第37讲　化学平衡状态和平衡常数(基础课)（共85张PPT）-2024届高考化学一轮复习

(共85张PPT)
第37讲　化学平衡状态和平衡常数
(基础课)
第四部分　化学反应原理
第七章　化学反应速率与化学平衡
　　　　　1.了解可逆反应的定义及其特征。　2.了解化学平衡状态的建立、特征及判定。　3.理解化学平衡常数(K)的表达式及有关计算。
知识点一　可逆反应与化学平衡状态
必备知识梳理
关键能力训练
01
1．可逆反应
相同
正反应
逆反应
同时
小于
2．化学平衡
(1)过程
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：
v正
v逆
逐渐减小
逐渐增大
＞
＝
保持不变
(3)含义：一定条件下的可逆反应体系中，当________________相等时，反应物和生成物浓度均__________，即体系的组成不随时间而改变，表明反应中物质的转化达到了“______”。
正、逆反应速率
保持不变
限度
(4)特征
动态
v正＝v逆
浓度
发生改变
　　　　　判断化学平衡状态的两种方法
①动态标志：v正＝v逆≠0
a．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
a．各物质的质量、物质的量或浓度不变。
b．各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
c．温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
d．有固体或纯液体参加的反应，混合物密度、平均摩尔质量不变。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(2)一定条件下，1 mol N2与足量H2充分反应可生成2 mol NH3。(　　)
(3)可逆反应达到平衡时反应物与生成物的浓度相等。(　　)
(4)对于aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)反应，若v(A)∶v(B)＝a∶b，则反应达到平衡状态。(　　)
(5)从正反应建立平衡时，平衡前v正>v逆。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
2．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是________。
(3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是________。
(5)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s) 5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
[答案]　(1)①③④⑦　(2)⑤⑦ 　(3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦
　　　　　　可逆反应判定的实验设计
1．某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度。取5 mL 0.1 mol/L KI溶液于试管中，滴加0.1 mol/L FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2。为证明该反应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验：
①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀(AgI)，证明反应物没有反应完全；
②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到I2，即有I2生成。综合①②的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。
(1)老师指出他们上述实验中①不合理，你认为是_________________；
在不改变反应物用量的前提下，改进的方法是____________________。
(2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是________________________。
[解析]　(1)实验①中，n(KI)＝0.1 mol/L×0.005 L＝0.000 5 mol，n(FeCl3)＝0.1 mol/L×0.002 L＝0.000 2 mol，该反应中KI过量，不能直接检验是否含I－判断反应的可逆性，实验①不合理。在不改变反应物用量的前提下，要证明反应有一定的限度，应检验反应后的溶液中是否含Fe3＋，改进的方法是：取少量反应液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明还有Fe3＋未完全反应，证明反应具有可逆性。(2)检验I2，可以用淀粉溶液。
[答案]　(1)该反应中KI过量，故不能直接检验是否存在I－　取少量反应液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明还有Fe3＋未完全反应
(2)取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝，则说明生成了I2
化学反应具有可逆性的实验设计关键
实验时取一定量的两反应物，让一种反应物过量，然后充分反应，最后用特效试剂检验少量的那种反应物是否剩余，可以确定反应是否可逆。
　　　　　　化学平衡状态的定量关系
2．在一个密闭容器中发生反应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0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，不可能出现的数据是(　　)
A．c(SO3)＝0.4 mol·L－1
B．0.1 mol·L－1C．0D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.4 mol·L－1
A　[c(SO3)＝0.4 mol·L－1时，c(SO2)＝0 mol·L－1，不合理，A错误，根据极值转化法和守恒法，B、C、D正确。]
极值转化法确定范围的思维模板
正向进行完全 反应物最小值，生成物最大值
逆向进行完全 反应物最大值，生成物最小值
范围
说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。
　　　化学平衡的建立、特征和判定
3．反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是(　　)
