1、第二单元化学反应的方向和限度 第二课时化学平衡1可逆反应“两特点”：(1)正、逆两个反应是同一条件下同时进行的；(2)可逆反应中反应物、生成物共存，反应物转化率小于100%。2化学平衡“五特征”：逆、等、动、定、变。3化学平衡状态判断“两依据”：(1)根本依据：v(正)v(逆)；(2)直接依据：各组分的浓度保持不变。4化学平衡计算“两公式”：(1)平衡常数K等于平衡时生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积之比；(2)反应物的转化率100%。化学平衡状态自学教材填要点1可逆反应(1)正反应和逆反应：(2)可逆反应：2化学平衡状态(1)建立：以N23H22NH3为例，填下表。 变化时刻物质浓度反应
2、速率反应物生成物正反应逆反应开始时最大0最大0进行中减小增大减小增大平衡时不变不变v(正)v(逆)图像表示上述过程：(2)定义：一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等时，反应体系中所有反应物和生成物的质量或浓度保持不变的状态。(3)“五”特征：师生互动解疑难化学平衡状态标志的判断依据(1)根本依据：(2)直接依据：(3)其他依据：化学反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)是否平衡压强mnpq时，总压强一定(其他条件一定)平衡mnpq时，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体的平均相对分子质量(r)r一定时，只有当mnpq时平衡r一定，但mnpq时不一定平衡温度任何化学
3、反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时(其他不变)平衡混合气体的密度()密度一定不一定平衡颜色反应体系内有色物质的颜色稳定不变平衡1双选题下列为四个同学对“化学平衡状态 ”的理解，其中理解正确的同学是()解析：当v(正)v(逆)0时，化学反应达到平衡状态，此时反应仍在继续。答案：BD化学平衡常数与平衡转化率自学教材填要点1化学平衡常数(1)概念：在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。(2)表达式：对反应aA(g)bB(g) cC(g)dD(g)在一定温度下达到平衡时K。(3)意义：(4)影响因素：K只与温度有关，与反应物或生
4、成物的浓度无关，只要温度一定，则平衡常数一定。2平衡转化率(1)定义：可逆反应达到化学平衡时已转化的量与该物质开始时的量的比值。(2)表达式：100%。师生互动解疑难正确理解平衡常数(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。如：CaCO3(s) CaO(s)CO2(g)，Kc(CO2)；Cr2O(aq)H2O(l) 2CrO(aq)2H(aq)，Kc2(CrO)c2(H)/c(Cr2O)；但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。如：C2H5OHCH3COOHCH3COOC2H5H2O，K。(2)同一化学反应，化学反
5、应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：N2O4(g) 2NO2(g)，K(373 K)0.36；1/2N2O4(g) NO2(g)，K(373 K)0.60；2NO2(g) N2O4(g)，K(373 K)2.8。(3)可逆反应的正反应的平衡常数与逆反应的平衡常数互为倒数；若方程式中各物质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。因此书写平衡常数表达式及数值，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。2关于C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)的平衡常数书写形式，正确的是()AKBKCK DK解析：在K表达式中，注意不能用固体、纯液体表示，因为它们的浓度可视
6、为常数。答案：C可逆反应的特点与判断例1在容器中进行如下反应：X2(g)Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()AZ为0.3 molL1BY2为0.4 molL1CX2为0.2 molL1DZ为0.4 molL1解析本题可用“一边倒”法来判断：X2Y22Z最多的生成物/molL1 00.20.4全部为反应物/molL1 0.20.4 0即可得各物质浓度的取值范围：0c(X2)0.2 molL1；02 molL1c(Y2)0.4 molL1；0c(Z)0.4 mo
7、lL1。答案A“一边倒”法判断可逆反应中物质的浓度取值(1)完全转化到“”的右侧，求出生成物的最大值，反应物的最小值，此时反应物可能为0，也可能不为0(如本题中Y2)。(2)完全转化到“”的左侧，求出反应物的最大值，生成物的最小值。(3)据(1)、(2)得出各物质的浓度的取值范围进行讨论。提示：(1)不可能，因为即便 (1)Y2为0有可能吗？0.1 molL1X2完全转化，此时还 (2)Y2为0.2 molL1，剩余0.2 molL1的Y2。 Z为0.1 molL1有可能吗？(2)不可能，因为反应物、生成物的浓度不可能同时减小。化学平衡状态的判断例2在温度不变的条件下，密闭容器中发生如下反应：
