1、第2课时化学平衡状态化学平衡常数课程目标1了解化学平衡的建立过程。2掌握化学平衡的特征。3理解化学平衡常数的含义、会书写平衡常数表达式。4能利用化学平衡常数判断可逆反应是否达到平衡状态及简单计算。图说考点基 础 知 识自学思记尝试新知预习一、化学平衡状态1化学平衡的建立在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：以上过程可用下图表示：2化学平衡状态当外界条件不变时，可逆反应进行到一定程度，反应物和生成物的不再随时间而发生变化。3化学平衡的特征二、化学平衡常数1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到时，浓度幂之积与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
2、平衡常数。2表达式对于可逆反应：aAbBcCdD：K。3特点K只受影响，与反应物或生成物的无关。4意义K值越大，正向反应进行的程度越大，反应物转化率越大；反之，转化率就越小。一般地说，当K时，该反应进行得就基本完全了。三、平衡转化率1概念：平衡时已转化了的的量与转化前该反应物的量之比2表达式：a100%对于可逆反应aAbBcCdD（A）100%100%3特点：一个确定的可逆反应在一定温度时平衡常数一定，但反应物的因反应物的投料比不同而不同。即时性自测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”（1）化学平衡状态时，反应中物质的转化达到了限度。（）（2）所有的化学反应，均存在化学平衡状态。（）（3）可
3、逆反应中反应物转化率一定小于100%。（）（4）达到平衡时，v正v逆0。（）（5）反应物、生成物都必须出现在化学平衡常数表达式中。（）（6）通常K越大，反应进行程度越大。（）2在一定条件下，将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中，进行反应：CO（g）H2O（g）CO2（g）H2（g）。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是（）A反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小B随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大C达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 molLlD该反应建立平衡过程中vt（时间）图像为3一定条件下，在恒容密闭容器中，下列能表示反应X（
4、g）2Y（g）2Z（g）一定达到化学平衡状态的是（）X、Y、Z的物质的量之比为122X、Y、Z的浓度不再发生变化容器中的压强不再发生变化单位时间内生成n mol Z，同时生成2n mol YA BC D4对于3Fe（s）4H2O（g）Fe3O4（s）4H2（g），反应的化学平衡常数的表达式为（）AK BKCK DK5用氮化硅陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：3SiCl4（g）2N2（g）6H2（g）Si3N4（s）12HCl（g）H0。一定条件下，在恒容密闭容器中发生上述反应，能说明反应达到化学平衡状态的是（）A3v正（
5、N2）v正（H2）Bv正（HCl）4v正（SiCl4）C混合气体的密度保持不变Dc（N2）c（H2）c（HCl）1366高炉炼铁时发生的基本反应之一为FeO（s）CO（g）Fe（s）CO2（g）H0（1）该反应的平衡常数表达式为K。（2）已知1 100 时K0.263。温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值（填“增大”“减小”或“不变”，下同），平衡常数K。（3）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（填“是”或“否”）处于平衡状态，此时化学反应速率v正v逆（填“”“”或“”）。技 能 素 养合
6、作探究分享提升点一化学平衡状态的判断例1可逆反应：2NO22NOO2在恒容的密闭容器中进行，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表示的反应速率的比为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A BC D全部化学平衡概念中的“V正V逆”是针对同一种物质，即该物质的生成与消耗速率是相等的。提升1在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应：（甲）C（s）H2O（g）CO（g）H2（g）
7、；（乙）CO（g）H2O（g）CO2（g）H2（g）。现有下列状态：混合气体的平均相对分子质量不再改变恒温时，气体的压强不再改变各气体组分浓度相等断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍混合气体的密度保持不变单位时间内，消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量之比为91同一时间内，消耗水蒸气的物质的量等于消耗氢气的物质的量。其中能表明（甲）、（乙）容器中的反应都达到平衡状态的是（）A BC D状元随笔利用相关物质的一些物理量来判断化学反应是否达到平衡时，该“量”一定是“变量”，当“变量”不变时，才说明达到平衡状态。关键能力化学平衡状态的判断依据例析以反应mA（g）nB（g）pC（g）qD（g）为例进行说
