高中化学化学平衡

化学平衡1、化学平衡状态的概念、特征2、平衡常数、转化率3、化学平衡状态的判断依据与方法4、等效平衡原理5、化学平衡移动6、化学平衡图像题、计算题化学平衡状态，就是在一定条件下可逆反应里，当正反应速率与逆反应速率相等时，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变的状态。1、定义：强调四点条件：一定条件（温度、浓度与压强）本质：正反应速率=逆反应速率现象：各组分百分含量(或质量)、浓度（或体积分数）等保持不变对象：可逆反应一、化学平衡状态的概念与特征2、化学平衡状态的特征(2)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）(3)等：正反应速率=逆反应速率≠0(4)定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的百分含量一定。(5)变：条件变化，化学平衡状态将被破坏,直到在新的条件下建立新的平衡。(1)逆：研究对象可逆反应。1.定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的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。二、化学平衡常数与转化率对于反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)平衡常数的数学表达式K=2.数学表达式：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关系式中，因为它们的浓度是固定不变的，化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。如:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)注意：书写平衡常数关系式的规则K=c(CO2)K=c(CO)/[c(CO2)·c(H2)]再如:稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系式中，如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+K=c(CrO42-)2c(H+)2/c(Cr2O72-)又如：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，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=c(CH3COOC2H5)c(H2O)/(c[C2H5OH]c[CH3COOH])例N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K1=1.601051/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K2=3.87102K1K2，K1=K222)同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，用不同的化学反应方程式表示时，其对的平衡常数的表达式亦不同，但它们之间相互关联。3)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)例题:2NO(g)+O2(g)2NO22NO2(g)N2O42NO(g)+O2(g)N2O4(g))O(c)NO(c)NO(ck22221)NO(c)ON(cK22422212242222222423KK)NO(c)ON(c)O(c)NO(c)NO(c)O(c)NO(c)ON(cK平衡常数的单位浓度的单位为mol·L-1K的单位为(mol·L-1)n；对于反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)平衡常数的数学表达式K=3.平衡常数的单位(1)平衡常数K与温度有关，与浓度无关，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减少;例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的浓度平衡常数与温度的关系如下：△温度623K698K763K浓度平衡常数66.954.445.9通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断上可逆反应的正方向是放热反应.4、影响平衡常数的因素及平衡常数的意义(2)平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程度。K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K值越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。(3)反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般来说，反应的平衡常数K≥105，认为正反应进行得基本完全；K≤10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全）。达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意。（2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度生成物D:c平(D)=c0(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。△c(A):△c(D)=a:d（1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度；反应物A:c平(A)=c0(A)-△c(A)5、有关化学平衡常数的计算对于反应:aA+bBcC+dD例：在某温度下，将H2(g)和I2(g)各0.10mol混合物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得c(H2)=0.0080mol/L，求：(1)反应的平衡常数(2)其它条件不变，充入的H2(g)和I2(g)各0.20mol,求达平衡时各物质的平衡浓度。方法：三段式答案：（1）H2+I22HIK=0.25（2）0.016mol/L、0.016mol/L、0.008mol/L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。对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)%100)A(c)A(c%100)A(n)A(n)%A(加入的总反应掉的加入的总反应掉的6、转化率与平衡转化率（α）转化率α：反应进行的过程中已反应掉了的反应物占反应物总量的百分比。