8、2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)，下列叙述能够说明反应已经达到平衡状态的是()A容器中SO2、O2、SO3共存BSO2与SO3的浓度相等C容器中SO2、O2、SO3的物质的量之比为212D反应容器中压强不随时间变化解析反应达到平衡状态时，SO2、O2、SO3的浓度保持不变，并非相等，也非等于化学计量数之比，故B、C错误，而反应物、生成物共存则是可逆反应的特点，故A错误；对于反应前后化学计量数不等的化学反应，可以利用压强来判断反应是否达到平衡，D正确。答案D(1)“不变”的含义：本题易错选B、C两项，原因是对化学平衡状态定义中各组分的浓度或含量保持“不变”理解错误，误认为各组分的浓度都相
9、等或各组分的浓度等于化学计量数之比。(2)其他判断依据：反应物的转化率、生成物的产率不再发生变化；反应物反应时破坏的化学键与逆反应得到的反应物形成的化学键种类和数量相同；对于气体体积数变化的可逆反应，达到化学平衡时，体积和压强不再发生变化。1对于N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0的反应，达到化学平衡状态的标志为()A断开1个NN键的同时有6个NH键生成B混合气体的密度不变C混合气体的平均相对分子质量不变DN2、H2、NH3分子数之比为132的状态解析：A项只表示了正反应速率，不能体现v(正)v(逆)，错误；B项，若恒压时，密度不变可作为平衡标志，若恒容时，则不能作为平衡标志，错误；C项
10、，因反应前后，气体物质的量变化，但总质量不变，故平均相对分子质量不变可作为平衡标志，正确；D项，平衡状态时，由于不知道反应物起始浓度，因此各物质的量没有一定的比例关系，错误。答案：C有关化学平衡常数和转化率的分析与计算例3在25时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20.0平衡浓度/molL10.050.050.1下列说法错误的是()A反应达到平衡时，X的转化率为50%B反应可表示为X(g)3Y(g) 2Z(g)，其平衡常数为1 600C增大压强平衡常数增大D改变温度可以改变此反应的平衡常数解析X浓度变化是0.05 mol/L，所以
11、达到化学平衡时，X的转化率为0.050.1100%50%，选项A正确；Y的浓度变化是0.15 mol/L，Z的浓度变化是0.1 mol/L，故该反应的化学方程式为X3Y2Z，平衡常数K1 600，B正确；平衡常数与浓度、压强无关，只与温度有关，故选项C错误、D正确。答案C利用“三段式”计算平衡常数及反应物的转化率(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、平衡浓度。根据已知条件建立等式关系进行解答。(2)方法：如mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。m
12、A(g)nB(g) pC(g)qD(g)c(初)(mol/L)ab00c(mol/L)mxnxpx qxc(平)(mol/L)amx bnxpxqx(3)计算：2(2012广州模拟)某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的平衡常数为()A3.2103 B1.6103C8.0102 D4.0102解析： 2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)c(始)/molL1 0 0 0.05c(变)/molL1 0.01 0.005 0.01c(平)/molL1 0.
13、01 0.005 0.04K3.2103。答案：A随堂基础巩固1化学平衡常数可以用K来表示，下列关于化学平衡常数的说法中正确的是()AK越大，反应物的转化率越小BK与反应物的浓度有关CK与生成物的浓度有关DK与温度有关解析：一个确定的化学反应，其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。答案：D2下列关于化学反应限度的说法中正确的是()A一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度B当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等都等于0C平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变D化学反应的限度不可以通过改变条件而改变解析：可逆反应达到平衡状态后，虽v
14、正v逆，但均不为0，是动态平衡，B、C错；K与温度有关，通过改变温度就可以改变化学反应的限度，D错。答案：A3(2012泉州高二检测)某温度下，反应SO2(g)O2(g) SO3(g)的平衡常数K150，在同一温度下，反应2SO3(g) 2SO2(g)O2(g)的平衡常数K2的值为()A2 500 B100C4104 D2102解析：据平衡常数的定义可知K150，K24104，C正确。答案：C4双选题下列说法中可以证明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是()A1个NN键断裂的同时，有3个HH键形成B1个NN键断裂的同时，有3个HH键断裂C1个NN键断裂的同时，有6个NH键
