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1、第2节 化学平衡状态 化学平衡常数,考纲要求: 1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 2.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。 3.能正确计算化学反应的转化率()。,-3-,基础梳理,考点突破,化学平衡状态 1.可逆反应 (1)定义: 在 条件下既可以向 反应方向进行,同时又可以向_反应方向进行的化学反应。 (2)特点“三同一小”: 三同:a.相同条件下;b.正逆反应 进行;c.反应物与生成物同时存在。 一小:任一组分的转化率都 (填“大于”或“小于”)100%。 (3)表示方法:在化学方程式中用“ ”表示。,相同,正,逆,同时,小于,-4-
2、,基础梳理,考点突破,2.化学平衡状态 (1)定义: 在一定条件下的 反应中,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化, 和 相等的状态。 (2)建立过程:,在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。化学平衡的建立过程可用如右v-t图像表示:,可逆,正反应速率 逆反应速率,-5-,基础梳理,考点突破,图像分析:,0,减小,减小,增大,增大,=,保持不变,-6-,基础梳理,考点突破,(3)特征:,可逆,=,浓度(或物质的量、质量、,质量分数、物质的量分数),-7-,基础梳理,考点突破,特别提醒(1)可逆反应不等同于可逆过程,可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于
3、化学变化。 (2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立,也可以从逆反应方向建立。 (3)化学反应达到化学平衡状态的正、逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等。 (4)化学反应达平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但不一定相等。,-8-,基础梳理,考点突破,ACD,-9-,基础梳理,考点突破,判断化学平衡状态的两方法和两标志 1.两方法逆向相等、变量不变 (1)“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。 (2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当该量
4、不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否达到平衡状态的判断依据。 2.两标志本质标志、等价标志 (1)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。,-10-,基础梳理,考点突破,(2)等价标志: 全部是气体参加的非等体积反应,体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。例如,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。 体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。 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。 对于有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随
5、时间而变化。例如,2NO2(g) N2O4(g)。 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。 绝热体系的温度不变,说明反应处于平衡状态。,-11-,基础梳理,考点突破,例1在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应,现有下列状态: 反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于化学计量数之比的状态 反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比的状态 浓度之比等于化学计量数之比的状态 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态,-12-,基础梳理,考点突破,绝热条件下体系温度不再改变的状态 恒温条件下压
6、强不再改变的状态 反应物的浓度不再改变的状态 反应物或生成物的百分含量不再改变的状态 其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是 ; 能表明(乙)达到化学平衡状态的是 。,答案: ,-13-,基础梳理,考点突破,解析:反应甲是气体体积增大的反应,且NO2为红棕色气体。而反应乙是气体体积不变的反应,I2蒸气也是红棕色气体。都表示正反应方向,不能说明甲、乙达到平衡状态。正、逆反应速率之比等于化学计量数之比,甲、乙均达到平衡状态。化学平衡时浓度之比与化学计量数之比无必然联系,不能说明达到化学平衡状态。混合气体的颜色不改变,说明NO2、I2的浓度不变,甲、乙均达到平衡状态。容器体积恒定,反应混合物均为气体,
7、故密度不是变量,不能说明反应达到平衡状态。反应甲是化学反应计量数增大的反应,故反应未达到平衡时该反应的平均相对分子质量是变量,平均相对分子质量不变即说明达到化学平衡状态。反应乙是气体体积不变的反应,其平均相对分子质量不变,不能说明反应达到化学平衡状态。化学反应中伴随着能量的变化,绝热容器中温度是变量,温度不变说明达到平衡状态。恒温下,反应甲是压强增大的反应,反应乙是压强不变的反应。压强不变可说明甲达到化学平衡状态,不能说明乙达到化学平衡状态。和均能说明反应甲、乙达到化学平衡状态。,-14-,基础梳理,考点突破,-15-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.在一个2 L的密闭容器中,投入反应物,发
