第37講　化學(xué)平衡狀態(tài)和平衡常數(shù)(基礎(chǔ)課)-2024屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)

第37講化學(xué)平衡狀態(tài)和平衡常數(shù)(基礎(chǔ)課)第四部分化學(xué)反應(yīng)原理第七章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡

1.了解可逆反應(yīng)的定義及其特征。2.了解化學(xué)平衡狀態(tài)的建立、特征及判定。3.理解化學(xué)平衡常數(shù)(K)的表達(dá)式及有關(guān)計算。知識點(diǎn)一可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡狀態(tài)必備知識梳理關(guān)鍵能力訓(xùn)練011．可逆反應(yīng)相同正反應(yīng)逆反應(yīng)同時小于2．化學(xué)平衡(1)過程在一定條件下，把某一可逆反應(yīng)的反應(yīng)物加入固定容積的密閉容器中。反應(yīng)過程如下：v正v逆逐漸減小逐漸增大＞＝保持不變(3)含義：一定條件下的可逆反應(yīng)體系中，當(dāng)________________相等時，反應(yīng)物和生成物濃度均__________，即體系的組成不隨時間而改變，表明反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達(dá)到了“______”。正、逆反應(yīng)速率保持不變限度(4)特征動態(tài)v正＝v逆濃度發(fā)生改變

判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的兩種方法①動態(tài)標(biāo)志：v正＝v逆≠0a．同種物質(zhì)：同一物質(zhì)的生成速率等于消耗速率。②靜態(tài)標(biāo)志：“變量”不變a．各物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量或濃度不變。b．各物質(zhì)的百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等)不變。c．溫度、壓強(qiáng)(化學(xué)反應(yīng)方程式兩邊氣體體積不相等)或顏色(某組分有顏色)不變。d．有固體或純液體參加的反應(yīng)，混合物密度、平均摩爾質(zhì)量不變。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(2)一定條件下，1molN2與足量H2充分反應(yīng)可生成2molNH3。(

)(3)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時反應(yīng)物與生成物的濃度相等。(

)(4)對于aA(g)＋bB(g)

cC(g)＋dD(g)反應(yīng)，若v(A)∶v(B)＝a∶b，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。(

)(5)從正反應(yīng)建立平衡時，平衡前v正>v逆。(

)[答案]

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√2．在一定溫度下的定容容器中，當(dāng)下列物理量不再發(fā)生變化時：①混合氣體的壓強(qiáng)，②混合氣體的密度，③混合氣體的總物質(zhì)的量，④混合氣體的平均相對分子質(zhì)量，⑤混合氣體的顏色，⑥各反應(yīng)物或生成物的濃度之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，⑦某種氣體的百分含量。(1)能說明2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(2)能說明I2(g)＋H2(g)

2HI(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(3)能說明2NO2(g)

N2O4(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(4)能說明C(s)＋CO2(g)

2CO(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(5)能說明NH2COONH4(s)

2NH3(g)＋CO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。(6)能說明5CO(g)＋I(xiàn)2O5(s)

5CO2(g)＋I(xiàn)2(s)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。[答案]

(1)①③④⑦

(2)⑤⑦

(3)①③④⑤⑦(4)①②③④⑦

(5)①②③

(6)②④⑦

可逆反應(yīng)判定的實驗設(shè)計1．某研究性小組決定用實驗探究的方法證明化學(xué)反應(yīng)具有一定的限度。取5mL0.1mol/LKI溶液于試管中，滴加0.1mol/LFeCl3溶液2mL，發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I(xiàn)2。為證明該反應(yīng)具有可逆性且具有限度，他們設(shè)計了如下實驗：①取少量反應(yīng)液，滴加AgNO3溶液，發(fā)現(xiàn)有少量黃色沉淀(AgI)，證明反應(yīng)物沒有反應(yīng)完全；②再取少量反應(yīng)液，加入少量CCl4，振蕩，發(fā)現(xiàn)CCl4層顯淺紫色，證明萃取到I2，即有I2生成。綜合①②的結(jié)論，他們得出該反應(yīng)具有一定的可逆性，在一定條件下會達(dá)到反應(yīng)限度。(1)老師指出他們上述實驗中①不合理，你認(rèn)為是_________________；在不改變反應(yīng)物用量的前提下，改進(jìn)的方法是____________________。(2)有人認(rèn)為步驟②適合檢驗生成I2較多的情況，還有一種簡便方法可以靈敏地檢驗是否生成了I2，這種方法是________________________。[解析]

