化學平衡狀態(tài)及化學平衡常數(shù)【本講教育信息】一、教學內(nèi)容：高三第一輪復習：化學平衡狀態(tài)及化學平衡常數(shù)二、教學目標理解化學平衡和化學平衡常數(shù)的含義，能用化學平衡常數(shù)計算反應物的轉(zhuǎn)化率；理解化學平衡狀態(tài)的標志及判斷方法三、重點、難點：化學平衡狀態(tài)的標志及判斷方法平衡常數(shù)的計算；四、教學過程：（一）化學平衡狀態(tài)：1、在一定條件下的可逆反應里，正反應和逆反應的速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)，稱為化學平衡。前提：可逆反應；實質(zhì)：正反應速率等于逆反應速率特征：反應混合物中各組分成分保持不變?；瘜W平衡具有：逆、等、動、定、變、同等特征。2、化學平衡狀態(tài)的標志：（1）直接標志：V（正）=V（逆）；各組分百分含量（不是濃度）不隨時間變化而變化。（2）間接標志：各物質(zhì)濃度不隨時間改變而改變 各物質(zhì)的物質(zhì)的量不隨時間改變而改變各氣體的壓強不隨時間改變而改變 氣體的顏色不隨時間改變而改變氣體的密度不隨時間改變而改變 氣體平均式量不隨時間改變而改變（3）化學反應實質(zhì)：化學反應為舊鍵的斷裂與新鍵的生成；對同一物質(zhì)，斷鍵的量與生成鍵的量相等。對于不同類型的可逆反應，某一物理量不變是否可作為平衡已到達的標志，取決于該物理量在反應過程中是否發(fā)生變化。即：能變化的量保持不變則達平衡。說明：1、可逆反應是指向兩個方向進行的兩個化學反應，在相同的條件下同時進行、共存，兩個反應構(gòu)成一個對立的統(tǒng)一體；在相同條件下，要用“”代替“=”作為連接反應物和生成物的符號；在反應體系中，與化學反應有關(guān)的各類物質(zhì)共同存在；解答可逆反應的問題時要特別注意，即反應物不可能完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，產(chǎn)物也不可能完全轉(zhuǎn)化為反應物。另外，還要注意量的變化，元素原子不可能憑空增加或減少。總之，要注意：“可逆”與“守恒”。2、理解化學平衡的概念時應注意：前提是“一定條件”下的“可逆反應”；實質(zhì)是正、逆反應速率相等；標志是“反應混合物中各組分的濃度保持不變”；特征是：逆：只有可逆反應，在一定條件下才建立平衡。對于非可逆反應，由于反應終了時，某物質(zhì)已經(jīng)完全消耗，因此，不存在平衡狀態(tài)；動：是動態(tài)平衡，即V不等于零，V正=V逆0；等：V正=V逆。即在同一瞬間，某一成分的生成速率等于其消耗速率；定：反應混合物或平衡混合物各成分含量不變。是V正=V逆的結(jié)果。反應混合物的含量不變，有多種可能：可以是濃度、物質(zhì)的量、百分含量、壓強、密度等；變：可逆反應達到平衡狀態(tài)是在一定條件下達到的， 條件改變，平衡就會被破壞；同：相同條件下，同一可逆反應可由不同途徑（不同的起始量）達到同一個平衡狀態(tài)（等效平衡）。3、化學平衡狀態(tài)的標志：抓住兩點：正逆反應速率是否相等？ 各組分的濃度（或百分含量）是否不變。（1）正反應速率和逆反應速率相等（注意：指同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率），對不同的物質(zhì)可以采用“異方向、量相當”來判斷；（2）反應達到了平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的濃度、百分含量、物質(zhì)的量、溫度、顏色等為一定值，反過來，也可以據(jù)此判斷一個可逆反應是否達到平衡狀態(tài)；（3）當對一個具體的可逆反應判斷是否達到平衡狀態(tài)時，還會碰到一些與具體的反應有關(guān)的壓強、密度、相對分子質(zhì)量相關(guān)的新問題，可以通過反應前后氣體的分子總數(shù)是否變化、質(zhì)量是否變化，反應是在恒溫恒壓還是在恒溫恒容條件下進行來具體分析判斷。例1下列說法中錯誤的是 A、可逆反應在一定條件下可建立化學平衡狀態(tài)B、處于化學平衡狀態(tài)的可逆反應，（正）=（逆）0C、可逆反應建立平衡時，與反應起始方向無關(guān)，與反應物起始濃度大小無關(guān)D、一定溫度下，可逆反應平衡時，其生成物濃度乘積與反應物濃度的乘積比為常數(shù)解析：可逆反應在一條件下建立化學平衡時，與反應的初始方向和起始濃度的大小無關(guān)，達平衡后，（正）=（逆）0，反應混合物中各組份的含量、濃度等保持不變，在一定溫度下，可逆反應達平衡后，生成物濃度冪次方乘積與反應物濃度的冪次方乘積之比為常數(shù)，稱為化學平衡常數(shù)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與其他條件無關(guān)。