新教材人教版高中化学选择性必修1第二章第二节化学平衡-教学课件

第1课时化学平衡状态第2课时化学平衡常数P37第3课时浓度、压强对化学平衡的影响P67第4课时温度、催化剂对化学平衡的影响P100第二节

化学平衡素养目标1.通过溶解和结晶过程的分析,认识化学反应的可逆性,树立变化观念与平衡思想。2.通过化学平衡状态的建立过程,知道化学平衡是一种动态平衡,形成变化观念与平衡思想。3.通过领会变化观念与平衡思想,理解并学会判断化学平衡状态的标志。[知识铺垫]1.化学上通常把向生成物方向进行的反应叫做正反应,向反应物方向进行的反应叫做逆反应。在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应。二氧化硫与水的反应就属于可逆反应,可以表示为SO2+H2OH2SO3。2.化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度,即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。[必备知识]一、化学平衡的建立在一定条件下,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:以上过程可用下图表示:二、化学平衡状态1.化学平衡状态的定义在一定条件下的可逆反应体系中,正、逆反应速率相等时,反应物和生成物的浓度保持不变,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态我们称为化学平衡状态,简称化学平衡。2.化学平衡状态的特征

【微思考1】在已达到平衡的可逆反应2SO2+O22SO3中,充入由18O组成的氧气一段时间后,18O存在于哪些物质中?提示

化学平衡是动态平衡,加入的18O2会与SO2结合生成含18O的SO3,同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2,使SO2、O2中也含有18O,因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。【微思考2】当可逆反应的气体平均相对分子质量保持不变时,说明可逆反应达到了平衡状态吗?提示

不一定。首先要明确该反应体系中是否有非气体物质参加,再考虑反应前后气体分子数是否相等,然后判断气体平均摩尔质量是否为变量。[自我检测]1.正误判断×××√××2.对于可逆反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),在温度不变时,下列依据能判断该反应已达到平衡的是(

)A.压强不随时间改变B.气体的密度不随时间改变C.c(A)不随时间改变D.单位时间内生成C和D的物质的量相等答案

C解析

反应A(g)+B(g) C(g)+D(g)为反应前后气体化学计量数不变的可逆反应,反应过程中气体的物质的量始终不变,反应容器内的压强一直不变,因此A错误。该反应中,反应物和生成物均为气体,气体质量不变,气体体积不变,则气体密度一直不变,因此B错误。在反应过程中,A为反应物,随着反应的进行,c(A)逐渐减小,当c(A)不随时间改变时,说明反应达到化学平衡状态,C正确。根据反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),无论反应是否达到化学平衡,单位时间内生成C和D的物质的量总是相等的,因此D错误。任务一可逆反应的应用[问题探究]1.一定条件下,在一密闭容器中通入2molSO2和1molO2,发生反应2SO2+O2 2SO3,经足够长的时间后最终得到的SO3的物质的量小于2mol,请说明理由。答案

可逆反应有一定的限度,不能完全进行到底,反应物和生成物同时存在于反应容器中。2.(1)当一个可逆反应达到平衡时,各物质的浓度保持不变,这时反应停止了吗?(2)达到化学平衡的反应中,如何理解正、逆反应速率相等?(以N2+3H2 2NH3为例)答案

(1)没有停止,此时v(正)=v(逆)≠0。(2)正、逆反应速率相等是针对同一物质来说的,如当反应达到平衡时,正反应消耗N2的速率与逆反应生成N2的速率相等。[深化拓展]极端假设法确定各物质浓度的范围[以反应X2(g)+2Y2(g) Z(g)为例]假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底:X2(g)+2Y2(g) Z(g)起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2改变浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0.1终态浓度/(mol·L-1) 0 0.1 0.3假设反应逆向进行到底:X2(g)+2Y2(g) Z(g)起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2改变浓度/(mol·L-1) 0.2 0.4 0.2终态浓度/(mol·L-1) 0.3 0.7 0平衡体系中各物质的浓度范围:0<c(X2)<0.3mol·L-1,0.1mol·L-1<c(Y2)<0.7mol·L-1,0<c(Z)<0.3mol·L-1。[素能应用]典例1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,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是(

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

A解析

该题可利用“极端假设法”判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g)起始浓度/(mol·L-1)

0.1

0.3

0.2改变浓度/(mol·L-1)

0.1

0.1

0.2终态浓度/(mol·L-1)

0

0.2

0.4假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g)起始浓度/(mol·L-1)

0.1

0.3

0.2改变浓度/(mol·L-1)

0.1

0.1

0.2终态浓度/(mol·L-1)

