1、第三节化学平衡（第3课时）1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。2了解等效平衡的含义、类型和分析方法。3了解化学反应速率和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。备受国内煤化工产业界关注的第一套15万吨/年低压联醇装置已顺利建成投产。该套装置由于采用了具有自主知识产权的多项专利技术，具有运行稳定、化学平衡常数大等特点。你知道化学平衡常数有什么作用吗？提示：化学平衡常数是表征反应限度的一个确定的数学关系、定量关系，是反应限度的最根本的表现。对判断化学平衡移动方向提供了科学的依据。一、化学平衡常数1定义：在_下，当一个可逆反应达到_状态时，生成物_与反应物_的
2、比值是一个常数(简称平衡常数)，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，K_。3意义：(1)K值越大，说明正反应进行的程度_，反应物的转化率_；反之，反应物转化越_，转化率就_。(2)K只受_影响，与反应物或生成物的_无关。4反应物的转化率。某指定反应物的转化率为100%100%。自主思考1：平衡向正反应方向移动，反应物的转化率是否一定增大？二、等效平衡1定义。相同条件下，_可逆反应体系，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，达到平衡时，任何相同物质的_都相同的化学平衡互称等效平衡。可分为“_”平衡和“_”平衡。判断等效平衡的方法：使用极
3、限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物，然后观察有关物质的数量是否相当。2规律。规律1(恒温、恒容条件下)：恒温、恒容时，对一般的可逆反应，不同的投料方式如果根据化学方程式中化学计量数比换算到同一边时，反应物(或生成物)中同一组分的物质的量_，则互为等效平衡。此时一般不考虑反应本身的特点，计算的关键是换算到同一边后各组分要完全相同。恒温、恒容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，不同的投料方式如果根据化学方程式中化学计量数比换算到同一边时，只要反应物(或生成物)中各组分的物质的量的_，即互为等效平衡。此时的反应特点是无体积变化，计算的关键是换算到同一边后各组分只需要物质的量之比相同
4、即可。规律2(恒温、恒压条件下)：在恒温、恒压时，可逆反应以不同的投料方式进行反应，如果根据化学方程式中化学计量数比换算到同一边时，只要反应物(或生成物)中各组分的物质的量的_，即互为等效平衡。自主思考2：化学平衡状态的建立与反应途径有没有关系？答案：一、1.一定温度化学平衡浓度幂之积浓度幂之积K2.3(1)越大越大不完全越小(2)温度浓度变化自主思考1提示：不一定。平衡向正向移动时反应物的转化率如何变化，要根据具体反应及引起平衡移动的原因而定。如对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，若增大压强，平衡正向移动，反应物转化率都增大，若只增大N2的浓度，平衡正向移动，H2转化率增大，而N2
5、转化率降低。二、1.同一含量(体积分数、质量分数或物质的量分数)全等效相似等效2完全相同比例相同比例相同自主思考2提示：化学平衡状态的建立与反应途径无关。无论可逆反应是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从中间状态开始，只要起始投入的物质的量相当，则均可达到等效平衡状态。一、化学平衡常数使用注意事项及应用1使用化学平衡常数应注意的问题。(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。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”而不代入公式。(3)化学平衡常数是指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。若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩
6、大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。如N23H22NH3，Ka则有：2NH3N23H2，K1/a。N2H2NH3，K。2化学平衡常数的应用。(1)判断反应进行的程度。K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)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。(3)计算转化率。依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。(4)判断平衡移动方向。利用平衡常数可从定量的角度解释恒温
7、下浓度、压强对化学平衡移动的影响。对于可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Q表示，则：当QK时，反应处于平衡状态；当QK时，反应向正反应方向进行；当QK时，反应向逆反应方向进行。化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时刻的浓度值。化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反应速率大，K值不一定大。使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。二、等效平衡规律及应用1等效规律。在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，达到平衡时的状态规律如下表：条件等效条件结果恒温恒
8、容n(g)0投料换算成相同物质表示时量相同两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同恒温恒容n(g)0投料换算成相同物质表示时等比例两次平衡时各组分百分含量相同，n、c同比例变化恒温恒压投料换算成相同物质表示时等比例两次平衡时各组分百分含量、c相同，n同比例变化2等效平衡原理的应用。(1)判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。(2)求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式。(3)求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。两种情况下所达到的等效平衡及其等效程度的区别：一种所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的浓度、物质的量、质量分数(或气体的体积分数)均相同，类似
9、于几何学上的全等图形。另一种所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的百分含量相同，各成分的物质的量与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。知识点1 化学平衡常数【例题1】 ()已知在448 时，反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数K3为_；反应H2(g)I2(g)HI(g)的平衡常数K3为_。()在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示：t/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问
