2023版人教高中同步化学选择性必修一：第二章化学反应速率与化学平衡第二节化学平衡

第二节化学平衡1.知道化学平衡是一种动态平衡,理解并会判断化学反应的平衡状态。2.认识化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值,知道化学平衡常数的含

义。3.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。4.能根据温度、浓度、压强对化学平衡的影响,推测平衡移动的方向。

化学平衡状态

1.可逆反应易错警示

可逆反应两关键点(1)同一条件互为可逆反应的前提条件是在同一条件下进行。如H2O电解生成O2、H2和H2、O

2点燃生成水这两个反应不互为可逆反应。(2)不彻底性可逆反应不能进行到底,存在反应限度。例如,对于反应2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)

ΔH=-QkJ/mol,如果将2molSO2和1molO2混合,充分反应生成的SO3的物

质的量小于2mol,放出的热量小于QkJ。

2.化学平衡状态的概念在一定条件下的可逆反应体系中,当正、逆反应的速率①

相等

时,反应

物和生成物的浓度均②

保持不变

,这表明该反应中物质的转化达到了“限

度”,这时的状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。3.化学平衡状态的特征

化学平衡常数

1.浓度商对于一般的可逆反应:mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),在任意时刻的⑧

称为浓度商,常用Q表示。2.化学平衡常数对于一般的可逆反应:mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),化学平衡常数的表达式为K=⑨

。3.化学平衡常数的意义通常,K越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,正反应进行的程度越

大,即该反应进行得越完全,平衡时反应物的转化率越大;反之,K越小,该反应进行

得越不完全,平衡时反应物的转化率越小。一般来说,当K>105时,该反应就进行得

基本完全了。4.化学平衡常数的影响因素通常情况下只受⑩

温度

影响。5.在等温条件下,对于一个已达到化学平衡的反应,利用浓度商、化学平衡常数判

断反应进行的方向Q<K,化学平衡向

正

反应方向进行;Q=K,反应处于

平衡

状态;Q>K,化学平衡向

逆

反应方向进行。

影响化学平衡的因素

1.化学平衡的移动(1)含义:在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,如果改变反应条件,平衡状态

被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态。这种由原

有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。(2)实质(改变反应条件后)a.v正

≠

v逆。b.各组分的百分含量发生

改变

。(3)图示

改变的反应条件(其他条件不变)

化学平衡移动的方向浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度

向

正反应

方向移动

减小反应物浓度或增大生成物浓度

向

逆反应

方向移动压强(对有气体参加的反应)反应前后气体体积改变增大压强(减小容器的

容积)向气体分子总数

减小

的方向移动

减小压强(增大容器的

容积)向气体分子总数

增大

的方向移动

反应前后气体体积不变改变压强平衡

不移动

2.影响化学平衡的因素温度升高温度

向

吸热

反应方向移动

降低温度

向

放热

反应方向移动催化剂同等程度地改变v正、v逆,化学平衡不移动

3.勒夏特列原理如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就

向着能够

减弱

这种改变的方向移动。这就是勒夏特列原理。特别提醒

平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,不是“消除”外界条件的影响,也

不是“扭转”外界条件的影响

判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。1.纳米钴(Co)常作为CO加氢反应的催化剂:CO(g)+3H2(g)

CH4(g)+H2O(g),在一密闭容器中发生该反应,缩小容器体积,平衡向正反应方向移动

(√)2.一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收:SO2(g)+2CO(g)

2CO2(g)+S(l)

ΔH<0,平衡后其他条件不变,升高温度可提高SO2的转化率

(

✕)3.向平衡体系FeCl3+3KSCN

Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅

(

✕)4.平衡常数表达式中,可以是物质的任意浓度(

✕)提示:平衡常数表达式中的浓度应该是物质的平衡浓度。5.其他条件不变,增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大

(

✕)提示:通常情况下,化学平衡常数只与温度有关,改变反应物的浓度,化学平衡常数

不变。6.C(s)+CO2(g)

2CO(g)

ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,CO2的化学反应速率和平衡转化率均增大

(√)提示:升高温度,化学反应速率加快;正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,

CO2的平衡转化率增大。7.化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动

(

✕)提示:化学平衡移动的实质是v正≠v逆,所以化学平衡发生移动,化学反应速率一定

改变;若正、逆反应速率增大或减小相同的倍数,则化学平衡不发生移动。8.对于2NO2(g)

N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,最终混合气体的颜色变浅

(

✕)提示:压缩体积,增大压强,NO2、N2O4浓度均增大,平衡正向移动,混合气体颜色先

变深又逐渐变浅,最终得到的混合气体的颜色比原平衡体系深。

极值法确定可逆反应平衡时各物质浓度的范围可逆反应的特点是“正逆同时,不彻底”,即同一条件下,正反应和逆反应同时发

生,但是所有参与反应的物质都不能完全转化。利用可逆反应的特点判断物质浓度的可能取值时,就是利用“极值法”:①假设

反应向右完全进行,得到反应物浓度的最小值和产物浓度的最大值;②假设反应

向左完全进行,得到产物浓度的最小值和反应物浓度的最大值。

在密闭容器中进行反应X2(g)+Y2(g)

2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1,在一定条件下,反应达到平衡时,各物质的浓

度有可能是

()A.Z为0.3mol·L-1B.Y2为0.4mol·L-1C.X2为0.2mol·L-1D.Z为0.4mol·L-1

思路点拨运用极值法完全转化思想,假设反应物能够完全转化,得到“极大值或极小值”,

确定浓度取值范围。A解析

假设反应正向进行到底:X2(g)+Y2(g)

2Z(g)起始浓度/(mol·L-1)0.10.30.2改变浓度/(mol·L-1)0.10.10.2终态浓度/(mol·L-1)00.20.4假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g)

2Z(g)起始浓度/(mol·L-1)0.10.30.2改变浓度/(mol·L-1)0.10.10.2终态浓度/(mol·L-1)0.20.40平衡体系中各物质的浓度范围:0<c(X2)<0.2mol·L-1;0.2mol·L-1<c(Y2)<0.4mol·L-1;0<c(Z)<0.4mol·L-1。

判断平衡状态的方法——“逆向相等,变量不变”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

物质的消耗速率和生成速率相等。如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保

持不变的量,不能作为是否是平衡状态的判断依据。以反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)为例v正=v逆同一物质生成速率等于消耗速率

不同物质化学反应速率之比等于化学计

量数之比,且表示不同方向(即

“一正一逆”)可变量达不变各物质的物理量各组成成分的质量、物质的

量、分子数、物质的量浓度保

持不变

各物质的含量各组成成分的质量分数、物质

的量分数、气体的体积分数保

持不变

气体的总物质的量m+n≠p+q时,气体的总物质的

量一定

恒容条件下的压强m+n≠p+q时,总压强一定

恒压条件下气体的密度m+n≠p+q时,密度一定

混合气体的平均相对分子质量

(

)m+n≠p+q时,

一定

有颜色变化的反应气体的颜色不再变化

有下列两个可逆反应。反应1:在体积固定的密闭容器中进行可逆反应:2NO2(g)

2NO(g)+O2(g)。其中NO2是红棕色气体。反应2:在体积固定的密闭容器中进行可逆反应:H2(g)+I2(g)

2HI(g)。其中I2(g)是紫色的。以上两个反应过程中,有下列情况:①同一物质正反应速率等于逆反应速率。②混合气体的颜色不再改变。③混合

气体的密度不再改变。④混合气体的压强不再改变。⑤混合气体的平均相对分

子质量不再改变。⑥对于反应1,单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2。⑦对于反应2,用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2。(1)上述情况中能作为反应1达到平衡状态标志的是

①②④⑤⑥

。(2)上述情况中能作为反应2达到平衡状态标志的是

①②

。思路点拨首先判断反应的特点——物质的状态和反应前后气体化学计量数关系。结合外

界条件,确定相关物理量是否随反应的进行而变化。解析(1)对于反应2NO2(g)

