1、能力课时5化学反应的方向与限度探 究 任 务1化学平衡状态标志的判断方法。2比较和计算化学平衡常数的方法。化学平衡状态标志的判断方法化学平衡状态的判断步骤解题步骤解题注意事项第一步：审题，看清要求先看一遍题目，了解题目要求及给出的可能的化学平衡状态第二步：套用两个标志(1)微观标志：v正v逆0同一物质的生成速率等于消耗速率；在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比(或消耗速率与生成速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比；在化学方程式两边不同物质的生成速率与生成速率之比(或消耗速率与消耗速率之比)等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。(2)宏观标志：反应混合物中各组分
2、的百分含量一定各组分的质量分数不变；各气体组分的体积分数不变；各组分的物质的量分数不变；各组分的分子数之比不变；各组分的物质的量浓度不变；各组分的转化率或产率不变；若某组分为有色物质，体系的颜色不再改变。第三步：确定答案根据第一步的审题，将第二步中与题目有关的“标志”跟选项提供的状态比较，确定正确选项判断某反应是否达到平衡的“三看”“三注意”三看：一看反应是否为可逆反应；二看物质的状态；三看气体的化学计量数。三注意：一注意不同物质的平衡浓度之间无必然关系；二注意公式M在讨论混合气体的平均相对分子质量时的应用；三注意公式在讨论混合气体密度时的应用。将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设
3、容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡H2NCOONH4(s) 2NH3(g)CO2(g)。2v(NH3)v(CO2)密闭容器中总压强不变密闭容器中混合气体的密度不变密闭容器中氨气的体积分数不变密闭容器中c(NH3)不变能判断该反应已经达到化学平衡的是()ABC D全部A没说明正反应速率和逆反应速率，且比值错误，故不能作为依据；密闭容器中总压强与气体物质的量成正比，只有平衡时n(气)不变，故压强可以作为依据；，m(气)可变，故可以作为依据；n(NH3)n(CO2)21，故氨气的体积分数为恒值，不能作为依据；根据定义，可以作为依据。1工业上常用煤和水作原料经过多步反应
4、制得氢气，其中一步反应的原理为CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是()A单位时间内消耗2 mol的CO同时生成2 mol的CO2B两个HO键断裂的同时有一个HH键断裂C反应容器内的压强不再发生变化D混合气体的相对分子质量不发生变化BA项描述的反应速率都是v正，无法判断是否达到平衡；B项说明H2O的分解速率(v正)与H2的消耗速率(v逆)相等，即v正(H2O)v逆(H2)，能判断反应达到平衡；C项，由于该反应前后气体的物质的量不变，故压强始终不变，不能说明可逆反应达到平衡；D项，混合气体的质量不变，物质的量不变，反应前后混合气体的相对分子质量
5、不变，故不能说明反应达到平衡状态。2一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)2N2(g)6H2(g)Si3N4(s)12HCl(g)H0，能表示该反应达到平衡状态的是()Av逆(N2)v正(H2)Bv正(HCl)4v正(SiCl4)C混合气体密度保持不变Dc(N2)c(H2)c(HCl)136C利用化学反应速率之比等于化学方程式的计量系数之比可知A项错误；B项均表示正反应，无论反应是否处于平衡状态都成立；D项表示的浓度关系与是否平衡无关；混合气体密度不变说明容器中气体质量不变，而平衡移动则气体质量改变，所以C项表示达到平衡状态。3反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0
6、)。在容积为1 L的密闭恒容容器中加入2 mol A和1 mol B，充分反应，在t 时达平衡后，测得生成物C的浓度为1.98 molL1，吸收热量为b kJ。不同温度下该反应的平衡常数如下表所示：t/t1t2K1.001071.88103下列判断不正确的是()At10，该反应为吸热反应，故温度越高，平衡常数越大，即t1t2，A项错误； 2A(g)B(g)2C(g)Ha kJmol1始态/mol 2 1 0 a转化/mol 1.98 0.99 1.98 b平衡/mol 0.02 0.01 1.98所以1.98a2b，即99a100b，B项正确；因容器容积为1 L，故平衡常数K(t )9.801
7、105，C项错误；反应物A的转化率为100%99%，B的转化率为1 00%99%，D项正确。2某温度下，在一个2 L的密闭容器中加入4 mol A和 2 mol B进行如下反应：3A(g)2B(g)4C(s)D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法正确的是()A前2 min，D的平均反应速率为0.2 molL1min1B此时，B的平衡转化率是60%C增大该体系的压强，化学平衡常数不变D增加B，平衡向右移动，B的平衡转化率增大C2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)2B(g)4C(s)2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得
8、生成1.6 mol C，则 3A(g)2B(g)4C(s)D(g)开始/mol 4 2 0 0转化/mol 1.2 0.8 1.6 0.4平衡/mol 2.8 1.2 1.6 0.4Av0.1 molL1min1，故A错误；B达到平衡，参加反应的B的物质的量为1.6 mol0.8 mol，故B的转化率为100%40%，故B错误；C化学平衡常数只受温度影响，增大压强平衡常数不变，故C正确；D增加B的浓度增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，B的转化率降低，故D错误。3在容积不变的容器中加入一定量的A和B，发生反应：2A(g)B(g)2C(g)，在相同时间内，测得不同温度下A的转化率如下表所
9、示。下列说法正确的是()温度/100200300400500转化率/%3075755018A该反应随着温度升高，反应速率先变大后变小B400 时，若B的平衡浓度为0.5 molL1，则该反应的平衡常数K2C200 ，A的转化率为75%时，反应达到平衡状态D当单位时间内生成n mol B的同时消耗2n mol C时，反应达到平衡状态BA任何化学反应速率都是随着温度升高而变大，A错误；B400 时，若B的平衡浓度为0.5 molL1，假设A的起始浓度为c mol/L，则根据三段式进行计算： 2A(g) B(g)2C(g)起始浓度/(mol/L) c 0.25c0.5 0转化浓度/(mol/L) 0