8、明可能的情况举例是否已达平衡体系中各成分的含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、总压强或总物质的量一定不一定正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m mol A，同时生成了m mol A是在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了p mol C是v（A）v（B）v（C）c（D）mnpq不一定压强mnpq时，总压强不变（其他条件一定）是mnpq时，总压强不变（其他条件一定）不一定混合气体的平均相对分子质量当mnpq时，r不变是当mnpq时，r不变不一定气体的密度密度不变不一定颜色反应体系内有色物质的颜色保持不变是
9、温度绝热体系内温度不变是状元随笔绝热体系指与外界没有热交换，容器内温度随反应进行程度而变化。提升点二化学平衡常数及应用例2硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2（g）O2（g）2SO3（g）H”“”或“”）K（B）。状元随笔化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数就不变。提升2（）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K2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
10、度（t）的关系如下表所示：t/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：（1）该反应的化学平衡常数表达式为K。（2）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）（3）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 。（4）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，反应将
11、（填“正向”或“逆向”）进行。状元随笔化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，即确定系数的化学反应的平衡常数，方程式的计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。关键能力化学平衡常数“三点”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。3判断平衡移动方向对于可逆反应mA（g）nB（g）pC（g）qD（g），在一定的温度下的任意时刻，浓度商（Q）表达式为：Q。浓度商
12、与平衡常数有如下关系：当QK时，反应处于平衡状态，v正v逆；当Qv逆；当QK时，反应向逆反应方向进行，v正0，请回答下列问题：（1）在某温度下，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；（2）若反应温度升高，M的转化率（填“增大”“减小”或“不变”）；（3）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，a；（4）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。关键能力应用“三段式”法解化学
13、平衡计算类题1化学平衡的计算一般涉及化学平衡常数、各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量等，通过写出化学方程式，先列出相关量（起始量、转化量、平衡量），然后根据已知条件建立关系式进行解题。2可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应mA（g）nB（g）pC（g）qD（g），在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。（1）模式mA（g）nB（g）pC（g）qD（g）起始量/mol a b 0 0转化量/mol mx nx px qx平衡量/mol amx bnx px qx对于反应物：n
14、（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的物质的量浓度：c（A） molL1。平衡时A的转化率：（A）100%，A、B的转化率之比为（A）（B）。平衡时A的体积分数：（A）100%。平衡时和开始时的压强比：。混合气体的密度：（混） gL1。平衡时混合气体的平均摩尔质量： gmol1。（2）基本步骤确定反应物和生成物的初始加入量；确定反应过程的转化量；确定平衡量。形成性自评1反应N2（g）3H2（g）2NH3（g）在密闭容器中进行一段时间后，达到平衡状态。下列说法正确的是（）AN2、H2不再化合BN2、H2、NH3的浓度不再变化CN2、H2、NH3的质量
15、相等D改变条件，N2、H2、NH3的浓度也不再变化2一定温度下在恒容的容器中发生如下反应：A（s）2B（g）C（g）D（g），当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是（）混合气体的密度混合气体的压强混合气体的总物质的量B的物质的量浓度A B仅C D仅3某温度下，反应SO2（g）O2（g）SO3（g）的平衡常数K150，在相同温度下，反应2SO3（g）2SO2（g）O2（g）的平衡常数K2为（）A2 500 B100C4104 D21024在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热发生反应：CO（g）H2O（g）H2（g）CO2（g）。在500 时，平衡常数K9。若反应开始
