高考化学总复习 第七章 22 化学平衡 化学平衡常数课件.ppt

第七章化学反应速率和化学平衡 第22讲化学平衡化学平衡常数 微考点 大突破 微充电 大收获 微考点1化学平衡基础微回扣 自动进行 可逆过程 正反应 逆反应 同一反应体系中 相同 同一反应体系中 反应条件 含量 相等 动态 可逆 1 1 浓度 物质的量 质量分数 压强 颜色 断裂量 形成量 高考警示化学平衡状态判断误区 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 化学反应达到化学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 但不一定是相等 5 用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比 不一定是平衡状态 因为不论是否达到平衡 该关系一定存在 6 各物质的物质的量之比等于方程式的化学计量数之比 不一定是平衡状态 因为此条件并不能说明各组分的物质的量不再变化了 警示 该反应前后气体的化学计量数之和保持不变 则压强始终保持不变 警示 消耗1molso3和生成1molno2表示的是反应的同一个方向 不能作为是否达到平衡的标志 一 化学平衡状态的判断可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要特征 一是正反应速率和逆反应速率相等 二是反应混合物中各组成成分的含量保持不变 这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据 1 直接特征 v正 v逆 要求大小相等 方向相反 速率特征 指 等 即v正 v逆 有两层含义 对于同一物质而言 该物质的生成速率等于它的消耗速率 对于不同的物质而言 速率之比等于方程式中的化学计量数之比 但必须是不同方向的速率 含量特征 指 定 即反应混合物中各组成成分的含量保持不变 方法微总结 2 间接特征 指所表述的内容并非直接而是间接反映 等 和 定 的意义 反应物的转化率保持不变 产物的产率保持不变 平衡体系的颜色保持不变 绝热的恒容反应体系中的温度保持不变 3 特殊 特征 指所表述的内容并不能表明所有反应均已达平衡状态 只是在某些特定的情况下才能表示反应已经达到化学平衡状态 体系中气体物质的总质量保持不变 体系中气体物质的总物质的量 或体积或分子个数 二 等效平衡1 含义在一定条件下 恒温恒容或恒温恒压 对同一可逆反应体系 起始时加入物质的物质的量不同 而达到化学平衡时 同种物质的含量相同 这样的平衡称为等效平衡 由于化学平衡状态与条件有关 而与建立平衡的途径无关 因而 同一可逆反应 从不同的状态开始 只要达到平衡时条件 温度 浓度 压强等 完全相同 则可形成等效平衡 从正反应开始 从逆反应开始 从正逆反应同时开始 由于 三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物 对应各组分的物质的量均相等 如将 折算为 因此三者为等效平衡 注意 转化量与方程式中各物质的化学计量数成比例 这里a b可指物质的量 浓度 体积等 对反应物 平 始 转 对生成物 平 始 转 3 恒温条件下体积不变的反应 方法 无论是恒温恒容 还是恒温恒压 只要极值等比即等效 因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响 例如 h2 g i2 g 2hi g 1mol1mol0mol 2mol2mol1mol amolbmolcmol 总结 等效平衡规律 在定温 定容条件下 对于反应前后气体分子数改变的可逆反应 只改变起始时加入物质的物质的量 如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一侧的物质的物质的量与原平衡相同 则两平衡等效 在定温 定容情况下 对于反应前后气体分子数不变的可逆反应 只要反应物 或生成物 的物质的量的比值与原平衡相同 两平衡等效 在定温 定压下 改变起始时加入物质的物质的量 只要按化学计量数换算成同一侧的物质的物质的量之比与原平衡相同 则达平衡后与原平衡等效 解析 本题考查等效平衡 意在考查考生分析 处理问题的能力 反应达到平衡后 甲 丙容器的平衡为等效平衡 乙容器中平衡相当于将甲容器体积增大到原来的2倍 平衡逆向移动达到的新平衡 故容器内压强 p乙2m乙 b项正确 容器中c so2 与c o2 之比k k甲 k丙 k乙 2 c项错误 因不知so2或so3的转化率 故无法确定q甲与q丙的关系 d项错误 答案 b 对点微练 极端假设解化学平衡状态题的应用1 在密闭容器中进行如下反应 x2 g y2 2z g 已知x2 y2 z的起始浓度分别为0 1mol l 0 3mol l 0 2mol l 在一定条件下 当反应达到平衡时 各物质的浓度有可能是 a z为0 3mol lb y2为0 4mol lc x2为0 2mol ld z为0 4mol l 应用微提升 解析 本题考查化学平衡的计算 用极值法 当z完全转化为x2 y2时 x2 y2分别为0 2mol l 0 4mol l 当0 1mol lx2完全转化为z时 y2为0 2mol l z为0 4mol l 则0 x2 0 2mol l 0 2mol l y2 0 4mol l 0 z 0 4mol l a选项符合题意 答案 a 