高考化學總復習 第七章 22 化學平衡 化學平衡常數(shù)課件.pptVIP

第七章化學反應速率和化學平衡 第22講化學平衡化學平衡常數(shù) 微考點 大突破 微充電 大收獲 微考點1化學平衡基礎微回扣 自動進行 可逆過程 正反應 逆反應 同一反應體系中 相同 同一反應體系中 反應條件 含量 相等 動態(tài) 可逆 1 1 濃度 物質的量 質量分數(shù) 壓強 顏色 斷裂量 形成量 高考警示化學平衡狀態(tài)判斷誤區(qū) 1 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 2 化學反應的平衡狀態(tài)可以從正反應方向建立 也可以從逆反應方向建立 3 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 4 化學反應達平衡狀態(tài)時 各組分的濃度 百分含量保持不變 但不一定是相等 5 用不同物質表示的反應速率之比等于化學計量數(shù)之比 不一定是平衡狀態(tài) 因為不論是否達到平衡 該關系一定存在 6 各物質的物質的量之比等于方程式的化學計量數(shù)之比 不一定是平衡狀態(tài) 因為此條件并不能說明各組分的物質的量不再變化了 警示 該反應前后氣體的化學計量數(shù)之和保持不變 則壓強始終保持不變 警示 消耗1molso3和生成1molno2表示的是反應的同一個方向 不能作為是否達到平衡的標志 一 化學平衡狀態(tài)的判斷可逆反應達到化學平衡狀態(tài)時有兩個主要特征 一是正反應速率和逆反應速率相等 二是反應混合物中各組成成分的含量保持不變 這兩個特征就是判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態(tài)的核心依據(jù) 1 直接特征 v正 v逆 要求大小相等 方向相反 速率特征 指 等 即v正 v逆 有兩層含義 對于同一物質而言 該物質的生成速率等于它的消耗速率 對于不同的物質而言 速率之比等于方程式中的化學計量數(shù)之比 但必須是不同方向的速率 含量特征 指 定 即反應混合物中各組成成分的含量保持不變 方法微總結 2 間接特征 指所表述的內容并非直接而是間接反映 等 和 定 的意義 反應物的轉化率保持不變 產物的產率保持不變 平衡體系的顏色保持不變 絕熱的恒容反應體系中的溫度保持不變 3 特殊 特征 指所表述的內容并不能表明所有反應均已達平衡狀態(tài) 只是在某些特定的情況下才能表示反應已經達到化學平衡狀態(tài) 體系中氣體物質的總質量保持不變 體系中氣體物質的總物質的量 或體積或分子個數(shù) 二 等效平衡1 含義在一定條件下 恒溫恒容或恒溫恒壓 對同一可逆反應體系 起始時加入物質的物質的量不同 而達到化學平衡時 同種物質的含量相同 這樣的平衡稱為等效平衡 由于化學平衡狀態(tài)與條件有關 而與建立平衡的途徑無關 因而 同一可逆反應 從不同的狀態(tài)開始 只要達到平衡時條件 溫度 濃度 壓強等 完全相同 則可形成等效平衡 從正反應開始 從逆反應開始 從正逆反應同時開始 由于 三種情況如果按方程式的計量關系折算成同一方向的反應物 對應各組分的物質的量均相等 如將 折算為 因此三者為等效平衡 注意 轉化量與方程式中各物質的化學計量數(shù)成比例 這里a b可指物質的量 濃度 體積等 對反應物 平 始 轉 對生成物 平 始 轉 3 恒溫條件下體積不變的反應 方法 無論是恒溫恒容 還是恒溫恒壓 只要極值等比即等效 因為壓強改變對該類反應的化學平衡無影響 例如 h2 g i2 g 2hi g 1mol1mol0mol 2mol2mol1mol amolbmolcmol 總結 等效平衡規(guī)律 在定溫 定容條件下 對于反應前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應 只改變起始時加入物質的物質的量 如通過可逆反應的化學計量數(shù)比換算成同一側的物質的物質的量與原平衡相同 則兩平衡等效 在定溫 定容情況下 對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應 