第9講化學(xué)平衡 第二單元 化學(xué)基本理論 考點1 化學(xué)平衡狀態(tài) 1 可逆反應(yīng)在同一條件下既能向正反應(yīng)方向進行又能向逆反應(yīng)方向進 表 行的反應(yīng)叫可逆反應(yīng) 可逆反應(yīng)不能進行到底 用 示 2 化學(xué)平衡狀態(tài) 1 定義 正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率 在一定條件下的可逆反應(yīng)里 當(dāng) 反應(yīng)混合物中 狀態(tài)是化學(xué)平衡狀態(tài) 簡稱化學(xué)平衡 化學(xué)平衡狀態(tài)是該條件下的該 反應(yīng)的最大限度 各組分的濃度保持不變 相等 v正 v逆 0 2 化學(xué)平衡狀態(tài)的特征逆 研究對象必須是可逆反應(yīng) 動 動態(tài)平衡 即正反應(yīng) 逆反應(yīng)仍在進行 只是速率相等 定 在平衡混合物中 各組分的含量保持一定 變 化學(xué)平衡是有條件的 當(dāng)外界條件改變時 化學(xué)平衡就發(fā)生移動 2 根據(jù)其他特征來判斷 各物質(zhì)濃度不再變化 體系壓強不再變化 體積不再變化 平均相對分子質(zhì)量不再變化 體系密度不再變化 氣體顏色不再變化 反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不再變化 總物質(zhì)的量不再變化 等等 1 根據(jù)本質(zhì)特征來判斷 v正 v逆 0 當(dāng)用同一物質(zhì)表示該反應(yīng)速率時 達到平衡狀態(tài) 當(dāng)用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率時 達到平衡狀態(tài) 在判斷時一定要注意速率的方向 正逆 其比值等于化學(xué)計量 數(shù)比 3 判斷可逆反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)的方法 針對下列兩類反應(yīng)填下表 填序號 最關(guān)鍵的是 原來變化的因素不再變化了 這樣就可以判 斷達到平衡狀態(tài) 度下達平衡 平衡常數(shù)表達式為 4 化學(xué)平衡常數(shù) 1 定義在一定溫度下 當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到平衡時 生成物平衡濃度冪之積與反應(yīng)物平衡濃度冪之積的比值是一個常數(shù) 叫化學(xué)平衡常數(shù) 簡稱平衡常數(shù) 用k表示 任意情況下的比值叫濃度商 用qc表示 2 對于反應(yīng) ma g nb g pc g qd g 在一定溫 濃度商 平衡 常數(shù)和平衡的關(guān)系是 5 轉(zhuǎn)化率 表達式 答 吸熱反應(yīng) 2 一定溫度下平衡常數(shù)越大 反應(yīng)向正方向進行的程度就越大 反之則越小 反應(yīng)體系中有固體或純液體 其濃度看作常數(shù) 1 不寫入表達式 轉(zhuǎn)化率的變化與平衡移動以及引起平衡移動的因素密切相關(guān) 1 平衡常數(shù)只和溫度有關(guān) 對于某反應(yīng) 當(dāng)升高溫度時平衡常數(shù)增大 則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng) 3 可逆的兩個反應(yīng)平衡常數(shù)是什么關(guān)系 同一可逆反應(yīng)的計量數(shù)相應(yīng)的擴大或縮小倍數(shù) 平衡常數(shù)發(fā)生怎樣變化 如 so2 1 2o2 so3平衡常數(shù)為k1 2so2 o2 2so3平衡 常數(shù)為k2 二者關(guān)系怎樣 答 互為倒數(shù) 指數(shù)變化 k2 k21 1 雙選 下列說法可充分說明p g q g s s r g 在恒溫 恒壓 容積可變的密閉容器中達到平衡狀態(tài)的是 a 容器內(nèi)氣體密度不隨時間變化b 容器里q r的體積分數(shù)不再改變c 容器內(nèi)氣體壓強不隨時間變化d 單位時間同時生成nmolp和同時生成nmolq 解析 此反應(yīng)比較特殊 正反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小而且氣體質(zhì)量不守恒 有固體產(chǎn)物 恒壓容積可變 所以在建立平衡的過程中氣體的密度 平均相對分子質(zhì)量等會發(fā)生變化 答案 ab 2 在25 時 密閉容器中x y z三種氣體的初始濃度 和平衡濃度如下表 下列說法錯誤的是 a 