1、第23讲 化学平衡 第23讲 化学平衡 考纲导学 第23讲 考纲导学 考纲要求 命题预测 1.了解化学反应的可逆性。2.了解化学平衡建立的过程。3.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。1.化学平衡概念及特点。该考点一般是穿插在其他考点中进行，难度较小。2.平衡常数计算及影响因素。该考点作为新课标的新增考查点，一直是近年来高考的“新宠”，考查形式为进行定量计算或影响因素，难度中等。要点探究 探究点一 可逆反应第23讲 要点探究【知识梳理】可逆反应：在_条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。表示可逆反应的化学方程式用“_”代替“=”。相同第23讲
2、 要点探究【要点深化】可逆反应定义解读1可逆反应的定义强调“两同”，即“同一条件”和“同时”,如反应：2H2O=电解2H2O2和 2H2O2=点燃 2H2O 反应条件不相同,故不为可逆反应。2特点：可逆反应无论向哪个方向进行，也无论进行多长时间，都不能反应完全；可逆反应存在化学平衡状态。3常见的可逆反应N23H22NH32SO2O22SO32NO2 N2O4I2H2 2HICl2H2O HClHClO此外，还有弱电解质的电离平衡、强酸弱碱盐和强碱弱酸盐的水解平衡等，大多数有机反应也是可逆反应。第23讲 要点探究 例1【典例精析】B在 一 密 闭 容 器 中 进 行 如 下 反 应：2SO2(g
3、)O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻 SO2、O2、SO3 的浓度分别为 0.2 molL1、0.1 molL1、0.2 molL1，当反应达平衡时，可能存在的数据是()ASO2 为 0.4 molL1、O2 为 0.2 molL1BSO2 为 0.25 molL1CSO2、SO3 均为 0.15 molL1DSO3 为 0.4 molL1第23讲 要点探究 B A 中隐含 SO3 的量为零，但可逆反应中所有物质的物质的量都不能为零，A 错；D 中隐含 SO2、O2 的量为零，D错；C 中 SO2、SO3 均为 0.15 molL1，隐含 SO2、SO3 均减少，C 错。点评 无
4、论从正反应方向，还是从逆反应方向建立平衡，可逆反应都不能进行到底，任何物质的浓度都不可能为 0，平衡时为各反应物与生成物共存的状态，下面的变式题同样是对可逆反应定义的考查。第23讲 要点探究 D反应 2SO2O2 2SO3 达到平衡后，再向反应器中充入由 18O 组成的氧气，经过一段时间后，18O 可能存在于()A生成的 SO3 中 BO2 和 SO2 中C剩余的 SO2 中 DO2、SO2 和 SO3 中D SO2 与氧气的反应属于可逆反应，可逆反应是指在相同条件下，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，所以最后 18O 可能存在于 O2、SO2 和SO3 中。探究点二 化学平
5、衡第23讲 要点探究 【知识梳理】1定义：一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应_相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量(溶液中表现为浓度)保持_，混合物(包括反应物和生成物)中各组分的质量分数(或体积分数)保持_的状态。2特征：可以归纳为六个字：逆、动、定、变、等、同。(1)“逆”是指研究的对象是_。速率 恒定 不变 可逆反应 第23讲 要点探究(2)“动”是指_。(3)“定”是指各组成成分含量_。(4)“等”是指_。(5)“变”是指外界条件改变，平衡会_。(6)“同”是指化学平衡的建立与途径_关，只要外界条件_，都可以建立相同的平衡状态。动态平衡 一定 v正v逆 发生移动 无
6、相同 第23讲 要点探究【要点深化】化学平衡状态的判断1利用化学平衡状态的本质来判断化学平衡是“动态的平衡”，其本质就是正反应速率等于逆反应速率，故凡能直接或间接地反映出v正v逆的说法都是正确的。间接反映出v正v逆的说法常常有：(1)单位时间内某化学键断裂的条数与单位时间内生成该化学键(或另外的化学键)的条数关系；(2)单位时间内消耗某物质的物质的量与生成该物质(或其他物质)的物质的量关系；(3)给出在同一反应的同一时间内用不同物质表示的反应速率等等。这类判断可总结为一句话“双向同时，符合比例”。第23讲 要点探究 2利用化学平衡状态的特点来判断处于平衡状态的化学反应，其特点表现为“三定”，即