10、题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。A容器中压强不变 B混合气体中c(CO)不变Cv正(H2)v逆(H2O) Dc(CO2)c(CO)(4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，试判断此时的温度为_。(5)在800 时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 molL1，c(H2)为1.5 molL1，c(CO)为1 molL1，c(H2O)为3 molL1，则下一时刻，反应向_(填“正向”或“逆向”)进行。解析：()第2个反应与第
11、1个反应互为正逆反应，平衡常数互为倒数关系，第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为一半，平衡常数也会发生变化，得K3。()通过表中K和t的关系可知，温度越高，K值越大，反应向正向进行的程度越大，说明正向反应为吸热方向。当c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)时，K1，此时温度由表中数据可知为830 。判断反应进行的方向时，可根据Q与K的大小关系判断，此时刻下，Q10.9，所以反应向逆反应方向进行。答案：()7()(1)(2)吸热(3)BC(4)830(5)逆向点拨：化学平衡常数的计算主要依据其计算公式求K或反应物及生成物的浓度。还可根据平衡常数的改变分析外界条件对平衡移动的影响。知识
12、点2 等效平衡【例题2】 在相同温度和压强下，对反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是()。A乙丁丙甲B乙丁甲丙C丁乙丙甲 D丁丙乙甲解析：解题时应注意该反应及反应的特点，即反应前后气体体积不变，同时要明确等效平衡的条件。把丙中a mol CO和a mol H2O按化学计量数转成CO2和H2也分别为a mol，则甲与丙是等量等效，则达平衡时，n(CO)应相等；把丁中a mol CO和a mol H2O按化学计量数转成CO2和H2，则起始时丁中CO2为2a mol，H2
13、为a mol，则与乙等量等效，到达平衡时n(CO)相等。乙与甲相比相当于在甲的平衡中又加入了a mol的CO2，导致平衡正移，则平衡时n(CO)乙n(CO)甲，故选A。答案：A点拨：分析等效平衡的关键是分清全等平衡和等比平衡，分析化学平衡有关问题时常用以下两种方法。极限思维法。我们在求某一物质在平衡状态的浓度取值范围时，常采用极限思维法，让正反应(或逆反应)完全进行，可以求得其取值范围或取值。虚拟法。我们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问题，可以“虚拟”一个中间过程，如一个容器、一个隔板等，然后再进行比较。1下列关于平衡常数K的说法中，正确的是 ()。平衡常数K只与反应本身及温度有关改变反
14、应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K加入催化剂不改变平衡常数K平衡常数K只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关A B C D2人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。CO吸入肺中发生反应：COHbO2O2HbCO,37 时，该反应的平衡常数K220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误的是()。ACO与HbO2反应的平衡常数B人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少C当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损D把CO中毒的病人放入高压氧舱中解毒，其原理是使上述平衡向左移动3(双选)I2在K
15、I溶液中存在下列平衡：I2(aq)I(aq)(aq)，某I2、KI混合溶液中，的物质的量浓度c()与温度(T)的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是()。A反应I2(aq)I(aq)=(aq)的H0B若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1K2C若反应进行到状态D时，一定有v正v逆D状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大4(2010辽宁大连高三模拟)在一定温度下，将0.20 mol N2O4气体充入2.0 L密闭容器中，间隔一定时间对该容器的气体进行分析，数据如下：时间/s020406080c(N2O4)/(molL1)0.10c10.050c3c
16、4c(NO2)/(molL1)0.000.060c20.120.12(1)该反应的平衡常数表达式为_，计算20 s 到40 s二氧化氮的平均反应速率v(NO2)_。(2)若在相同条件下最开始充入的是NO2气体，使得达到上述同样的平衡状态，NO2的起始浓度是_。(3)若在相同条件下起始时充入的NO2气体0.16 mol，要计算达到平衡时NO2的转化率，请写出分析求解的思路(不必计算具体结果)。答案：1D平衡常数K是一个温度常数，只与反应本身及温度有关，催化剂不能改变化学平衡，故加入催化剂不改变平衡常数K。2C据平衡移动原理，增大反应物CO的浓度，平衡右移；增大生成物O2的浓度，平衡左移，所以B项
17、、D项正确。C项，据题意知：K220，人智力受损时0.02，此时9105，C项错。3BC由图可知，随温度升高，c()浓度减小，平衡逆向移动，说明正反应放热，即H0，A项错。同理可推出，升温，K值减小，即K1K2，B项正确。D点没有平衡，c()偏小(要向A点移动)，即反应要向右进行，所以此时v正v逆，C项正确。由图知，c()：状态A状态B，则c(I2)为：状态A状态B，所以D项错。4答案：(1)K2.0103 mol/(Ls)(2)0.20 molL1(3)依据题意可以求出N2O42NO2的平衡常数为0.36，则2NO2N2O4的平衡常数是，可以求出消耗的浓度，进而可以求出转化率。解析：(1)该
18、反应方程式为N2O4(g)2NO2(g)，所以K，v(NO2)2.0103 mol/(Ls)。(2)0.20 mol N2O4充入2.0 L容器中的浓度c(N2O4)0.10 molL1，设其完全转化成NO2，则c(NO2)0.20 molL1，则可逆反应无论从正向开始还是逆向开始，均能达到相同的平衡状态。(3)根据题目给定状态，求该反应的平衡常数K0.36，K只受温度影响，当温度不变时，该反应的K不变，设充入0.16 mol NO2，达到平衡时NO2转化率为，可列出以下关系2NO2 N2O4起始浓度/(molL1): 0.08 0转化浓度/(molL1): 0.08 0.04平衡浓度/(molL1): 0.080.08 0.04K，即可求得。