0.2

0.4

0平衡体系中各物质的浓度取值范围为0<c(X2)<0.2

mol·L-1,0.2

mol·L-1<c(Y2)<0.4

mol·L-1,0<c(Z)<0.4

mol·L-1。变式训练1在一个密闭容器中发生如下反应: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0.2mol·L-1、0.2mol·L-1、0.2mol·L-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是(

)A.c(SO3)=0.4mol·L-1B.c(SO2)=c(SO3)=0.15mol·L-1C.c(SO2)=0.25mol·L-1D.c(O2)=0.1mol·L-1答案

C解析

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应过程中某一时刻c(SO2)=0.2

mol·L-1,c(O2)=0.2

mol·L-1,c(SO3)=0.2

mol·L-1。若SO2全部转化为SO3,c(SO3)=0.2

mol·L-1+0.2

mol·L-1=0.4

mol·L-1,此时c(O2)=0.1

mol·L-1,由于是可逆反应,无论是反应物或生成物都不可能转化完全,所以A、D两项错误;在某一时刻之后,无论平衡怎样移动,都不会出现c(SO2)=c(SO3)=0.15

mol·L-1这种情况,因为SO2与SO3的浓度都比原来小,违反了质量守恒定律。C项正确。任务二化学平衡状态的判断[问题探究]1.在利用“v(正)=v(逆)”判断反应是否达到平衡时需要注意哪些问题?答案

利用“v(正)=v(逆)”判断化学平衡时,要注意“同”“等”“逆”的原则:①“同”,同一种物质的v(正)和v(逆);②“等”,转化成同一物质的反应速率必须相等;③“逆”,反应方向必须对立。可归纳为“异边同向、同边异向、比例计量”,这里的“向”指的是“消耗”或“生成”。2.在利用“密度”判断反应是否达到平衡时需要注意哪些问题?答案

涉及“密度”时要注意物质的状态和容器的体积。[深化拓展]化学平衡状态的两种判断标志(1)动态标志:v(正)=v(逆)≠0①同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。(2)静态标志:变量不变①各物质的质量、物质的量或浓度不变。②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。③温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。总之,判断化学平衡时,若某一物理量由变量变成了不变量(即“变量不变”),则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量恒为“不变量”,则不能作为平衡标志。[素能应用]典例2在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g)。此反应达到化学平衡的标志是(

)A.容器内气体密度不随时间变化B.容器内各物质的浓度不随时间变化C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2D.单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ答案

B解析

A项,该反应过程中,气体的质量和体积均不发生变化,则气体密度始终保持不变,不能说明反应达到平衡状态;C项,X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2时,不能说明反应达到平衡状态;D项,消耗X与生成Z均为正反应速率,不能说明正、逆反应速率相等。规避“2”个易失分点(1)判断化学平衡状态的“三关注”关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压还是绝热恒容;关注反应特点,是等体积反应还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,如固体的分解反应。(2)不能作为平衡状态“标志”的四种情况①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。②恒温恒容下的气体体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。

③全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。变式训练2一定温度下的恒容密闭容器中,下列叙述不能作为可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡状态的标志的是

。

①C的生成速率与C的消耗速率相等②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB

③A、B、C的浓度不再变化④C的物质的量不再变化⑤混合气体的总压强不再变化⑥混合气体的总物质的量不再变化⑦单位时间消耗amolA,同时生成3amolB

⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2答案

②⑧解析

对平衡状态的判断,一定要根据实际反应逐项分析,只有能反映同一物质的v(正)=v(逆),或者混合物中的某组分的浓度或百分含量保持不变,才能证明可逆反应达到了平衡状态。①中,同一物质的生成速率与消耗速率相等,说明反应已达到平衡;②中,表示的是同一方向的反应速率,不能说明反应已达到平衡;③中,各组分的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;④中,C的物质的量不再变化,也就是C的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;⑤中,若反应正向进行,混合气体的总物质的量减小,压强减小,若反应逆向进行,混合气体的总物质的量增大,压强增大,混合气体的总压强不再变化,说明反应正向进行的速率和逆向进行的速率相同,即反应已达到平衡;⑥中,由⑤中的分析可知,混合气体的总物质的量不再变化,说明反应已达到平衡;⑦中,消耗A的物质的量与生成B的物质的量之比与它们在化学方程式中的计量数之比相等,也就是反应正向进行和逆向进行的速率相等,说明反应已达到平衡;⑧中,A、B、C的分子数之比为1∶3∶2只是反应进程中的某一时刻的状态,不能说明反应已达到平衡。

素养脉络

随堂检测1.分析各选项中的各组反应,其中互为可逆反应的是(

)答案

B2.在一定条件下,某容器中充入N2和H2合成NH3,以下叙述错误的是(

)A.开始反应时,正反应速率最大,逆反应速率为零B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后减小为零C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后保持恒定D.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后与逆反应速率相等且都保持恒定答案

