高中化學一輪復習 第三單元 第16講 化學平衡課件.ppt

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第16講 化學平衡 考綱導視 基礎反饋 1 判斷正誤 正確的畫 錯誤的畫 1 2H2O 2H2 O2 為可逆反應 2 二次電池的充 放電為可逆反應 3 可逆反應不等同于可逆過程 可逆過程包括物理變化和 化學變化 而可逆反應屬于化學變化 4 化學反應達到化學平衡狀態(tài)的正逆反應速率相等 是指同一物質的消耗速率和生成速率相等 若用不同物質表示時 反應速率不一定相等 5 一個可逆反應達到的平衡狀態(tài)就是這個反應在該條件 下所能達到的限度 6 化學反應的限度可以通過改變反應條件而改變 7 化學平衡發(fā)生移動 化學反應速率一定改變 化學反應 速率改變 化學平衡也一定發(fā)生移動 8 升高溫度 平衡向吸熱反應方向移動 此時v放減小 v吸 增大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 H QkJ mol 1 Q 0 充分反應 2 向含有2mol的SO2容器中通入過量氧氣發(fā)生2SO2 g O2 g 2SO3 g 后生成SO3的物質的量 2mol 填 或 下同 SO2的物質的量 0mol 轉化率 100 反應放出的熱量 QkJ 答案 考點一 化學平衡狀態(tài) 知識梳理 一 化學反應的方向 1 自發(fā)反應 無需外界幫助 在一定條件下 就能自發(fā)進行的反應稱為自發(fā)反應 2 判斷化學反應方向的依據(jù) 焓變 熵變 溫度 要正確判斷一個化學反應是否能自發(fā)進行 必須綜合考慮反應的 以及 3 可逆反應 在同一條件下既能向正反應方向進行又能向逆反應方向進 表 行的反應叫可逆反應 可逆反應不能進行到底 用 示 二 化學平衡狀態(tài)1 化學平衡狀態(tài)的定義 在一定條件下的可逆反應里 當 反應混合物中 的狀態(tài)是化學平衡狀態(tài) 簡稱化學平衡 化學平衡狀態(tài)是該條件下的該 反應進行的最大限度 等 v正 v逆 0 各組分的濃度保持不變 正反應速率和逆反應速率相 2 化學平衡狀態(tài)的特征 1 逆 研究對象必須是 2 等 化學平衡狀態(tài)建立的條件是正反應速率和逆反應速率相等 即 3 動 動態(tài)平衡 即正反應 逆反應仍在進行 只是速率 相等 濃度 4 定 在平衡體系中 混合物中各組分的 保持一定 5 變 化學平衡是有條件的 當外界條件改變時 化學平衡就會發(fā)生移動 可逆反應 v 正 v 逆 0 考點集訓 例1 制取SO3反應的化學方程式為2SO2 g O2 g 2SO3 g 能夠說明在恒溫恒容條件下 上述反應已經(jīng)達到化學 平衡狀態(tài)的是 A 每生成1molSO3的同時生成0 5molO2B 容器中混合氣體的密度不變C SO2 O2 SO3的物質的量之比為2 1 2D 容器中氣體總質量不變 解析 生成1molSO3代表正反應方向 生成0 5molO2代表逆反應方向 且物質的量之比等于化學計量數(shù)之比 A項正確 該反應質量m守恒 體積V不變 密度始終不變 B項和D項錯誤 反應物 生成物物質的量之比等于化學計量數(shù)比 是反應某一瞬間的數(shù)據(jù)巧合 不代表濃度不再改變 C項錯誤 答案 A 歸納總結 判斷化學平衡狀態(tài)的標志 續(xù)表 續(xù)表 續(xù)表 例2 在1100 一定容積的密閉容器中發(fā)生反應 X s Y g Q s P g H akJ mol 1 a 0 該溫度下K 0 203 下列有關該反應的說法正確的是 A 若生成1molP g 則放出的熱量等于akJB 若容器內壓強不隨時間變化 則可以判斷該反應已達到化學平衡狀態(tài)C 若升高溫度 正反應速率加快 逆反應速率減慢 化學平衡正向移動 解析 生成1molP需吸收akJ的熱量 A項錯誤 該反應是等體積反應 壓強始終不變 