15、断裂D1个NN键断裂的同时，有6个NH键形成解析：NN键断裂、HH键断裂、NH键形成都代表正反应，不能用于判断反应是否达到平衡。A、C两项中HH键形成，HN键断裂代表逆反应，而且正、逆反应速率符合化学计量数之比，可以用于证明该反应已达到平衡状态。答案：AC5(2012杭州高二检测改编)在1000 K恒温下，在密闭容器中放入一定量的A、B气体使之发生反应：A(g)3B(g) 2C(g)，并达到平衡。测得其平衡时的浓度分别为c(A)2 molL1，c(B)5 molL1，c(C)3 molL1：填写下列空白：(1)起始时：A的物质的量浓度_，B的物质的量浓度_。(2)A的转化率_。(3)1000
16、K时，上述反应的平衡常数_。解析：A(g)3B(g) 2C(g)起3.59.50转1.54.53平253c(A)始3.5 molL1，c(B)始9.5 molL1。则A的转化率为100%42.9%。K(或0.036)。答案：(1)3.5 molL19.5 molL1(2)42.9%(3)(或0.036)课时跟踪训练一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)1(2012银川一中模拟)化学平衡常数(K)是化学反应限度的一个重要参数，该常数表示的意义是可逆反应的进行程度，K值越大，表示的意义错误的是()A温度越高B平衡时反应物浓度较小C反应进行得越完全D平衡时生成物浓度较大解析：平衡常数K越
17、大，反应进行得越完全，则平衡时反应物浓度越小，生成物浓度越大；因反应的热效应未确定，故无法确定温度。答案：A2(2012盐城高二检测)反应COH2O(g)CO2H2在1000 K达到平衡时，分别改变下列条件，平衡常数K值发生变化的是()A将压强减小至原来的一半B将反应温度升高至1200 KC添加催化剂D增大水蒸气的浓度解析：平衡常数K仅仅是温度的函数，只有温度变化时才能引起K的变化。答案：B3(2011潍坊模拟)在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是()A体系的压强不再发生变化Bv
18、正(CO)v逆(H2O)C生成n mol CO的同时生成n mol H2D1 mol HH键断裂的同时断裂2 mol HO键解析：不论反应达到平衡，还是未达到平衡，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。答案：C4以下可逆反应，在给定的条件下一定达到了化学平衡状态的是()AN2(g)3H2(g) 2NH3(g)在混合气体中(NH3)33.3%BCO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)(在恒容容器中，容器内压强不再变化)C2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)(在恒压条件下，总质量不再改变)D2NO2(g) 2NO(g)O2(g)(在恒容条件下，气体颜色不再改变)解析：A项中
19、，(NH3)33.3%，不能说明是否一定为平衡状态。B项中，等体积反应，p总始终为恒量；C项中，总质量始终为恒量，都不能作为判断是否达到平衡状态的依据。答案：D5对于可逆反应：C(s)CO2(g) 2CO(g)，在一定温度下其平衡常数为K，下列条件的变化中，能使K发生变化的是()A将C(s)的表面积增大B增大体系压强C升高体系温度 D使用合适的催化剂解析：对一个固定的可逆反应，平衡常数只与温度有关。答案：C6双选题在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：A(s)2B(g) C(g)D(g)已达平衡的是()A混合气体的压强 B混合气体的密度CB的物质的量浓度 D气体的总物
20、质的量解析：由于有固体参加，该反应是一个气体质量可变体积不变的反应，做题时往往易忽略A的聚集状态而错选。随着反应的进行，气体的密度增大，达到平衡时，混合气体的密度和B的物质的量浓度都不再随时间而变化；由于反应前后气体的体积不变，混合气体的压强和总物质的量不随反应的程度而变，均不能作为反应是否达到平衡的判据，此题答案为B、C。答案：BC7(2011抚顺模拟)一定条件下，将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)B(g) xC(g)2D(s)。2 min末该反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的浓度为0.2 mol/L。下列判断正
21、确的是()A该条件下此反应的化学平衡常数约为0.91BA的平均反应速率为0.3 mol/(Ls)CB的转化率为60%D若混合气体的密度不再改变时，该反应不一定达到平衡状态解析：n(D)0.8 mol，则n(A)1.2 mol，故v(A)0.3 mol/(Lmin)，B错；B转化的物质的量n(B)n(D)0.4 mol，则B的转化率为100%40%，C错；由于平衡时c(C)c(D)0.2 mol/L0.4 mol/Lx2，则x1，平衡时A、B、C的浓度分别为0.9 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L，则平衡常数K0.91，A对；该反应前后气体分子数不相等，且气体质量也不相等，因此
