1、第 16 讲 化学平衡考纲定位1.了解化学反应的可逆性。2了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，认识其一般规律。4了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。一、化学反应的方向1自发反应无需外界帮助焓变熵变温度在一定条件下_就能自发进行的反应称为自发反应。2判断化学反应方向的依据要正确判断一个化学反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的_、_以及_。3可逆反应在同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进二、化学平衡状态1化学平衡状态的定义在一定条件下的可逆反应里，当_
2、，反应混合物中_的状态是化学平衡状态，简称化学平衡。化学平衡状态是该条件下的该反应的最大限度。正反应速率和逆反应速率各组分的浓度保持不变相等(v正v逆0)2化学平衡状态的特征可逆反应v(正)v(逆)0(1)逆：研究对象必须是_。(2)等：化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等，即_。(3)动：动态平衡，即正反应、逆反应仍在进行，只是速率相等。含量(4)定：在平衡体系中，混合物中各组分的_保持一定。(5)变：化学平衡是有条件的，当外界条件改变时，化学平衡就会发生移动。3化学平衡常数(1)定义。在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物平衡浓度幂之积与反应物平衡浓度幂之积的比值是一
3、个常数，叫化学平衡常数，简称平衡常数，用 K 表示。浓度看作常数“1”不写入表达式)。(3)意义。越大越大温度K 值越大，反应物的转化率_，正反应进行的程度_。K 只受_影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。注意：化学平衡常数是指某温度下某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。三、化学平衡移动1概念：达到平衡状态的反应在条件改变后，平衡状态被破坏的过程。2过程3平衡移动方向与反应速率的关系0反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。(2)平衡混合物中各组成成分的含量保持不变各组分的物质的量浓度、质量分数、
4、物质的量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等保持不变。举例反应是否平衡状态混合物体系中各成分的量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定是各物质的质量或各物质的质量分数一定是各气体的体积或体积分数一定是总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定不一定2间接判断依据举例反应是否平衡状态正反应速率与逆反应速率的关系在单位时间内消耗了 m mol A，同时生成 m mol A，即 v正v逆是在单位时间内消耗了 n mol B，同时消耗了 p mol C，则 v正v逆是vAvBvCvDmnpq，v正不一定等于 v逆不一定在单位时间内生成 n mol B，同时消耗q mol D，均指
5、v逆，v 正不一定等于 v逆不一定续表举例反应是否平衡状态压强若 mnpq，总压强一定(其他条件不变)是若 mnpq，总压强一定(其他条件不变)不一定混合气体相对平均分子质量(M)mnpq 时，M 一定是mnpq 时，M 一定不一定续表举例反应是否平衡状态温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定(其他条件不变)是体系的密度()mnpq，恒温恒压时，密度保持不变是mnpq，密度保持不变不一定颜色反应体系内有色物质的颜色保持不变是续表定的密闭容器中，达到平衡状态的标志是_(填序号)。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
6、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。思路指导：化学平衡状态的根本标志是：v(正)v(逆)，各组分百分含量不变。并明确气体的颜色、密度、压强、平均相对分子质量的变化与根本标志间的关系。解析：中描述的是反应的正、逆方向且转化后 v正v逆，而描述的均为正反应方向，故正确，错误；中无论达到平衡与否，化学反应速率之比都等于化学计量数之比；容器内含有色气体且颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡；体积固定、气
7、体质量反应前后守恒，密度始终不变；反应前后可逆反应压强不变，意味着各物质的含量不再变化；由于气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，该反应V0，能说明反应达到平衡。答案：【变式训练】1在一定温度下向 a L 密闭容器中加入1 mol X气体和 2 mol的标志是()。A容器内压强随时间变化而变化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 122D单位时间内消耗 0.1 mol X 同时生成 0.2 mol Z解析：该反应不是等体积反应，只要压强不变，各物质的物质的量浓度也就不变，可证明平衡已建立，故 A 错误，B 正确；而平衡时，X