B項錯誤 升高溫度 正逆反應速率均增大 平衡正向移動 C項錯誤 將c Y 代入K值 計算 K c P c Y 0 203 D項正確 答案 D 思路指導 化學平衡狀態(tài)的根本標志是 v 正 v 逆 各組分百分含量不變 氣體的顏色 密度 壓強 平均相對分子質量的變化往往也與濃度變化有關 試題往往連同反應速率 平衡移動方向等知識綜合考查 判斷時切勿急于求成 例3 298K時 在2L固定體積的密閉容器中 發(fā)生可逆 反應 2NO2 g N2O4 g H akJ mol 1 a 0 N2O4的 物質的量濃度隨時間變化曲線如下圖 達平衡時 N2O4的濃度為NO2的2倍 回答下列問題 A 混合氣體的密度保持不變B 混合氣體的顏色不再變化C 氣壓恒定時 3 若反應在298K進行 某時刻測得n NO2 0 6mol n N2O4 1 2mol 則此時v正 v逆 填 或 2 A項由于反應是在恒容的密閉容器內進行的 所以在任何時刻都存在混合氣體的密度保持不變 一般不能判斷反應達到平衡狀態(tài) B項由于容器的容積不變 若混合氣體的顏色不再變化 說明物質的濃度不變 反應達到平衡狀態(tài) C項該反應為氣體體積減小的反應 若未達到平衡狀態(tài) 則氣體的壓強就會發(fā)生變化 因此氣壓恒定時 則反應處于平衡狀態(tài) 故選項A符合題意 3 若反應在298K進行 某時刻測得n NO2 0 6mol n N2O4 1 2mol 則由于物質的濃度不變 但是該反應的正反應是放熱反應 根據(jù)平衡移動原理 升高溫度 平衡向吸熱反 應方向移動 即平衡逆向移動 所以v正 v逆 答案 1 6 67 2 A 3 考點二 化學平衡常數(shù) 知識梳理 1 定義 在一定溫度下 當一個可逆反應達到平衡時 生成物平衡濃度冪之積與反應物平衡濃度冪之積的比值是一個常數(shù) 叫化學平衡常數(shù) 簡稱平衡常數(shù) 用K表示 2 對于反應 mA g nB g pC g qD g 在一定溫 度下達平衡 平衡常數(shù)表達式為K 固體和純液 體 其濃度看作常數(shù) 1 不寫入表達式 3 意義 越大 越大 溫度 K值越大 反應物的轉化率 正反應進行的程度 K只受 影響 與反應物或生成物的濃度變化無關 注意 化學平衡常數(shù)是指某溫度下某一具體反應的平衡常數(shù) 若反應方向改變 則平衡常數(shù)改變 若方程式中各物質的系數(shù)等倍擴大或縮小 盡管是同一反應 平衡常數(shù)也會改變 考點集訓 例4 2015年陜西銅川模擬 已知反應 CO g CuO s CO2 g Cu s 和反應 H2 g CuO s Cu s H2O g 在相同的溫度下的平衡常數(shù)分別為K1和K2 該溫度下反應 CO g H2O g CO2 g H2 g 的平衡常數(shù)為K 則下列說法 正確的是 C 對于反應 恒容時 溫度升高 H2的濃度減小 則該反應的焓變?yōu)檎礑 對于反應 恒溫恒容下 增大壓強 H2的濃度一定減小 答案 B 解析 溫度升高 K值變小 代表平衡逆向移動 即正反應放熱 A項正確 由反應式知K表達式正確 B項正確 K值只受溫度影響 C項錯誤 升高溫度 平衡逆向移動 CO轉化率減小 D項正確 答案 C 易錯警示 1 平衡常數(shù)只受溫度影響 與濃度變化無關 若溫度變化 能導致平衡正向移動 則K變大 反之變小 2 化學平衡常數(shù)是指某溫度下某一具體反應的平衡常數(shù) 若反應方向改變 則平衡常數(shù)改變 若方程式中各物質的系數(shù)等倍擴大或縮小 盡管是同一反應 平衡常數(shù)也會改變 3 平衡常數(shù)的表達式中 只包括氣體和溶液中各溶質的濃度 而不包括固體或純液體 一般而言 固體或純液體濃度不變或變化很小 可以看作一個常數(shù) 不在表達式中出現(xiàn) 例6 2015年山東卷節(jié)選 合金貯氫材料具有優(yōu)異的吸收氫 性能 在配合氫能的開發(fā)中起著重要作用 1 一定溫度下 