2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第6章 第32讲 化学平衡状态和化学平衡常数(基础课)

1、PAGE PAGE 15第32讲化学平衡状态和化学平衡常数(基础课)1.了解可逆反应的特点和化学平衡的建立与特征。2.会判断化学平衡状态。3.了解化学平衡的含义和影响因素。4.掌握化学平衡常数的基本计算。可逆反应与化学平衡状态1可逆反应2化学平衡(1)建立(以N23H22NH3为例)浓度时间图：正向建立：图(a)(a)逆向建立：图(b)(b)vt图：a平衡建立过程在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：bvt图：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v t图为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立，还可以从正、逆两反应方向同

2、时建立，即平衡建立与反应途径无关。(2)含义：一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明反应中物质的转化达到了“限度”，这种状态称之为化学平衡状态。(3)特征：可逆反应的判断与特点1判一判(正确的打“”，错误的打“”)。(1)2H2O2eq o(,sup9(点燃),sdo9(通电)2H2O为可逆反应。()(2)将1 mol Cl2通入足量水中，转移电子为1 mol。()(3)2 mol SO2和2 mol O2在一定条件下的密闭容器中发生反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，平衡时O2的物质的量为1 mol。()(4

3、)2 mol NO与足量O2完全反应生成NO2 2 mol。()(5)将SO2与18O2混合在一定条件下反应，平衡时SO2、O2、SO3中均含18O。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 molL1、0.2 molL1、0.2 molL1，当反应达到平衡时，不可能出现的数据是()Ac(SO3)0.4 molL1B0.1 molL1c(O2)0.3 molL1C0c(SO3)0.4 molL1Dc(SO2)c(SO3)0.4 molL1Ac(SO3)0.4 molL1时

4、，c(SO2)0 molL1，不合理，A错误，根据极值转化法和守恒法，B、C、D正确。极值转化法确定范围的思维模板说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。化学平衡建立、特征和判定3一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)2N2(g)6H2(g)Si3N4(s)12HCl(g)H”“”“(2)由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)B点v正(CO2)B点v逆(CO2)B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)B点v逆(H2O)(3)v正(CO2)eq f(1,2)v逆(NH3)(4)A点v逆(CO2)B点v正(CO2

5、)(5)是化学平衡状态判定思路第一步：审题干一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压。二审“反应特点”：等体积反应或非等体积反应或是否有固、液体参与等。第二步：审标志一审“正逆相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。二审“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应的进行而保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。化学平衡常数1化学平衡常数(1)表达式对于反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)浓度商Qeq f(ccCcdD,caAcbB)，其中的浓度为任一时刻浓度。平衡常数Keq f(

6、coal(c,平)Ccoal(d,平)D,coal(a,平)Acoal(b,平)B)，其中的浓度为平衡时浓度。(2)实例Cl2(g)H2O(l)HClO(aq)H(aq)Cl(aq)Keq f(c平HClOc平Hc平Cl,c平Cl2)。C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)Keq f(c平COc平H2,c平H2O)。COeq oal(2,3)(aq)H2O(l)HCOeq oal(,3)(aq)OH(aq)Keq f(c平HCOoal(,3)c平OH,c平COoal(2,3)。CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)Kc平(CO2)。(3)平衡常数的有关换算对于N2(g)3H2(g)2NH3

7、(g)K12NH3(g)N2(g)3H2(g)K2NH3(g)eq f(1,2)N2(g)eq f(3,2)H2(g)K3K1、K2、K3的表达式分别为K1eq f(coal(2,平)NH3,c平N2coal(3,平)H2)，K2eq f(c平N2coal(3,平)H2,coal(2,平)NH3)，K3；K1与K2的关系为K1eq f(1,K2)，K2与K3的关系为K2Keq oal(2,3)。已知：H2(g)S(s)H2S(g)K1S(s)O2(g)SO2(g)K2则在该温度下反应H2(g)SO2(g)O2(g)H2S(g)的平衡常数K为eq f(K1,K2)(用“K1、K2”表示)。固体或

8、液体纯物质不列入浓度商和平衡常数表达式。(4)意义：平衡常数越大，化学反应程度或限度越大，反应物的转化率越大。一般地说，当平衡常数数值大于105(或106)时就认为反应完全，当平衡常数数值小于105(或106)时认为反应很难进行。(5)平衡常数的影响因素对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。对于吸热反应，升高温度，K值增大。对于放热反应，升高温度，K值减小。2平衡常数的三大应用(1)判断化学反应进行的方向Qv逆QK反应处于化学平衡状态，v正v逆QK反应向逆反应方向进行，v正”或“(3)正反应0.1(4)逆反应H2O的转化率减小，平衡常数不变化学平衡常数及其应用1某温度下

9、气体反应达到化学平衡状态，平衡常数Keq f(c平Acoal(2,平)B,coal(2,平)Ec平F)，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增大。下列说法中正确的是()A该反应的方程式为A(g)2B(g)2E(g)F(g)B该反应的焓变H”或“”“”或“”)。解析(1)反应可通过反应、加和得到，故K3K1K2。(2)500 时K32.5 mol2L21.02.5 mol2L2,800 时K30.15 mol2L22.502.5 mol2L2，故升温，K减小，平衡左移，H0。(3)Qeq f(0.30.15,0.830.1) mol2L20.88 mol2L2v逆。答案(1)K1K2(2)化学平衡常