B解析

随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,后保持恒定,最后不可能减小为零。3.(双选)对于反应CO2+3H2 CH3OH+H2O,下列说法能判断该反应达到平衡状态的是(

)A.v(CO2)=v(H2)B.3v逆(H2)=v正(H2O)C.v正(H2)=3v逆(CO2)D.断裂3molH—H的同时,消耗1molH2O答案

CD4.一定条件下,下列方法能证明可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),一定达到平衡状态的是

。

①单位时间内消耗nmolN2的同时生成2nmolNH3;②3NA个H—H断裂的同时有6NA个N—H断裂;③N2与NH3的体积分数相等;④v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2;⑤c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2;⑥温度和体积一定时,N2的浓度不再变化;⑦混合气体的总物质的量不再变化;⑧v正(N2)=v逆(NH3)。答案

②⑥⑦解析

注意化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,解题时要仔细分析。①表示同一方向的反应速率,不能表示v(正)=v(逆),不正确。②表示v(正)=v(逆),反应达到平衡,正确。③平衡时各组分的体积分数保持不变,但并不一定相等,不正确。④未指明反应速率的正负,不正确。⑤平衡时各组分的浓度保持不变,而不一定有固定的比例,不正确。⑥平衡时,各组分的浓度保持不变,正确。⑦正反应是气体分子数减小的反应,混合气体的总物质的量随着反应的进行而不断变化,当达到平衡时混合气体的总物质的量不再变化,正确。⑧可将v正(N2)转化成v正(NH3),再判断是否相等,即一种物质表示的v(正)与另一种物质表示的v(逆)之比等于对应物质的化学计量数之比时,说明反应达到化学平衡状态,不正确。第2课时化学平衡常数素养目标1.通过认识化学平衡常数的含义,学会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。2.形成变化观念与平衡思想,能利用化学平衡常数进行简单的化学平衡计算。一、化学平衡常数1.定义在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数,通常用符号

K表示。2.表达式3.意义及影响因素(1)K越大,说明正反应进行的程度越大,平衡时反应物的转化率越大。(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。【微思考1】对于化学反应aA+bB cC+dD来说,浓度商的表达式如何?化学反应处于平衡状态时,浓度商Q和平衡常数K的关系如何?提示

化学反应aA+bBcC+dD的浓度商

。当反应处于平衡状态时,浓度商Q和平衡常数K相等。【微思考2】当化学平衡常数K数值处于多大范围时,可认为反应完全?提示

一般来说,当K>105时,反应就进行得基本完全了。二、平衡转化率其中,n转化表示已转化的物质的量。n始表示该物质起始时的物质的量。c转化表示已转化的该物质的浓度。c始表示起始时该物质的浓度。[自我检测]1.正误判断(1)化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。(

)(2)化学平衡常数与浓度有关,与温度无关。(

)(3)在任何条件下,一个可逆反应的化学平衡常数都是一个恒定值。(

)(4)K越大,表明可逆反应正向进行的程度越大。(

)(5)平衡常数和平衡转化率都能体现可逆反应进行的程度。(

)(6)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。(

)×××√√√2.往某恒容密闭容器中充入2molX(g)和amolY(g)发生反应:nX(g)+3Y(g) R(g)+2Q(g)。达到平衡时测得生成0.125molR,此时X的转化率为25%,则n值为(

)A.4 B.3 C.2 D.1答案

A解析

根据反应方程式nX(g)+3Y(g)R(g)+2Q(g),已知平衡时X的转化率为25%,则平衡时转化的X的物质的量为2

mol×25%=0.5

mol

,达平衡时测得生成的R为0.125

mol

,根据物质的转化量之比等于其化学计量数之比可得,n=4。任务一化学平衡常数的应用[问题探究]1.对反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在密闭容器中达到平衡后,再充入一定量N2(温度、容积不变),平衡正移,平衡常数变大,对吗?答案

不对,平衡常数只受温度影响。2.升高温度平衡常数一定增大吗?答案

不一定,若正反应为吸热反应,则升高温度平衡常数增大,反之则减小。[深化拓展]1.化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,正向反应进行的程度越大,即反应进行得越完全,反应物转化率越大;反之,反应进行就越不完全,反应物转化率就越小。(2)利用K值随温度的变化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。(3)计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。(4)判断平衡移动的方向利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在任意状态下,生成物的浓度和反应物的浓度有如下关系:,Q为该反应的浓度商。则:Q<K时,反应向正反应方向进行;Q=K时,反应处于平衡状态;Q>K时,反应向逆反应方向进行。2.注意事项(1)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。(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可看作常数而不写入表达式。(3)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度,不能用非平衡状态下的浓度值。[素能应用]典例1在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示:T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题:(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=

