1、第二节化学平衡第一课时化学平衡状态与化学平衡常数明课程标准扣核心素养1.通过化学平衡的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，理解并会判断化学平衡状态。2认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。3了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的关系。1.变化观念与平衡思想：能运用动态平衡的观点分析、判断化学平衡状态，能运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示化学平衡状态的本质特征。2证据推理与模型认知：能通过定性分析和定量计算，理解化学平衡常数模型的构建，能进行有关化学平衡常数的相关计算和判断，运用模型解释或解决复杂的化学问题。1化学平衡的概念和特征(1)概念在同一条件下
2、，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。(2)表示方法用“”表示，把从左向右进行的反应称作正反应，从右向左进行的反应称作逆反应。例如工业合成氨的反应为。(3)特征实例：使2 mol SO2与1 mol O2在密闭容器中发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，充分反应后，容器中存在的物质有：SO2、O2、SO3。2化学平衡状态(1)化学平衡状态的建立在一定条件下的容积不变的密闭容器中进行合成氨的反应：装置：把N2和H2在一定条件下充入密闭容器中发生反应，N2、H2、NH3的浓度变化如下图所示：随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐增大，而N2和H2的浓度逐渐减小。到达t
3、1时刻时，N2、H2、NH3的浓度均不再改变，即反应达到了化学平衡状态。装置：把2 mol NH3在一定条件下充入密闭容器中发生反应，N2、H2、NH3的浓度变化如下图所示：随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐增大，而NH3的浓度逐渐减小，到达t2时刻时，N2、H2、NH3的浓度均不再改变，即反应达到了化学平衡状态。(2)概念在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变的状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。(3)特点名师点拨(1)可逆反应达到平衡状态后，反应并没有停止，而是反应在该条件下进行到最大限度。(2)可逆反应达到平衡后，各组分的浓度保持不
4、变，并不是各组分的浓度相等。化学平衡状态的判断1直接判断法(1)v正v逆0(即同一物质的消耗速率与生成速率相等)。(2)各物质的浓度保持不变。2间接判断法(1)各物质的百分含量保持不变。(2)各物质的物质的量或质量保持不变。(3)各气体的体积保持不变。1在已达到平衡的可逆反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的()A氧气中B氧气和三氧化硫中C氧气和二氧化硫中D二氧化硫、氧气和三氧化硫中解析：选D化学平衡是动态平衡，加入的18O2会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含有18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使得SO2和O2中也
5、含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。2恒温条件下，可逆反应：2NO(g)O2(g)2NO2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为221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压强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ABC D全部解析：选A单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2描述的是正、逆两个方向的反应，且NO2的系数是O
6、2的两倍，则可以作为判断平衡的标志，故符合题意；单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO二者均为逆反应方向的反应，不能说明正、逆反应速率相等，不能作为判断平衡的标志，故不符合题意；用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为221的状态，是反应进行到任何时刻都成立的关系，不能说明达到了平衡状态，不能作为判断平衡的标志，故不符合题意；混合气体的颜色不变化说明二氧化氮的浓度不变化，说明反应达到平衡状态，能作为判断平衡的标志，故符合题意；该反应是一个反应前后气体的质量不会改变的化学反应，混合气体的质量是守恒的，容器的体积不变，导致混合气体的密度始终不变，所以混合气体的密度不变时不能作为
7、判断平衡的标志，故不符合题意；因该反应是物质的量减小的化学反应，物质的量与压强成正比，未达到平衡状态前，反应体系压强不断变化，当混合气体的压强不随时间的变化而变化时，能说明反应达到平衡状态，能作为判断平衡的标志，故符合题意；混合气体的平均相对分子质量在数值上等于其平均摩尔质量，即混合气体的总质量与混合气体的总物质的量的比，因质量是守恒的，反应达到平衡状态前，气体的物质的量不断变化，只有达到平衡时才不变，当混合气体的平均摩尔质量不再变化，证明达到了平衡状态，能作为判断平衡的标志，故符合题意。情境素材表中所列为测量反应H2(g)I2(g)2HI(g)在457.6 时各物质的初始浓度和平衡浓度所获得
8、的数据。初始浓度/(molL1)平衡浓度/(molL1)平衡时c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)1.1971026.94410305.6171035.9361041.27010248.371.2281029.96410303.8411031.5241031.68710248.621.2011028.40310304.5801039.7331041.48610249.54001.5201021.6961031.6961031.18110248.49001.2871021.4331031.4331031.00010248.70003.7771024.2131034.213
