2012届高考化学一轮复习学案课件人教版第7章化学反应速率和化学平衡第2节化学平衡状态和化

第二节化学平衡状态和化学平衡常数一、化学平衡状态1.可逆反应(1)概念：在______条件下，既能向________方向进行，同时又能向________方向进行的反应。(2)表示：采用“________”表示，如：Cl2＋H2＋＋Cl－＋HClO。(3)特点：①相同条件，正、逆反应__________；②反应物、生成物同时存在；③任一反应物的转化率都______100%。2.化学平衡状态(1)建立过程(以N2＋3H23为例)①开始反应时，v(逆)____0，v(正)____v(逆)。②随反应进行，反应物不断______，v(正)逐渐______，生成物不断______，v(逆)逐渐______。③达到平衡时，反应物和生成物的浓度均不再______，v(正)____v(逆)。(2)概念：在一定______下，当一个可逆反应的正、逆两个方向的反应速率______时，反应体系中所有参加反应的物质的______或浓度保持______的状态。(3)特征①逆：研究对象必须是______反应。②动：化学平衡是______平衡，即当反应达到平衡时，正反应和逆反应仍都在进行。③等：正反应速率______逆反应速率0。④定：反应混合物中，所有反应物和生成物的______(或______)保持一定。⑤变：化学平衡状态是有条件的、相对的、暂时的，改变影响平衡的条件，平衡会________，直至达到________。二、化学平衡常数1.定义在一定______下，当一个可逆反应达到________时，_______与___________的比值是一个常数，即该反应的化学平衡常数。2.化学平衡常数的数学表达式如对于达到平衡的一般可逆反应：mA＋npC＋qD，反应物和生成物平衡浓度表示为c(A)、c(B)、c(C)、c(D)化学平衡常数：K＝cpC·cqDcmA·cnB3.K值大小的意义K值越大，正向反应进行的程度越____________，即该反应进行越________，反应物转化率越______。K值越小，正向反应进行的程度越________，即该反应进行的越________，反应物转化率越______。【想一想】应用化学平衡常数时应注意哪些问题？【答案】①化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。衡常数的数学表达式中。或缩小，平衡常数可能改变。【答案】一、1.(1)相同正反应逆反应(2)(3)同时进行小于2.(1)①＝②减少降低增多增大③变化＝(2)条件相等质量恒定(3)①可逆②动态③等于④质量浓度⑤被破坏新的平衡二、1.温度化学平衡生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积3.大完全大小不完全小化学平衡状态的判断【例1】在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N2＋3H23。该反应达到平衡的标志是()A.3v正(H2)＝2v逆(NH3)B.单位时间内生成mmolN2的同时生成3mmolH2C.N2、H2、NH3各物质浓度不再随时间而变化D.容器内的总压强不再随时间而变化E.混合气体的密度不再随时间而变化F.单位时间内N－H键的形成和断开的数目相等G.N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2H.2v(N2)＝v(NH3)【解析】应注意：(1)该反应的特点是反应前后气体体积改变，反应条件是“固定体积”。(2)平衡的标志①本质特征：v(正)＝v(逆)，②外观特征：各组分含量不变。A中若达到平衡时，2v正(H2)＝3v逆(NH3)，A错；B中不论是否平衡，单位时间内生成mmolN2的同时必然生成3mmolH2，B错；C中各物质浓度不再变化时，是化学平衡的一个标志，C正确；D中因为该反应是气体物质的量可变的反应，总压强不变时，说明气体的物质的量不变，该反应达到平衡状态，D正确；E中容器体积固定、气体总质量不变，所以在任何情况下，混合气体的密度不变，E错；F中由题意知v正(NH3)＝v逆(NH3)，反应达到平衡，F正确；G中达到平衡时，各物质的分子数之比不一定等于化学计量数之比，G错；H中没有说明是正反应速率还是逆反应速率，H错。【答案】CDF【温馨提示】①应用v正＝v逆时，要注意反应描述的反应方向和不同物质表示的反应速率的大小关系；②对于反应前后气体体积不变的反应，通常不能用物质的量、容器的压强、气体的密度、气体的平均相对分子质量等是否变化作为判断平衡状态的标志。③要特别注意外界条件的限制及反应本身的特点，如“恒温、恒容”“体积可变”“体积不变”“全是气体参加”等。【知识关联】化学平衡状态的判定与化学反应速率的计算、化学平衡图像、化学平衡常数等联系。1.(2010·福建泉州一中期中)可作为可逆反应N2(g)＋O2(g)(g)已达到平衡状态的标志的是()A.单位时间内每生成nmolN2，同时生成2nmolNOB.容器内反应混合物的总压强不随时间改变C.O2的消耗速率等于NO的消耗速率D.容器内始终有N2、O2和NO共存化学平衡常数的应用及相关计算【例2】在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6【解析】该反应是气体体积不变的反应，故容器内反应混合物的总压强不随时间改变，不能表明已达平衡状态，B错；当NO的消耗速率等于O2的消耗速率的2倍时表明已达平衡状态，C错；容器内始终有N2、O2和NO共存是可逆反应的特点，D错。【答案】A请回答下列问题：(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)800℃，在固定容积的密闭容器中放入混合物，起始浓度为c(CO)＝0.01mol/L，c(H2O)＝0.03mol/L，c(CO2)＝0.01mol/L，c(H2)＝0.05mol/L，反应开始时，H2O的消耗速率比生成速率________(填“大”、“小”或“不能确定”)。(4)830℃，在1L的密闭容器中放入2molCO2和1molH2，平衡后CO2的转化率为________，H2的转化率为________。