10、.5c 0.25c 0.5c平衡浓度/(mol/L) 0.5c 0.5 0.5c则该反应的平衡常数K2，B正确；C由表中数据可知200 和300 ，A的转化率均为75%，故说明200 ，A的转化率为75%时，反应并未达到平衡状态，300 早已达到平衡，C错误；D生成n mol B的同时消耗2n mol C均表示逆反应，故当单位时间内生成n mol B的同时消耗2n mol C时，不能说明反应达到平衡状态，D错误。N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可以发生反应：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：时间/s05001 0001 5
11、00c(N2O5)/(molL1)5.003.522.502.50问题1若T1温度下的平衡常数K1125，则平衡时N2O5的转化率为多少？提示500 s内，N2O5的浓度变化量为(5.003.52)molL11.48 molL1，v(N2O5)2.96103 molL1s1；B项，分析如下： 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)起始浓度/(molL1) 5.00 0 0转化浓度/(molL1) 2.50 5.00 1.25平衡浓度/(molL1) 2.50 5.00 1.25K1125，平衡时N2O5的转化率为50%。问题2T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1T2
12、，则K1K2，那该反应是放热反应还是吸热反应？提示升高温度，平衡常数增大，故该反应为吸热反应。问题3T1时，4NO2(g)O2(g)2N2O5(g)的平衡常数为多少？提示该反应的平衡常数是反应2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)的平衡常数的倒数，根据问题1可知该反应的平衡常数为。通过本情境素材中根据平衡常数求转化率以及判断反应的热效应、逆反应的平衡常数，提升了学生变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的化学核心素养。1二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。以下说法能说明反应3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)达到平衡状态的是()AH2和CO2的浓度之比为31B单
13、位时间内断裂3个HH同时断裂1个C=OC恒温恒容条件下，气体的密度保持不变D绝热体系中，体系的温度保持不变DAH2和CO2的浓度之比为31，无法判断正逆反应速率是否相等，则无法判断是否达到平衡状态，故A错误；B单位时间内断裂3个HH同时断裂1个C=O，表示的是正逆反应速率，但不满足化学计量数关系，说明没有达到平衡状态，故B错误；C该反应中气体的密度为定值，不能根据气体的密度判断平衡状态，故C错误；D绝热体系中，体系的温度为变量，当体系的温度保持不变时，表明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确。2在一个绝热的、容积固定的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)(m
14、、n、p、q为任意正整数)。下列能说明该可逆反应达到平衡状态的是()混合气体的密度不再发生变化体系的温度不再发生变化A的转化率不再改变各组分的百分含量不再改变反应速率v(A)v(B)v(C)v(D)mnpqABC DA因反应前后气体质量不变，容器容积不变，混合气体的密度一直不变，不能说明反应达到平衡状态；绝热的密闭容器中，体系的温度不再改变，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；A的转化率不再改变，说明消耗A与生成A的速率相等，反应达到平衡状态；各组分的百分含量不再改变，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；无论反应是否达到平衡状态，均有v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq。综上所
15、述，A项正确。3工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H0，在一定条件下，向容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是()A达平衡时，CH4(g)的转化率为75%B010 min内，v (CO)0.075 molL1min1C该反应的化学平衡常数K0.187 5D当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等，反应达到平衡C根据题干图像可知，反应进行到10 min时达到平衡状态，氢气和水蒸气的平衡浓度均是0.75 molL1，
16、因此消耗水蒸气的浓度是1 molL10.75 molL10.25 molL1，则： 所以达平衡时，CH4(g)的转化率为 100%25%，A不正确；010 min内，v(CO)0.025 molL1min1，B不正确；该反应的化学平衡常数K0.187 5，C正确；CH4(g)的消耗与H2O(g)的消耗反应方向相同，无法判断反应是否达到平衡状态，D不正确。4羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)K0.1反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mo
17、l。(1)反应前H2S的物质的量是_。(2)CO的平衡转化率是_。解析(1)利用三段式法计算： CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)起始/mol 10 n 0 0转化/mol 2 2 2 2平衡/mol 8 n2 2 2K0.1，解得n7。(2)CO的转化率 100%20%。答案(1)7 mol(2)20%5650 时，一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g)2CO(g)。平衡时，CO的体积分数为40%，总压强为p总。(1)平衡时CO2的转化率为_。(2)已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp为_。解析(1)设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有 C(s)CO2(g)2CO(g)始态/mol 1 0变化/mol x 2x平衡/mol 1x 2x因此有100%40.0%，解得x0.25，CO2的转化率为 100%25%。(2)平衡时CO的体积分数为40%，则CO2的体积分数为60%，故Kp0.27p总。答案(1)25%(2)0.27p总