8、、Y、Z 的浓度之比并不一定是 122，C 错误；单位时间内消耗 X 和生成 Z，描述的是同一反应方向，不存在v(正)和 v(逆)的关系，故不能判断该反应平衡已建立。答案：B考点 2 化学平衡常数的应用及相关计算1应用(1)判断、比较可逆反应进行程度的大小。K 值越大，正反应进行的程度越大；反之则越小。(2)判断可逆反应是否达到化学平衡状态。度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：(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相关计算(1)步骤。写出有关化学平衡的方程式。确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓
9、度。根据已知条件建立等式进行解答。(2)方法。(3)其他关系式。反应物：c(平)c(始)c(变)；生成物：c(平)c(始)c(变)。各物质的转化浓度之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。转化率反应物的起始浓度反应物的平衡浓度反应物的起始浓度100%。【例 2】(2011 年广东珠海摸拟)工业上用 CO 生产燃料甲醇。1()表示反应中能量的变化；图 3161()表示一定温度下，在体积为 2 L 的密闭容器中加入 4 mol H2 和一定量的 CO 后，CO 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化。()()()图 3161请回答下列问题：(1)在图()中，曲线_(填“a”或“b”)表示使用了催
10、化剂；该反应属于_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)下列说法正确的是_(填字母)。A起始充入的 CO 为 2 molB增大 CO 的浓度，CO 的转化率增大C容器中压强恒定时，反应已达平衡状态D保持温度和密闭容器容积不变，再充入1 mol CO和2 molH2，再次达到平衡时 n(CH3OH)/n(CO)会减小(3)从反应开始到建立平衡，v(H2)_；CO 的转化率数为_。若保持其他条件不变，将反应体系升温，则该反应的化学平衡常数_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)请在图()中画出平衡时甲醇百分含量(纵坐标)随温度(横坐标)变化的曲线，要求画压强不同的两条曲线(在曲线上标出p1、p2
11、，且 p10。(1)vt 图像。图 3163(2)ct 图像。图 3164(3)cp(T)图像。图 3165(4)其他图像。图 31662解题思路(1)看图像：一看轴，即纵、横坐标表示的意义；二看点，即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、转化率变化、物质的量的变化等。(2)依据图像信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：吸热还是放热，反应前后气体总体积增大、减小还是不变，有无固体或纯液体参加或生成等。(3)先拐先平：在化学平衡时间图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压
12、强大或使用了催化剂。(4)定一议二：勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图像中有三个变量时，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。【例 4】某化学科研小组研究在其他条件下不变时，改变某影响，得到如下图像(图中 p 表示压强，T 表示温度，n 表示物质的量，表示平衡转化率，表示体积分数)。根据图像，下列判断正确的是()。图 3167A反应：若 p1p2，则此反应只能在高温下自发进行B反应：此反应的H0，且 T10 且 T2T1 或H0 且 T2T2，则该反应易自发进行思路指导：这是一道综合性较强的题目，涉及图像的分析及平衡移动和反应的方向。解答本题要注意以下三点：(1)图像中的纵、横坐标表示
13、的含义。(2)确定图示的平衡状态。(3)判断平衡移动的变化因素以及反应的方向解析：A 项，反应中在恒压下温度升高，(A)减小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，Hp2知，恒定温度时压强越大，(A)越大，即增大压强平衡向右移动，说明此反应为气体总体积减小的反应(abc)，即为熵减反应，ST1，温度越高平衡时 C 的物质的量越少，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，HT1，温度越高(C)越小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，HT2，恒压下温度越高，(A)越大，说明升高温度平衡向右移动，正反应为吸热反应，H0，则HTS0，反应不易自发进行，D 错误。答案：B【变式训练】
14、于 10 L 密闭容器中，反应达平衡后，SO2 的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图 3168 甲所示。则下列说法正确的是()。图 3168A由图甲知，A 点 SO2 的平衡浓度为 0.4 molL1B由图甲知，B 点SO2、O2、SO3的平衡浓度之比为212C达到平衡后，缩小容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示D压强为 0.50 MPa 时，不同温度下 SO2 转化率与温度关系如图丙，则 T2T1解析：由图甲知，在 A 点 SO2 的转化率是 0.80，则平衡时SO2 的物质的量为 2 mol0.802 mol0.4 mol，所以 A 点 SO2故 A、B 错；达到平衡后，缩小