某貯氫合金 M 的貯氫過程如圖所示 縱軸為平衡時氫氣的壓強 p 橫軸表示固相中氫原子與金屬原子的個數(shù)比 H M 在OA段 氫溶解于M中形成固溶體MHx 隨著氫氣壓強的增大 H M逐慚增大 在AB段 MHx與氫氣發(fā)生氫化反應生成氫化物MHy 氫化反應方程式為zMHx s H2 g zMHy s H1 在B點 氫化反應結束 進一步增大氫氣壓強 H M幾乎不變 反應 中z 用含x和y的代數(shù)式表示 溫度為T1時 2g某合金4min內吸收氫氣240mL 吸氫速率 v mL g 1 min 1 反應 的焓變 H1 0 填 或 2 表示單位質量貯氫合金在氫化反應階段的最大吸氫量占其總吸氫量的比例 則溫度為T1 T2時 T1 T2 填 或 當反應 處于圖中a點時 保持溫度不變 向恒容體系中通入少量氫氣 達到平衡后反應 可能處于圖中的 點 填 b c 或 d 該貯氫合金可通過 或 的方式釋放氫氣 答案 1 2y x 30 2 c 加熱 減壓 例7 在體積為1L的密閉容器中 進行如下化學反應 CO2 g H2 g CO g H2O g 化學平衡常數(shù)K與溫度T 的關系如下表 回答下列問題 1 升高溫度 化學平衡向 填 正反應 或 逆反應 方向移動 2 能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是 A c CO2 c CO C 容器中的壓強不變 B K不變D v正 H2 v正 CO2 E c H2 保持不變 3 若某溫度下 平衡濃度符合下列關系 c CO2 c H2 c CO c H2O 此時的溫度為 在此溫度下 若該容器中含有1molCO2 1 2molH2 0 75molCO 1 5molH2O 則此時反應所處的狀態(tài)為 填 向正反應方向進行中 向逆反應方向進行中 或 平衡狀態(tài) 答案 1 正反應 2 E 3 850 向正反應方向進行中 考點三 化學平衡移動 知識梳理 1 概念 達到平衡狀態(tài)的反應在條件改變后 平衡狀態(tài)被破壞的過程 2 過程 3 平衡移動方向與反應速率的關系 1 v正 v逆 平衡向正反應方向移動 2 v正 v逆 平衡不移動 3 v正 v逆 平衡向逆反應方向移動 4 影響化學平衡的因素 1 外界條件 在一定條件下 aA g bB g mC g H 達到了平 衡狀態(tài) 若其他條件不變 改變下列條件對平衡的影響如下 2 勒夏特列原理 也叫化學平衡移動原理 如果改變影響平衡的條件之一 如 平衡將向著能夠 這種改變的方向移動 簡單講 改變條件 平衡移動方向是能削弱這種改變的方向 勒夏特列原理也適用于溶解平衡 電離平衡 水解 平衡等 溫度 壓強以及濃度 減弱 考點集訓 例8 甲醇是一種優(yōu)質的液體燃料 目前工業(yè)上CO和CO2均可用于合成甲醇 在容積為2L的密閉容器中進行反應 CO g 2H2 g CH3OH g H 0 若要提高甲醇的產率 可采取的措施有 A 縮小容器體積B 減小壓強C 升高溫度D 使用合適的催化劑 思路指導 跟反應物的轉化率類似 能使反應平衡正向移 動的措施 往往能使生成物的產率增大 答案 A 例9 已知可逆反應CO g H2O g CO2 g H2 g H 0 反應達到平衡狀態(tài)后 欲提高CO的轉化率 可以采 取的措施為 A 增大壓強C 增大CO的濃度 B 升高溫度D 分離出CO2 解析 增大壓強對等體積反應的平衡移動無影響 A項錯誤 升溫使放熱反應逆向移動 B項錯誤 增大CO濃度雖然使平衡正向移動 但轉化率變小 C項錯誤 分離CO2 使平衡正向移動 CO轉化率增大 D項正確 答案 D 易錯警示 在A g B g C g D g 反應中 增大某反應物 如A 的濃度 雖然平衡正向移動 但其轉化率往往變小 而B的轉化率增大 例10 2015年四川卷 一定量的CO2與足量的碳在體積可變 的恒壓密閉容器中反應 C s CO2 g 2CO g 平衡時 體 系中氣體體積分數(shù)與溫度的關系如圖所示 已知氣體分壓 