8、生反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) H0,能说明该反应已达到平衡状态的是( ) A.v(SO3)=2v(O2) B.容器内压强保持不变 C.v正(SO2)=2v正(O2) D.容器内密度保持不变,答案,解析,-16-,基础梳理,考点突破,2.(2016陕西西安铁一中模拟)可以证明可逆反应N2+3H2 2NH3已达到平衡状态的是( ) 1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂;1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂;其他条件不变时,混合气体平均相对分子质量不再改变;恒温恒容时,体系压强不再改变;NH3、N2、H2的体积分数都不再改变;恒温恒容时,混合气体的密度保持不变;正反应速率v(
9、H2)=0.6 molL-1min-1,逆反应速率v(NH3)=0.4 molL-1min-1 A. B. C. D.,答案,解析,-17-,基础梳理,考点突破,化学平衡常数及其应用 1.化学平衡常数 (1)定义。 在 下,一个可逆反应达到 时,生成物 与反应物 的比值是一个常数,用符号 表示。 (2)表达式。 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时,平衡常数K= 。,一定温度,化学平衡状态,浓度幂之积,浓度幂之积,K,-18-,基础梳理,考点突破,(3)意义及应用。 K值越大,正反应进行的程度 ,反应物的转化率 。当K 时,可以认为反应进行得
10、较完全。 K值越小,正反应进行的程度 ,反应物的转化率 。当K 时,认为反应很难进行。 (4)影响因素。 内因: 的性质。 外因:只受 影响,与 、压强、 等外界因素无关。,越大,越大,105,越小,越小,10-5,反应物本身,温度,浓度,催化剂,-19-,基础梳理,考点突破,2.平衡转化率 对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),A(g)的平衡转化率可表示为:(A)= 用c0(A)表示A的初始浓度,c平(A)表示A的平衡浓度。,-20-,基础梳理,考点突破,(2)反应的K2值随着温度升高而增大,则反应的反应热 H 0。 (3)反应的K3值与K1、K2的关系是 。,-21-,基
11、础梳理,考点突破,(4)若其他条件不变,向反应所在的密闭容器中充入H2O(g),则平衡将向 移动,该反应的平衡常数 (填“变大”“变小”或“不变”)。,正反应方向,不变,-22-,有关化学平衡常数的计算及应用 1.判断、比较可逆反应进行的程度 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:,基础梳理,考点突破,-23-,基础梳理,考点突破,-24-,基础梳理,考点突破,-25-,基础梳理,考点突破,-26-,基础梳理,考点突破,例2(2016山东枣庄一模)增强环保意识、爱护环境是每个公民的职责。碳的氧化物合成甲醇等资源化利用对环境保护具有重要意义。请回答下列问题: (1)下列为合成甲醇的有关化学方
12、程式,某温度下,上述三个反应的平衡常数数值分别为2.5、2.0和K3,则K3值为 。,-27-,基础梳理,考点突破,(2)一定条件下,甲醇可同时发生下列反应: A.2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) B.2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)。 上述反应过程中能量变化如图所示:,写出反应速率较大的序号并说明原因 。 若在容器中加入催化剂,则E2-E1将 (填“变大”“不变”或“变小”)。,-28-,基础梳理,考点突破,-29-,基础梳理,考点突破,表中数据存在的关系为:|Q1|+|Q2| 90(填“”“=”或“”,下同),2c2 c3。 在温度不变、恒容条件下,
13、该反应的平衡常数数值Kp=4.8010-2,若甲容器中反应达平衡状态时,p(CH3OH)=24.0 kPa,则平衡时,混合气体中CH3OH的物质的量分数为 (Kp是用平衡分压代替平衡浓度所得的平衡常数,分压=总压物质的量分数)。,答案:(1)5.0 (2)A 反应A活化能低,在相同条件下反应速率较大 不变 (3)= 61.5%,-30-,基础梳理,考点突破,(2)反应的活化能越小反应速率越大,在某密闭容器中,充入一定量CH3OH(g)发生题给反应A和B相比,反应A的活化能小,反应速率大。加入催化剂改变了反应的途径,降低反应所需的活化能,所以E1和E2的变化是减小,催化剂不改变反应物总能量与生成
14、物总能量之差即反应热不变,活化能大小对该反应的反应热无影响。,-31-,基础梳理,考点突破,-32-,基础梳理,考点突破,方法技巧不同反应的化学平衡常数可以进行相互转化,一般采用根据盖斯定律计算反应热的方法,只是将计算反应热时H的“+”“-”“”在平衡常数的计算中变成了平衡常数K的“”“”“幂”。,-33-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 3.(2016上海化学,五)随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。 完成下列填空: (1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的反应方程式为: CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g
15、) 已知H2的体积分数随温度的升高而增加。 若温度从300 升至400 ,重新达到平衡,判断下列表格中各物理量的变化。(选填“增大”“减小”或“不变”),-34-,基础梳理,考点突破,-35-,基础梳理,考点突破,-36-,基础梳理,考点突破,(1)若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示,则该反应的H= kJmol-1。(用含a、b的式子表示),-37-,基础梳理,考点突破,(2)几种化学键的键能如表所示,实验测得上述反应的H=-152 kJmol-1,则表中的x= 。,-38-,基础梳理,考点突破,-39-,基础梳理,考点突破,X1 (填“”“”或“=”,下同)X2; 平衡常数KA KB,KB KC。 若B点时X=3,则平衡常数KB= (代入数据列出算式即可)。 下列措施能同时满足增大反应速率和提高CO2转化率的是 。 a.升高温度 b.加入催化剂 c.增大投料比X d.将产物从反应体系中分离出来,-40-,基础梳理,考点突破,-41-,基础梳理,考点突破,-42-,基础梳理,考点突破,升高温度,平衡向逆反应方向移动,CO2转化率降低,a错误;加入催化剂,平衡不移动,b错误;增大投料比,增大H2浓度,反应速率加快,CO2转化率增大,c正确;将产物分离,提高CO2转化率,但反应速率降低,d错