反應(yīng)達到平衡時 x的轉(zhuǎn)化率為50 b 反應(yīng)可表示為x 3y2z 其平衡常數(shù)為1600c 增大壓強使平衡向生成z的方向移動 平衡常數(shù)增大d 改變溫度可以改變此反應(yīng)的平衡常數(shù) a 5 b 17 c 5 d 33 考點2 影響化學(xué)平衡的因素及其原理 1 定義 舊化學(xué)平衡被破壞新化學(xué)平衡建立的過程 叫化學(xué)平衡 移動 增大反應(yīng)物的濃度或減小生成 在平衡移動過程中 當(dāng)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率時 反應(yīng)向正方向移動 反之向逆反應(yīng)方向移動 2 影響化學(xué)平衡的因素 1 濃度對化學(xué)平衡的影響在其它條件不變的情況下 平衡向正反應(yīng)方向移動 平衡向逆反應(yīng)方向移動 四種情況下的速率 時間曲線變化情況如下 物的濃度 減小反應(yīng)物的濃度或增大 生成物的濃度 圖2 9 1 2 壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 對于反應(yīng)aa g b b g cc g 在其它重要條件不變 情況下 壓強變化對化學(xué)平衡的影響情況如下 若a b c 增大壓強 平衡向 方向移動 減小壓強 平衡向 方向移動 若a b c 氣體體積減少 氣體體積增大 改變壓強 平衡 移動 圖2 9 2 不 特殊情況 3 溫度對化學(xué)平衡的影響 在其它條件不變的情況下 升高溫度 降低溫度 化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng) 方向移動 化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動 對于反應(yīng) aa g bb g cc g h 0速率 時間變 化曲線如圖2 9 3 圖2 9 3 4 催化劑對化學(xué)平衡不影響 正 逆速率同程度改變 5 勒夏特列原理也叫化學(xué)平衡移動原理 如果改變影響平衡的條件之一 如 溫度 壓強 以及濃度 平衡將向著能夠減弱這種改變的方向 移動 簡單講 改變條件 平衡移動方向是能削弱這種改變的方向 勒夏特列原理也適用于溶解平衡 電離平衡 水解平衡等 當(dāng)正 逆速率不同程度的改變時平衡才能移動 否則平衡不移動 但條件的改變對平衡的影響和對速率的影響又不能混淆 如向正方向移動 正反應(yīng)速率不一定增大 4 2010年安徽理綜 低脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物 發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為 在恒容的密閉容器中 下列有關(guān)說法正確的是 a 平衡時 其他條件不變 升高溫度可使該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大b 平衡時 其他條件不變 增加nh3的濃度 廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小c 單位時間內(nèi)消耗no和n2的物質(zhì)的量比為1 2時 反應(yīng)達到平衡d 其他條件不變 使用高效催化劑 廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大解析 a選項 放熱反應(yīng)升溫平衡常數(shù)減小 b項中增大一個反應(yīng)物濃度另一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大 d項中使用催化劑平衡不移動 答案 c 5 2010年四川理綜 反應(yīng)am g bn g cp g dq g 達到平衡時 m的體積分數(shù)y m 與反應(yīng)條件的關(guān)系如圖2 9 4所示 其中 z表示反應(yīng)開始時n的物質(zhì)的量與m的物質(zhì)的量 之比 下列說法正確的是 圖2 9 4 a 同溫同壓同z時 加入催化劑 平衡時q的體積分數(shù) 增加 b 同壓同z時 升高溫度 平衡時q的體積分數(shù)增加c 同溫同z時 增加壓強 平衡時q的體積分數(shù)增加d 同溫同壓時 增加z 平衡時q的體積分數(shù)增加 解析 a項加入催化劑只能改變反應(yīng)速率 不會使平衡移動 b項由圖像 1 知隨著溫度的升高m的體積分數(shù)降低 說明正反應(yīng)吸熱 所以溫度升高平衡正向移動 q的體積分數(shù)增加 c項對比 1 2 可以看出相同溫度條件 壓強增大m的體積分數(shù)增大 