7、：反应物的转化率一定、反应混合体系中各物质的百分含量一定、反应混合体系中各物质的浓度一定。上述中的任一种都能说明反应已达平衡状态。即“特征量一定，达到平衡”。3利用“变量恒定，达到平衡”与“不变量”来判断选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达平衡。常见的变量有：气体的颜色；对于第23讲 要点探究 气体体积变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强；对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量变化的反应来说，混合气体的平均相对分子质量；对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等等。即“变量恒定，达到平衡”。利用该类方法判断反应混合体系中气体密
8、度不变或反应混合体系中气体平均相对分子质量不变能否作为某一反应已达平衡的标志时非常方便。(1)反应混合体系中气体密度不变能否作为平衡依据第23讲 要点探究 根据气体密度公式 mV，选定变量和恒量来确定。如对于反应体系全部为气体的定容反应体系来说，质量 m 和体积 V 都是恒量，故密度 为恒量，即不论反应是否达到平衡，密度不变，故密度不变不能作为判断反应是否平衡的标志。而对于反应体系中不全部为气体的定容反应体系来说，V 是恒量，m 是变量，故当反应达到平衡时，m 不再变化，此时密度随之而不再变化，即密度不变可以作为判断是否平衡的标志。(2)反应混合体系中气体平均相对分子质量不变能否作为平衡依据可
9、依据气体平均相对分子质量公式：M mn，结合具体的化学方程确定气体质量和气体物质的量哪个为变量和不变量来进行分析。第23讲 要点探究【典例精析】例2 可逆反应：2NO2(g)2NO(g)O2(g)在密闭容器中反应，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的物质的量浓度变化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平均相对分子质量不再改变的状态A BCD第23讲 要点探究 A 中可换算成“单位时间内生成n mol O2，同
10、时消耗n mol O2”，正逆反应速率相等，已达平衡；、指的是同一反应方向，不能说明反应已达平衡，中均为变量，变量不变时，反应已达平衡；中为常量，不能说明反应已达平衡。点评 当题目以直接或间接的形式给出“反应速率相等”时，要特别注意是否指的是正、逆两个反应方向，还要注意是否是用同一种物质表示的反应速率。如该题中v(NO2)正v(O2)逆时，则换算成用同一种物质表示的反应速率时是不相等的，也不能说明反应已达平衡。下面的变式题从多个角度对化学平衡状态的判断进行了考查。第23讲 要点探究 可以证明可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是：一个NN键断裂的同时，有3个HH键断裂一
11、个NN键断裂的同时，有6个NH键断裂其他条件不变时，混合气体平均式量不再改变保持其他条件不变时，体系压强不再改变NH3%、N2%、H2%都不再改变恒温恒容时，密度保持不变正反应速率v(H2)0.6 molL1min1，逆反应速率v(NH3)0.4 molL1min1A全部BCD只有第23讲 要点探究 C 和换算成用同一物质表示的正逆反应速率时，数值相等，表明已达平衡；而只针对正反应方向来说的，没有体现正、逆反应速率相等，错误；对该反应来说，达平衡前混合气体平均式量、压强、NH3%、N2%、H2%都是变量，当这些变量不再随时间而改变时，表明反应已达平衡，即正确；恒温恒容时，密度为衡量，即无论反应
12、是否达到平衡，密度都不会改变，故错误。探究点三 化学平衡常数第23讲 要点探究 【知识梳理】1化学平衡常数概念：在一定_下，一个可逆反应达到平衡状态时，生成物_与反应物_的比值是一个常数，即为化学平衡常数。2化学平衡常数的数学表达式对于一般可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)K_注意：化学平衡常数表达式中的浓度指的是_。化学平衡常数表达式中的物质不包括固体或纯液体。固体或纯液体的浓度可看作是1而不出现在化学平衡常数表达式中。温度 浓度幂之积 浓度幂之积 cpcqcmcn平衡时的浓度 第23讲 要点探究 3化学平衡常数表示的意义及应用(1)化学平衡常数只与_有关，而与反应物或生成物