。

(2)该反应为

(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为

℃。此温度下加入1molCO2(g)和1molH2(g)充分反应,达到平衡时,CO2的转化率为

。

(4)在800℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)=2mol·L-1,c(H2)=1.5mol·L-1、c(CO)=1mol·L-1、c(H2O)=3mol·L-1,则正、逆反应速率的比较为v(正)

(填“>”“<”或“=”)v(逆)。

解析

(2)温度越高,K值越大,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应。(3)由题意可得K=1,查表可知对应温度为830

℃;设反应了的CO2的物质的量为x

mol,则消耗掉的H2的物质的量为x

mol,生成的CO和H2O的物质的量均是x

mol(容器体积为V

L)。则CO2的转化率为50%。解析

第2个反应与第1个反应互为逆反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化学计量数与第1个反应相比,缩小一半,根据平衡常数表达式可得任务二化学平衡的有关计算[问题探究]1.反应物的转化率增大,平衡常数一定增大吗?答案

不一定;在一定温度下,对于一个反应可以通过改变外界条件增大反应物的转化率,但因温度不变,平衡常数也不变。2.对于常温下的反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),若已知反应物的起始浓度和常温下的平衡常数,可不可以计算平衡时反应物的转化率?答案

可以。可根据反应物的起始浓度和平衡常数计算平衡时的浓度,然后根据反应物的变化量可求出其转化率。[深化拓展]1.有关化学平衡计算的基本模式——“三段式法”

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始: a

b

0

0转化: mx

nx

px

qx平衡: a-mx

b-nx

px

qx(1)转化量与化学方程式中各物质的计量数成比例。(2)这里a、b可指物质的量、浓度等。2.反应物的转化率[素能应用]典例2已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g)

ΔH>0,请回答下列问题:(1)在某温度下,反应物的初始浓度分别为c0(M)=1mol·L-1,c0(N)=2.4mol·L-1;达到平衡后,M的平衡转化率为60%,此时N的平衡转化率为

;

(2)若反应温度不变,反应物的初始浓度分别为c0(M)=4mol·L-1,c0(N)=amol·L-1;达到平衡后,c(P)=2mol·L-1,a=

。

答案

(1)25%

(2)6解析

(1)根据题意:

M(g)+N(g) P(g)+Q(g)初始浓度/(mol·L-1)

1

2.4

0

0转化浓度/(mol·L-1)

0.6

0.6

0.6

0.6平衡浓度/(mol·L-1)

0.4

1.8

0.6

0.6改变反应物用量对转化率(用α表示)的影响(1)反应物不止一种时,如:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)。①只增大一种反应物的浓度,该物质本身的转化率减小,其他反应物转化率增大。如增大c(A),则平衡正向移动,α(A)减小,α(B)增大。②若同倍数增大c(A)、c(B),其影响结果相当于增大压强。当m+n=p+q时,α(A)、α(B)均不变;当m+n>p+q时,α(A)、α(B)均增大;当m+n<p+q时,α(A)、α(B)均减小。(2)反应物只有一种时,如aA(g) bB(g)+cC(g)。增大c(A),其影响结果相当于增大压强。若a=b+c,α(A)不变;若a>b+c,α(A)增大;若a<b+c,α(A)减小。变式训练2某温度下,向容积为1L的密闭反应器中充入0.10molSO3,当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%,则该温度下反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为(

)A.8.0×102 B.1.6×103C.3.2×103 D.4.0×102答案

B解析

设反应达到平衡时生成O2的物质的量为x

mol。

2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)起始/mol

0.10

0

0平衡/mol

0.10-2x

2x

x所以其逆反应的平衡常数为1

600,B项正确。

素养脉络

随堂检测1.(双选)下列关于平衡常数的说法中,正确的是(

)A.平衡常数只与反应本身及温度有关B.改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数C.加入催化剂可以改变反应速率,但不改变平衡常数D.在任何条件下,化学平衡常数是一个恒定值答案

AC解析

平衡常数只与反应本身及温度有关,催化剂不能改变化学平衡,故加入催化剂不改变平衡常数。2.对于反应3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g),反应的化学平衡常数的表达式为(

)答案

D解析

化学平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,但固体浓度可视为1,不写入平衡常数的计算式中。3.将2.00molSO2和2.00molO2通入1.00L的恒容密闭容器中,1500K时,反应达到平衡,测得SO3的物质的量浓度为0.64mol·L-1,则平衡时SO2的平衡转化率为(

