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1、第2节,化学平衡 化学平衡常数,考纲点击：1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 2.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用 化学平衡常数进行相关计算。,回归教材,一、可逆反应,正反应方向,逆反应方向,相同,同时,小于,二、化学平衡,相等,质量或浓度,1.概念：在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反 应速率_，反应体系中所有参加反应的物质的_ 保持不变的状态。,2.化学平衡的建立：,正反应,逆反应,可逆,v(正)v(逆),浓度或百分含量,3.平衡特征：,4.平衡转化率,对可逆反应 aA(g)bB(g),cC(g)dD(g)，当反应达到,化学平衡状态时，A 的平衡转化率
2、为：,(A),A 的起始浓度A 的平衡浓度 100%。 A 的起始浓度,特别提醒(1)可逆反应不等同于可逆过程，可逆过程包括,物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。,(2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从,逆反应方向建立。,(3)化学反应达到平衡状态的正、逆反应速率相等，是指同 一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反 应速率不一定相等。,(4)化学反应达平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持,不变，但不一定相等。,三、化学平衡常数,1.概念,生成物,反应物,在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，_ 浓度幂之积与_浓度幂之积的比值是一个常数，这个常 数
3、就是该反应的化学平衡常数，用符号 K 表示。 2.表达式,对于一般的可逆反应：mAnB,pCqD，,在一定温度下达到平衡时，_。,3意义 平衡常数表明在一定条件下反应进行的程度。K越大，表示反应进行的程度_。 4影响因素 K只受_影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 (1)对于放热反应：升高温度，K_；反之K_。 (2)对于吸热反应：升高温度，K_；反之K_。,越大,温度,减小,增大,增大,减小,越大,越大,越小,越高,越小,越小,越大,越低,5.化学平衡常数的应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度 一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：,(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应
4、进行的,方向：对于可逆反应：mA(g)nB(g),pC(g)qD(g)，若浓,吸热,放热,放热,吸热,(3)判断可逆反应的热效应,升高温度,K 增大正反应为 K 减小正反应为,反应 反应,降低温度,K 增大正反应为 K 减小正反应为,反应 反应,(4)计算平衡体系中的相关量 根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物 或生成物的浓度、转化率等。,特别提醒 使用化学平衡常数应注意的问题,(1)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看 作“1”，不计入平衡常数表达式中。如H2O(l)的浓度，固体物质 的浓度均不写，但水蒸气浓度要写。,(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若
5、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 数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。,基础测评 1.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时， 涉及如下反应：,2NO2(g)NaCl(s),NaNO3(s)ClNO(g),K1,2NO(g)Cl2(g),2ClNO(g),K2,则 4NO2(g) 2NaCl(s),2NaNO3(s) 2NO(g) Cl2(g) 的,平衡常数 K_(用 K1、K2 表示)。,2.可逆反应 N2(g)3H2(g),2NH3(g)的正、逆反应速率,可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说,)。,明反应已达到平衡状态
6、的是(,A.3v正(N2)v正(H2) B.v正(N2)v逆(NH3) C.2v正(H2)3v逆(NH3) D.v正(N2)3v逆(H2),3.已知在 600 时，以下三个反应的平衡常数：,反应：CO(g)CuO(s) 反应：H2(g)CuO(s),CO2(g)Cu(s) Cu(s)H2O(g),K1 K2,反应：CO(g)H2O(g),CO2(g)H2(g) K3,(1)反应 的平衡常数表达式为 _ ， 反 应,2CO(g)2CuO(s),2CO2(g)2Cu(s)的平衡常数 K4 与 K1 的关,系是_。 (2)反应的 K2 随着温度升高而增大，则反应的反应热 H_0。,(3)反应的 K3
7、 与 K1、K2 的关系是_。 (4) 若其他条件不变，向反应所在的密闭容器中充 入 H2O(g)，则平衡将向_移动，该反应的平衡常数_ (填“变大”“变小”或“不变”)。,4.已知下列反应在某温度下的平衡常数：,5.某温度下 2 L 密闭容器中三种气体起始状态和平衡状态,时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是(,)。,A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是 K,c2(X)c(Y) c3(W),B.其他条件不变，升高温度，若 W 的体积分数减小，则 此反应H0 C.其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡 常数均增大，平衡不移动 D.其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，