16、时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02 mol/L，则在此条件下CO的转化率为（）A25% B50%C75% D80% 5下列关于平衡常数K的说法中，正确的是（）A在任何条件下，化学平衡常数K都是一个恒定值B平衡常数K只与温度有关，与反应物的浓度、压强无关C从平衡常数K的大小不能推断一个反应进行的程度D对于可逆反应C（s）H2O（g）CO（g）H2（g）在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式为K6698 K时，向某体积为V的密闭容器中充入2 mol H2（g）和2 mol I2（g），发生反应：H2（g）I2（g）2HI（g）H26.5 kJmol1，测得各物质的物质的量浓度与时间的变化关系
17、如图所示：请回答下列问题：（1）V。（2）05 s内HI的平均反应速率为。（3）该反应达到平衡状态时，（填“吸收”或“放出”）的热量为。7砷（As）是第四周期A族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：298 K时，将20 mL 3x molL1 Na3AsO3、20 mL 3x molL1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO（aq）I2（aq）2OH（aq）AsO（aq）2I（aq）H2O（l）。溶液中c（AsO）与反应时间（t）的关系如下图所示。（1）下列可判断反应达到平衡的是（填标号）。a溶液的pH不再变化
18、bv（I）2v（AsO）c不再变化dc（I）y molL1（2）tm时，v正（填“大于”“小于”或“等于”）v逆。（3）tm时v逆（填“大于”“小于”或“等于”）tn时v逆，理由是_。8CO是重要的大气污染物，主要来自于燃料的不完全燃烧以及工业生产的尾气，CO能与血红蛋白结合从而使人中毒。（1）工业上常利用I2O5可消除CO的污染，反应原理如下：I2O5（s）5CO（g）5CO2（g）I2（s），在两种不同温度下，向装有足量固体的4 L恒容密闭容器中，通入4 mol CO，测得容器内CO2体积分数随着时间的变化情况如图所示。温度为T1时，前2 min CO的平均反应速率为：。温度T1（填“大于
19、”或“小于”）T2，b和d点的平衡常数：Kd（填“大于”或“小于”）Kb.温度为T1时，该反应的平衡常数为：。（2）已知，CO的毒性表现在CO与血红蛋白（Hb）结合成HbCO，使血红蛋白失去输送O2功能。CO进入血液后有如下平衡：COHbO2O2HbCO，已知在人体体温37 下，该平衡常数为200。试回答：煤气中毒病人，可以通过进入高压氧舱的方法来救治，请用化学平衡的原理加以说明：。抽烟时，进入肺部的空气中c（CO）106mol/L，c（O2）102mol/L，则c（HbCO）为c（HbO2）的倍。实验表明，c（HbCO）即使只有c（HbO2）的，也可造成人的智力损伤。若使c（HbCO）小于c
20、（HbO2）的，则吸入肺部CO的浓度不能超过 molL1。第2课时化学平衡状态化学平衡常数基础知识新知预习一、1零减小减小增大零增大保持不变2浓度3可逆相等定值动态改变二、1化学平衡生成物反应物2.3温度浓度4105三、1某反应物3转化率即时性自测1答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2解析：由于该反应从逆反应开始进行，反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小，A项正确；随着反应的进行，生成物浓度逐渐减小，逆反应速率逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐增大，B项错误；该反应不能进行彻底，故平衡时CO2的浓度不可能是0 molL1，C项错误；该反应建立平衡的过程中，逆反应速率大
21、于正反应速率，且逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，达到平衡时正、逆反应速率相等，D项错误。答案：A3解析：X、Y、Z的物质的量之比为122是该可逆反应进行到一定程度的特殊情况，不能表示反应达到化学平衡状态，错误；可逆反应中，反应物和生成物的浓度均不再变化，说明反应已达到化学平衡状态，正确；该反应为气体分子数减小的反应，随着反应的进行，容器中压强逐渐减小，若压强不再变化，说明反应已达到化学平衡状态，正确；根据化学方程式可知，单位时间内生成n mol Z，同时生成2n mol Y，表示正、逆反应速率不相等，说明该反应未达到化学平衡状态，错误。综上，C项符合题意。答案：C4解析：反应中Fe(s
22、)和Fe3O4(s)的浓度是常数，不写入表达式中，平衡常数应为平衡时生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积之比，D正确。答案：D5解析：3v正(N2)v正(H2)，v正(HCl) 4v正(SiCl4)，两个等式两边都表示正反应速率，反应过程中始终成立，不能说明达到化学平衡状态，故A、B错误；该反应有固体生成，属于反应前后气体的质量发生变化的反应，恒容密闭容器中，混合气体的密度保持不变，说明混合气体的总质量不变，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；某时刻各物质浓度关系与其起始浓度和转化率有关，与是否达到平衡状态无关，不能说明反应达到平衡状态，故D错误。答案：C6解析：(1)FeO(s