p分 氣體總壓 p總 體積分數(shù) 下列說法正確的是 A 550 時 若充入惰性氣體 v正 v逆均減小 平衡不移 動 B 650 時 反應達平衡后CO2的轉化率為25 0 C T 時 若充入等體積的CO2和CO 平衡向逆反應方向 移動 D 925 時 用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù) Kp 24 0p總 答案 B 歸納總結 例11 不同溫度下 向裝有足量I2O5固體的2L恒容密閉容器中通入2molCO 測得CO2的體積分數(shù) CO2 隨時間t變化曲線如下圖 請回答 1 從反應開始至a點時的反應速率為v CO b 點時化學平衡常數(shù)Kb 2 d點時 溫度不變 若將容器體積壓縮至原來的一半 請在圖中補充畫出CO2體積分數(shù)的變化曲線 3 下列說法正確的是 填字母序號 A 容器內氣體密度不變 表明反應達到平衡狀態(tài) B 兩種溫度下 c點時體系中混合氣體的平均相對分子質 量相等 C 增加I2O5的投料量有利于提高CO的轉化率D b點和d點的化學平衡常數(shù) Kb Kd 1024或45 答案 1 0 6mol L 1 min 1 2 如下圖所示 3 AB 規(guī)律方法 化學平衡常數(shù)的應用 1 判斷 比較可逆反應進行程度的大小 K值越大 正反應進行的程度越大 反之則越小 2 判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態(tài) 對于可逆反應 aA g bB g cC g dD g 在一定溫 度下的任意時刻 反應物與生成物濃度有如下關系 3 利用K可判斷反應的熱效應 1 若升高溫度 K值增大 則正反應為吸熱反應 2 若升高溫度 K值減小 則正反應為放熱反應 典例1 美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制 取氫氣 其生產流程如下圖 解析 1 在830 時 K 1 故利用K可求出平衡時CO轉化了0 5mol 即CO的轉化率為50 2 將表中數(shù)據(jù)帶入K的表達式 只有B組數(shù)據(jù)Q 1 830 K 1 故起始時反應正向進行的只有B組 應用1 T 時 在容積為0 5L的密閉容器中發(fā)生如下反 應 mA g nB g pC g qD s H 0 m n p q為最 簡整數(shù)比 A B C D的物質的量變化如圖所示 1 前3min v C 2 當下列物理量不再發(fā)生變化時 表明該反應已達到平衡 狀態(tài)的是 填選項字母 A 混合氣體的壓強B 混合氣體的密度 C 混合氣體的平均相對分子質量D B的物質的量 E 混合氣體的總物質的量 3 T 時 該反應的平衡常數(shù)K 4 反應達到平衡后 下列措施對A的轉化率無影響的是 填選項字母 A 保持體積不變 再通入2molA和1molBB 移走一部分D C 把容器的體積縮小一倍D 升高溫度 5 T 時 容積為1L的密閉容器中 起始時充入0 2molA 0 4molB 0 3molC 0 5molD 此時v 正 v 逆 填 或 判斷的依據(jù)是 解析 根據(jù)反應圖象可知 前3min A B C D的物質的量的變化量分別為0 4mol 0 2mol 0 6mol 0 2mol 根據(jù)反應中物質的量的變化量與化學計量數(shù)成正比知 則m 2 n 1 p 3 q 1 思維模型 原理題中的化學平衡計算 常見類型 考卷中對化學平衡計算的考查 主要是圍繞平衡常數(shù) 轉化率 體積分數(shù)等內容而展開 1 步驟 1 寫出有關化學平衡的化學方程式 2 確定各物質的起始濃度 轉化濃度 平衡濃度 3 根據(jù)已知條件建立等式進行解答 3 其他關系式 1 反應物 c 平 c 始 c 變 生成物 c 平 c 始 c 變 2 各物質的轉化濃度之比等于化學方程式中各物質的化學計 量數(shù)之比 反應物的起始濃度 