1、微型专题3 化学平衡,第2章 化学反应的方向、限度与速率,学习目标定位 1.学会化学平衡状态及其移动方向的判断。 2.掌握化学平衡常数的表示方法及应用。 3.学会化学平衡的计算方法。 4.掌握图像与等效平衡的分析方法。,一、化学平衡及其移动,1.化学平衡状态的判断 例1 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(g)2B(g)C(g)D(g)已达到平衡状态的是 混合气体的压强 混合气体的密度 B的物质的量浓度 混合气体的总物质的量 混合气体的平均相对分子质量 v(C)与v(D)的比值 混合气体的总质量 混合气体的总体积 C、D的分子数之比为11 A. B. C. D
2、.,答案,解析,解析 要理解化学平衡状态的特点“等、动、定”的含义，在判断化学平衡状态时还要注意反应前后气体体积是否相等。题给反应是一个反应前后气体体积不相等的反应，因此在定容容器中，若混合气体的压强、B的物质的量浓度、混合气体的总物质的量、混合气体的平均相对分子质量不再变化，均能证明该反应达到化学平衡状态。而中 始终不变化，中没指明反应进行的方向，m(g)始终不变化，在定容容器中，混合气体的总体积不能作为判断依据，反应未达到平衡时，C、D气体的分子数之比也为11。,规律方法,判断化学平衡状态的基本思路 (1)分析反应容器的特点：恒温恒压、恒温恒容。 (2)分析反应方程式的特点：反应物的状态、
3、反应前后气态物质计量数的相对大小。 (3)采用“变量不变”法判断所给物理量是否能作为化学平衡状态的判断依据。,教师用书独具,相关链接 化学平衡状态的判断方法 (1)“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：全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；有固体或液体参与的等体积反应还是非等体积反应。 (2)“两标志” 本质标志 v正v逆0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。,等价标志 a.全部由气体参加的反应前后非等体积反应，体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。 b.体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)
4、分数保持不变。 c.对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。 d.对于有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。 e.体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。,特别提示 (1)从反应速率的角度来判断反应是否达到平衡时，速率必须是一正一逆(不能同是v正或v逆)，且反应速率之比等于化学系数之比。 (2)在可逆反应过程中，能发生变化的物理量(如各组分的浓度、反应物的转化率、混合气体的密度、颜色、平均摩尔质量等)，若保持不变，说明可逆反应达到了平衡状态。,2.化学平衡移动方向的分析及判断 例2 利用反应：2NO(g)2CO(g)2
5、CO2(g)N2(g) H746.8 kJmol1，可净化汽车尾气，如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是 A.降低温度 B.增大压强同时加催化剂 C.升高温度同时充入N2 D.及时将CO2和N2从反应体系中移走,答案,解析,解析 该反应具备气体分子数减少、向外释放热量的特征，降温，平衡右移，NO的转化率提高，但反应速率降低，A项错误； 增大压强，平衡右移，NO的转化率提高，加入催化剂可大幅度加快反应速率，B项正确； 升温和充入N2，平衡都左移，NO的转化率降低，C项错误； 移走CO2和N2，平衡右移，但反应速率降低，D项错误。,规律方法,若将外界条件对反应速率的影响等同于对平
6、衡移动的影响，则会导致错选。外界条件的改变可能会使正、逆反应速率都发生变化或只有一方发生变化，而平衡移动的方向由v正和v逆的相对大小决定，条件改变时平衡有可能不发生移动。,教师用书独具,相关链接 化学平衡移动的分析方法 (1)根据勒夏特列原理判断 如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡将向能够减弱这种改变的方向移动。 (2)根据图示中v正、v逆的相对大小判断 若v正v逆，则平衡向正反应方向移动(注意v正增大，平衡不一定向正反应方向移动)； 若v正v逆，则平衡向逆反应方向移动； 若v正v逆，则平衡不移动。,(3)根据平衡常数与浓度商的相对大小判断 若KQ，则平衡向正反应方向移动
7、； 若KQ，则平衡向逆反应方向移动； 若KQ，则平衡不移动。,下列有关叙述不正确的是 A.该反应的化学方程式是CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) B.上述反应的正反应是放热反应 C.若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol,5 min后温度升高到830 ，此时测得CO为0.4 mol，则该反应达到平衡状态 D.若平衡浓度符合下列关系式： 则此时的温度为1 000 ,3.化学平衡常数及其应用 例3 已知某化学反应的平衡常数表达式为K 在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示：,答案,解析,解析 平衡常数的表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，A项正确； 由表中数
8、据可知该反应的平衡常数随着温度的升高而降低，故该反应的正反应是放热反应，B项正确； 利用化学反应方程式确定各种物质的物质的量，代入平衡常数表达式可知该反应没有达到平衡，C项不正确； 将所给关系式进行变化，可知该条件下平衡常数为0.60，D项正确。,规律方法,改变温度，若化学平衡向正反应方向移动，则化学平衡常数增大，反之，若化学平衡向左移动，则化学平衡常数减小。,教师用书独具,相关链接 化学平衡常数表达式及其应用 (1)平衡常数表达式书写注意的问题 不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数表达式，但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达
9、式中。 同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应。,(2)平衡常数的意义 化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。K105时，可以认为该反应已经进行完全。 (3)平衡常数的应用 判断可逆反应进行的方向 判断反应的焓变符号 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应，反之，K值减小，则正反应为放热反应。 用于计算平衡浓度、转化率等化学平衡相关计算。,4.平衡转化率的判断 例4 反应X(g)Y(g)2Z(g) H0，达到平衡时，下列说法不正确的是 A.减小容器体积，平衡不移动
10、，X的转化率不变 B.增大c(X)，X的转化率减小 C.保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的转化率增大 D.加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大,答案,解析,解析 该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变，A项正确； 增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X的转化率减小，B项正确； 相当于只增加Y的浓度，X的转化率会增大，C项正确； 催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，D项错误。,误区警示,根据平衡移动分析平衡转化率的变化时常见错误有：(1)误认为平衡正向移动转化率一定增大，如果通过加入一
11、种反应物而使平衡正向移动，该物质的转化率减小，其他反应物的转化率增大。(2)若反应物或生成物只有一种物质，改变该物质的浓度，不能根据浓度变化去分析，而应该根据压强的变化去分析。,教师用书独具,相关链接 平衡转化率的变化规律 (1)反应物不止一种时，如mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)只增大一种反应物的浓度，该物质本身转化率减小，其他反应物转化率增大。如增大c(A)，则平衡正向移动，(A)减小，(B)增大。 (2)反应物只有一种时，如aA(g)bB(g)cC(g)，增大c(A)则平衡正向进行，其影响结果相当于增大压强，若abc，(A)不变；若abc，(A)增大；若abc，(A)减小。,5.