2NO(g)+O2(g),当同一物质的正、逆反应速率相等时,反应处于平衡状态,①正确;混合气体的颜色不再改变时,说明c(NO2)不变,故

反应处于平衡状态,②正确;气体的密度ρ=

,其中气体的质量和容器的容积是定值,故气体的密度不变不能作为达到平衡状态的标志,③错误;由于该反应为反应

前后气体体积发生变化的反应,故密闭容器中的压强不变,表明反应处于平衡状

态,④正确;该反应中气体的质量始终保持不变,而气体的物质的量为变量,故平均

相对分子质量为变量,当平均相对分子质量保持不变时,表明反应处于平衡状态,

⑤正确;单位时间内生成O2和生成NO2的反应方向相反,且二者的物质的量之比为

1∶2,故反应处于平衡状态,⑥正确。(2)对于反应H2(g)+I2(g)

2HI(g),当同一物质的正、逆反应速率相等时,反应处于平衡状态,①正确;混合气体的颜色不再改变时,说明c(I2)不变,反应处于平衡状

态,②正确;由于气体的质量和气体的容积是定值,故气体的密度不变不能作为达到平衡状态的标志,③错误;由于该反应为反应前后气体体积不变的反应,容器中

气体的物质的量保持不变,则容器中的压强不变,反应不一定处于平衡状态,④错

误;由于该反应气体的质量、气体的物质的量是定值,故气体的平均相对分子质

量不变时,不能判断反应是否处于平衡状态,⑤错误;反应的任何时刻,用H2、I2和

HI表示的反应速率之比均为1∶1∶2,⑦错误。

外界条件对化学平衡的影响生命过程与化学平衡移动密切相关。例如,在人体利用氧气的过程中,血红蛋白

与氧气的结合过程就涉及化学平衡的移动。人体中的血红蛋白分子(Hb)与氧气

分子结合,形成氧合血红蛋白分子——Hb(O2),这一过程可以表示为Hb+O2

Hb(O2)。煤气中的CO也能与血红蛋白分子结合,即Hb+CO

Hb(CO)。一氧化碳分子与血红蛋白分子结合的能力比氧气分子强。

血红蛋白分子示意图问题1.阅读材料并解释为什么空气中一氧化碳浓度增大时会发生一氧化碳中毒?提示:空气中一氧化碳浓度增大时,更多的Hb(CO)取代Hb(O2),造成人体缺氧,导致一氧化碳中毒。2.思考并讨论如何利用化学平衡移动原理设计合理的方法救治一氧化碳中毒的

人?提示:如果发现有人一氧化碳中毒,应立即切断一氧化碳源并将中毒者移至空气

流通处,必要时可以将其放入高压氧舱中。3.能否选择合适的酶通过给一氧化碳中毒者注射来进行治疗?提示:酶是一种生物催化剂,会同等程度地改变正、逆反应速率,不影响平衡状

态。因此给一氧化碳中毒者注射酶,治疗效果不明显。

“惰性气体”对化学平衡的影响①恒温恒容原平衡体系

体系总压强增大

体系中各组分的浓度不变

平衡不移动。②恒温恒压原平衡体系

容器容积增大,各反应气体的分压减小

体系中各组分的浓度同倍数减小,等效于减压

。

对于密闭容器中的可逆反应:mX(g)+nY(s)

pZ(g)

ΔH<0,达到化学平衡后,改变条件,下列叙述不正确的是

()A.增大压强,化学平衡不一定发生移动B.通入氦气,化学平衡不一定发生移动C.增加X或Y的物质的量,化学平衡一定发生移动D.其他条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动C思路点拨首先应明确反应特点(放热还是吸热、反应后气体的物质的量增大还是减小),然

后根据化学平衡移动原理判断改变外界条件后平衡的移动方向。解析

由于该反应反应后气体体积变化未知,故改变压强不能确定化学平衡是否

移动,A项正确。恒容条件下充入氦气,没有改变平衡体系中各物质的浓度,平衡

不移动;恒压条件下充入氦气,相当于减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,

B项正确。由于Y为固体,改变其用量,化学平衡不移动,C项不正确。该反应的正

反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,D项正确。

“三段式”法突破平衡常数(K)、转化率的相关计算

一个模式——“三段式”如mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),设A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、b

mol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)c始/mol·L-1

a

b00c转/mol·L-1

mx

nx

px

qxc平/mol·L-1

a-mx

b-nx

px

qxK=

。

明确三个量的关系(1)三个量:起始量、转化量、平衡量。(2)关系a.对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。b.对于同一生成物,起始量+转化量=平衡量。c.各转化量之比等于对应物质的化学计量数之比。