綜上所述，本題的答案為D答案：D例2可逆反應：2SO2O22SO3，正反應速率用、表示，逆反應速率用、，反應達平衡時，正確關(guān)系是 A、 B、=C、 D、解析：同一可逆反應在同一時間內(nèi)用不同物質(zhì)表示的反應速率，可能相同，也可能不同，但表達的意思相同，且反應速率等于方程式前面的系數(shù)比?？赡娣磻_平衡后，V正=V逆。即在同一瞬間，某一成分的生成速率等于其消耗速率；對不同的物質(zhì)可以采用“異方向、量相當”來判斷，即可將某物質(zhì)的逆反應速率與正反應速率看成相等，比較不同物質(zhì)的反應速率之比是否與方程式前面的系數(shù)成正比，即可判斷。A中均為正反應速率，B中均為逆反應速率，C、D中分別為正反應速率和逆反應速率，且C中反應速率之比應等于方程式前面的系數(shù)比，但本題中D表示的反應速率之比不等于方程式前的系數(shù)比，所以不符合題意。故D不正確。答案：C例3下述說法可充分證明：P（g）Q（g）R（g）S（g），在恒溫下已達平衡的是A、容器壓強不隨時間變化 B、容器內(nèi)P、Q、R、S四者共存C、P和S的生成速率相等 D、P的轉(zhuǎn)化率和S的產(chǎn)率相等解析：化學平衡狀態(tài)的標志的判斷主要抓住兩點：正逆反應速率是否相等？ 各組分的濃度（或百分含量）是否不變。對于上述可逆反應，在反應前后氣體的分子數(shù)保持不變，因此，反應前后的壓強始終保持恒定，且在反應中，四種物質(zhì)始終共存，故AB錯誤；C中P的生成速率是逆反應速率，S的生成速率是正反應速率，且反應速率之比為方程式前系數(shù)比，符合題意；D中當反應按照方程式前面的系數(shù)比進行時，反應物的轉(zhuǎn)化率等于產(chǎn)物的產(chǎn)率，但如果不是以方程式前的系數(shù)比進行，則轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)率不一定相同，故D不一定正確。答案：C例4把6molA氣體和5molB氣體混合放入4L的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應：3A（g）B（g）2C（g）xD（g），經(jīng)5min達到平衡，此時生成C為2mol，測定D的平均反應速率為0.1mol/Lmin，下列說法中錯誤的是A、A的平均反應速率為0.15 mol/LminB、恒溫達平衡時容器內(nèi)壓強為開始時的85%C、B的轉(zhuǎn)化率為20%D、平衡時A的濃度為0.8 mol/L解析：本題是有關(guān)反應速率、化學平衡的計算題。按題意，5min達到平衡，此時生成C為2mol，測定D的平均反應速率為0.1mol/Lmin，說明生成D2mol，則C、D的物質(zhì)的量之比為1：1，即x=2，每生成2mol的D，消耗3mol的A和1mol的B，則A的平均反應速率為：0.15 mol/Lmin，B的轉(zhuǎn)化率為：20%，平衡時A的濃度為0.75mol/L，由于反應前后氣體的分子總數(shù)沒有發(fā)生變化，因此，在反應過程中體系的壓強保持不變。綜上所述，本題的答案為BD答案：BD例5可逆反應2NO22NOO2在密閉容器中反應，達到平衡狀態(tài)的標志是：單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時生成2n mol NO2；單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時，生成2n mol NO；用NO2、NO、O2的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應速率的比為221的狀態(tài)；混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài)；混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)；混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)A、 B、C、 D、解析：對于不同類型的可逆反應，正逆反應速率是否相等，某一物理量不變是否可作為平衡已到達的標志，取決于該物理量在反應過程中是否發(fā)生變化。即：能變化的量保持不變則達平衡。