所以正反應(yīng)是體積增大的反應(yīng) 增大壓強q的體積分數(shù)減小 d項由圖像 1 2 可以判斷d也不對 答案 b 熱點1 利用平衡理論分離提純物質(zhì) 解這類題要注意兩點 所涉及的反應(yīng)都是較特殊的可逆反應(yīng) 一般情況下 提純過程都是處于建立平衡的過程中 既然是可逆反應(yīng) 那么就有平衡常數(shù) 只不過是利用高溫低溫調(diào)整反應(yīng)方向 或平衡移動方向 典例1 2009年廣東化學(xué) 難揮發(fā)性二硫化鉭 tas2 可采用如下裝置提純 將不純的tas2粉末裝入石英管一端 抽真空后引入適量碘并封管 置于加熱爐中 反應(yīng)如下 圖2 9 5 下列說法正確的是 a 在不同溫度區(qū)域 tai4的量保持不變b 在提純過程中 i2的量不斷減少c 在提純過程中 i2的作用是將tas2從高溫區(qū)轉(zhuǎn)移到低溫區(qū)d 該反應(yīng)的平衡常數(shù)與tai4和s2的濃度乘積成反比 解析 這類題首先要明確 該反應(yīng)是可逆反應(yīng) 此反應(yīng)利用建立平衡的過程來提純一些物質(zhì) 也就是該可逆反應(yīng)處在建立平衡的過程中 抓住這兩點 那么問題就好回答了 a 建立平衡過程中一些物質(zhì)的物質(zhì)的量是要變化的 i2循環(huán)使用 就像搬運工一樣把tas2從高溫區(qū)轉(zhuǎn)移到低溫區(qū) 答案 c 1 雙選 碘鎢燈比白熾燈使用壽命長 燈管內(nèi)封存的少量碘與使用過程中沉積在管壁上的鎢可以發(fā)生反應(yīng) w s wi2 g h 0 溫度t1 t2 下列說法正確的是 a 燈管工作時 擴散到燈絲附近高溫區(qū)的wi2 g 會分解出w重新沉積到燈絲上b 燈絲附近溫度越高 wi2 g 的轉(zhuǎn)化率越低 c 該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式是k c w c i2 c wi2 d 利用該反應(yīng)原理可以提純鎢 i2 g 解析 高溫區(qū)有利于分解 此正反應(yīng)是放熱反應(yīng) 溫度越高wi2分解越有利 w是固體 平衡常數(shù)中不該有w的濃度 答案 ad 熱點2 求平衡常數(shù) 轉(zhuǎn)化率 首先要準(zhǔn)確寫出平衡常數(shù)表達式 再把平衡時各物質(zhì)濃度代入表達式進行計算 什么物質(zhì)該寫入表達式什么物質(zhì)不該寫入表達式要把握好 比如水 當(dāng)在水溶液中進行的反應(yīng) 一般不寫入表達式 當(dāng)不在水溶液中進行的反應(yīng) 水又作為反應(yīng)物或生成物 那么要寫入表達式 其次 要列好 三量 起始 變化 平衡 必要時根據(jù)給出條件 巧妙設(shè)未知數(shù)解決問題 某小組通過試驗研究該反應(yīng) 反應(yīng)過程中體積變化忽略不計 反應(yīng)體系中各組分的起始量如下表 甲酸甲酯轉(zhuǎn)化率在溫度t1下隨反應(yīng)時間 t 的變化如圖 典例2 2009年廣東化學(xué)改編 甲酸甲酯水解反應(yīng)方程式 為hcooch3 l h2o l hcooh l ch3oh l h 0 圖2 9 6 1 上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為k c hcooh c ch3oh c hcooch3 c h2o 求該反應(yīng)在溫度t1下的k值為 2 其他條件不變 僅改變溫度為t2 t2大于t1 在答題卡框圖中畫出溫度t2下甲酸甲酯轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時間變化的預(yù)期結(jié)果示意圖 平 2 因為升高溫度 反應(yīng)速率增大 達到平衡所需時間減少 所以繪圖時要注意t2出現(xiàn)拐點要先于t1 又因為該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) 升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動 甲酸甲酯的轉(zhuǎn)化率增大 所以繪圖時要注意t2達到平衡時的平臺要高于t1 答案 1 1 7 2 圖2 9 7 2 科學(xué)家一直致力于研究常溫 常壓下 人工固氮 的新方法 曾有實驗報道 在常溫 常壓 光照條件下 n2在催化劑 摻有少量fe2o3的tio2 表面與水發(fā)生反應(yīng) 生成的主要產(chǎn)物為nh3 進一步研究nh3生成量與溫度的關(guān)系 部分實驗數(shù)據(jù)見下表 光照 n2壓力1 0 105pa 反應(yīng)時間3h 