解析 当正向反应速率等于逆向反应速率时 可逆反应达到平衡状态 根据化学方程式中nh3和h2的计量关系 可以看出正反应在单位时间内有3molh2发生化合反应 必定同时生成2molnh3 故有2v正 h2 3v正 nh3 这时逆反应如果同时有2molnh3发生分解反应 nh3的物质的量就相当于没有变化 好像 表面上静止 达到平衡状态 所以当2v正 h2 3v逆 nh3 时 nh3的正 逆反应速率相等 说明反应已达到平衡状态 答案 c 解析 由于两平衡状态c的浓度都为wmol l 这说明两状态为完全相同的平衡状态 与反应的化学计量数无关 可依据反应物投料量相等来解决 即采用 一边倒 法都转化为a b 且物质的量分别相等 同时保证c d都完全转化 a c 1 b c 2 c d 解析 本题考查了等效平衡问题 在等温等压条件下 把加入的物质按照其在反应方程式中的化学计量数转化为反应物或生成物 物质的量之比保持一致即为等效平衡 选项a b中三者比例为2 1 2 与题中比例一致 为等效平衡 平衡不移动 选项c可设想为两步增加 第一次加入1mola 0 5molb 1molc 此时平衡不移动 第二次再加0 5molb 此法与一次性各加入1mol等效 增大反应物浓度 平衡向右移动 选项d中均减少1mol 也可设想为两步进行 先将a减少1mol b减少0 5mol c减少1mol 此时平衡不移动 再将b减少0 5mol 降低反应物浓度 平衡向左移动 答案 c a b c d 解析 b选项均是正反应方向速率 错误 如果平衡发生移动 混合气体的质量一定改变 混合气体的体积不变 即密度一定改变 所以密度不变 化学平衡一定不发生移动 c项正确 答案 ac 4 2014 江苏 h2s在高温下分解生成硫蒸气和h2 若反应在不同温度下达到平衡时 混合气体中各组分的体积分数如图所示 h2s在高温下分解反应的化学方程式为 1 化学平衡常数 1 在一定温度下 当一个可逆反应达到化学平衡时 生成物 与其反应物 的比值是一个常数 即平衡常数 用符号 表示 微考点2化学平衡常数化学平衡的计算基础微回扣 浓度化学计量数次幂的乘积 浓度化学计量数次幂的乘积 k 所占的比例越大 反应物的 越大 k只受 影响 与反应物或生成物的 变化无关 即在一定温度下 平衡常数保持不变 转化率 生成物 浓度 温度 四个注意使用化学平衡常数应注意的问题 1 化学平衡常数k值的大小是可逆反应进行程度的标志 它能够表示可逆反应进行的完全程度 一个反应的k值越大 表明平衡时生成物的浓度越大 反应物的浓度越小 反应物的转化率也越大 可以说 化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现 2 化学平衡常数只与温度有关 与反应物或生成物的浓度无关 3 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 而不计入平衡常数表达式中 4 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数 若反应方向改变 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 三种应用化学平衡常数的三种应用 1 化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志 2 可以利用平衡常数的值作标准判断 正在进行的可逆反应是否平衡 化学平衡移动的方向 3 利用k可判断反应的热效应若升高温度 k值增大 则正反应为吸热反应 若升高温度 k值减小 则正反应为放热反应 警示 反应前后气体分子数不等 平衡前容器内压强逐渐变小 2 对某一可逆反应 升高温度则化学平衡常数一定变大 警示 对于正反应吸热的反应 升高温度平衡正向移动 k增大 对于正反应放热的反应 升高温度平衡逆向移动 k变小 3 增大反应物的浓度 平衡正向移动 化学平衡常数增大 警示 增大反应物的浓度 平衡向正反应方向移动 但k不变化 因为k只受温度的影响 温度不变 k不变 4 可根据k随温度的变化情况判断反应的热效应 警示 若升高温度 k值增大 则正反应为吸热反应 若升高温度 k值减小 则正反应为放热反应 5 化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度 警示 化学反应达平衡时 各反应物的转化率达最大 化学平衡常数本身就是化学平衡时各物质浓度的关系 故平衡常数和转化率是从两个不同的角度来反映化学反应进行的程度 方法微总结 微典通关3 恒温下 将amoln2与bmolh2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中 发生如下反应 1 若反应进行到某时刻t时 nt n2 13mol nt nh3 6mol 计算a的值 2 反应达平衡时 混合气体的体积为716 8l 标况下 其中nh3的含量 体积分数 为25 计算平衡时nh3的物质的量 3 原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比 写出最简整数比 下同 n 始 n 平 4 原混合气体中 a b 5 达到平衡时 n2和h2的转化率之比 n2 h2 6 平衡混合气体中 n n2 n h2 n nh3 3 3 2 16 8mol 5 4 2 3 1 2 解析 1 解法一 由反应的化学方程式得知 