8、表明反应已达到平衡,的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的 H0，B 正确；使用催化剂，平衡常数不变，C 错误；由于该 反应是反应前后分子数不变的反应，故混合气体密度一直不变， 不能说明反应已达到平衡，D 错误。 答案：B,2NH3(g)CO2(g)，不能说明该分解反应已,考点一 考向1,化学平衡 可逆反应及化学平衡的标志,典例1(2018 年江西新余一模)将一定量纯净的氨基甲酸铵 置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积 忽略不计 ) ，在恒定温度下使其达到分解平衡：,NH2COONH4(s),经达到化学平衡的是(,)。,. .,A.v(NH3)正2v(CO2)
9、逆,B.密闭容器中总压强不变,C.密闭容器中氨气的体积分数不变 D.密闭容器中混合气体的密度不变,解析：A 项，根据反应可得出 v(NH3)正2v(CO2)正，故当 v(NH3)正2v(CO2)逆时反应达到平衡状态；B 项，随着反应的进,行，体系压强逐渐增大，容器内压强保持不变说明反应已达到 平衡状态；C 项，氨气与二氧化碳的物质的量之比为 21，该 比值不会随反应方向变化而变化，与平衡无关，故不能说明该 反应已经达到化学平衡状态；D 项，当体系达到平衡状态时， 混合气体的总质量不变，而容器的容积不变，故密闭容器中混 合气体的密度不变，可以说明反应已达到平衡状态。,答案：C,判断化学平衡状态的
10、方法“逆向相等，,方法技巧 变量不变”,m(气体) V(气体),、M,气体密度、相对分子质量的计算公式： m(气体) 。 n(气体),考向2,极端假设，界定范围，突破判断,典例2(2018 年江苏徐州一模)一定条件下，对于可逆反应,X(g)3Y(g),2Z(g)，若 X、Y、Z 的起始浓度分别为 c1、c2、,c3(均不为零), 达到平衡时, X、Y、Z 的浓度分别为 0.1 molL1、,0.3 molL1、0.08 molL1，则下列判断正确的是( )。 A.c1c231 B.平衡时，Y和Z的生成速率之比为23 C.X、Y的转化率不相等 D.c1的取值范围为0c10.14 molL1,解析
11、：平衡浓度之比为 13，转化浓度亦为 13，故 c1 c213，A、C 不正确；平衡时 Y 生成表示逆反应速率，Z 生 成表示正反应速率且 v生成(Y)v生成(Z)应为 32，B 不正确；由 可逆反应的特点可知 0c10.14 molL1，D 正确。,答案：D,方法技巧 极端假设法确定各物质浓度范围,(1)若已知反应X2(g)Y2(g),2Z(g)达平衡时三组分的浓,度依次为 0.2 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，确定三组分起 始浓度的取值范围的解题模型如下：,假设正向进行到底：X2(g)Y2(g),2Z(g),平衡浓度(molL1) 0.2 0.3 0.2 变化浓度(m
12、olL1) 0.2 0.2 0.4 起始浓度(molL1) 0 0.1 0.6,假设逆向进行到底：X2(g)Y2(g),2Z(g),考向3,转化率计算,典例3(2018 年江苏南京一模)已知反应 CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)的平衡常数 K 与温度的关系如下表： (1)该反应的H_0(填“”“”或“”)。 (2)500 时，若 CO 和 H2O 的起始浓度均为 0.060 molL1， 则在该条件下，CO 的最大转化率为_。,解析：(1)由表格中数据可知，温度越高，平衡常数 K 越小， 说明温度升高，反应逆向进行，正反应为放热反应，H0。 (2)500 时，K9。假设平衡时，C
13、O 的转化浓度为 x molL1，,方法技巧,掌握三个百分数,n(转化) (1)转化率 100% n(起始),c(转化) 100%。 c(起始),(2)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说， 转化率越高，原料利用率越高，产率越高。 产物实际产量 产率 100%。 理论产量 某组分的平衡量 (3)混合物中某组分的百分含量 100%。 混合物的平衡总量,【拓展演练】 1.(2017 年天津卷)常压下羰基化法精炼镍的原理为 Ni(s),4CO(g),Ni(CO)4(g)。230 时，该反应的平衡常数 K,2105。已知：Ni(CO)4 的沸点为 42.2 ，固体杂质不参与反 应。 第一
14、阶段：将粗镍与 CO 反应转化成气态 Ni(CO)4； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至 230 制得高纯镍。,下列判断正确的是(,)。,A.增加 c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大 B.第一阶段，在 30 和 50 两者之间选择反应温度， 选 50 C.第二阶段，Ni(CO)4 分解率较低 D.该反应达到平衡时，v生成Ni(CO)44v生成(CO),解析：增加 c(CO)，平衡正向移动，但平衡常数只与温度 有关，温度不变，平衡常数不变，A 错误；第一阶段，50 时， 反应速率较快且 Ni(CO)4 为气态，能从反应体系中分离出来， B 正确；相同温度下，第二阶段与