只要反應物 或生成物 的物質的量的比值與原平衡相同 兩平衡等效 在定溫 定壓下 改變起始時加入物質的物質的量 只要按化學計量數(shù)換算成同一側的物質的物質的量之比與原平衡相同 則達平衡后與原平衡等效 解析 本題考查等效平衡 意在考查考生分析 處理問題的能力 反應達到平衡后 甲 丙容器的平衡為等效平衡 乙容器中平衡相當于將甲容器體積增大到原來的2倍 平衡逆向移動達到的新平衡 故容器內壓強 p乙2m乙 b項正確 容器中c so2 與c o2 之比k k甲 k丙 k乙 2 c項錯誤 因不知so2或so3的轉化率 故無法確定q甲與q丙的關系 d項錯誤 答案 b 對點微練 極端假設解化學平衡狀態(tài)題的應用1 在密閉容器中進行如下反應 x2 g y2 2z g 已知x2 y2 z的起始濃度分別為0 1mol l 0 3mol l 0 2mol l 在一定條件下 當反應達到平衡時 各物質的濃度有可能是 a z為0 3mol lb y2為0 4mol lc x2為0 2mol ld z為0 4mol l 應用微提升 解析 本題考查化學平衡的計算 用極值法 當z完全轉化為x2 y2時 x2 y2分別為0 2mol l 0 4mol l 當0 1mol lx2完全轉化為z時 y2為0 2mol l z為0 4mol l 則0 x2 0 2mol l 0 2mol l y2 0 4mol l 0 z 0 4mol l a選項符合題意 答案 a 解析 當正向反應速率等于逆向反應速率時 可逆反應達到平衡狀態(tài) 根據(jù)化學方程式中nh3和h2的計量關系 可以看出正反應在單位時間內有3molh2發(fā)生化合反應 必定同時生成2molnh3 故有2v正 h2 3v正 nh3 這時逆反應如果同時有2molnh3發(fā)生分解反應 nh3的物質的量就相當于沒有變化 好像 表面上靜止 達到平衡狀態(tài) 所以當2v正 h2 3v逆 nh3 時 nh3的正 逆反應速率相等 說明反應已達到平衡狀態(tài) 答案 c 解析 由于兩平衡狀態(tài)c的濃度都為wmol l 這說明兩狀態(tài)為完全相同的平衡狀態(tài) 與反應的化學計量數(shù)無關 可依據(jù)反應物投料量相等來解決 即采用 一邊倒 法都轉化為a b 且物質的量分別相等 同時保證c d都完全轉化 a c 1 b c 2 c d 解析 本題考查了等效平衡問題 在等溫等壓條件下 把加入的物質按照其在反應方程式中的化學計量數(shù)轉化為反應物或生成物 物質的量之比保持一致即為等效平衡 選項a b中三者比例為2 1 2 與題中比例一致 為等效平衡 平衡不移動 選項c可設想為兩步增加 第一次加入1mola 0 5molb 1molc 此時平衡不移動 第二次再加0 5molb 此法與一次性各加入1mol等效 增大反應物濃度 平衡向右移動 選項d中均減少1mol 也可設想為兩步進行 先將a減少1mol b減少0 5mol c減少1mol 此時平衡不移動 再將b減少0 5mol 降低反應物濃度 平衡向左移動 答案 c a b c d 解析 b選項均是正反應方向速率 錯誤 如果平衡發(fā)生移動 混合氣體的質量一定改變 混合氣體的體積不變 即密度一定改變 所以密度不變 化學平衡一定不發(fā)生移動 c項正確 答案 ac 4 2014 江蘇 h2s在高溫下分解生成硫蒸氣和h2 若反應在不同溫度下達到平衡時 混合氣體中各組分的體積分數(shù)如圖所示 h2s在高溫下分解反應的化學方程式為 1 化學平衡常數(shù) 1 在一定溫度下 當一個可逆反應達到化學平衡時 生成物 與其反應物 的比值是一個常數(shù) 即平衡常數(shù) 用符號 表示 微考點2化學平衡常數(shù)化學平衡的計算基礎微回扣 濃度化學計量數(shù)次冪的乘積 濃度化學計量數(shù)次冪的乘積 k 所占的比例越大 反應物的 越大 k只受 影響 與反應物或生成物的 變化無關 即在一定溫度下 平衡常數(shù)保持不變 轉化率 生成物 濃度 溫度 四個注意使用化學平衡常數(shù)應注意的問題 1 