6.2化学平衡 同步导学案（含答案）

6.1.2化学平衡
一. 上节回顾
1．化学反应速率的表示方法：单位时间内反应物 浓度的较少 或生成物 浓度的增加。
计算公式：v＝，单位：mol/(L·s)或mol/(L·min)。
影响化学反应速率的因素有：反应物本身的性质、浓度、温度、压强、催化剂、其他因素等。
二、本节内容
（一）．可逆反应
1. 在同一条件下，既可以向正反应方向进行，又可以向逆反应方向进行的反应。
2. 表示：用“ ”连接反应物和生成物。
3. 特点：在一定条件下，可逆反应有一定的限度，反应物不能完全转化为生成物。
【练习1】 2H2＋O2→2H2O和2H2O→2H2↑＋O2↑属于可逆反应吗？
二者不属于可逆反应，因为可逆反应是在相同条件下进行的。
【练习2】 把3 mol H2和1 mol N2充入密闭容器中反应，最终可以生成2 mol NH3吗？
H2和N2反应生成NH3是一个可逆反应，可逆反应不能进行到底，故不能生成2 mol NH3。
【练习3】 在密闭容器中, H2和 N2反应发生合成氨，反应一段时间后，容器中存在的物质有哪些？
N2、H2、NH3
【例题1】在一定量的密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g) ?2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、 O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol/L，O2为0.2 mol/L B．SO2为0.25 mol/L
C．SO2、SO3均为0.15 mol/L D．SO3为0.40 mol/L
【答案】　B
【思路点拨】　本题考查对可逆反应的特征的理解，解答时，应注意两点：
(1)可逆反应既可向正反应方向进行，同时又可向逆反应方向进行；
(2)可逆反应不能进行到底，只能反应到一定程度达到平衡状态，平衡时各物质的物质的量都大于零。
【解析】　对于本题，若反应从题给某一时刻开始向正反应方向进行并达平衡，此时SO3的浓度应小于0.40 mol/L；若反应从题给某一时刻开始向逆反应方向进行并达平衡，此时SO2的浓度应小于0.4 mol/L，O2的浓度应小于0.2 mol/L；由反应的量的关系可知c(SO2)＋c(SO3)＝0.4 mol/L，因此两者不可能同时为0.15 mol/L。
（二）．化学平衡
定义： 在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
①前提条件：一定条件（T、P、V） ②研究对象：密闭容器的可逆反应
③平衡本质：v正=v逆≠0 ④平衡标志：各物质的浓度不变
(1)化学平衡的建立
①在温度保持300℃时的密闭容器内，放入一定量的氢气和碘蒸气，则氢气和碘化合生成碘化氢，使容器中碘蒸气的紫色逐渐变淡，但不会成无色。达到平衡时，容器内氢气，碘及碘化氢，其正逆反应速率随时间的变化如图1所示：
a．反应开始时：v(正)最大，v(逆)为零。
b．反应进行时：反应物浓度减小→v(正)逐渐变小。
生成物由无到有逐渐增多→v(逆)从零开始逐渐增大。
c．反应达到平衡时，v(正) = v(逆)，反应混合物各组分的浓度不再发生变化。
②在同一温度等条件下，只放入无色的碘化氢气体时，则碘化氢可以分解为氢气和碘，因而达到平衡时，容器内气体呈淡紫色。其正逆反应速率随时间的变化如图2所示：
(2)化学平衡的特征
①逆：化学平衡状态只对可逆反应而言。
②等：正反应速率和逆反应速率相等，即v正=v逆≠0。
③定：外界条件一定，各组分成分的含量保持不变；
④动：化学平衡是一种动态平衡，即v正=v逆≠0，所以。
⑤变：外界条件发生变化时，v正≠v逆则化学平衡就会发生移动。
(3)化学平衡的实质：v正= v逆。
(4)可逆反应达到平衡的标志
①同一种物质v正= v逆≠0
②各组分的物质的量、浓度（包括物质的量的浓度、质量分数等）、含量保持不变。
(5)可逆反应达到平衡的判断方法：

无论用什么方法判断可逆反应是否达到平衡状态，都要以本质特征或现象特征为依据来展开分析和判断。也就是说，判断可逆反应是否达到平衡状态的根本标志是v(正)＝v(逆)，其余的判断方法都是从这个方法的基础上衍生出来的。