)A.30% B.32% C.50% D.18%答案

B解析

因平衡时SO3的物质的量浓度为0.64

mol·L-1,则转化的SO2的物质的量浓度为0.64

mol·L-1,所以4.在一定温度下,将0.20molN2O4气体充入2.0L密闭容器中,间隔一定时间对该容器的气体进行分析,数据如下:时间/s020406080c(N2O4)/(mol·L-1)0.10c10.050c3c4c(NO2)/(mol·L-1)0.000.060c20.120.12(1)该反应的平衡常数表达式为

,计算20s到40s内二氧化氮的平均反应速率v(NO2)=

。

(2)若在相同条件下起始时充入NO2气体0.16mol,要计算达到平衡时NO2的转化率,请写出分析求解的思路(不必计算具体结果)。第3课时浓度、压强对化学平衡的影响素养目标1.通过外界条件对可逆反应速率的影响,以变化观念与平衡思想掌握化学平衡移动的影响因素。2.通过实验探究,讨论分析浓度、压强对化学平衡移动的影响,培养科学探究与创新意识。[必备知识]一、化学平衡移动1.定义在一定条件下,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,直到达到新的平衡状态。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.化学平衡移动的过程

v(正)=v(逆)

v(正)≠v(逆)

v'(正)=v'(逆)3.平衡移动与反应速率的关系外界条件对化学平衡移动的影响是通过改变反应速率来实现的。条件改变时:(1)若v(正)=v(逆),平衡不移动;(2)若v(正)>v(逆),平衡向正反应方向移动;(3)若v(正)<v(逆),平衡向逆反应方向移动。二、浓度对化学平衡的影响1.实验过程将上述溶液平均分装在a、b、c三支试管中,向b试管中加入少量铁粉,溶液颜色变浅;向c试管中滴加4滴1mol·L-1KSCN溶液,溶液颜色加深。这些现象说明当向平衡混合物中加入铁粉或硫氰化钾溶液后,平衡混合物的硫氰化铁发生了变化。实验操作向盛有5mL0.05mol·L-1FeCl3溶液的试管中加入5mL0.15mol·L-1KSCN溶液实验原理Fe3++3SCN-Fe(SCN)3实验现象溶液呈红色2.结论在可逆反应达到平衡时,在其他条件不变的情况下:(1)c(反应物)增大或c(生成物)减小,平衡向正反应方向移动。(2)c(反应物)减小或c(生成物)增大,平衡向逆反应方向移动。3.理论解释浓度的改变导致浓度商的改变,但K不变,使Q≠K,从而导致平衡移动。但浓度的改变不一定会使化学平衡发生移动。三、压强对化学平衡的影响1.实验过程(1)实验操作:用50mL注射器吸入20mLNO2与N2O4的混合气体,并将细管端用橡皮塞封闭。然后将活塞向外拉,观察管内混合气体颜色的变化。当反复推拉活塞时,观察管内混合气体颜色的变化。(2)实验现象与结论:实验实验现象实验结论减小体系压强气体颜色先变浅又逐渐变深,最终比向外拉活塞前的颜色浅减小压强,化学平衡向生成NO2的方向移动增大体系压强气体颜色先变深又逐渐变浅,最终比向里推活塞前的颜色深增大压强,化学平衡向生成N2O4的方向移动2.压强对化学平衡的影响对于有气体参加的可逆反应来说,当达到化学平衡时,在其他条件不变的情况下:(1)若为反应前后气体体积不等的反应,如N2+3H22NH3:增大压强后,平衡向气体体积减小的方向移动;减小压强后,平衡向气体体积增大的方向移动。(2)若为等体积反应,如H2+I22HI:改变压强后,平衡不移动。【微思考2】对于只有固体或液体参加的反应,体系压强的改变会使化学平衡状态发生变化吗?提示

压强的改变只影响有气体参加或生成的可逆反应。[自我检测]1.正误判断(1)化学平衡发生移动时,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变时,化学平衡也一定发生移动。(

)(2)平衡时,其他条件不变,分离出固体生成物,v(正)减小。(

)(3)往平衡体系FeCl3+3KSCNFe(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)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系,压缩容器体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅。(

)(5)改变压强后,平衡一定发生移动。(

)(6)改变外界条件使平衡正向移动的原因是v(正)增大,v(逆)减小。(

)××××××2.已知N2O可以分解得到N2和O2,该反应的化学方程式为2N2O(g)2N2(g)+O2(g)。在一恒温恒容的密闭容器中此反应平衡后,再向容器里充入O2,重新形成另一平衡状态,则新平衡与原平衡相比(