化學平衡常數(shù)k值的大小是可逆反應進行程度的標志 它能夠表示可逆反應進行的完全程度 一個反應的k值越大 表明平衡時生成物的濃度越大 反應物的濃度越小 反應物的轉化率也越大 可以說 化學平衡常數(shù)是在一定溫度下一個反應本身固有的內在性質的定量體現(xiàn) 2 化學平衡常數(shù)只與溫度有關 與反應物或生成物的濃度無關 3 反應物或生成物中有固體和純液體存在時 其濃度可看作 1 而不計入平衡常數(shù)表達式中 4 化學平衡常數(shù)是指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 若化學方程式中各物質的化學計量數(shù)等倍擴大或縮小 盡管是同一反應 平衡常數(shù)也會改變 三種應用化學平衡常數(shù)的三種應用 1 化學平衡常數(shù)數(shù)值的大小是可逆反應進行程度的標志 2 可以利用平衡常數(shù)的值作標準判斷 正在進行的可逆反應是否平衡 化學平衡移動的方向 3 利用k可判斷反應的熱效應若升高溫度 k值增大 則正反應為吸熱反應 若升高溫度 k值減小 則正反應為放熱反應 警示 反應前后氣體分子數(shù)不等 平衡前容器內壓強逐漸變小 2 對某一可逆反應 升高溫度則化學平衡常數(shù)一定變大 警示 對于正反應吸熱的反應 升高溫度平衡正向移動 k增大 對于正反應放熱的反應 升高溫度平衡逆向移動 k變小 3 增大反應物的濃度 平衡正向移動 化學平衡常數(shù)增大 警示 增大反應物的濃度 平衡向正反應方向移動 但k不變化 因為k只受溫度的影響 溫度不變 k不變 4 可根據(jù)k隨溫度的變化情況判斷反應的熱效應 警示 若升高溫度 k值增大 則正反應為吸熱反應 若升高溫度 k值減小 則正反應為放熱反應 5 化學平衡常數(shù)和轉化率都能體現(xiàn)反應進行的程度 警示 化學反應達平衡時 各反應物的轉化率達最大 化學平衡常數(shù)本身就是化學平衡時各物質濃度的關系 故平衡常數(shù)和轉化率是從兩個不同的角度來反映化學反應進行的程度 方法微總結 微典通關3 恒溫下 將amoln2與bmolh2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中 發(fā)生如下反應 1 若反應進行到某時刻t時 nt n2 13mol nt nh3 6mol 計算a的值 2 反應達平衡時 混合氣體的體積為716 8l 標況下 其中nh3的含量 體積分數(shù) 為25 計算平衡時nh3的物質的量 3 原混合氣體與平衡混合氣體的總物質的量之比 寫出最簡整數(shù)比 下同 n 始 n 平 4 原混合氣體中 a b 5 達到平衡時 n2和h2的轉化率之比 n2 h2 6 平衡混合氣體中 n n2 n h2 n nh3 3 3 2 16 8mol 5 4 2 3 1 2 解析 1 解法一 由反應的化學方程式得知 反應掉的n2和生成的nh3的物質的量之比為1 2 設反應掉的n2的物質的量為x 則x 6mol 1 2 解之得x 3mol a 13 3 16 解法二 n2 3h2 2nh3開始時ab0t時13mol6mol 反思歸納 1 若反應物起始量之比等于化學計量數(shù)之比 達平衡后 它們的轉化率相等 2 若反應物起始量之比不等于化學計量數(shù)之比 達平衡后 過量的那種物質轉化率較小 3 若反應物只有一種且為氣體時 若其他條件不變 增大其濃度 其轉化率如下 v表示氣體體積 v反 v生 反應后氣體體積減小的反應 轉化率增大 v反 v生 反應后氣體體積增大的反應 轉化率減小 若按原比例同倍數(shù)地增加反應物a和b的量 則平衡向正反應方向移動 反應物的轉化率與氣體反應物化學計量數(shù)有關 若m n p q a b的轉化率都不變 若m n p q a b的轉化率都增大 若m n p q a b的轉化率都減小 5 其他條件不變時 壓強 溫度對轉化率也有影響 其變化與平衡移動有關 應用微提升 7 下列關于平衡常數(shù)的說法正確的是 a 一定溫度下的可逆反應 只有達到平衡狀態(tài)時才具有平衡常數(shù)b 化學平衡移動時 平衡常數(shù)一定改變c 