相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下 回答下列問題 1 請在以下坐標(biāo)圖中 畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化的示意圖 并進行必要標(biāo)注 圖2 9 8 2 與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比 該方法中固氮反應(yīng)速率慢 請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大nh3生成量的建議 3 工業(yè)合成氨的反應(yīng)為n2 g 3h2 g 2nh3 g 設(shè)在 容積為2 0l的密閉容器中充入0 60moln2 g 和1 60molh2 g 反應(yīng)在一定條件下達到平衡時 nh3的物質(zhì)的量分數(shù) nh3的物 n2 g 3h2 g n2的平衡轉(zhuǎn)化率 該條件下反應(yīng)2nh3 g 的平衡常數(shù) 解析 在求平衡常數(shù)時 要列舉好起始濃度 變化濃度 平衡濃度 巧妙的設(shè)定未知數(shù)求解 答案 1 如圖2 9 9 圖2 9 9 2 適當(dāng)增大壓強 升高溫度 增大n2的濃度 不斷移出生 成物脫離反應(yīng)體系 熱點3 化學(xué)平衡的圖像 解題思路 一看 二想 三判斷 1 一看 看圖像 看清橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)反映的物理量 看線的走向和變化趨勢 看是否通過原點 兩條線的交點和線的拐點 看要不要作輔助線 即看是否需要作等溫線或等壓線 看定量圖像中的有關(guān)量是多少 2 二想 想規(guī)律聯(lián)想外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響規(guī)律 3 三判斷 通過對比分析 做出判斷 h 1025kj mol 該反應(yīng)是一個可逆反應(yīng) 若反應(yīng)物起 始物質(zhì)的量相同 下列關(guān)于該反應(yīng)的示意圖不正確的是 解析 這類題目的解題思路是 一看 二想 三判斷 通過 一看 我們了解到這是考查溫度 壓強以及催化劑對已知可逆反應(yīng)速率和平衡移動的影響 然后 二想 出溫度 壓強以及催化劑都能加快這個反應(yīng)的速率 由于 h 0 升高溫度 平衡向左移動 由于正反應(yīng)方向是氣體體積增大方向 增大壓強 平衡向左移動 催化劑不能使平衡移動 最后 三判斷 出只有c是錯誤的 答案 c 3 雙選 某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時 改變某一條件對化學(xué)平衡的影響 得到如下變化規(guī)律 圖2 9 10中p表示壓強 t表示溫度 n表示物質(zhì)的量 圖2 9 10 根據(jù)以上規(guī)律判斷 下列結(jié)論正確的是 a 反應(yīng) h 0 p2 p1b 反應(yīng) h 0 t1 t2c 反應(yīng) h 0 t2 t1 或 h 0 t2 t1d 反應(yīng) h 0 t2 t1解析 a項 反應(yīng) 的正反應(yīng)方向是氣體體積減少的方向 增大壓強 平衡正向移動 a的轉(zhuǎn)化率升高可知p2 p1 隨著溫度的升高 a的轉(zhuǎn)化率減低 可知 h 0 d項 由于不知道t1與t2的大小關(guān)系 所以不能判斷 h 0 答案 bc 解析 把5個實驗聯(lián)系起來看 就是此可逆反應(yīng)隨溫度變化的情況 據(jù)此可分為達到平衡前的情況和平衡后的情況 平衡前溫度高速率大no2的含量減小 但達到平衡后 溫度再升高 平衡逆向移動 no2的含量又增大 答案 bd 解析 題給反應(yīng)是在密閉容器內(nèi)進行的可逆反應(yīng) 4molnh3和5molo2反應(yīng)不能完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物 所以放出的熱量應(yīng)低于905 9kj 平衡時v正 o2 5 4v逆 no 答案 cd 解析 a項溫度升高 k減小 正反應(yīng) h 0 c項表示的常數(shù)是逆反應(yīng)的 d項平衡發(fā)生移動 但k值不變 答案 b 5 2011年廣東潮州模擬 1 在2l恒容密閉容器內(nèi) 800 時有以下反應(yīng) 2no g o2 g 2no2 g 已知 該反應(yīng)的平衡常數(shù)k300 k350 則該反應(yīng)是 熱反應(yīng) 能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是 