掌握四个公式(1)反应物的转化率=

×100%=

×100%。(2)生成物的产率:实际产量占理论产量的百分比。一般来讲,转化率越大,原料利

用率越高,产率越大。产率=

×100%。(3)平衡时混合气体某组分的百分含量=

×100%。(4)某组分的体积分数=

×100%。

(1)反应SO2(g)+NO2(g)

SO3(g)+NO(g),若在一定温度下,将物质的量浓度均为2mol·L-1的SO2(g)和NO2(g)通入一密闭容器中,当达到平衡状态时,测得容器中SO2

(g)的转化率为50%,在该温度下,此反应的平衡常数为

1

。(2)在(1)中温度下,若SO2(g)的初始浓度增大到3mol·L-1,NO2(g)的初始浓度仍为2

mol·L-1,达到化学平衡时各物质的浓度为

c(SO3)=c(NO)=1.2mol·L-1,c(SO2)=1.8mol·L-1,c(NO2)=0.8mol·L-1

。(3)计算(1)中NO2的转化率,(2)中SO2、NO2的转化率并比较,你能得出什么结论?(1)中NO2的转化率为50%;(2)中SO2的转化率为40%,NO2的转化率为60%。结论:两种反应物参加反应时,增大一种反应物的浓度,可以提高另一种反应物的

转化率,而该反应物的转化率会降低。解析

(1)达到平衡时,SO2的转化率为50%,则转化的SO2为2mol·L-1×50%=1mol·L-1,剩余的SO2为1mol·L-1,根据反应的化学方程式可知,平衡时c(SO3)=c(NO)=1mol·

L-1,c(NO2)=1mol·L-1。K=

=

=1。(2)设平衡时转化的SO2的物质的量浓度为xmol·L-1。SO2(g)+NO2(g)

SO3(g)+NO(g)初始/mol·L-13200转化/mol·L-1

x

x

x

x平衡/mol·L-13-x2-x

x

x因为温度不变,平衡常数不变,K=1,则

=1,解得x=1.2。平衡时,c(SO3)=c(NO)=1.2mol·L-1,c(SO2)=1.8mol·L-1,c(NO2)=0.8mol·L-1。思路点拨根据相关数据,列出“三段式”,结合相关“定义式”代入计算。(3)(1)中NO2的转化率为

×100%=50%;(2)中SO2的转化率为

×100%=40%,NO2的转化率为

×100%=60%。据此可得出结论:两种反应物参加反应时,增大一种反应物的浓度,可以提高另一种反应物的转化率,而该反应

物的转化率会降低。总结提升

1.分析化学平衡移动问题的注意事项(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的影响,而不能消除外界条件的影响。(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v正>v逆时,平衡才向正反

应方向移动。(3)对于缩小体积增大压强,不管平衡是否移动,各组分的浓度均增大。2.解答化学平衡移动类判断题的思维过程关注特点:恒温恒容、恒温恒压、物质状态、ΔV是否为0、ΔH的正负等

分析条件(浓度、温度、压强等)

想原理(化学平衡移动原理)

综合判断得结论。

化学平衡图像

化学平衡图像的类型与解题原则(1)速率—时间图像(v-t图像)

解题原则:分清正反应、逆反应及二者的相对大小,分清“突变”和“渐变”;正

确判断化学平衡的移动方向;熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动

的影响规律。图Ⅰ

v'正突变,v'逆渐变,且v'正>v'逆,说明是增大了反应物的浓度,使v'正突变,且平衡

正向移动。图Ⅱ

v'正、v'逆都是突然减小的,且v'正>v'逆,说明平衡正向移动,该反应的正反应可

能是放热反应或气体总体积增大的反应。图Ⅲ

v'正、v'逆都是突然增大且增大程度相同,说明该化学平衡没有发生移动,可

能是使用了催化剂,也可能是反应前后气体总