(1)實驗①中，n(KI)＝0.1mol/L×0.005L＝0.0005mol，n(FeCl3)＝0.1mol/L×0.002L＝0.0002mol，該反應(yīng)中KI過量，不能直接檢驗是否含I－判斷反應(yīng)的可逆性，實驗①不合理。在不改變反應(yīng)物用量的前提下，要證明反應(yīng)有一定的限度，應(yīng)檢驗反應(yīng)后的溶液中是否含F(xiàn)e3＋，改進(jìn)的方法是：取少量反應(yīng)液，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則證明還有Fe3＋未完全反應(yīng)，證明反應(yīng)具有可逆性。(2)檢驗I2，可以用淀粉溶液。[答案]

(1)該反應(yīng)中KI過量，故不能直接檢驗是否存在I－取少量反應(yīng)液，滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則證明還有Fe3＋未完全反應(yīng)(2)取少量反應(yīng)液，滴加淀粉溶液，若溶液變藍(lán)，則說明生成了I2化學(xué)反應(yīng)具有可逆性的實驗設(shè)計關(guān)鍵實驗時取一定量的兩反應(yīng)物，讓一種反應(yīng)物過量，然后充分反應(yīng)，最后用特效試劑檢驗少量的那種反應(yīng)物是否剩余，可以確定反應(yīng)是否可逆。

化學(xué)平衡狀態(tài)的定量關(guān)系2．在一個密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)，反應(yīng)過程中某一時刻測得SO2、O2、SO3的濃度分別為0.2mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，不可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是(

)A．c(SO3)＝0.4mol·L－1B．0.1mol·L－1<c(O2)<0.3mol·L－1C．0<c(SO3)<0.4mol·L－1D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.4mol·L－1A

[c(SO3)＝0.4mol·L－1時，c(SO2)＝0mol·L－1，不合理，A錯誤，根據(jù)極值轉(zhuǎn)化法和守恒法，B、C、D正確。]極值轉(zhuǎn)化法確定范圍的思維模板正向進(jìn)行完全?反應(yīng)物最小值，生成物最大值逆向進(jìn)行完全?反應(yīng)物最大值，生成物最小值范圍說明：可逆反應(yīng)的平衡物理量一定在最大值和最小值之間，但起始物理量可以為最大值或最小值。

化學(xué)平衡的建立、特征和判定3．反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)

ΔH<0，若在恒壓絕熱容器中發(fā)生，下列選項表明反應(yīng)一定已達(dá)平衡狀態(tài)的是(

)A．容器內(nèi)的溫度不再變化B．容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化C．相同時間內(nèi)，斷開H—H鍵的數(shù)目和生成N—H鍵的數(shù)目相等D．v正(N2)＝3v逆(H2)A

[已知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)容器內(nèi)的溫度不變時，平衡不再移動，達(dá)到平衡狀態(tài)，A項符合題意；反應(yīng)在恒壓條件下進(jìn)行，反應(yīng)前后壓強(qiáng)均不變，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，B項不符合題意；斷開H—H鍵和生成N—H鍵均指正反應(yīng)方向，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，C項不符合題意；當(dāng)v正(N2)∶v逆(H2)＝1∶3，即v正(N2)＝

v逆(H2)時反應(yīng)達(dá)到平衡，D項不符合題意。]4.在一個體積固定的真空密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CO2和NH3，在恒定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)2NH3(g)＋CO2(g)

CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并達(dá)到平衡，混合氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)隨時間的變化如圖所示：(1)A點(diǎn)的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)A點(diǎn)的v逆(CO2)。(2)A點(diǎn)的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)B點(diǎn)的v逆(H2O)，原因是_____________________________。(3)B點(diǎn)v正(CO2)與v逆(NH3)的定量關(guān)系式為______________________。(4)A點(diǎn)v逆(CO2)與B點(diǎn)v正(CO2)的大小關(guān)系為________。(5)當(dāng)n(NH3)與n(CO2)的比值不變時，反應(yīng)是否達(dá)到平衡？________。[答案]

(1)>

(2)>由圖像知，A點(diǎn)未達(dá)平衡，B點(diǎn)已達(dá)平衡，A點(diǎn)v正(CO2)>B點(diǎn)v正(CO2)＝B點(diǎn)v逆(CO2)＝B點(diǎn)v逆(H2O)，故A點(diǎn)v正(CO2)>B點(diǎn)v逆(H2O)

(3)v正(CO2)＝

v逆(NH3)