9、1032.93410248.50平均值48.70情境探究1根据表中的实验数据计算平衡时的值，将计算结果填入表中(计算结果均保留2位小数)，并计算其平均值。提示：达到平衡时48.56。2在温度一定的条件下(457.6 )，改变反应体系中各反应物的浓度，对于的值有何影响？称为什么？提示：无影响，化学平衡常数。3已知反应：H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数是K ，则反应2HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数是什么？反应H2(g)I2(g)HI(g)的平衡常数是什么？提示：，K。1浓度商对于一般的可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在任意时刻称为浓度商，常用Q表示。2化学平衡
10、常数(1)概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K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：K。(3)意义化学平衡常数的大小反映了一个化学反应可能进行的程度(即反应限度)，K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即反应进行得越完全，反应物的转化率越大；一般来说，当K105时，通常认为反应基本完全。(4)影响因素K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关。(5)平衡常数的应用判断可逆反应进行程度的
11、大小判断反应的热效应a升高温度b降低温度判断可逆反应是否平衡及不平衡时的反应方向QK，反应向正反应方向进行；QK，反应处于平衡状态；QK，反应向逆反应方向进行。3平衡转化率(1)含义：平衡时已转化了的某反应物的“量”与转化前(初始时)该反应物的“量”之比。(2)表达式：对于可逆反应：aAbBcCdDA100%100%A100%100%。名师点拨(1)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不代入平衡常数表达式，如：Fe3O4(s)4H2(g)=3Fe(s)4H2O(g)的平衡常数K。(2)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡浓度，不能用任何一时刻的浓度值。(3)使用催
12、化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。(4)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应，化学方程式不同，平衡常数不同，如合成氨反应：若写成：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，K1；若写成：N2(g)H2(g)NH3(g)，K2，且K1K。(5)化学反应的反应物有两种或两种以上时，增加一种反应物的浓度，则该反应物的平衡转化率降低，而其他反应物的平衡转化率升高。1对于3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为()AKBKCK DK解析：选D由于在反应中Fe、Fe3O4均为固体，根据化学平衡常数的定义可得出平衡常数K。2在1 L密
13、闭容器中，加入5 mol A物质，在一定条件下同时发生下列两个反应：2A(g)2B(g)C(g)；A(g)C(g)D(g)。当达到平衡时，测得c(A)2.5 molL1，c(C)2.0 molL1。则下列说法中正确的是()A.达到平衡时A的总转化率为40%B达到平衡时K10.5C达到平衡时c(B)2c(D)D达到平衡时K21.2解析：选D2A(g)2B(g)C(g)，设参加此反应的A为x mol，根据的方程式可知，生成的B为x mol，生成的C为 mol；A(g)C(g)D(g)，设参加此反应的A为y mol，根据的方程式可知生成的C为y mol，生成的D为y mol，根据题意可列解得由此分析
14、可得：A的起始浓度为5 molL1，平衡时的浓度为2.5 molL1，则平衡时A的转化率为50%，故A错误；K10.32，故B错误；平衡时c(B)1 molL1、c(D)1.5 molL1，则3c(B)2c(D)，故C错误；平衡时K21.2，故选D。工厂利用甲烷与氯气的反应原理制取氯甲烷，为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl4，以减少其对臭氧层的破坏。化学家研究在催化条件下，通过下列反应：CCl4(g)H2(g)CHCl3(g)HCl(g)，使CCl4转化为重要的化工原料氯仿(CHCl3)(不考虑副反应)。在固定容积为2 L的密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据：实验序号温度/初始n(
15、CCl4)/mol初始n(H2)/mol平衡时n(CHCl3)/mol11100.81.221102213100110.6(1)计算此反应在110 时的平衡常数。提示：利用“三段式”进行计算：由表中数据可知，110 时，c(CHCl3)0.5 molL1，由题知：则平衡常数K1。(2)计算实验1中，CCl4的转化率。提示：由表中数据可知，实验1和实验2温度相同，则二者的化学平衡常数也相同，由题知：初始c(CCl4)0.4 molL1，c(H2)0.6 molL1。设CCl4的转化率为a，则：则平衡常数1，解得：a0.6。(3)判断该反应的正反应是吸热反应还是放热反应，并说明理由。提示：由表中数
16、据可知，在100 时，c(CCl4)0.5 molL1，c(H2)0.5 molL1，平衡时c(CHCl3)0.3 molL1，利用“三段式”计算如下：则平衡常数K2.251，即温度为100 时，K2.25，大于110 时的平衡常数，说明升高温度，反应逆向移动，则该可逆反应的正反应为放热反应。解答化学平衡常数相关计算的方法三段式法1步骤(1)写出涉及的可逆反应的化学方程式。(2)找出起始量、转化量和平衡量中哪些是已知量，哪些是未知量，按“三段式”列出。(3)根据问题建立相应的关系式进行计算。2解题模板一定温度下进行的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在容积为V L的恒容容器中，