【例题2】 在一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是 ( )
( A)C生成的速率与C分解的速率相等
(B)单位时间生成n mol A，同时生成3n mol B
(C)A、B、C的浓度不再变化
(D)A、B、C的分子数比为1:3:2
【答案】AC
【解析】A选项 C生成的速率是正反应速率，C分解的速率是逆反应速率，两者相等说明正、逆反应速率相等；B选项 生成A与生成B均为逆反应速率，没有表达正逆反应速率的关系；C选项 化学平衡的概念；D选项 假设开始投入2 mol A、6mol B进行反应，当有1mol A和3 mol B反应生成了2 mol C时，A、B、C的分子数比为1:3:2，但并不一定达到平衡状态。
【练习4】 当可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，通18O2气体后再次达到平衡时，18O存在于 （?? ） A.SO3，O3?????????? B. SO2，SO3 C. SO2，SO3，O2????????? ? D. SO2，O2
答案：C。
解析：18O2的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含18O的SO3又会分解得到含18O的SO2和O2，因此，18O可存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。
【练习5】可逆反应2NO22NO＋O2在体积不变的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是(　　)
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
A．①④　　　　 B．②④ C．①③④ D．①②③④⑤
答案：选B。
解析：本题的关键是根据所给条件判断出v(正)＝v(逆)。①中生成n mol O2的同时生成2n mol NO，都是正反应速率，不能作为判断依据；②中生成n mol O2为正反应速率，同时生成2n mol NO2为逆反应速率，且符合化学计量数之比，正确；③不能作为判断依据；④中NO2为红棕色气体，颜色不再发生变化，说明其浓度不再发生变化，说明反应平衡了；⑤中该体系混合气体的密度为一恒定的数值，不变，所以不能作为判断达到平衡的标志。
（三）影响化学平衡的因素
1．化学平衡的移动
化学平衡状态是一定条件下的化学平衡，当外界条件发生变化后，平衡状态也将被破坏。平衡发生移动的原因是外界条件的改变，使得正、逆反应速率发生变化，因而，v(正)≠v（逆）是化学平衡移动的根本原因，而平衡移动的结果是平衡混合物中各成分的浓度、各组分的组成发生了变化，移动过程可表示如下：
影响平衡移动的外界条件
影响因素
对化学平衡的影响
说明或举例
浓度
增大反应物浓度，平衡向正向移动
Fe3++3SCN—Fe(SCN)3
黄 红
温度
升高温度，平衡向吸热反应正向移动
2NO2(g)N2O4(g) △H= -56.9kJ/mol
红棕色 无色
压强
增大压强，向气体系数和小的方向移动
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，增大压强，平衡向右移动
催化剂
不使平衡移动
正逆反应速率增大幅度相同
容积不变，充入He
不使平衡移动
各反应成分分压不变
容积不变，充入He
向气体系数和大的方向移动
相当于减压
2．勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强和温度等），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
勒夏特列原理又称平衡移动原理，它不仅适用于化学平衡的体系，也适用于溶解平衡等动态平衡体系。
【例题3】可逆反应mA(固)+nB(g) eC(g)+fD(g) 反应过程中，当其他条件不变时，C的体积分数((C)在不同温度(T)和不同压强(P)的条件下随时间(t)的变化关系如图所示。下列叙述正确的是 （ ）
A．达到平衡后，若使用催化剂，C的体积分数将增大
B．当平衡后，若温度升高，化学平衡向逆反应方向移动
C．化学方程式中，n＞e+f