與中單位時間內(nèi)生成n mol O2和2n mol NO的反應是正反應，生成2n mol NO2的反應是逆反應，中正反應速率等于逆反應速率，達平衡狀態(tài)，中均為正反應速率，無法判斷；中同一反應，在任何時候用不同物質(zhì)所表示的反應速率之比均為方程式前面的系數(shù)比，因此無法判斷是否達到平衡狀態(tài)；中由于NO2屬于有色氣體，當其濃度保持不變時，顏色也就不變，因此可判斷達到平衡狀態(tài)；中在密閉容器中混合氣體的質(zhì)量和體積均保持不變，因此，無論反應進行如何，混合氣體的密度始終不變，也無法判斷是否達平衡；中混合氣體的總質(zhì)量恒定，但總物質(zhì)的量隨反應的進行不斷發(fā)生改變，當反應達平衡后，混合氣體的總物質(zhì)的量也保持不變，則平均相對分子質(zhì)量達平衡后也就保持不變，可判斷反應是否達平衡。綜上所述，能用來判斷反應是否達平衡的有：答案：A（二）化學平衡常數(shù)：1、在一定溫度時，當一個可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物平衡濃度的冪之積與反應物平衡濃度的冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)簡稱平衡常數(shù)。 平衡常數(shù)一般有濃度平衡常數(shù)Kc和壓強平衡常數(shù)Kp兩種。我們常用的是濃度平衡常數(shù)： 2、有關(guān)化學平衡常數(shù)的計算對于可逆反應達到平衡后各物質(zhì)的濃度變化關(guān)系，在計算中注意：（1）反應物：平衡濃度=初始濃度轉(zhuǎn)化濃度；反應物A：c（A）=c0（A）c（A）（2）生成物：平衡濃度=初始濃度轉(zhuǎn)化濃度生成物D：c（D）=c0（D）c（D）（3）各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學方程式中相應的化學計量數(shù)之比。c（A）：c（D）=a：d反應物A的平衡轉(zhuǎn)化率（該條件最大轉(zhuǎn)化率）可表示：說明：1、平衡常數(shù)Kc與溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)，由Kc隨溫度的變化可推斷正反應是吸熱反應還是放熱。 若正反應是吸熱反應，升高溫度，Kc增大；若正反應是放熱反應，升高溫度，Kc減?。?、平衡常數(shù)Kc值的大小，可推斷反應進行的程度。Kc值越大，表示反應進行的程度越大，反應物的轉(zhuǎn)化率越大；Kc值越小，表示反應進行的程度越弱，反應物的轉(zhuǎn)化率越低。3、反應的平衡常數(shù)與反應可能進行的程度。一般來說，反應的平衡常數(shù)Kc105，認為正反應進行得較完全；Kc 105則認為這個反應的正反應很難進行（逆反應較完全）。4、在某溫度下，某時刻反應是否達平衡，可用該時刻產(chǎn)物的濃度的冪之積與反應物濃度冪之積的比，即濃度商：Qc與Kc比較大小來判斷。5、反應中的固體或純?nèi)軇┎涣腥肫胶獬?shù)的表達式中。6、化學平衡常數(shù)表達式與化學方程式的書寫有關(guān)7、關(guān)于轉(zhuǎn)化率（1）對于某反應，如果起始物質(zhì)的物質(zhì)的量按反應方程式中各物質(zhì)前的化學計量數(shù)之比投料，則反應后各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率相等。（2）若增加某種物質(zhì)的物質(zhì)的量，其轉(zhuǎn)化率可能增大、不變或降低。例1在373K時，把0.5molN2O4氣體通入為5L的真空密閉容器中，立即出現(xiàn)棕色，反應進行到2s時，N2O4的濃度為0.02mol/L，在60s時，體系已達到平衡，此時容器內(nèi)壓強為開始時的1.6倍，下列說法正確的是 A、前2s，以N2O4的濃度變化表示的平均反應速度為0.01mol/（Ls）B、在2s時體系內(nèi)壓強為開始時壓強的1.1倍C、在平衡體系內(nèi)含N2O40.25molD、平衡時，如果壓縮容器體積，則可降低N2O4的轉(zhuǎn)化率解析：本題考查的是有關(guān)化學平衡的計算?？赡娣磻篘2O42NO2進行到2s時，N2O4的平衡濃度為0.02mol/L，說明此時消耗N2O4的物質(zhì)的量為0.4mol，生成NO2的物質(zhì)的量為0.8mol，則此時的反應速率用N2O4表示為：0.08 mol/（Ls），反應混合氣體的總物質(zhì)的量為：0.9mol，故根據(jù)同溫下壓強比等于物質(zhì)的量之比可得，2s時壓強是反應前的0.9/0.5=1.8倍，故A、B均不正確；達平衡時，反應混合氣體的壓強是反應前的1.6倍，說明混合氣體的總物質(zhì)的量為原來的1.6倍，即為1.60.5mol=0.8mol，設(shè)達平衡時，消耗的N2O4的物質(zhì)的量為x mol，則有：0.5molx2x=0.8mol，x=0.3mol，則此時平衡體系內(nèi)含有的N2O4的物質(zhì)的量為0.2mol，故C也不正確；該反應反應前后氣體的分子總數(shù)增大，故，增大壓強有利于平衡逆向移動，使反應物的轉(zhuǎn)化率降低，故D正確答案：D例2在一個6L的密閉容器中，放入3LX（g）和2LY（g），在一定條件下發(fā)生下列反應：4X（g）3Y（g） 2Q（g）nR（g） 達到平衡后，容器內(nèi)溫度不變，混合氣體的壓強比原來增加5%，X的濃度減小1/3，則該反應方程式中的n值是 A、3 B、4 C、5 D、6解析：本題也是關(guān)于平衡的計算。