23、)CO(g)Fe(s)CO2(g)H0，平衡常数表达式为K。(2)已知1 100时K0.263，H0，正反应是吸热反应，温度升高，化学平衡正向移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值会增大，平衡常数增大。(3)1 100时测得高炉中c(CO2)0.025 molL1，c(CO)0.1 molL1，浓度商Q0.25v逆。答案：(1)(2)增大增大(3)否技能素养例1解析：依据v正v逆0判断：单位时间内生成n mol O2的同时必生成2n mol NO2，能说明反应已达到平衡；描述的均是正反应速率，无法判断；无论反应是否达到平衡，均有此关系；NO2(红棕色)为有颜色的气体，颜色不变能说明反
24、应体系中NO2浓度一定，反应已达到平衡；因，反应前后，m、V均不变，也不变，不能说明反应达到平衡；这是一个反应前后气体分子数发生改变的反应，均能说明反应已达平衡。答案：A提升1破题思路：解析：(甲)容器中，碳为固态，该可逆反应属于反应前后气态物质体积不相等的反应；(乙)容器中，该可逆反应属于反应前后气态物质体积相等的反应，故(乙)容器中混合气体的平均相对分子质量、密度、压强都始终保持不变，错误；各气体组分浓度相等，不能判断反应是否达到了平衡状态，错误；断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍，即氢氧键的断裂速率等于氢氧键的生成速率，正确；消耗水蒸气与生成氢气是同一反应方向，错误；消耗氢气的物质的
25、量等于消耗水蒸气的物质的量，即消耗氢气的物质的量等于生成氢气的物质的量，正确。答案：D例2解析：(1)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向左移动，故K值减小。(2)由题图可知，0.10 MPa时， 2SO2(g) O2(g) 2SO3(g)起始量 2 mol 1 mol 0转化量 2 mol80%1.6 mol 1.6 mol 1.6 mol平衡量 0.4 mol 0.2 mol 1.6 mol则平衡时c(SO2)0.04 mol/L，c(O2)0.02 mol/L，c(SO3)0.16 mol/L。K800。由A到B，温度不变，只增大体系压强，K值不变。答案：(1)减小(2)800提升
26、2解析：()第2个反应与第1个反应互为逆反应，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。()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Qc与K的大小关系判断，此时刻下Qc10.9，所以反应向逆反应方向进行。答案：()7()(1)(2)BC(3)830(4)逆向例3解析：平衡时，n(D)1 mol/L2 L2 mol，则2A(g)B(g)C(g)xD(g)起始量/mol 4 3 0 0转化量/mol 2 1 1 2平衡量/mol 2 2 1 2(1)根据转化的各物
27、质的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的系数之比可知，n(A)n(D)112x，则x2。(2)05 s内，v(A)0.2 mol/(Ls)。(3)平衡时c(B)1 mol/L。(4)该温度下反应的平衡常数K0.5。答案：(1)2(2)0.2 mol/(Ls)(3)1 mol/L50%(4)0.5提升3解析：(1)M转化的物质的量浓度为0.6 molL1，则N转化的物质的量浓度也是0.6 molL1，所以N的转化率为100%25%。(2)由于该反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，M的转化率增大。(3)M(g)N(g)P(g)Q(g)起始/(molL1) 1 2.4 0 0转
28、化/(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡/(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6起始/(molL1) 4 a 0 0转化/(molL1) 2 2 2 2平衡/(molL1) 2 a2 2 2，解得a6。(4)设M转化的物质的量浓度为x molL1，解得x0.41b，故M的转化率为41%。答案：(1)25%(2)增大(3)6(4)41%形成性自评1解析：达到平衡时，正、逆反应仍在进行，只是正、逆反应速率相等，A项错误；达到平衡时，各组分的质量或浓度不再发生变化，但它们的质量或浓度不一定相等，B项正确，C项错误；化学平衡是动态平衡，若条件改变引起平衡移动时，N2、H2、NH3
29、的浓度会随之改变，D项错误。答案：B2解析：根据，不变，说明m(气)不变，即生成A(s)的速率等于消耗A(s)的速率，符合题意。这是一个等体积反应，反应过程中压强始终保持不变，所以压强不变不能说明是否已达平衡。答案：A3解析：某温度下，反应SO2(g)O2(g)SO3(g)的平衡常数K150，则相同温度下，反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的平衡常数KK5022 500，故相同温度下，反应2SO3(g)2SO2(g)O2(g)的平衡常数K24104。答案：C4解析：设反应达到平衡时CO的转化浓度为x mol/L，则CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)起始浓度/(mol/L)0.