【解析】(1)由平衡常数的定义可得表达式(2)化学平衡常数仅是温度的函数，吸热反应的平衡常数随温度升高而增大，放热反应的平衡常数随温度升高而减小；由表中数据知该反应为吸热反应。(3)Qc＝0.6＜0.9，反应向正方向进行。H2O的消耗速率比生成速率小。(4)830℃时，平衡常数为1，设反应中转化的CO2浓度为x，CO2(g)＋H2＋H2O(g)起始mol/L2100转化mol/Lxxxx平衡mol/L2－x1－xxx据平衡常数的关系可得(2－x)×(1－x)＝x2,解得x＝23，则平衡后CO2的转化率为13，H2的转化率为23。【答案】(1)K＝cCO·cH2OcCO2·cH2(2)吸热(3)小(4)13231.化学平衡常数的应用(1)判断比较可逆反应进行程度的大小化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志，是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应进行的程度越大，反应物转化率越高。(2)可以利用平衡常数的值作标准判断反应是否达到平衡及不平衡时向哪个方向进行。如对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系：Qc＝[cC]p·[cD]q[cA]m·[cB]n，Qc叫做该反应的浓度商。Qc＜K，反应向正反应方向进行，v正v逆Qc＝K，反应处于平衡状态，v正＝v逆Qc＞K，反应向逆反应方向进行，v正v逆(3)利用K可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。2.化学平衡常数的相关计算计算的步骤、方法与化学反应速率的计算类似。例如：反应mA＋npC起始浓度(mol·L－1)abc转化浓度(mol·L－1)xnxmpxm平衡浓度(mol·L－1)a－xb－nxmc＋pxmK＝c＋pxmpa－xm·b－nxmn反应物的转化率＝反应物转化的物质的量浓度反应物起始的物质的量浓度×100%【温馨提示】①反应物：c(平)＝c(始)－c(变)，生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)②转化量是计算中最关键的量，各物质的转化量之比一定等于化学方程式中化学计量数之比，这是计算的关键。③若反应物起始浓度之比等于化学计量数之比，则隐含反应物转化率相等，且平衡时反应物的浓度之比等于化学计量数之比的条件。④求算反应物的转化率时，也可用物质的量、质量、气体的体积等。⑤化学平衡常数仅是温度的函数。化学平衡常数改变，则化学平衡发生移动；化学平衡发生移动，但化学平衡常数不一定改变。【知识关联】化学平衡常数与化学反应速率的计算、化学平衡的移动、化学平衡图像等联系。2.高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：FeO(s)＋CO(g)(s)＋CO2(g)ΔH0，其平衡常数可表达为：K＝cCO2cCO。已知：1100℃时K＝0.263。(1)温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比__________，平衡常数K值__________。(填“增大”、“减小”或“不变”)(2)1100℃时测得高炉中c(CO2)＝0.025mol/L，c(CO)＝0.1mol/L，在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态________(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是v(正)________v(逆)(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是____________________。【解析】K只受温度的影响，和浓度、压强无关。(1)中温度升高，化学平衡向吸热反应方向移动，即向正反应方向移动，高炉内CO2与CO的体积比增大，结合K的表达式，可得到K值增大；(2)中温度不变，则K值不变，此时cCO2cCO＝0.0250.1＝0.25＜0.263，说明未达到平衡，要达到平衡，应增加CO2的浓度，减小CO的浓度，即反应向正反应方向进行，v(正)＞v(逆)。【答案】(1)增大增大(2)否大于此时因温度不变，cCO2cCO＝0.25＜0.2631.(2010·山东潍坊模拟)在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)＋H2O(g)(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.体系的压强不再发生变化B.v正(CO)＝v逆(H2O)C.生成nmolCO的同时生成nmolH2D.1molH－H键断裂的同时断裂2molH－O键【解析】本题考查化学平衡状态的判断。不论反应是否达到平衡，生成nmolCO的同时都会生成nmolH2，故选C。【答案】C2.对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)(g)＋6H2O(g)，下列叙述中正确的是()A.达到化学平衡时4v正(O2)＝5v逆(NO)B.若单位时间内生成xmolNO的同时，消耗xmolNH3，则反应达到平衡状态C.达到化学平衡时，若增大容器的体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大D.化学反应速率的关系是2v正(NH3)＝3v正(H2O)【解析】本题考查化学平衡状态的概念。4v正(O2)＝5v逆(NO)表明正、逆反应速率相等，A正确；B项都表示正反应速率，错误，C项增大容器体积相当于减小压强，正、逆反应速率都减小，错误；D项应为3v(NH3)＝2v(H2O)。【答案】A3.(2010·北京海淀模拟)X、Y、Z三种气体，把X和Y按2∶1的物质的量之比混合，放入固定体积的密闭容器中发生如下反应：X＋，达到平衡后，X的转化率不可能为()A.25%B.20%C.15%D.10%【解析】本题考查可逆反应不可能进行完全。1molY完全消耗时，消耗X0.5mol，所以X的转化率一定小于25%。【答案】A4.化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如