17、反应物A、B的初始加入量分别为a mol和b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。对于反应物：n(平)n(始)n(转)对于生成物：n(平)n(始)n(转)则有：平衡常数K平衡时A的转化率：(A)100%A、B的转化率之比为：(A)(B)。温度为T1时，在容积为10 L的恒容密闭容器充入一定量的M(g)和N(g)，发生反应M(g)N(g)2P(g)Q(g)H0。反应过程中的部分数据如表所示，下列说法正确的是()t/min0510n(M)/mol6.04.0n(N)/mol3.01.0A.T2时该反应的化学平衡常数为0.64，则T1T2B05 min内，用M表示的平均反应
18、速率为04 molL1min1C该反应在第8 min时v逆v正D当M、N的转化率之比保持不变时，可判断该反应达到平衡状态解析：选A根据表格信息，可列三段式：再结合10 min时的数据可知温度为T1时，反应在5 min时已达到平衡，在该温度下的平衡常数为K0.8，由此解答。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向进行，平衡常数增大，已知T1时该反应的化学平衡常数为0.8，T2时该反应的化学平衡常数为0.64，故T1T2，A正确；根据三段式可知，05 min内，用M表示的平均反应速率为v0.04 molL1min1，B错误；根据分析可知，反应在5 min时达到平衡状态，故在第8 min时v逆v正，C错
19、误；根据反应方程式M、N的化学计量数之比可知，二者的转化率之比始终保持不变，是个定值，故D错误。分级训练课课过关_1下列对化学平衡常数(K)的叙述正确的是()A仅升高温度，K可能增大，也可能减小B仅加入催化剂，K可能增大C仅增大压强，K可能减小D仅减小浓度，K值可能减小解析：选A升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，则对于吸热反应，升高温度K增大，对于放热反应，升高温度K减小，选项A正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能使平衡移动，则加入催化剂，K不变，选项B错误；K只与温度有关，而与浓度、压强无关，改变压强、减小浓度K均不变，选项C、D错误。2850 K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和
20、O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.002 0 molL1、0.002 5 molL1、0.002 0 molL1。则该温度下反应的2SO2O22SO3平衡常数为()A25B0.002 5C40 D400解析：选D对于反应2SO2O22SO3，当反应达到平衡后测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.002 0 molL1、0.002 5 molL1、0.002 0 molL1，K400，故选D。3在一定温度下的密闭容器中，可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，达到平衡状态的标志是()AN2、H2、NH3在容器中共存Bv正(N2)3v逆(H2)C混合气体的平均摩
21、尔质量不再发生变化D单位时间内生成n mol N2，同时生成3n mol H2解析：选C由于可逆反应存在反应限度，反应物不可能完全转化为生成物，故只要反应开始后N2、H2、NH3就同时存在，A不符合题意；由，得v逆(N2)v正(N2)3v逆(H2)，正、逆反应速率不等，反应未达平衡，B不符合题意；随着反应进行，气体的总物质的量发生变化，而气体总质量不变，由知，随着反应进行，混合气体平均摩尔质量发生变化，若不变，则反应达平衡，C符合题意；生成N2和生成H2均为逆反应速率，缺少正反应速率，不能判断是否达平衡，D不符合题意。4一定温度下，将2 mol A和2 mol B两种气体混合放入体积为2 L的
22、刚性密闭容器中，发生反应3A(g)B(g)xC(g)2D(g)，2 min末反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的物质的量浓度为0.4 molL1，下列说法正确的是()Ax的值为1BA的平衡转化率为40%C此温度下该反应的平衡常数K等于0.5DA和B的平衡转化率相等解析：选C由2 min末反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的物质的量浓度为0.4 molL1可得x2(0.4 molL12 L)0.8 mol，解得x2，故A错误；由2 min末反应达到平衡，生成0.8 mol D可知，反应消耗A的物质的量为1.2 mol，则A的平衡转化率为100%60%，故B错误；由2 mi
23、n末反应达到平衡，生成0.8 mol D可知，反应消耗A的物质的量为1.2 mol，消耗B的物质的量为0.4 mol，平衡时A、B、C、D的浓度分别为0.4 molL1、0.8 molL1、0.4 molL1、0.4 molL1，则此温度下该反应的平衡常数K0.5，故C正确；由2 min末反应达到平衡，生成0.8 mol D可知，反应消耗A的物质的量为1.2 mol，消耗B的物质的量为0.4 mol，则A的平衡转化率为100%60%，B的平衡转化率为100%20%，A和B的平衡转化率不相等，故D错误。5高炉炼铁中发生的基本反应之一如下： FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)H0其平衡常
24、数可表示为K，已知1 100 时K0.263。化学平衡常数只与温度有关，不随浓度和压强的变化而变化。(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_。(以上均填“增大”“减小”或“不变”)(2)1 100 时测得高炉中c(CO2)0.025 molL1、c(CO)0.1 molL1，在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态：_(填“是”或“否”，若填“是”，则后面问题可不答)，此时反应向_(填“正反应”或“逆反应”)方向进行，其原因是_。解析：若生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值QK，则可逆反应达到平衡状态；若QK，反应向左进行。(1)FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)H0，正反应是吸热反应，升高温度，平衡常数增大，增大，则增大。(2)1 100 时测得高炉中c(CO2)0.025 molL1，c(CO)0.1 molL1，Q0.25K0.263，反应未达到平衡状态。反应向正反应方向进行。答案：(1)增大增大(2)否正反应Q0.250.263K