注意：1、反应物A的平衡转化率是该条件最大转化率。2、反应物的转化率可以用于表一个反应的进行程度。3、反应物的转化率受外界条件（温度和浓度）的影响。4、当反应物以反应方程式前的计量数的比例加入时，该反应的各反应物的转化率相等。例：一定条件下，将X和Y两种物质按不同比例放入密闭容器中，反应达到平衡后，测得X、Y转化率与起始时两种物质的量之比[n(X)/n(Y)]的关系如下图，则X和Y反应的方程式可表示为（）A．X+3Y2ZB．3X+Y2ZC．3X+2YZD．2X+3Y2ZB1234标志：（1）、比正逆。v正＝v逆≠0；（2）、比前后。反应混合物中各组分的体积分数、物质的量分数、质量分数不再发生变化；（3）、比K、Qc三、化学平衡的标志对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)QCk，未达平衡，逆向进行。逆正QC=k,达平衡，平衡不移动。逆正逆正QCk,未达平衡，正向移动。)()()()(BcAcDcCcQnmqpC)()()()(BcAcDcCcQnmqpC【例1】在一定温度下，反应A2(g)+B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是()A.单位时间生成nmol的A2同时生成nmol的ABB.容器内的压强不随时间变化C.单位时间生成2nmol的AB同时生成nmol的B2D.单位时间生成nmol的A2同时生成nmol的B2C例2化学平衡状态的判断：举例反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定②各物质的质量或各物质的质量分数一定③各气体的体积或体积分数一定④总压强、总体积、总物质的量一定正、逆反应速率的关系①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即v正=v逆②在单位时间内消耗了nmolB同时生成pmolC，均指v正③vA:vB:vC:vD=m:n:p:q，v正不一定等于v逆④在单位时间内生成了nmolB，同时消耗qmolD，因均指v逆平衡平衡平衡不一定平衡不一定不一定不一定举例反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)压强（恒容）①m+n≠p+q时，总压强一定（其他条件一定）②m+n=p+q时，总压强一定（其他条件一定）混合气体的平均分子量①一定时，只有当m+n≠p+q时，②一定，但m+n=p+q时温度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的条件下，体系温度一定时体系的密度ρ密度一定平衡不一定Mr平衡不一定平衡不一定【例3】能够说明N2+3H22NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是：①容器内N2、H2、NH3三者共存②容器内N2、H2、NH3三者浓度相等③容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2④tmin内生成1molNH3同时消耗0.5molN2⑤tmin内，生成1molN2同时消耗3molH2⑥某时间内断裂3molH-H键的同时，断裂6molN-H键⑦容器内质量不随时间的变化而变化⑧容器内压强不随时间的变化而变化⑨容器内密度不再发生变化⑩容器内的平均相对分子质量不再发生变化⑤⑥⑧⑩1.在一定温度下，向aL的密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：X(g)+2Y(g)2Z(g)，此反应达到平衡的标志是A、容器内压强不随时间变化B、容器内各物质的浓度不随时间变化C、容器内X、Y、Z的浓度之比为1：2：2D、单位时间内消耗0.1molX同时生成0.2molZAB【练习】2、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，能表明该反应达到平衡的是：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的物质的量浓度A、①④B、②③C、②③④D、只能④A3、在一定温度下，向aL的密闭容器中加入2molNO2(g)发生如下反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)，不能作为此反应达到平衡的标志的是A、混合气体的密度不再变化B、混合气体的颜色不再变化C、混合气体的相对分子质量不再变化D、容器内的压强不再变化A四、等效平衡状态1、等效平衡状态涵义：某一可逆反应，在一定条件（T、c、p）下，经过不同的途径建立平衡时，各组分的百分含量（质量百分含量、体积分数、物质的量分数）对应相等的状态互称为等效平衡状态（简称等效平衡）。2、等效平衡的类型及判断等同平衡（T、V、量相等）等效平衡（T、P、量倍比）等同、效平衡的判断等效平衡：同一可逆反应若从反应开始，虽然中间反应状态或反应途径不同，但到达到化学平衡时，平衡体系中各成分的百分含量都相等，这样建立的不同的平衡就称之为等效平衡。等同平衡：不仅平衡体系中各成分的百分含量都相等，而且各物质的量、物质的量浓度亦相同的平衡,即完全一致，称为等同平衡。在恒温、恒容下，从不同的物质作起始物或起始物的量配比不同时，但只要物质的总量相当，则达到平衡时，物质的体积分数均相等，平衡为等同平衡。恒容建立起等同平衡恒压建立起等效平衡1、恒容等同平衡条件1例1：在等温等容积的条件下，可逆反应：2SO2+O2＝2SO3由以下三种情况建立平衡：①2摩SO2＋1摩O2→平衡Ⅰ②2摩SO3→平衡Ⅱ③a摩SO2＋b摩O2＋c摩SO3→平衡Ⅲ问：[1]前两种反应①和②达到平衡时，体系中各物质的体积分数是否相等？[2]若③达到平衡时，体系中各物质的体积分数与①相同，则a，b，c应满足什么条件？答案：相同答案:a+c=2;b+c/2=1例2：一定温度下，将1molN2和3molH2通入一个一定容积的密闭容器中发生如下反应：N2+3H2==2NH3。当反应达到平衡时，测得NH3的物质的量为amol。现在该容器中，维持温度不变，按以下几种方式加入反应物。最终达平衡时，NH3的物质的量不为amol的是()(A)先加入1molN2和2molH2，达平衡后，再加入1molH2(B)先加入2molN2和3molH2，达平衡后,再取出1molN2(C)先加入2molN2和6molH2，达平衡后,再取出2molNH3(D)先加入2molN2和4molH2，达平衡后,再取出2molNH3答案：Ｄ在恒温恒压下，对气体物质参加的反应，只要起始反应物之间物质的量之比相等，达到平衡时，各物质在体系中的体积百分数相等，即平衡为等效平衡。2、恒压等效平衡例3：在恒压容器中，当温度一定时，充入氢气和氮气，发生如下反应：N2+3H2==2NH3。在温度和压强相同的条件下，分别往该容器中充入①3molH2和