13、浓度无关。(2)化学平衡常数K数值的大小可以反映可逆反应进行的_大小，平衡常数K值越大，表示正反应进行的程度_，反应物的转化率_。(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。若反应方向改变，则化学平衡常数变为_；若方程式中各物质的化学计量数改变，则平衡常数改变。此外，如两个方程式相加得出新的方程式，则新的方程式的K等于两方程式平衡常数相乘，反之相除。温度 程度越大 原平衡常数的倒数 越大 第23讲 要点探究【要点深化】化学平衡常数的应用1判断平衡移动的方向：利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、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
14、状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用浓度商 Qcpcqcmcn 表示，则：当 QcK 时，反应处于平衡状态；当 QcK 时，反应向正反应方向进行；当 QcK 时，反应向逆反应方向进行。第23讲 要点探究 2判断可逆反应的反应温度化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。根据平衡状态中各组分的物质的量浓度，可以计算出该温度下的化学平衡常数，从而判断反应温度。3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；反之，K值减小，则正反应为放热反应。4用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。第23讲 要点探究 例3 能源问题是当前世界各国所面临的严重问题，同时全球
15、气候变暖，生态环境问题日益突出，开发氢能、研制燃料电池、发展低碳经济是化学工作者的研究方向。氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0。在850 时，平衡常数K1。(1)若降低温度到750 时，达到平衡时K_1。(填“大于”“小于”或“等于”)【典例精析】大于第23讲 要点探究 (2)850 时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO、3 mol H2O、1.0 mol CO2和x mol H2，则：当x5.0时，上述反应向_(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是_。在850 时，
16、若设x5.0和x6.0，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%、b%，则a_b(填“大于”“小于”或“等于”)。x1，平衡向逆反应方向移动。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则浓度商 Qc c2 c2cc2 应小于 1，代入数值，可得 x3。增大一种生成物(氢气)的体积分数，反应向逆反应方向移动，但平衡移动的结果是降低这种增大的幅度，故平衡后氢气的体积分数还是大于原来的。第23讲 要点探究 点评 化学平衡常数只与温度有关，与反应物浓度、是否含有催化剂等无关，温度不变，化学平衡常数不变。下面的变式题主要考查化学平衡常数的计算。第23讲 要点探究 将固体 NH4
17、I 置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI(g)H2(g)I2(g)。达到平衡时，c(H2)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为()A9 B16 C20 D25C第23讲 要点探究 C 根据题干信息可知平衡时，c(NH3)c(HI)2c(H2)4 molL120.5 molL15 molL1，由化学平衡的定义知的平衡常数 Kc(NH3)c(HI)5 molL14 molL120 mol2L2。第23讲 要点探究【知识梳理】平衡转化率1含义：平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来
18、表示反应_。2表达式：对于反应：aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，反应物 A 的转化率可表示为：(A)_反应物转化的物质的量或浓度、体积反应物起始的物质的量或浓度、体积100%3若按方程式的化学计量数比加入各反应物，则平衡时各反应物的转化率_。限度A的初始浓度A的平衡浓度A的初始浓度100%相等 探究点四 化学平衡的计算第23讲 要点探究 化学平衡的有关计算三段式化学平衡的有关计算一般要涉及化学平衡常数和转化率，常常与阿伏加德罗定律一起进行综合考查。解决该类试题的方法一般用“三段式”：在解题过程中经常用“起始量、转化量、某时刻量”的解题模式来分析、解决问题。例如：对于反应：mA(g)n