對于一個確定的反應來說 平衡常數(shù)的數(shù)值越大 反應限度越大d 化學平衡常數(shù)大的可逆反應 所有反應物的轉化率一定大 解析 本題主要考查化學平衡常數(shù) 意在考查考生的理解能力 一定溫度下 對于已確定的可逆反應 不論其是否達到化學平衡狀態(tài) 其化學平衡常數(shù)都存在且為定值 如果通過改變反應物的濃度引起化學平衡移動 其化學平衡常數(shù)不變 平衡常數(shù)的大小與反應物的轉化率大小無必然聯(lián)系 答案 c 回答下列問題 1 欲提高a的平衡轉化率 應采取的措施為 2 由總壓強p和起始壓強p0計算反應物a的轉化率 a 的表達式為 平衡時a的轉化率為 列式并計算反應的平衡常數(shù)k 3 由總壓強p和起始壓強p0表示反應體系的總物質的量n總和反應物a的物質的量n a n總 mol n a mol 下表為反應物a濃度與反應時間的數(shù)據(jù) 計算 a 0 05l 升高溫度 降低壓強 1 100 94 1 分析該反應中反應物的濃度c a 變化與時間間隔 t 的規(guī)律 得出的結論是 由此規(guī)律推出反應在12h時反應物的濃度c a 為 mol l 1 0 013 達到平衡前每間隔4h c a 減少約一半 124 2 維持體系總壓p恒定 在溫度t時 物質的量為n 體積為v的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應 已知乙苯的平衡轉化率為 則在該溫度下反應的平衡常數(shù)k 用 等符號表示 3 工業(yè)上 通常在乙苯蒸氣中摻入水蒸氣 原料氣中乙苯和水蒸氣的物質的量之比為1 9 控制反應溫度600 并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應 在不同反應溫度下 乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性 指除了h2以外的產物中苯乙烯的物質的量分數(shù) 示意圖如下 摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉化率 解釋說明該事實 控制反應溫度為600 的理由是 600 乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高 溫度過低 反應速率慢 轉化率低 溫度過高 選擇性下降 高溫還可能使催化劑失活 且能耗大 正反應方向氣體分子數(shù)增加 加入水蒸氣稀釋 相當于起減壓的效果 4 某研究機構用co2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學合成工藝 乙苯 二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯 保持常壓和原料氣比例不變 與摻水蒸氣工藝相比 在相同的生產效率下 可降低操作溫度 該工藝中還能夠發(fā)生反應 co2 h2 co h2o co2 c 2co 新工藝的特點有 填編號 co2與h2反應 使乙苯脫氫反應的化學平衡右移 不用高溫水蒸氣 可降低能量消耗 有利于減少積炭 有利于co2資源利用 解析 1 斷裂反應的化學鍵需要吸收的能量為 348kj 5 412kj 2408kj 生成反應物的化學鍵需要放出的能量為 436kj 612kj 3 412kj 2284kj 故該反應為吸熱反應 吸收的熱量為 2408kj 2284kj 124kj 因此 h 124kj mol 1 3 在體積可變的容器中摻入水蒸氣相當于把各反應和產物稀釋了 又由于該反應為氣體體積增大的反應 因此相當于減小了壓強 平衡右移 乙苯的平衡轉化率增大 根據(jù)圖示可知 在600 乙苯的平衡轉化率和某催化劑的作用下苯乙烯的選擇性都是最高的 由于該反應為吸熱反應 如果溫度太低則反應速率較小 且平衡轉化率太低 如果溫度太高 則苯乙烯的選擇性降低 4 該反應消耗h2 故使乙苯脫氫反應的化學平衡右移 正確 獲得水蒸氣需要消耗大量能源 正確 co2與c s 發(fā)生反應生成co g 可以減少積炭 正確 兩個反應都