10、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。“三段式”突破K、的计算【典例】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。H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。思路点拨第一步：写方程式，列三段式H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)n(始)/mol 0.40 0.10 0 0n/mol x x x xn(平)/mo

11、l 0.40 x 0.10 x x x第二步：列方程，求未知量eq f(x,0.40 x0.10 xxx)0.02解得：x0.01第三步：明确问题，规范答案H2S的平衡转化率1eq f(nH2S,n始H2S)100%eq f(0.01 mol,0.40 mol)100%2.5%。Keq f(c平COSc平H2O,c平H2Sc平CO2)eq f(f(0.01,2.5)f(0.01,2.5),f(0.400.01,2.5)f(0.100.01,2.5)eq f(1,351)2.8103。答案2.52.8103(1)610 K时，CO2的平衡转化率为_，比H2S的平衡转化率_。(2)610 K时，2

12、H2S(g)2CO2(g)2COS(g)2H2O(g)的平衡常数K与K的关系为_。(3)在620 K时重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，620 K时，化学平衡常数K约为_，比610 K时的平衡常数K_。答案(1)10%大(2)KK2(3)6.9103大“三段式”突破化学平衡的综合计算已知反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a molL1、b molL1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL1。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)eq avs4al(起始/molL1) a b 0 0eq avs4al(变化/molL1) mx n

13、x px qxeq avs4al(平衡/molL1) amx bnx px qx相关计算：平衡常数：Keq f(pxpqxq,amxmbnxn)。A的平衡转化率：(A)eq f(mx,a)100%。A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：(A)eq f(amx,amxbnxpxqx)100%。v(A)eq f(mx,t)。混合气体的平均密度：eq xto()混eq f(m总,V)。注意：在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。3CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有两个竞争反应：反应：CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)反应：2CO2(g)6H2

14、(g)C2H4(g)4H2O(g)在1 L 恒容密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2，测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。下列说法不正确的是()A520 时，CO2的转化率为60%B520 时，反应的平衡常数K0.045(mol/L)2C840 时，有利于CH4的生成D两反应均为放热反应D520 时，反应：CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)n(始)/mol 1 4 0 0n/mol 0.2 0.8 0.2 0.4反应：2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)n(始)/mol 1 4 0 0n/mol 0.4 1.2 0.2 0.8由两反应

15、可知：共消耗n(CO2)0.6 mol，(CO2)eq f(0.6,1)100%60%，A正确；520 ，平衡时c平(CO2)0.4 mol/L、c平(H2)2 mol/L、c平(CH4)0.2 mol/L、c平(H2O)1.2 mol/L，反应的Keq f(0.21.22,0.424)(mol/L)20.045(mol/L)2，B正确；由图可知，840 时，CH4的生成量最多，C正确；由题意可知曲线为平衡曲线，前半段平衡受温度影响，温度升高，产物增多，则两个反应均为吸热反应，温度继续升高，产物减少，可能是因为产物分解等，D错误。1(双选)(2021湖南等级考，T11)已知：Aeq blc(r

16、c)(avs4alco1(g)2Beq blc(rc)(avs4alco1(g)3Ceq blc(rc)(avs4alco1(g)H()D平衡常数K：K()()，C正确；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，即K()K()，D错误。2(2021浙江6月选考，T29节选)已知2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H198 kJmol1。850 K时，在一恒容密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0103 molL1、8.0103 molL1和4.4102 molL1。(1)该温度下反应的平衡常数为_。(2)平衡时SO2的转化率为

17、_。解析(1)根据题中所给的数据可以求出该温度下2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的平衡常数为Keq f(c2SO3,c2SO2cO2)eq f(4.4102 molL12,6.0103 molL128.0103 molL1)6.7103 mol1L。(2)平衡时SO2的转化率为eq f(4.4102 molL1,6.0103 molL14.4102 molL1)100%88%。答案(1)6.7103 mol1L(2)88%3(2020山东学业水平等级考试，T18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下

18、： .CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H149.5 kJmol1.CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H290.4 kJmol1.CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H340.9 kJmol1一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为_molL1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应的平衡常数为_。解析由题给反应方程式可知，对于反应，每生成1 mol甲醇的同时生成1 mol 水；对于反应，每生成1 mol一氧化碳的同时

19、生成1 mol水；对于反应，每消耗1 mol一氧化碳的同时生成1 mol 甲醇；由此可知，生成的水的物质的量等于生成的甲醇和一氧化碳的物质的量之和，即生成水的物质的量为(ab) mol，即水的浓度为eq f(ab,V) molL1。由碳原子个数守恒可知，平衡时混合气体中CO2的物质的量为(1ab)mol，由氢原子个数守恒可知，平衡时混合气体中H2的物质的量为32a(ab)mol，因此平衡常数Keq f(bab,1ab33ab)。答案eq f(ab,V)eq f(bab,1ab33ab)1对于物质状态不同的多相反应，其平衡常数表达式中液相物质可用eq f(c平X,c)c(X)为平衡浓度，c为标准浓度表示，气相物质可用eq f(pX,p)p(X)为平衡分压，p为标准压强表示。已知苯乙腈水解生成苯乙酸的化学方程式为C6H5CH2CN(aq)2H2O(l)C6H5CH2COOH(aq)NH3(g)，写出上述化学反应的平衡常数表达式K_。解析根据题意可知：Keq f(f(c平C6H5CH2COOH,c)f(pNH3,p),f(c平C6H5CH2CN,c)eq f(c平C6H5CH2COOHpNH3,c平C6H5CH2CN