)A.c(N2O)减小 B.c(N2)减小C.c(O2)减小 D.平衡常数K减小答案

B解析

增大O2的浓度,平衡左移,则再次平衡时N2O的浓度增大,N2的浓度减小,O2的浓度比原平衡大。温度不变,则平衡常数K不变。任务一浓度对化学平衡的影响[问题探究]1.某一可逆反应,一定条件下达到了化学平衡。(1)若化学反应速率改变,化学平衡是否发生移动?(2)若化学平衡发生移动,化学反应速率是否一定发生改变?答案

(1)若v(正)、v(逆)依然相等,则平衡不移动,否则移动。(2)只要平衡发生移动,则反应速率一定发生改变。2.有固体(或纯液体)参加的反应,达到平衡后,增加或减少固体(或纯液体)的量,平衡是否会发生移动?答案

不会移动,改变固体(或纯液体)的量,不会改变固体(或纯液体)的浓度,平衡不会发生移动。[深化拓展]浓度改变对化学平衡的影响(1)影响规律条件变化反应速率变化平衡移动方向增大c(反)或减小c(生)v(正)增大或v(逆)减小,v(正)>v(逆)正反应方向减小c(反)或增大c(生)v(正)减小或v(逆)增大,v(正)<v(逆)逆反应方向(2)速率图像

t2时增大反应物浓度

t2时减小生成物浓度

[素能应用]典例1体积一定的恒温密闭容器中加入等物质的量的X、Y,进行如下可逆反应:X(g)+Y(g)Z(g)+W(s)

ΔH>0。下列叙述正确的是(

)A.若继续充入X,平衡向正反应方向移动,Y的转化率增大B.若继续充入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数减小C.若移走部分W,平衡正向移动D.平衡后移走X,上述反应的ΔH减小答案

A解析

B项,通入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数增大。C项,W为固体,改变其用量,平衡不移动。D项,ΔH的大小与方程式中各物质的化学计量数及状态有关,与加入反应物的量无关。变式训练1合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

ΔH<0。反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中不正确的是(

)A.容器容积不变,再充入COB.容器的容积不变,及时移走CO2C.增大H2O的浓度D.减小H2的浓度答案

A解析

一般来说,有两种及两种以上反应物的可逆反应中,在其他条件不变时,增大其中一种反应物的浓度,能使其他反应物的转化率升高,但其本身的转化率反而降低,故A项错误;及时移走CO2可减小CO2的浓度,使平衡正向移动,提高CO的转化率;增大H2O的浓度,平衡正向移动,可提高CO的转化率;减小产物浓度,平衡正向移动,可提高CO的转化率。任务二压强对化学平衡的影响[问题探究]1.有气体参加的反应,增大体系的压强后,平衡一定会移动吗?答案

反应前后气体体积未发生改变的可逆反应,改变压强后平衡不会移动,如H2+I2 2HI。2.反应A(g)+B(g)===C(g)达到平衡后,增加A的量使平衡向正反应方向移动,A、B的转化率如何改变?答案

A的转化率降低,B的转化率升高。[深化拓展]压强对化学平衡的影响(1)影响规律反应类型条件变化反应速率变化平衡移动方向体积可变的反应[以N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为例]增大压强(减小体积)v(正)、v(逆)均增大,v(正)>v(逆)气体体积减小的方向减小压强(增大体积)v(正)、v(逆)均减小,v(正)<v(逆)气体体积增大的方向体积不变的反应增大(或减小)压强v(正)和v(逆)同等程度增大(或减小)平衡不移动(2)速率图像[2NO2(g) N2O4(g)]

[H2(g)+I2(g) 2HI(g)](3)特别注意①恒容时,通入稀有气体,压强增大,平衡不移动;恒压时,通入稀有气体,体积增大,平衡向气体体积增大的方向移动。②在恒容容器中,改变其中一种气态物质的浓度时,必然同时引起压强的改变,但判断平衡移动的方向时,应以浓度的影响进行分析。③同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。[素能应用]典例2已知化学方程式mX(g)+nY(?) pQ(s)+2mZ(g),反应已达平衡,此时c(X)=0.3mol·L-1,其他条件不变,将容器缩小到原来的,c(X)=0.5mol·L-1,下列说法正确的是(

)A.反应向逆反应方向移动B.Y可能是固体或液体C.系数n>mD.Z的体积分数减小答案

C解析

反应已达平衡,此时c(X)=0.3

mol·L-1,其他条件不变,将容器缩小到原来的

,若此时平衡不移动,c(X)=0.6

mol·L-1,但平衡移动之后c(X)=0.5

mol·L-1,说明加压使平衡向正反应方向移动,正反应为气体体积减小的反应,若Y为固体或液体,则需要满足m>2m,A、B项错误;Y应是气体,则m+n>2m,所以n>m,C项正确;平衡正向移动,产物Z的体积分数应该增大,D项错误。变式训练2在密闭容器中,反应xA(g)+yB(g)zC(g),在一定条件下达到平衡状态,试回答下列问题。(1)若x+y>z,缩小体积,增大压强,则平衡向