22、混合气体的密度不再改变时，该反应一定达到平衡状态，D错。答案：A二、非选择题(本题包括4小题，共39分)8(12分)在200时，将a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：I2(g)H2(g) 2HI(g)。(1)反应刚开始时，由于c(H2)_，c(I2)_，而c(HI)_，所以化学反应速率_最大，而_最小(为零)；(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)_，c(I2)_，而c(HI)_，从而化学反应速率v(正)_，而v(逆)_；(3)当反应进行到v(正)与v(逆)_时，此可逆反应就达到了平衡，若保持外界条件不变时，反应混
23、合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率等都将_。解析：反应开始时，c(H2) molL1，c(I2) molL1，c(HI)0，此时v(正)最大，v(逆)0；随着反应的进行，c(H2)减小，c(I2)减小，c(HI)增大，故v(正)减小，v(逆)增大；当反应进行至v(正)v(逆)时，各组分的浓度保持不变，即反应处于平衡状态。答案：(1) molL1 molL10v(正)v(逆)(2)减小减小增大减小增大(3)相等不变9(6分)在20 L恒容的密闭容器中，加入3 mol SO3(g)和1 mol氧气，在某温度下进行反应，反应至4 min时，氧气的浓
24、度为0.06 mol/L，当反应至8 min时，反应到达平衡。(1)04 min内生成O2的平均速率：v(O2)_mol/(Lmin)。(2)整个过程中，各物质的浓度随时间的变化如图所示，则该温度下的平衡常数K_。(3)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是_(填序号)。体系内压强不再改变容器内气体的密度不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变v正(SO3)2v逆(O2)n(SO3)n(O2)n(SO2)212解析：分析图像得出，(1)该反应为2SO3(g) 2SO2(g)O2(g)，由此得出v(O2)0.002 5 mol/(Lmin)。(2)根据平衡常数
25、公式：K0.4。(3)根据反应：2SO3(g)2SO2(g)O2(g)，中体系压强不变，说明反应已达平衡状态；中容器的体积不变，混合气体的质量不变，则反应过程中密度始终不变，密度不变不能说明反应已达平衡状态；中混合气体的总质量不变，但反应过程中混合气体的总物质的量改变，若平均相对分子质量不变，说明反应已达平衡状态；表示v正v逆，说明反应已达平衡状态；中三者的物质的量之比等于化学计量数之比，不能说明反应已达平衡状态。答案：(1)0.0025(2)0.4(3)10(10分)已知可逆反应COH2O(g)CO2H2，达到平衡时，K，K是常数，只与温度有关，与浓度无关。(1)830 K时，若起始时：c(
26、CO)2 mol/L，c(H2O)3 mol/L，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为_；K值为_。(2)830 K时，若只将起始时，c(H2O)改为6 mol/L，则水蒸气的转化率为_。(3)若830 K时，起始浓度c(CO)a mol/L，c(H2O)b mol/L，H2的平衡浓度c(H2)c mol/La、b、c之间的关系式是_。当ab时，a_。解析：(1)COH2O(g)CO2H2起始浓度(mol/L)2300转化浓度(mol/L) 1.2 1.2 1.2 1.2平衡浓度(mol/L) 0.8 1.8 1.2 1.2K1，(H2O)100%40%。(2)设水蒸气的转化浓度为x，
27、 COH2O(g)CO2 H2起始浓度(mol/L)260 0转化浓度(mol/L) x x x x平衡浓度(mol/L) 2x 6x x xK1，x1.5 mol/L，(H2O)100%25%。(3) COH2O (g)CO2H2起始浓度(mol/L) ab0 0转化浓度(mol/L) c c c c平衡浓度(mol/L) ac bc c c则1。当ba时，代入上式，可得a2c。答案：(1)40%1(2)25%(3)12c11(11分)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：t/7008008301 00
28、01 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)从表中看出，升高温度，K值_，则CO2的转化率_，化学反应速率_。(以上均填“增大”“减小”或“不变”)(3)能判断该反应是否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_。解析：(1)根据化学平衡常数的定义式即可写出K。(2)由表中数据可以看出温度越高，平衡常数越大，K和都可用来衡量反应进行的程度，K增大，反应进行程度增大，(CO2)增大；由于升高温度，故v增大。(3)该反应为气体物质的量不变的反应，反应过程中压强始终不变，与平衡与否无关。(4)当c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)时K1，此时的温度由表中数据可知为830。答案：(1)(2)增大增大增大(3)BC(4)830