(4)A點(diǎn)v逆(CO2)<B點(diǎn)v正(CO2)

(5)是化學(xué)平衡狀態(tài)判定思路第一步：審題干一審“反應(yīng)條件”：恒溫恒容或恒溫恒壓。二審“反應(yīng)特點(diǎn)”：等體積反應(yīng)或非等體積反應(yīng)或是否有固、液體參與反應(yīng)等。第二步：審標(biāo)志一審“正逆相等”：反應(yīng)速率必須一個是正反應(yīng)的速率，一個是逆反應(yīng)的速率，且經(jīng)過換算后同一種物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等。二審“變量不變”：如果是隨反應(yīng)進(jìn)行而改變的物理量，當(dāng)其不變時為平衡狀態(tài)；隨反應(yīng)的進(jìn)行而保持不變的物理量，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。知識點(diǎn)二化學(xué)平衡常數(shù)02必備知識梳理關(guān)鍵能力訓(xùn)練1．化學(xué)平衡常數(shù)(1)表達(dá)式及實例對于反應(yīng)mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)①濃度商Q＝___________，其中的濃度為任一時刻濃度。②平衡常數(shù)K＝_______________，其中的濃度為平衡時濃度。

①固體或液體純物質(zhì)不列入濃度商和平衡常數(shù)表達(dá)式。②化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)。若反應(yīng)方向改變，則平衡常數(shù)改變；若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小，對于同一反應(yīng)，平衡常數(shù)值也會改變，但含義不變。(3)意義：平衡常數(shù)越大，化學(xué)反應(yīng)程度或限度______，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率______。一般地說，當(dāng)K>_____時就認(rèn)為反應(yīng)完全，當(dāng)K<_______時認(rèn)為反應(yīng)很難進(jìn)行。(4)平衡常數(shù)的影響因素對于確定的化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)K只與______有關(guān)，與濃度、壓強(qiáng)無關(guān)。①對于吸熱反應(yīng)，升高溫度，K______。②對于放熱反應(yīng)，升高溫度，K______。越大越大10510－5溫度增大減小2．平衡常數(shù)的三大應(yīng)用(1)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向Q<K反應(yīng)向____反應(yīng)方向進(jìn)行，v正____v逆Q＝K反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，v正＝v逆Q>K反應(yīng)向____反應(yīng)方向進(jìn)行，v正____v逆正>逆<(2)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)吸放放吸(3)判斷反應(yīng)程度：K越大，轉(zhuǎn)化率越____，反應(yīng)程度越____，反之也成立。大大1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)對于一個具體的可逆反應(yīng)，化學(xué)平衡常數(shù)為一定值。(

)[答案]

(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×2．在一定溫度下，1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g)，平衡時測得C、H2O、CO、H2的物質(zhì)的量都為0.1mol。(1)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝________，值為________。(2)若升高平衡體系的溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)會增大，則該反應(yīng)的ΔH________0(填“>”或“<”)。(3)該溫度下，再充入0.1molH2O(g)，平衡向________方向移動，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K′＝________。(4)該溫度下，加壓，平衡向________方向移動，H2O的轉(zhuǎn)化率如何變化？平衡常數(shù)如何變化？_________________________________。

化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用1．化學(xué)平衡常數(shù)K的數(shù)值大小是衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的標(biāo)志，在常溫下，下列反應(yīng)的平衡常數(shù)的數(shù)值如下：以下說法正確的是(

)A．常溫下，NO分解產(chǎn)生O2的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K1＝c(N2)·c(O2)B．常溫下，水分解產(chǎn)生O2，此時平衡常數(shù)的數(shù)值約為5×10－80C．常溫下，NO、H2O、CO2三種化合物分解放出O2的傾向由大到小的順序為NO>H2O>CO22．甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：(1)據(jù)反應(yīng)①、②與③可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________(用K1、K2表示)。(2)反應(yīng)③的ΔH________0(填“>”或“<”)。(3)500℃時測得反應(yīng)③在某時刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol·L－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。[解析]

(1)反應(yīng)③可通過反應(yīng)①、②加和得到，故K3＝K1·K2。(2)500℃時K3＝2.5×1.0＝2.5，800℃時K3＝0.15×2.50＝0.375<2.5，故升溫，K減小，平衡左移，ΔH<0。[答案]