19、B(g)pC(g)qD(g)。A 的起始浓度为 a molL1，B 的起始浓度为 b molL1，反应进行至 t1 s时，A 消耗了 x molL1，反应容器的体积为 V。则：【要点深化】第23讲 要点探究【要点深化】mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始浓度/molL1：a b 0 0转化浓度/molL1：x nxm pxm qxm某时刻浓度/molL1：ax bnxm pxm qxm则 A 的转化率、体积分数(物质的量分数)、压强之比、密度、平均式量有如下关系：(A)xa100%第23讲 要点探究 (A)axaxbnxmpxmqxm100%p某时刻p起始 axbnxmpxmqxmab
20、(某时刻)aM bMV(gL1)M(某时刻)aM bMaxbnxmpxmqxm(gmol1)第23讲 要点探究【典例精析】例 4 2010北京卷某温度下，H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)的平衡常数 K94。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入 H2(g)和 CO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度 甲 乙 丙 c(H2)/molL1 0.010 0.020 0.020 c(CO2)/molL1 0.010 0.010 0.020 第23讲 要点探究 下列判断不正确的是()A平衡时，乙中 CO2 的转化率大于 60%B平衡时，甲中和丙中 H2 的转化率均是 60%C平衡时，
21、丙中 c(CO2)是甲中的 2 倍，是 0.012 molL1D反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢 C 温度相同，反应物浓度越大，反应速率越大，D 项正确；可利用三段式来求算甲达到平衡时氢气的转化率。设甲平衡时氢气浓度的量为 x 参加了反应，H2(g)CO22O CO起始(molL1):0.010 0.010 0 0转化(molL1):x x xx平衡(molL1):0.010 x 0.010 xxxC 第23讲 要点探究 B 项正确；增加一种反应物的浓度可以使另一种反应物的转化率增大，A 项正确；由以上计算看出，甲达到平衡时 CO2的浓度为 0.04 molL1，该反应是气体
22、体积不变的反应，压强对该反应平衡没有影响，甲和丙中起始反应物之比一样，达到平衡时为等效平衡，各物质的百分组成相等，但各物质的平衡浓度是甲的 2 倍，故其 CO2 的平衡浓度为 0.08 molL1，C 项错误。第23讲 要点探究 点评 利用三段式可有效地理清各物理量之间的关系，保持解题过程中思路清晰。使用三段式要注意：若题目中给出的是各种物质的物质的量而不是浓度，上述各式中的浓度均可用物质的量来代替。但要注意表示各种物质的量的关系要统一，而且单位也要统一。下面的变式题则结合化学平衡常数通过计算判断反应是否已达平衡。第23讲 要点探究 一定温度下的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)O2(g)
23、2SO3(g)已知 c(SO2)始0.4 molL1，c(O2)始1 molL1，经测定该反应在该温度下的平衡常数 K19，试判断：(1)当 SO2 转化率为 50%时，该反应是否达到平衡？若未达到平衡，向哪个方向进行？(2)达到平衡时，SO2 的转化率应为多少？第23讲 要点探究(1)反应未达到平衡状态 因 QcK，向正反应方向进行(2)80%解析(1)2SO2(g)O2(g)2SO3(g)起始浓度/molL1:0.4 1 0转化浓度/molL1:0.2 0.1 0.2平衡浓度/molL1:0.2 0.9 0.2此时：Qcc23c22 c20.220.220.91.1119。可知当 SO2 转化率为 50%时，反应未达到平衡状态，反应向正反应方向进行。第23讲 要点探究(2)设达到平衡时，SO2 转化的物质的量浓度为 x，则 O2 转化的物质的量浓度为x2，生成 SO3 的物质的量浓度为 x。所以 Kx20.4x21x219，解得 x0.32，故 SO2 的转化率为0.32 molL10.4 molL1100%80%。