A．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．v正(N2)＝3v逆(H2)
A　[已知反应为放热反应，当容器内的温度不变时，平衡不再移动，达到平衡状态，A项符合题意；反应在恒压条件下进行，反应前后压强均不变，不能判断是否达到平衡状态，B项不符合题意；断开H—H键和生成N—H键均指正反应方向，不能判断是否达到平衡状态，C项不符合题意；当v正(N2)∶v逆(H2)＝1∶3，即v正(N2)＝ v逆(H2)时反应达到平衡，D项不符合题意。]
4. 在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：
(1)A点的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)A点的v逆(CO2)。
(2)A点的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)B点的v逆(H2O)，原因是_____________________________。
(3)B点v正(CO2)与v逆(NH3)的定量关系式为______________________。
(4)A点v逆(CO2)与B点v正(CO2)的大小关系为________。
(5)当n(NH3)与n(CO2)的比值不变时，反应是否达到平衡？________。
[答案]　(1)>　(2)>　由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)>B点v正(CO2)＝B点v逆(CO2)＝B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)>B点v逆(H2O)　(3)v正(CO2)＝ v逆(NH3)　(4)A点v逆(CO2)化学平衡状态判定思路
第一步：审题干
一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压。
二审“反应特点”：等体积反应或非等体积反应或是否有固、液体参与反应等。
第二步：审标志
一审“正逆相等”：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。
二审“变量不变”：如果是随反应进行而改变的物理量，当其不变时为平衡状态；随反应的进行而保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据。
知识点二　化学平衡常数
02
必备知识梳理
关键能力训练
1．化学平衡常数
(1)表达式及实例
对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
①浓度商Q＝___________，其中的浓度为任一时刻浓度。
②平衡常数K＝_______________，其中的浓度为平衡时浓度。
　　　　　①固体或液体纯物质不列入浓度商和平衡常数表达式。
②化学平衡常数是指某一具体化学反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，对于同一反应，平衡常数值也会改变，但含义不变。
(3)意义：平衡常数越大，化学反应程度或限度______，反应物的转化率______。一般地说，当K>_____时就认为反应完全，当K<_______时认为反应很难进行。
(4)平衡常数的影响因素
对于确定的化学反应，平衡常数K只与______有关，与浓度、压强无关。
①对于吸热反应，升高温度，K______。
②对于放热反应，升高温度，K______。
越大
越大
105
10－5
温度
增大
减小
2．平衡常数的三大应用
(1)判断化学反应进行的方向
QQ＝K 反应处于化学平衡状态，v正＝v逆
Q>K 反应向____反应方向进行，v正____v逆
正
>
逆
<
(2)判断可逆反应的热效应
吸
放
放
吸
(3)判断反应程度：K越大，转化率越____，反应程度越____，反之也成立。
大
大
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)对于一个具体的可逆反应，化学平衡常数为一定值。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2．在一定温度下，1 L的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1 mol。
(1)该反应的平衡常数表达式为K＝________，值为________。
(2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)该温度下，再充入0.1 mol H2O(g)，平衡向________方向移动，该反应的平衡常数K′＝________。
(4)该温度下，加压，平衡向________方向移动，H2O的转化率如何变化？平衡常数如何变化？_________________________________。
　　　　　　化学平衡常数及其应用
1．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：
以下说法正确的是(　　)
A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)
B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80
C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2
2．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①、②与③可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。
[解析]　(1)反应③可通过反应①、②加和得到，故K3＝K1·K2。
(2)500 ℃时K3＝2.5×1.0＝2.5，800 ℃时K3＝0.15×2.50＝0.375<2.5，故升温，K减小，平衡左移，ΔH<0。
[答案]　(1)K1·K2　(2)<　(3)>
　　　　　　“三段式”突破K、α的计算
起始/
(mol·L－1) a b 0 0
变化/
(mol·L－1) mx nx px qx
平衡/
(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
温度 /℃ C6H7N的 转化率/% 催化剂的 选择性/% 有效收
率/%
350 66.2 96.6 φ
360 80.7 95.0 76.7
370 86.5 95.5 82.6
380 91.1 93.5 85.2
390 95.0 80.0 76.0
400 97.7 58.1 56.8
(1)该催化剂的最佳催化温度范围是________。
(2)表中φ＝________%(保留一位小数)；400 ℃时，测量时间内，v(NH3)＝________ mol·L－1·h－1(保留两位小数)。