方向移动。

(2)若保持体积不变,通入He,则平衡

移动。

(3)若保持压强不变,通入He,平衡向正反应方向移动,则x、y、z的关系为

。

(4)若x+y=z,缩小体积,增大压强,则平衡

移动。

答案

(1)正反应(2)不(3)x+y<z

(4)不解析

一看化学计量数之间的关系:是等体积反应还是非等体积反应。二看平衡建立的条件:是恒温恒容还是恒温恒压。然后根据平衡移动原理进行分析。

素养脉络

随堂检测1.下图是恒温条件下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是(

)A.反应达到平衡时,正反应速率和逆反应速率相等B.该反应达到平衡状态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡状态ⅡC.该反应达到平衡状态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡状态ⅡD.同一种反应物在平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅱ时浓度不相等答案

C解析

条件改变后,v'(正)>v'(逆),根据图像分析应是增大了反应物的浓度。2.可以作为判断化学平衡发生移动的标志的是(

)A.反应混合物中各组分的浓度发生改变B.正、逆反应速率发生改变C.反应物的转化率发生改变D.体系的压强发生改变答案

C解析

对于反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),压缩体积增大压强,混合物中各组分的浓度发生改变,正、逆反应速率发生改变,但平衡不发生移动。反应物的转化率发生改变,平衡一定移动。3.(双选)在一恒容密闭容器中,反应A(g)+B(g)C(g)达到平衡,若增大A的浓度,使平衡右移,并达到新的平衡,下列说法正确的是(

)A.A的浓度一定比原平衡大B.A的转化率增大C.C的体积分数一定大于原平衡C的体积分数D.B的转化率一定增大答案

AD解析

增大A的浓度,尽管平衡右移,但A的转化率减小,平衡时A的浓度一定比原平衡大。增大A的浓度,反应物B的转化率升高。由于A的浓度增大,故平衡时C的体积分数不一定增大。4.在具有活塞的密闭容器中,一定温度下的可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)已达到平衡。将活塞外拉,则:(1)容器内颜色

;

(2)容器内压强

;

(3)逆反应速率

;

(4)混合气体平均相对分子质量

。

答案

(1)变浅(2)变小(3)变小(4)不变解析

当活塞外拉时,容器体积增大(压强减小),各组分的浓度减小,气体颜色变浅,反应速率减小;因为平均相对分子质量

,结合化学方程式的特点知,m(气)不变,n(气)不变,故混合气体的平均相对分子质量不变。第4课时温度、催化剂对化学平衡的影响素养目标1.通过实验探究温度对化学平衡的影响,提升科学探究与创新意识。2.理解平衡移动原理(勒夏特列原理)形成变化观念与平衡思想,并能运用平衡移动原理解决平衡问题。[必备知识]一、温度变化对化学平衡的影响1.实验:NO2球浸泡在冰水、热水中,观察颜色变化。将NO2球浸泡在冰水和热水中

(1)现象:(2)分析:降温→颜色变浅→平衡向放热方向移动;升温→颜色变深→平衡向吸热方向移动。2.结论:其他条件不变时,升高温度平衡向着吸热的方向移动,降低温度平衡向着放热的方向移动。水的类型冰水热水现象红棕色变浅红棕色加深二、催化剂对化学平衡的作用催化剂可同等程度地改变正反应速率和逆反应速率,因此催化剂对化学平衡的移动没有影响。但催化剂可改变反应达到平衡所需的时间。【微思考】浓度、温度、压强、催化剂等外界条件改变,其中一定能使化学平衡发生移动的是什么条件?提示

温度。三、化学平衡移动的原理内容:如果改变影响平衡的一个因素,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,又称为化学平衡移动原理。[自我检测]1.正误判断(1)升高温度,平衡向吸热反应的方向移动,此时v(放)减小,v(吸)增大。(

)(2)合成氨反应需要使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动,所以也可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因。(

)(3)C(s)+CO2(g)2CO(g)

ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。(

)(4)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。(

)××√√2.反应A(g)+3B(g)2C(g)

ΔH<0达平衡后,将反应体系的温度降低,下列叙述正确的是(

)A.正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动B.正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动C.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向正反应方向移动D.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动答案

C解析

温度降低,正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向放热反应的方向移动,即向正反应方向移动,C正确。任务一温度对化学平衡的影响[问题探究]1.对一定条件下的化学平衡状态:(1)若改变物质的浓度,化学平衡是否一定发生移动?(2)若改变体系的温度呢?答案