反應物的平衡濃度 反應物的起始濃度 3 轉化率 100 4 類型 平衡常數(shù)K與轉化率的計算 典例2 2015年新課標卷 碘及其化合物在合成殺菌劑 藥物等方面具有廣泛用途 回答下列問題 1 大量的碘富集在海藻中 用水浸取后濃縮 再向濃縮液中加MnO2和H2SO4 即可得到I2 該反應的還原產物為 3 已知反應2HI g H2 g I2 g 的 H 11kJ mol 1 1molH2 g 1molI2 g 分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436kJ 151kJ的能量 則1molHI g 分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為 kJ 4 Bodensteins研究了下列反應 2HI g H2 g I2 g 在716K時 氣體混合物中碘化氫的物質的量分數(shù)x HI 與反應時間t的關系如下表 根據(jù)上述實驗結果 該反應的平衡常數(shù)K的計算式為 上述反應中 正反應速率為v正 k正 x2 HI 逆反應速率為v逆 k逆 x H2 x I2 其中k正 k逆為速率常數(shù) 則k逆為 以K和k正表示 若k正 0 0027min 1 在t 40min時 v正 min 1 由上述實驗數(shù)據(jù)計算得到v正 x HI 和v逆 x H2 的關系可 用下圖表示 當升高到某一溫度時 反應重新達到平衡 相應的點分別為 填字母 應用2 利用 化學蒸氣轉移法 制備二硫化鉭 TaS2 晶 體 發(fā)生如下反應 TaS2 s 2I2 g TaI4 g S2 g H 0 若該反應的平衡常數(shù)K 1 向某恒容容器中加入1molI2 g 和足量TaS2 s I2 g 的平衡轉化率為 答案 66 7 讀取圖表信息 計算平衡常數(shù)K或轉化率 典例3 通過研究不同溫度下平衡常數(shù)可以解決某些實際問題 已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進行反應時 會發(fā)生如 下反應 CO g H2O g H2 g CO2 g 該反應平衡常數(shù) 隨溫度的變化如下表所示 1 則該反應的正反應方向是 反應 填 吸熱 或 放熱 2 在500 時 若設起始時CO和H2O的起始濃度均為0 020mol L 1 則CO的平衡轉化率為 答案 放熱 75 應用3 甲醇可作為燃料電池的原料 以CH4和H2O為原 料 通過下列反應來制備甲醇 CH4 g H2O g CO g 3H2 g H 206 0kJ mol 1 將1 0molCH4和2 0molH2O g 通入容積為100L的反應室中 在一定條件下發(fā)生反應 測得在一定的壓強下CH4的轉化率與溫度的關系如下圖 1 假設100 時達到平衡所需的時間為5min 則用H2表示該反應從開始到達到平衡時的反應速率為 2 100 時反應的平衡常數(shù)為 答案 1 0 003mol L 1 min 1 2 2 25 10 4 體積分數(shù)與轉化率的互相換算 典例4 將燃煤廢氣中的CO2轉化為甲醚的反應原理為 2CO2 g 6H2 g CH3OCH3 g 3H2O g 解析 與 1 的典例類似的解題思路 設CO2的濃度變化為x 將CO2和H2的起始濃度代入建立三段式 CH3OCH3的體積分數(shù)等價于CH3OCH3的平衡濃度與各組分平衡濃度總和的比值 解出x 然后利用轉化率的定義可得答案 應用4 2015年河南鄭州質檢 壓縮天然氣 CNG 汽車的優(yōu)點之一是利用催化技術能夠將NOx轉變成無毒的CO2和N2 已 知 CH4 g 2NO2 g N2 g CO2 g 2H2O g 400K 時 將投料比為1的NO2和CH4的混合氣體共4mol 充入一裝有催化劑的容器中 充分反應達到平衡 此時NO2的平衡轉化率為60 求平衡時NO2的體積分數(shù) 結果保留三位有效數(shù)字