15、第一阶段的平衡常数互为倒 数，则 230 时，第二阶段的平衡常数 K5104，反应进 行的程度大，故 Ni(CO)4 分解率较高，C 错误；该反应达到平 衡时，4v生成Ni(CO)4v生成(CO)，D 错误。,答案：B,2.(2017 年新课标卷节选)H2S 与 CO2 在高温下发生反应：,H2S(g)CO2(g),COS(g)H2O(g)。在 610 K 时，将 0.10 mol,CO2 与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物 质的量分数为 0.02。 (1)H2S 的平衡转化率1_%，反应平衡常数 K _。 (2)在 620 K 重复实验，平衡后水的物
16、质的量分数为 0.03， H2S 的转化率2_1 ，该反应的H_0。(填“”“”或 “”),(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使 H2S 转化率增大 的是_(填标号)。,A.H2S,B.CO2,C.COS,D.N2,解得x0.01，所以1,0.01 mol 0.40 mol,100%2.5%。由平衡常,化学反应达到平衡，水的物质的量分数由 0.02 变为 0.03，所以 H2S 的转化率增大，21。升高温度，化学平衡向正反应方向 移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故H0。,(3)增大 H2S 的浓度，平衡正向移动，但加入量远远大于平衡移 动转化消耗量，所以 H2S 转化率降低，A 错误；
17、增大 CO2 的浓 度，平衡正向移动，使更多的 H2S 反应，所以 H2S 转化率增大， B 正确；COS 是生成物，增大生成物的浓度，平衡逆向移动， H2S 转化率降低，C 错误；N2 是与反应体系无关的气体，充入 N2，不能使化学平衡发生移动，对 H2S 转化率无影响，D 错误。,答案：(1)2.5 2.8103,(2) ,(3)B,考点二 考向1,化学平衡常数 化学平衡常数及影响因素,A.K 值不变，平衡可能移动 B.平衡向右移动时，K 值不一定变化 C.K 值有变化，平衡一定移动 D.相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大 2 倍，K 值也增大两倍,解析：因改变压强或浓度引起化
18、学平衡移动时，K 值不变， A、B 均正确；K 值只与温度有关，K 值发生了变化，说明体系 的温度改变，则平衡一定移动，C 正确；相同条件下，同一个 反应的方程式的化学计量数增大 2 倍，K 值应该变为K(原)2，D 错误。,答案：D,考向2,化学平衡常数的计算,典例5汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中 的主要污染物为 CxHy、NO、CO、SO2 及固体颗粒物等。研究 汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好地治理汽车尾气 提供技术支持。请回答下列问题： 活性炭也可用于处理汽车尾气中的 NO，在 1 L 恒容密闭容 器中加入 0.1000 mol NO 和 2.030 mol 固体
19、活性炭，生成 A、B 两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以 及容器内压强如下表：,根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：,_， 判断 p_(用“”“”或“”填空)3.93 MPa。计算反应体 系在 200 时的平衡常数 Kp_(用平衡分压代替平衡 浓度计算，分压总压体积分数)。,方法技巧 化学平衡计算的一般思路和方法 化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化 率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等。 通常的思路是写出平衡式，列出相关量(起始量、变化量、平衡 量)，确定各量之间的关系。列出比例式或等式或依据平衡常数 求解，这种思路和方法通常称为“
20、三段式法”。,如以下反应：mA(g)nB(g),pC(g)qD(g)，令 A、B,起始物质的量(mol)分别为 a、b，达到平衡后，A 的消耗量(mol) 为mx，容器容积为 V L。,mA(g) nB(g),pC(g)qD(g),起始 n： 变化 n： 平衡 n：,a mx amx,b nx bnx,0 px px,0 qx qx,则有：,2.对于反应物：n(平)n(始)n(变)； 对于生成物：n(平)n(始)n(变)。,考向3,速率常数与平衡常数的关系,典例6(2016 年海南卷)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲 基环丙烷可发生如下转化： 该反应的速率方程可表示为 v(正)k(正
21、)c(顺)和 v(逆) k(逆)c(反)，k(正)和 k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、 逆反应速率常数。回答下列问题：,(1)已知，t1 温度下，k(正)0.006 s1，k(逆)0.002 s1，该 温度下反应的平衡常数值 K1_；该反应的活化能 Ea(正) 小于 Ea(逆)，则H_0(填“小于”“等于”或“大于”)。 (2)t2 温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变 化的曲线是_(填曲线编号)，平衡常数值 K2_； 温度 t1_t2(填“小于”“等于”或“大于”)，判断理由 是_。,答案：(1)3 小于,(2)B,7 3,小于,放热反应升高温度时平衡向逆反应方向,移动,方
22、法技巧 速率常数与平衡常数的关系 依据一个可逆反应的正逆速率方程和化学平衡常数关系式 可以直接建立速率常数与平衡常数的关系。例如对于N2O4(g),【拓展演练】 3.(2018 年新课标卷)CH4-CO2 催化重整不仅可以得到合 成气(CO 和 H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列 问题： (1)CH4-CO2 催化重整反应为：CH4(g) CO2(g)=2CO(g) 2H2(g)。,该催化重整反应的H_ kJmol1。有利于提高CH4 平衡转化率的条件是_(填标号)。,A.高温低压 C.高温高压,B.低温高压 D.低温低压,某温度下，在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol C