30、020.0200转化浓度/(mol/L) x x x x平衡浓度/(mol/L) 0.02x 0.02x x x根据平衡常数表达式可知K，解得x0.015，则在此条件下CO的转化率100%75%，C项正确。答案：C5解析：化学平衡常数随温度的改变而改变，故A错误；平衡常数K只与温度有关，与反应物的浓度、压强无关，故B正确；从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度，平衡常数越大，反应进行得越彻底，故C错误；对于可逆反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式为K，故D错误。答案：B6解析：(1)由图像可知，反应开始时，c(H2)c(I2)1 molL1
31、，而加入的反应物的物质的量均为2 mol，所以容器体积V2 L。(2)05 s内v(HI)0.316 molL1s1。(3)平衡时生成的n(HI)1.58 molL12 L3.16 mol，故放出的热量为3.16 mol41.87 kJ。答案：(1)2 L(2)0.316 molL1s1(3)放出41.87 kJ7解析：(1)平衡之前消耗OH，pH下降，溶液的pH不再变化，说明c(OH)不再改变，则反应体系已达平衡状态，a正确；b中未标明正、逆反应速率，反应不一定达到平衡，b错误；达平衡前c(AsO)逐渐增大，c(AsO)逐渐减小，二者的比值逐渐增大，平衡后不再改变，C正确；根据图像，达到平衡
32、时c(AsO)y molL1，故c(I)应为2y molL1，d错误。(2)反应从正反应方向开始，tm时反应继续正向进行，故v正v逆。(3)其他条件不变时，生成物的浓度决定到v逆，n点的生成物的浓度更大，故逆反应速率更快。答案：(1)ac(2)大于(3)小于tm时生成物浓度更低8解析：(1)前2 min，设CO消耗了x mol，则CO2生成了x mol，气体物质总量为4 mol，所以30%，x1.2 mol，所以v(CO)0.15 mol/(Lmin)；由图可知温度T2时先达到平衡状态，即反应速率比T1快，所以温度T1小于T2，由于b点平衡时二氧化碳体积分数大于d点，所以在温度T1时，反应进行
33、更彻底，所以Kd小于Kb。温度为T1时，设平衡时消耗了x mol CO，则生成了x mol CO2，故有80%，故x3.2 mol，平衡时c(CO)0.2 mol/L，c(CO2)0.8 mol/L，所以K1 024。(2)在高压氧舱中，煤气中毒患者吸入氧气浓度较高的空气后，COHbO2O2HbCO，平衡向左移，使HbCO转化成HbO2，恢复血红蛋白的输氧功能；将c(CO)、c(CO2)代入平衡常数表达式，Kc(O2)c(HbCO)/c(CO)c(HbO2)102c(HbCO)/106c(HbO2)200，解得c(HbCO)/c(HbO2)0.02；K200，所以c(CO)1.0102moLL11.0106molL1。答案：(1)0.15 mol(Lmin)1小于小于1 024(2)在高压氧舱中，煤气中毒患者吸入氧气浓度较高的空气后，COHbO2O2HbCO，平衡向左移，使HbCO转化成HbO2，恢复血红蛋白的输氧功能0.021.0106