填字母 a v no2 2v o2 b 容器內(nèi)壓強保持不變c v逆 no 2v正 o2 d 容器內(nèi)密度保持不變 能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大 且平衡向正反應(yīng)方向移動的是 填字母 a 及時分離出no2氣體b 適當(dāng)升高溫度c 增大o2的濃度d 選擇高效催化劑 2 某溫度下a g b g 2c g 的平衡常數(shù)是50 在 該溫度下只充入a g 與b g 發(fā)生反應(yīng) 反應(yīng)開始時 b g 的濃 1 2005年廣東改 利用下列反應(yīng)可以將粗鎳轉(zhuǎn)化為純度達 99 9 的高純鎳 下列說法正確的是 a 50 80 時 適當(dāng)增大壓強 有利于ni co 4的生成 b 該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式是k c ni co 4 c ni c4 co c 50 200 范圍內(nèi) 該反應(yīng)的平衡常數(shù)與溫度無關(guān)d 利用上述原理提純粗鎳需要消耗大量的co氣體 解析 a中正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng) 增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動 b中固體和純液體的濃度為定值 平衡常數(shù)表達式中不應(yīng)該體現(xiàn)ni的濃度 c中平衡常數(shù)與溫度相關(guān) co在可逆反應(yīng)中循環(huán)使用 答案 a 2 2008年廣東 將h2 g 和br2 g 充入恒容密閉容器 恒溫 下發(fā)生反應(yīng)h2 g br2 g 2hbr g h 0 平衡時br2 g 的轉(zhuǎn)化率為a 若初始條件相同 絕熱下進行上述反應(yīng) 平衡時 br2 g 的轉(zhuǎn)化率為b a與b的關(guān)系是 a a bc a b b a bd 無法確定 解析 絕熱條件下進行反應(yīng) 該反應(yīng)是放熱反應(yīng) 相當(dāng)于給體系加熱 所以平衡向逆反應(yīng)方向移動 轉(zhuǎn)化率減小 答案 a 2c g h 0 下列說法 3 對于反應(yīng)a2 g 3b2 g 錯誤的是 a 其它條件不變 降低溫度 該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大b 使用催化劑能使平衡向生成c的方向移動 并放出更 多的熱量 c c的產(chǎn)率與溫度 壓強 p 關(guān)系的示意圖如圖2 9 16 d 恒溫恒容時 若密閉容器內(nèi)壓強不再改變 則表示該 反應(yīng)達到平衡 圖2 9 16 解析 a項 該反應(yīng)為放熱反應(yīng) 降低溫度有利于反應(yīng)正向移動 平衡常數(shù)增大 b項 催化劑只能改變反應(yīng)速率 不能改變化學(xué)平衡 也不影響反應(yīng)放出的熱量 c項 該反應(yīng)放熱 溫度低c的產(chǎn)率較高 壓強增大 c的產(chǎn)率增大 d項考查化學(xué)平衡的判斷 答案 b 4 工業(yè)上制備化工原料co和h2可利用如下反應(yīng) 將0 20molch4和0 30molh2o g 通入容積可變的密閉容器中 在一定條件下上述反應(yīng)各物質(zhì)的量隨時間變化如下表 下列說法錯誤的是 a 在2min 3min之間反應(yīng)處于平衡狀態(tài)b 3min 4min之間 容器內(nèi)h2增多的原因是充入了水蒸氣c 其他條件不變時升高溫度 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小d 其他條件不變時增大壓強 ch4的轉(zhuǎn)化率減小 解析 a中由2min和3min兩個時間點可以看出反應(yīng)中相同物質(zhì)的物質(zhì)的量相等 可判斷2min 3min時間段反應(yīng)處于平衡態(tài) b中題目并沒有給出過程中充入水蒸氣的信息 同時也不一定只有充入水蒸氣才使平衡正向移動 c中該反應(yīng)為吸熱反應(yīng) 升高溫度 平衡正向移動 混合氣體物質(zhì)的量增大 質(zhì)量不變 平均相對分子量減小 d中增大壓強 平衡逆向移動 ch4的轉(zhuǎn)化率減小 答案 b 5 在恒容密閉容器中通入a b兩種氣體 在一定條件下 發(fā)生反應(yīng) 2a g b g 2c g h 0 達到平衡后 改 變一個條件 x 下列量 y 一定符合圖2 9 17中曲線的是 圖2 9 17 解析 催化劑