23、H4、1 mol CO2 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时 CO2 的转化率是,50%，其平衡常数为_ mol2L2。,(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消 碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：,由上表判断，催化剂 X_Y( 填“优于”或“劣 于”)，理由是_。在反应进料气组成、压强及 反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化 关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的,平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。,解析：(1)已知：,根据盖斯定律可知2即得到该催化重整反应 CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)的H247
24、kJmol1。正 反应是体积增大的吸热反应，所以有利于提高 CH4 平衡转化率 的条件是高温低压；某温度下，在体积为 2 L 的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时 CO2 的 转化率是 50%，根据方程式可知,升高温度平衡向正反应方向移动，因此 K积、K消均增加，A 正 确；升高温度反应速率均增大，B 错误；根据 A 中分析可知 C 错误；积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低，这说明,v消增加的倍数比 v积增加的倍数大，D 正确。根据反应速率 方程式可知在 p(CH4)一定时，生成速率随 p(CO2)的升高而降低， 所以根据图象可知 pa(
25、CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序 为 pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。,(2)根据表中数据可知相对于催化剂 X，催化剂 Y 积碳反 应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小， 消碳反应速率大，所以催化剂 X 劣于 Y。正反应均是吸热反应，,答案：(1)247,A,1 3,(2)劣于,相对于催化剂 X，催化剂 Y 积碳反应的活化能,大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应,速率大,AD,pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2),4.(2018 年天津卷)CO2 是一种廉价的碳资源，其综合利用 具有重要意义。回答下列问题：,C
26、H4(g)CO2(g),2CO(g)2H2(g),已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：,则该反应的H_。分别在 V L 恒温密闭容器 A(恒 容)、B(恒压，容积可变)中，加入 CH4 和 CO2 各 1 mol 的混合 气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 _(填“A”或“B”)。,按一定体积比加入 CH4 和 CO2，在恒压下发生反应，温 度对CO和H2产率的影响如图1所示。此反应优选温度为900 的原因是_。,图 1,图 2,(3)O2 辅助的 Al-CO2 电池工作原理如图 2 所示。该电池电 容量大，能有效利用 CO2，电池反应产物 Al2(C2O4)3 是重要的
27、化工原料。,电池的负极反应式：_；,反应过程中 O2 的作用是_。 该电池的总反应式：_。,解析：(1)CO2 可以被 NaOH 溶液捕获。若所得溶液 pH13， 因为得到溶液的碱性较强，所以 CO2 主要转化为碳酸根离子,电离平衡常数 K251011，所以氢离子浓度为 11010 mol 去生成物总键能，所以焓变为(44132745)(21075 2436)120 kJmol1。初始时容器 A、B 的压强相等，A 容 器恒容，随着反应的进行压强逐渐增大(气体物质的量增加)；B 容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定是 A 中大，B 中 小，此反应压强减小平衡正向移动，所以 B 的反应进行的
28、程度,L1，pH10。(2)化学反应的焓变应该等于反应物总键能减,更大，吸热也更多。根据图 1 得到，900 时反应产率已经 比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的 能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择 900 为反 应最佳温度。(3)明显电池的负极为 Al，所以负极反应一定是 Al 失电子，该电解质为含氯化铝的离子液体，所以 Al 失电子,=2Al3)。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在 第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得 到总反应为 2Al6CO2=Al2(C2O4)3。,应转化为Al3，电极反应式为Al3e=Al3(或2Al6e,(2)120 kJmol1,B,900 时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅 不大，但能耗升高，经济效益降低 (3)Al3e=Al3(或 2Al6e=2Al3),催化剂,2Al6CO2=Al2(C2O4)3,