在恒溫、恒容的容器中發(fā)生的可逆反應，壓強比等于混合氣體的總物質(zhì)的量之比，則可根據(jù)反應過程中壓強的變化值和X的濃度的減小值，計算出X等于6。其實本題的解法很簡單，由于反應后氣體的壓強增大，說明反應過程中氣體的分子總數(shù)增大，則有：2n43，結(jié)合選擇項可得n=6答案：D例3將固體NH4I置于密閉容器中，在某溫度下發(fā)生下列反應： NH4I（固） NH3（g）+HI（g），2HI（g） H2（g）+I2（g），當達到平衡時 ，H2=0.5mol/L，HI=4mol/L，則NH3的濃度為A、3.5mol/L B、4mol/LC、4.5mol/LD、5mol/L解析：本題所給的信息是兩個連續(xù)的可逆反應達平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，則根據(jù)方程式的計算要求，可列出如下的關(guān)系式：設(shè)：第一步反應中生成的NH3的物質(zhì)的量為x，第二步反應中消耗的HI的物質(zhì)的量為2y，則有： NH4I（固） NH3（g）HI（g），2HI（g） H2（g）I2（g）比例關(guān)系1 1 1 2 1 1起始物質(zhì)的量（mol） x 0 0平衡物質(zhì)的量（mol） x x x2y y y則有：y=0.5mol/L，x2y=4mol/L，解得x=5mol/L答案：D例4 高爐煉鐵中發(fā)生的基本反應之一如下：FeO（s）CO（g）Fe（s）CO2（g）；H0，（1）該反應的濃度平衡常數(shù)表達式Kc=_；（2）已知1100時，Kc=0.263.溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，平衡常數(shù)Kc_（增大，減少或不變）；（3）1100時測得高爐中=0.025mol/L CCO=0.1mol/L，在這種情況下，該反應是否處于化學平衡狀態(tài) （選填“是”或“否”），此時，化學反應速度是V正 V逆（選填：大于、小于或等于），其原因是 解析：本題是有關(guān)平衡常數(shù)的信息題，考查了平衡常數(shù)的表達式及影響平衡常數(shù)的因素和如何根據(jù)濃度商判斷反應是否達到平衡及平衡移動的方向等問題。生成物平衡濃度的冪之積與反應物平衡濃度的冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)簡稱平衡常數(shù)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，若正反應是吸熱反應，升高溫度，Kc增大；若正反應是放熱反應，升高溫度，Kc減??；反應中的固體或純?nèi)軇┎涣腥肫胶獬?shù)的表達式中。因此（1）中平衡常數(shù)的表達式為：Kc=c（CO2）/c（CO）；（2）中由于正反應屬于放熱反應，升高溫度平衡向左移動，平衡常數(shù)將減??；（3）中根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)之間的關(guān)系可得：Qc=c（CO2）/c（CO）=0.025mol/L/0.1mol/L=0.25Kc，說明生成物濃度偏大，平衡逆向移動，此時的反應速率為：V正V逆答案：（1）Kc=c（CO2）/c（CO）；（2）減小；（3）否、V正V逆、QcKc，說明生成物濃度偏小，平衡正向移動。例5在密閉容器中，將NO2加熱到某溫度時，可進行如下反應：2NO22NO+O2，在平衡時各物質(zhì)的濃度分別是：=0.06mol/L，c（NO）=0.24mol/L，=0.12mol/L。試求：（1）該溫度下反應的平衡常數(shù)。（2）開始時NO2的濃度。（3）NO2的轉(zhuǎn)化率。解析：根據(jù)平衡常數(shù)的計算公式可得：Kc=c（NO）2/2=0.2420.12/0.062=2.56；開始時=平衡時消耗=0.06mol/L0.24mol/L=0.3mol/L，轉(zhuǎn)化率為：0.24/0.3=80%答案：（1）2.56；（2）0.3mol/L；（3）80%