12、等效平衡的理解和应用 例5 已知H2(g)I2(g)2HI(g) H0，有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，应采取的措施是 A.甲、乙提高相同温度 B.甲中加入0.1 mol He，乙不改变 C.甲降低温度，乙不变 D.甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2,答案,解析,解析 本题考查化学平衡移动和恒温恒容条件下的等效平衡原理。根据化学平衡只与始、终态有关，与路径无关。甲、乙能达到同一平衡状态，HI浓度相等。升高温度HI浓度都减小，不能判断甲中HI
13、的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，A选项错误； 向甲中充入氦气，因为容积不变，各物质浓度不变，平衡不移动，甲、乙中HI的平衡浓度相等，B选项错误； 对甲降温，平衡向右移动，HI浓度增大，乙中HI浓度不变，C选项正确； 甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2，甲、乙中HI浓度增大程度相等，甲、乙中HI的平衡浓度相等，D选项错误。,规律方法,化学平衡与起始反应物投料有关，与路径无关。采用“一边倒法”，将产物全部转化成反应物，在等温等容条件下，只要起始物质浓度相等，都能达到同一平衡状态。,教师用书独具,相关链接 运用“化归思想”理解等效平衡原理 (1)等效平衡的概念 在相同条件下(恒
14、温恒容或恒温恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，只要按化学方程式中各物质的化学计量数之比投入反应物或生成物，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。,(2)等效平衡与等同平衡的异同,二、化学平衡的有关计算,1.有关化学平衡常数的计算 例6 将CO2在一定条件下与H2反应转化为甲醇(CH3OH)是变废为宝的好方法，一定条件下，每转化1 kg CO2放出的热量为1 113.64 kJ，CO2转化为甲醇过程中浓度随时间的变化曲线如图所示(已知反应物和生成物在此条件下均为气体)，下列叙述中正确的是
15、,A.CO2的平衡转化率为62.5% B.此反应的热化学方程式为CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H 49.0 kJmol1 C.此条件下反应的平衡常数K D.降低温度，此反应的平衡常数可能为0.8,答案,解析,解析 由题图可知该反应的方程式为CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，由题中信息“每转化1 kg CO2放出的热量为1 113.64 kJ”可知，每转化1 mol CO2放出的热量约为49.0 kJ，则该反应的热化学方程式为CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H49.0 kJmol1，B项正确； 平衡常数K 1.07，C项错误； 降
16、低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，会大于1.07，不可能为0.8，D项错误。,易误辨析,(1)不能把反应体系中的固体、纯液体及稀溶液中水的浓度写入平衡常数的表达式中，而在非水溶液的反应体系中有水存在则需把水的浓度写入平衡常数的表达式中。(2)平衡常数只受温度的影响，与压强、浓度变化无关，与平衡的移动方向也没有必然联系。,2.有关平衡转化率的计算 例7 已知可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g) H0，请回答下列问题。 (1)某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)1 molL1，c(N)2.4 molL1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_。,答案,解析,25%,
17、解析 用“平衡三段式法”，借助平衡常数来串联计算：M(g)N(g)P(g)Q(g) 起始(molL1) 1 2.4 0 0 变化(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6 平衡(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6,(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)4 molL1，c(N)a molL1；达到平衡后，c(P)2 molL1，则a_。,答案,解析,6,(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)c(N)b molL1，达到平衡后，M的转化率为_。,答案,解析,41.4%,教师用书独具,相关链接 化学平衡计算模式与公式 (1)计算模式 化学平衡计算的最基本的方法模式是“平衡三段式法”。具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量(也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积)，再根据题意列式求解。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) n(起始)/mol a b 0 0 n(转化)/mol mx nx px qx n(平衡)/mol amx bnx px qx,起始、转化、平衡是化学平衡计算的“三步曲”。,(2)计算公式,若用任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示。则其与K比较，当QK，v正v逆。,
