夏特列原理解决化学问题。【思维点悟】勒夏特列原理为：如果改变影响平衡的条件之一，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。使用勒夏特列原理时，该反应必须是可逆反应，否则勒夏特列原理不

18、适用。该反应不是可逆反应，故错误；2NO2N2O4反应是一个气体体积减小的可逆反应，加压平衡向右移动，气体颜色变浅，气体颜色加深是因为缩小容器体积时二氧化氮的浓度增大，而不是平衡移动的结果，故错误；氯气和水反应生成盐酸和次氯酸Cl2+H2OH+Cl-+HClO，该反应存在化学平衡，饱和食盐水中氯化钠电离出的高浓度的氯离子，使上述平衡左移，抑制了氯气的溶解，所以实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气，故正确；该反应是可逆反应，生成的钾是气态，其余的反应物、生成物都是液态，及时移走钾蒸气，平衡就能向右进行，所以能用勒夏特列原理解释，故正确；啤酒中存在如下平衡：CO2+H2OH2CO3，开启啤酒瓶后，

19、是因为减压，平衡左移，CO2逸出，所以瓶中马上泛起大量泡沫，故正确；催化剂不影响化学平衡，故错。【正确答案】A【例4】在一密闭容器中进行下列反应：2SO2+O22SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol/L,0.2mol/L，0.2mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是 ASO2为0.4mol/L，O2为0.3mol/L BSO2为0.25mol/L CSO2，SO3均为0.15mol/L DSO3为0.4mol/L【考点分析】本题是考查学生对化学反应方向和限度的认识。【思维点悟】首先记住，无论发生什么样的反应，化学反应都遵循质量守恒定律，密闭容

20、器中的各元素原子的物质的量是守恒的。这样就可以排除C。因为题中给的S元素共0.4mol/L而C中的S元素只有0.3mol/L；其次要记住：可逆反应是化学平衡的前提，达到平衡时是反应物和生成物必须共存，即每种物质的物质的量不为零。所以本题可用极限分析法推断：假设反应正向完全反应，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少。再假设反应逆向完全反应，则反应物是多少。这样的极值点是不可能达到的，故可在这一极限范围内选择合适的量。 2SO2 + O2 2SO3(g) 0.2mol/L 0.2mol/L 0.2mol/L正向完全反应： 0 0.1mol/L 0.4mol/L逆向完全反应： 0.4mol/L

21、 0.3mol/L 0SO2的极限值：00.4mol/L，O2的极限植：0.1mol/L0.3mol/L，SO3的根限值：00.4mol/L。所以只有B正确。【正确答案】B【例5】在两个恒容容器中有平衡体系：A(g) 2B(g)和2A(g) B(g)，X1和X2分别是A转化率。在温度不变情况下，均增加A的物质的量，下列判断正确的是 AX1降低，X2增大 BX1、X2均降低 CX1增大，X2降低 DX1、X2均增大【考点分析】本题考查反应物用量的改变对转化率的影响，考查平衡移动的方向和移动结果的关系。【误区警示】本题同学们易产生两种错误：一种认为增加A，平衡均向正反应方向移动，所以A自身的转化率

22、降低，故选B。也有的同学认为，当反应物不至一种时，增加A，平衡正移，另一种反应物的转化率增大，A的转化率减少，现只有一种A时，必增大，故选D。【思维点悟】若反应物只有一种时，增大反应物的浓度，平衡一定向正反应方向移动，但反应物的转化率可能增大、减小或不变，等效于增压的结果，与气体物质计量数有关。分析如下： 恒温恒容下，再充入一定量的A，可把这一过程虚拟为两个如下过程：先原平衡体系占据X容器，再在虚拟空间Y中充入A达到与X一样的状态，然后将虚拟空间Y的气体完全推入X容器，这就相当于增压。平衡的建立与具体的途径无关，只要加入的A量相同，平衡移动的方向不一定与增压的平衡移动方向一致，但最终的平衡态一

23、定与增压的平衡状态相同。即判断A的转化率是增大还是减少必须借助增压的平衡移动的结果。对于平衡A(g) 2B(g)，增压平衡左移，A的转化率X1降低，对于平衡2A(g) B(g)，增压平衡右移，A的转化率X2增大，故A选项正确。 【正确答案】A 【方法总结】反应物用量的改变对转化率的影响（1）若反应物不止一种时，如：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，而A的转化率减小，B的转化率增大；若按原比例同倍数的增加反应物A和B的量，则平衡向正反应方向移动，平衡移动的结果则等效于增压，反应物的转化率与气体反应物和生成物的系数有关。如果a+b = c+d，则A