(1)K1·K2

(2)<

(3)>

“三段式”突破K、α的計算起始/(mol·L－1)a

b00變化/(mol·L－1)mx

nx

px

qx平衡/(mol·L－1)a－mx

b－nx

px

qx溫度/℃C6H7N的轉(zhuǎn)化率/%催化劑的選擇性/%有效收率/%35066.296.6φ36080.795.076.737086.595.582.638091.193.585.239095.080.076.040097.758.156.8(1)該催化劑的最佳催化溫度范圍是________。(2)表中φ＝________%(保留一位小數(shù))；400℃時，測量時間內(nèi)，v(NH3)＝________mol·L－1·h－1(保留兩位小數(shù))。(3)某同學(xué)通過數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為表中360℃時C6H7N的轉(zhuǎn)化率不是平衡轉(zhuǎn)化率，理由是___________________________________________。(4)390℃時，達(dá)到平衡后n(O2)＝10.00mol，則該溫度下本反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。起始濃度/(mol·L－1)21.6670轉(zhuǎn)化濃度/(mol·L－1)10.6672平衡濃度/(mol·L－1)

112[答案]

(1)370～380℃

(2)63.9

0.50

(3)若化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，升溫后平衡轉(zhuǎn)化率減小，表中數(shù)據(jù)升溫后轉(zhuǎn)化率增大，即未達(dá)平衡(4)64

多反應(yīng)體系中平衡常數(shù)的計算多反應(yīng)體系平衡常數(shù)計算的分析思路(1)明確體系中發(fā)生的可逆反應(yīng)。(2)根據(jù)“三段式”分別找出或設(shè)出各反應(yīng)相應(yīng)各物質(zhì)的三種量——起始量、轉(zhuǎn)化量和平衡量。(3)根據(jù)守恒或題意列出定量關(guān)系，進(jìn)而確定某反應(yīng)的平衡濃度，最后求算平衡常數(shù)。A．10.7 B．8.5C．9.6 D．10.2B

[設(shè)N2O5的轉(zhuǎn)化濃度為xmol·L－1，N2O3的轉(zhuǎn)化濃度為ymol·L－1。開始/(mol·L－1)

4

00轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)

x

x

x平衡/(mol·L－1)4－x

x

x開始/(mol·L－1)

x

0x轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)

y

y

y平衡/(mol·L－1)

x－y

y

x＋y400℃時，選用鎳基催化劑，向1L密閉容器中通入10molCO、10molCO2和40molH2進(jìn)行反應(yīng)，平衡后測得n(H2)＝9mol，n(CH4)＝10mol。(1)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。(2)400℃時反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)平衡常數(shù)為________。[解析]設(shè)CO和CO2的平衡轉(zhuǎn)化量分別為xmol、ymol。起始量/mol104000轉(zhuǎn)化量/mol

x3x

x

x平衡量/mol10－x

40－3x

x

x起始量/mol1040－3x

x

x轉(zhuǎn)化量/mol

y4y

y

2y平衡量/mol10－y

40－3x－4y

x＋y

x＋2y[答案]

(1)10%

(2)0.02真題感悟·明確考向031.(2022·湖南選擇性考試，T14)向體積均為1L的兩恒容容器中分別充入2molX和1molY發(fā)生反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)

Z(g)

ΔH，其中甲為絕熱過程，乙為恒溫過程，兩反應(yīng)體系的壓強(qiáng)隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(

)1324A．ΔH>0B．氣體的總物質(zhì)的量：na<ncC．a(chǎn)點(diǎn)平衡常數(shù)：K>12D．反應(yīng)速率：va正<vb正1324BC

[A項，根據(jù)甲曲線可知反應(yīng)放熱，ΔH<0，錯誤；B項，p相同，a點(diǎn)對應(yīng)的溫度高，氣體物質(zhì)的量小，na<nc，正確；C項，若溫度恒定不變，設(shè)達(dá)到a點(diǎn)平衡時Y轉(zhuǎn)化了xmol，列三段式：132413242．(2021·湖南選擇性考試，T11)已知：A(g)＋2B(g)

3C(g)

ΔH<0，向一恒溫恒容的密閉容器中充入1molA和

3

mol

B發(fā)生反應(yīng)，t1時達(dá)到平衡狀態(tài)Ⅰ，在t2時改變某一條件，t3時重新達(dá)到平衡狀態(tài)Ⅱ，正反應(yīng)速率隨時間的變化如圖所示。下列說法正確的是(

)1324A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡B．t2時改變的條件：向容器中加入CC．平衡時A的體積分?jǐn)?shù)φ：φ(Ⅱ)>