(3)某同学通过数据分析，认为表中360 ℃时C6H7N的转化率不是平衡转化率，理由是___________________________________________。
(4)390 ℃时，达到平衡后n(O2)＝10.00 mol，则该温度下本反应的平衡常数K＝________。
起始浓度
/(mol·L－1) 2 1.667 0
转化浓度
/(mol·L－1) 1 0.667 2
平衡浓度
/(mol·L－1) 1 1 2
[答案]　(1)370～380 ℃　(2)63.9　0.50　(3)若化学反应达到平衡状态，升温后平衡转化率减小，表中数据升温后转化率增大，即未达平衡　(4)64
　　　　　　多反应体系中平衡常数的计算
多反应体系平衡常数计算的分析思路
(1)明确体系中发生的可逆反应。
(2)根据“三段式”分别找出或设出各反应相应各物质的三种量——起始量、转化量和平衡量。
(3)根据守恒或题意列出定量关系，进而确定某反应的平衡浓度，最后求算平衡常数。
A．10.7 B．8.5
C．9.6 D．10.2
B　[设N2O5的转化浓度为x mol·L－1，N2O3的转化浓度为y mol·L－1。
开始/(mol·L－1) 4 0 0
转化/(mol·L－1) x x x
平衡/(mol·L－1) 4－x x x
开始/(mol·L－1) x 0 x
转化/(mol·L－1) y y y
平衡/(mol·L－1) x－y y x＋y
400 ℃时，选用镍基催化剂，向1 L密闭容器中通入10 mol CO、10 mol CO2和40 mol H2进行反应，平衡后测得n(H2)＝9 mol，n(CH4)＝10 mol。
(1)CO2的平衡转化率为________。
(2)400 ℃时反应Ⅱ的化学平衡常数为________。
[解析]　设CO和CO2的平衡转化量分别为x mol、y mol。
起始量
/mol 10 40 0 0
转化量
/mol x 3x x x
平衡量
/mol 10－x 40－3x x x
起始量
/mol 10 40－3x x x
转化量
/mol y 4y y 2y
平衡量
/mol 10－y 40－3x－4y x＋y x＋2y
[答案]　(1)10%　(2)0.02
真题感悟·明确考向
03
1. (2022·湖南选择性考试，T14)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g) Z(g)　ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
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A．ΔH>0
B．气体的总物质的量：naC．a点平衡常数：K>12
D．反应速率：va正1
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BC　[A项，根据甲曲线可知反应放热，ΔH<0，错误；B项，p相同，a点对应的温度高，气体物质的量小，na1
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2．(2021·湖南选择性考试，T11)已知：A(g)＋2B(g) 3C(g)　ΔH<0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和 3 mol B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
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A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)1
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BC　[该反应是反应前后气体分子数不变的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量始终不变，总压强始终不变，A错误；t2时，设向容器中加入3 mol C，正反应速率逐渐增大，达到新的平衡后保持不变，变化情况与图像相符，B正确；t2时，设向容器中加入3 mol C，相当于加入 1 mol A和2 mol B，则状态Ⅱ相当于起始投料为2 mol A和5 mol B，若是投料为2 mol A和6 mol B与状态Ⅰ等效，即平衡状态Ⅱ相当于减少了B的投料，平衡逆向移动，A的体积分数变大，即φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)，C正确；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，即K(Ⅱ)＝K(Ⅰ)，D错误。]
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图1
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(1)若反应为基元反应，且反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图2)。
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(2)某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10 L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.4 mol H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol。则CO2的转化率为________，反应温度t约为________℃。
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[解析]　(1)K随温度的升高而减小，ΔH<0，又因为|ΔH|>Ea，可画出能量变化示意图为
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[答案] (1)　
(2)50%　660.2
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一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为____________mol·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为____________________。
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谢谢观看 THANK YOU!