反应掉的n2和生成的nh3的物质的量之比为1 2 设反应掉的n2的物质的量为x 则x 6mol 1 2 解之得x 3mol a 13 3 16 解法二 n2 3h2 2nh3开始时ab0t时13mol6mol 反思归纳 1 若反应物起始量之比等于化学计量数之比 达平衡后 它们的转化率相等 2 若反应物起始量之比不等于化学计量数之比 达平衡后 过量的那种物质转化率较小 3 若反应物只有一种且为气体时 若其他条件不变 增大其浓度 其转化率如下 v表示气体体积 v反 v生 反应后气体体积减小的反应 转化率增大 v反 v生 反应后气体体积增大的反应 转化率减小 若按原比例同倍数地增加反应物a和b的量 则平衡向正反应方向移动 反应物的转化率与气体反应物化学计量数有关 若m n p q a b的转化率都不变 若m n p q a b的转化率都增大 若m n p q a b的转化率都减小 5 其他条件不变时 压强 温度对转化率也有影响 其变化与平衡移动有关 应用微提升 7 下列关于平衡常数的说法正确的是 a 一定温度下的可逆反应 只有达到平衡状态时才具有平衡常数b 化学平衡移动时 平衡常数一定改变c 对于一个确定的反应来说 平衡常数的数值越大 反应限度越大d 化学平衡常数大的可逆反应 所有反应物的转化率一定大 解析 本题主要考查化学平衡常数 意在考查考生的理解能力 一定温度下 对于已确定的可逆反应 不论其是否达到化学平衡状态 其化学平衡常数都存在且为定值 如果通过改变反应物的浓度引起化学平衡移动 其化学平衡常数不变 平衡常数的大小与反应物的转化率大小无必然联系 答案 c 回答下列问题 1 欲提高a的平衡转化率 应采取的措施为 2 由总压强p和起始压强p0计算反应物a的转化率 a 的表达式为 平衡时a的转化率为 列式并计算反应的平衡常数k 3 由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物a的物质的量n a n总 mol n a mol 下表为反应物a浓度与反应时间的数据 计算 a 0 05l 升高温度 降低压强 1 100 94 1 分析该反应中反应物的浓度c a 变化与时间间隔 t 的规律 得出的结论是 由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c a 为 mol l 1 0 013 达到平衡前每间隔4h c a 减少约一半 124 2 维持体系总压p恒定 在温度t时 物质的量为n 体积为v的乙苯蒸气发生催化脱氢反应 已知乙苯的平衡转化率为 则在该温度下反应的平衡常数k 用 等符号表示 3 工业上 通常在乙苯蒸气中掺入水蒸气 原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1 9 控制反应温度600 并保持体系总压为常压的条件下进行反应 在不同反应温度下 乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性 指除了h2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数 示意图如下 掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率 解释说明该事实 控制反应温度为600 的理由是 600 乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高 温度过低 反应速率慢 转化率低 温度过高 选择性下降 高温还可能使催化剂失活 且能耗大 正反应方向气体分子数增加 加入水蒸气稀释 相当于起减压的效果 4 某研究机构用co2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺 乙苯 二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯 保持常压和原料气比例不变 与掺水蒸气工艺相比 在相同的生产效率下 可降低操作温度 该工艺中还能够发生反应 co2 h2 co h2o co2 c 2co 新工艺的特点有 填编号 co2与h2反应 使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 不用高温水蒸气 可降低能量消耗 有利于减少积炭 有利于co2资源利用 解析 1 断裂反应的化学键需要吸收的能量为 348kj 5 412kj 2408kj 生成反应物的化学键需要放出的能量为 436kj 612kj 3 412kj 2284kj 故该反应为吸热反应 吸收的热量为 2408kj 2284kj 124kj 因此 h 124kj mol 1 3 在体积可变的容器中掺入水蒸气相当于把各反应和产物稀释了 又由于该反应为气体体积增大的反应 因此相当于减小了压强 平衡右移 乙苯的平衡转化率增大 根据图示可知 在600 乙苯的平衡转化率和某催化剂的作用下苯乙烯的选择性都是最高的 由于该反应为吸热反应 如果温度太低则反应速率较小 且平衡转化率太低 如果温度太高 则苯乙烯的选择性降低 4 该反应消耗h2 故使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 正确 获得水蒸气需要消耗大量能源 正确 co2与c s 发生反应生成co g 可以减少积炭 正确 两个反应都