(1)改变物质的浓度,化学平衡不一定发生移动,如H2(g)+I2(g)2HI(g),其他条件不变,把容器体积缩小,各物质的浓度均增大,但平衡不移动。(2)若改变温度,化学平衡一定发生移动。2.正反应为放热反应的平衡体系,升高温度的瞬间v(正)、v(逆)如何改变?v(正)、v(逆)的大小关系如何?答案

v(正)、v(逆)均增大,且v(正)<v(逆)。[深化拓展]温度对化学平衡的影响(1)影响规律

条件变化反应速率变化平衡移动方向升高温度v(吸)、v(放)均增大,v(吸)>v(放)吸热反应方向降低温度v(吸)、v(放)均减小,v(吸)<v(放)放热反应方向(2)速率图像(以正向放热的反应为例)[素能应用]典例1已知常温下红棕色的NO2能自动生成无色的N2O4,这是一个正向反应为放热反应的可逆反应:2NO2N2O4。现在做下面的实验,装置如图所示:在三个连通的烧瓶里盛有NO2和N2O4的混合气体,然后用弹簧夹夹住乳胶管。先将三个烧瓶分别浸泡在盛有室温水的烧杯里,可以观察到混合气体颜色无变化,接着向左边烧杯里加入制热盐无水CaCl2,向右边烧杯里加入制冷盐KNO3,不断搅拌直至溶液饱和,可以看到,随着盐的加入,左边混合气体的颜色变深,右边混合气体的颜色变浅,中间混合气体的颜色不变。根据实验现象,回答有关问题:(1)左边的混合气体颜色变深的原因是

;右边的混合气体颜色变浅的原因是

。

(2)总结温度变化与可逆反应的热量变化之间的关系是

。

答案

(1)左边烧杯中加入制热盐,混合气体温度升高,平衡向逆反应方向移动,NO2的浓度增大,颜色加深右边烧杯中加入制冷盐,混合气体温度降低,平衡向正反应方向移动,NO2的浓度减小,颜色变浅(2)升高温度时,平衡向吸热反应的方向移动;降低温度时,平衡向放热反应的方向移动解析

混合气体颜色的深浅与NO2的浓度有关,容器的容积是不变的,气体物质的量的改变导致气体浓度的改变。左边烧瓶内的混合气体的颜色变深,说明NO2的浓度增大,即平衡逆向移动;右边烧瓶内的混合气体的颜色变浅,说明NO2的浓度减小,即平衡正向移动。加入制热盐使溶液温度升高,相当于对烧瓶加热。气体温度升高时,平衡逆向移动,逆反应是吸热反应,故升高温度时,平衡向吸热反应的方向进行。同理分析可得,降低温度时,平衡向放热反应的方向移动。变式训练1已知反应A2(g)+2B2(g)2AB2(g)

ΔH<0,下列说法正确的是(

)A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小B.升高温度有利于反应速率的增大,从而缩短达到平衡所需的时间C.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于平衡正向移动D.达到平衡后,降低温度或减小压强都有利于平衡正向移动答案

B解析

A项,升温时,正、逆反应速率均增大;B项,升温时增大反应速率,能缩短达到平衡的时间;C项,该反应为放热反应,升温时平衡向逆反应方向移动;D项,降温或增大压强有利于平衡向正反应方向移动。任务二外界条件对化学平衡影响的综合分析[问题探究]根据化学平衡原理解答下列问题:在体积不变的密闭容器中发生N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1,只改变一种外界条件,完成下表。改变条件平衡移动方向氢气的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)氨气的体积分数(填“增大”“减小”或“不变”)增大氮气的浓度正向增大

增大氨气的浓度逆向减小增大升温逆向减小减小充入适量氩气不移动不变不变[深化拓展]1.影响化学平衡的因素若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:改变的条件(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改变的条件(其他条件不变)化学平衡移动的方向压强(对有气体参加的反应)反应前后气体体积改变的反应增大压强向气体分子总数减小的方向移动减小压强向气体分子总数增大的方向移动反应前后气体体积不变的反应改变压强平衡不移动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),平衡不移动2.对化学平衡移动原理的理解化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如①增大反应物A的浓度,平衡右移,A的浓度在增大的基础上减小,但达到新平衡时,A的浓度一定比原平衡大;②若将体系温度从50℃升高到80℃,则化学平衡向吸热反应方向移动,达到新的平衡状态时体系的温度(T):50℃<T<80℃;③若对平衡体系N2(g)+3H2(g)2NH3(g)加压,例如从30MPa加压到60MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,达到新的平衡时体系的压强(p):30MPa<p<60MPa。[素能应用]典例2反应2A+B2C在某一容器中达到化学平衡时,改变某一条件