15、容器容积，各成分的浓度增大，正、逆反应速率都加快，平衡正向移动，故 C 正确；丙是一定压强、不同温度下的图像，当温度为 T1 时先达平衡，说明在条件 T1 下反应速率快，所以 T1T2，D 错。答案：C化学反应速率和化学平衡移动综合题考向分析化学平衡是高频考点，尤其是平衡常数、转化率等的计算，平衡移动原理的应用以及化学平衡常数的巧妙运用。【典例】(2011 年广东六校联考)随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，用活性炭还原法处理氮氧化物是消除氮氧化物污染的有效方法。(1)已知产物 A、B 都是参与大气循环的气体，请结合下表数据写出 NO 与活性炭
16、反应的化学方程式：_。(2)某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和 NO，恒温(T1)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：物质浓度/molL1时间/minNOAB00.1000100.058 0.021 0.021200.040 0.030 0.030300.040 0.030 0.030400.032 0.034 0.017500.032 0.034 0.017从起始到第一次平衡，化学反应速率 v(NO)_，NO的平衡转化率_；增加碳的量，NO 的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”)。T1 时，求该反应平衡常数(列出 K 的表达式，要求计算过程)。30 min 后，
17、改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是_。若 30 min 后升高温度至 T2，达到平衡时，容器中 NO、A、B 的浓度之比为 533，则该反应的H_0(填“”、“”或“”)。压缩容器体积，增大压强对该反应的反应速率和平衡移动的影响是_。和平衡移动原理。思路指导：首先要会书写平衡常数的表达式(固体和纯液体，其浓度看作常数“1”不写入表达式)；熟悉温度、浓度、压强对平衡移动的影响。考查要点：本题考查了化学方程式的书写、平衡常数的计算NO、B 的浓度减小，而且 A 的浓度增加，故改变的条件是分离出了 B，平衡向右移动。若 30 min 后升高温度至 T2，达到平衡时，容器中 NO、A、
18、B 的浓度之比为 533，而 30 分钟时NO、A、B 的浓度之比为 433，故平衡向左移动，反应放热。压强增大，加快反应速率，但反应前后气体总体积不变，平衡不移动。(2)0.003 mol/(Lmin)60%不变0.56分离出了 B增大反应物中 C2H5OCOOC2H5 的浓度(或比例)由图知，平衡时 CH3OCOOCH3 的转化率为 60%，设容器的容积为 V(L)，则初始浓度/molL1：1/V04/V1/V0.4/V01.2/V(2)(3)H2H3衡的标志是()。AZ 生成的速率与 X 消耗的速率相等B单位时间内生成 a mol X，同时生成 3a mol YCX、Y、Z 的浓度不再变
19、化DX、Y、Z 的分子数比为 132解析：A 项都表示正反应速率，B 项都表示逆反应速率，均错误；D 中当 X、Y、Z 分子数比为 132 时，不一定达到化学平衡。答案：C下列措施：升温；恒容通入惰性气体；增加 CO 浓度；减压；加催化剂；恒压通入惰性气体，能提高 COCl2 转化率的是()。ABCD解析：要提高 COCl2 的转化率，必须使平衡向正反应方向移动，在题目所给条件中，只有升温、减压、恒压下通入惰性气体能使平衡向正方向移动，B 项正确。答案：B下，反应达到平衡后，再采取以下措施，再次达到平衡后，该容器中气体颜色加深的是()。加催化剂；减小容器体积；升高温度；定容下充入NO2 气体；
20、定压下充入 NO2 气体。ABCD解析：、平衡正移，但外界条件改变，使 c(NO2)增大，以外界改变为主，颜色加深；平衡逆向移动 c(NO2)增大，颜色加深。答案：D解析：从题给的可逆反应方程式看：温度升高平衡向逆反应方向移动，使 NO 含量降低而不是升高。压强增大平衡逆向移动，NO 含量降低，达平衡所需时间短。使用催化剂可加快反应速率，所以达到平衡所需时间短。答案：C容时，温度升高，H2 浓度减小。下列说法正确的是()。A该反应的焓变为正值B恒温恒容下，增大压强，H2 浓度一定减小C升高温度，逆反应速率加快说明该反应为吸热反应，A 项正确；压强增大，各气体的浓度都增大，B 项错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，C 项正确；由 K 的表达式所得化学方程式与 D 项不同，D 项错误。答案：AC(3)已知在 1 000 时，该反应的平衡常数 K4为 1.0，则该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)。(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_(填字母)。A容器中压强不变Bc(CO2)c(CO)C生成 a mol CO2 的同时消耗 a mol H2D混合气体的平均相对分子质量不变(5)在 1 000 下，某时刻 CO2 的物质的量为 2.0 mol，则此时 v(正)_v(逆)(填“”、“”或“40%