24、、B的转化率都不变；如果a+bc+d，则A、B的转化率都增大；如果a+bc+d，则A、B的转化率都减小。（2）若反应物只有一种时，如：aA(g)bB(g)+cC(g)，增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率可能增大、减小或不变，等效于增压的结果。与气体物质系数有关：若a = b+c，A的转化率不变；若ab+c，A的转化率增大；若ab+c，A的转化率减小。（3）对于平衡体系aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，若温度不变，反应开始时，A、B的物质的量之比为a：b，则平衡时A、B的转化率相等；若温度不变，反应开始时，A、B的物质的量之比B；若温度不变，反应开始时，A、B的物

25、质的量之a：b，相当于在的平衡中增加了A的物质的量，B的转化率增大，A的转化率减小，则平衡时转化率BA；温度T(K) K273K323K373K平衡常数0.0050.0220.36【例6】下图是表示373K时，反应A(g) 2B(g)在前110s内的反应进程。（将该反应看做匀速进行（1）写出该反应的化学平衡常数表达式K= 。（2）A(g) 2B(g)在不同温度下的K值见上表，则该反应的逆反应为_（填“吸热”或“放热”）反应。（3）升高温度，B的转化率_（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），B的反应速率_。（4）373K时，在一密闭容器中，将A气体放入进行反应，据图判断，80-90s内反应向

26、哪个方向移动_(填“向左”、“向右”、“不移动”)，90s时曲线变化的原因是（用文字表达） ，反应进行到70s时，改变的条件可能是（填编号） 。A、加入催化剂 B、扩大容器体积 C、升高温度 D、增大A的浓度【考点分析】 这是一道平衡图像题，综合考查学生平衡中的平衡常数、转化率、速率、平衡移动等有关知识的理解和应用能力。【思维点悟】（1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的系数次幂的乘积除以各反应物浓度的系数次幂的乘积所得的比值，所以K=；（2）T升高，K增大，说明正反应是吸热反应，所以逆反应是放热；（3）升温，反应速率一定增大，但平衡正移，所以B的转化率减小；（4）80-90s内A、B的浓度不

27、变，所以平衡没移动，90s时A的浓度突然增大，说明恒容通入了A气体，70s时，A、B浓度匀减小了一半，说明容器体积增大。【正确答案】(1）K=（2） _放热_（3）减小 、增大（4）不移动、通入A气体、B【例7】碳循环的途径之一是：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)+49.0kJ，在容积为2 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在两种不同的实验条件下进行反应，测得CH3OH(g)的物质的量随时间变化情况如下图所示：（1）前5 min内实验的平均反应速率v(H2)=_ mol/(Lmin)。（2）能说明上述反应达到平衡状态的是_（填编号）。a混合气体的

28、密度不随时间变化而变化b单位时间内每消耗3 mol H2，同时生成1 mol H2OcCO2的体积分数在混合气体中保持不变d3v逆(CO2) =v正(H2) （3）与相比，仅改变一种反应条件，所改变的条件和判断的理由分别是_。（4）在一定温度下，把2.0 L CO2和6.0 L H2通入一个带活塞的体积可变的密闭容器中，活塞的一端与大气相通，反应达到平衡后，测得混合气体为7. 0 L。若需控制平衡后混合气体为6.5 L，则可采取的措施是_；欲使反应的K减小，可以采取的措施是_。【考点分析】 本题也是一道平衡综合题，考查了化学反应速率计算、平衡状态判断、引起平衡移动的条件判断和所采取的措施。【思

29、维点悟】 （1）反应速率()mol/(Lmin)；（2）此反应是密度不变的反应，所以a不能判断，b均是正反应速率不能判断，c体积分数一定，是平衡态，d正逆速率相等，是平衡态；（3）与相比的反应速率增大，平衡产量增大，平衡正移，只能是增压；（4）是在恒温恒压条件下，使平衡正移，才能使体积缩小，只有降温；该正反应是放热反应，要使K减小，只能升温。【正确答案】（1）0.165。 （2）c、d。（3）增大压强，因为与相比，的反应速率增大，平衡正向移动，符合增大压强的情况。（4）降温；升温【拓展训练】1反应4NH3（g）5O2（g） 4NO（g）6H2O（g），在10 L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气

30、的物质的量增加了0.45 mol，则此反应的平均速率(X)(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为 A(NH3) = 0.010 mol/（Ls） B(O2) = 0.0010 mol/（Ls）C(NO) = 0.0010 mol/（Ls） D(H2O) = 0.045 mol/（Ls）2在容积固定为2L的密闭容器中，充入X、Y气体各2mol，发生可逆反应：X(g)+2Y(g) 2Z(g)，并达平衡，以Y的浓度改变表示的反应速度V逆、V正 与时间t的关系如图所示，则Y的平衡浓度表达式正确的是（式中S是对应区域的面积） 3将4mol A气体和2mol B气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2AgBg2Cg 若经2s后测得C的浓度为06 molL1，现有下列几种说法。用物质A表示的反应的平均速率为03molL1s1