D．达到平衡后，增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动
【答案】B
【解析】A选项 由于使用催化剂，并不影响化学平衡的移动，所以A错误。
B选项 从图(1)可判断出T1与T2的大小关系。在其他条件不变时，T升高，反应速率变大，达到平衡时间越短。由此可知，T2＞T1，并且温度较高时((C)变小，说明升高温度时，平衡向逆反应方向移动，所以该正反应是放热反应。B选项是正确的。
C选项从图(2)可判断出P1与P2大小关系。在其他条件不变时，P越大，达到平衡的时间就越短，由此可知P2＞P1。从图中可知，压强增大时((C)变小，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，逆反应方向是气体体积减小方向，即n＜e+f，C项错误。
在化学平衡中，增大或减小固体物质的质量不影响化学平衡的移动。因此D项错误。
【练习6】下列不能用勒夏特列原理解释的是（　　）
A. 用加压的方法促进CO2在水中的溶解 B. 合成氨工业用铁触媒作催化剂
C. 红棕色的NO2加压后颜色先变深再变浅 D. 实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气
答案：B
解析：A．加压能使CO2在水中的溶解向着CO2溶解的方向进行，可用平衡移动原理解释，故A错误；
B．催化剂不影响化学平衡，故不能用勒夏特列原理解释，故B正确；
C．加压二氧化氮的浓度增大，平衡向生成四氧化二氮的方向移动，故加压后颜色先变深后变浅，但仍比原来的颜色深，可以勒夏特列原理解释，故C错误；
D．新制的氯水中存在平衡：Cl2+H2O ?H++Cl-+HClO，在饱和食盐水中氯离子浓度较大，可抑制氯气和水的反应，减小氯气的溶解度，可用勒夏特列原理解释，故D错误；
(四)有关化学平衡的计算
①反应物的转化率＝×100%；
②生成物的产率＝×100%；
③某组分的体积分数＝×100%；
④反应物A的转化率：α(A)＝×100%；
⑤反应平衡后A的百分含量＝×100%。
【例题4】一定条件下，可逆反应A2（g） + B2(g) 2 C(g)达到平衡时，各物质的平衡浓度为：c（A2）= 0.5mol/L；c（B2）= 0.1mol/L； c（C）= 1.6mol/L。
若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度（mol/L）,则：
（1）a、b应满足的关系是 ；
（2）a的取值范围是 。
【答案】（1）a = b +0.4 (2) 0.4≤ b ≤1.3
【解析】解决此类题的方法：(1)确定反应物或生成物的起始加入量。
(2)确定反应过程中各物质的变化量。 (3)确定平衡时各物质的平衡量。
(4)依据题干中的条件建立等式关系进行解答
(1)设转化过程中，A2（g）转化浓度为xmol/L，则B2（g）转化浓度也为xmol/L。平衡浓度： a–x = 0.5 b–x = 0.1 则有：a = b +0.4
（2）考虑两种极端情况：①A2、B2为起始物质；②A2、C为起始物质。
A2（g） + B2(g) 2 C(g)
物质的平衡浓度（mol/L） 0.5 0.1 1.6
①A2、B2为起始物质 0.5+0.8 0.1+0.8 0
②A2、C为起始物质 0.5-0.1 0 1.6+0.2
故a的取值范围为0.4≤ b ≤1.3。
(五)化学平衡常数
1、定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，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，这个常数叫做该反应的化学平衡常数（简称平衡常数）。 用符号K表示，化学平衡常数的大小可以表示反应所能进行的程度。
2、化学平衡常数的表示
例：CO + H2O（g）CO2+H2
注意事项：
（1）平衡常数表达式与反应方程式的书写有关。
化学方程式中各物质的物理状态应当注明。
化学方程式右方的物质写在分子上，左方的物质写在分母上。其指数等于它在化学方程式中的系数。
平衡常数只与温度有关，与反应物和生成物的浓度无关。（5）表示平衡常数时，固体纯液体的浓度看为1，不列入平衡表达式中。（6）平衡常数越大，生成物浓度越大，反应物浓度越小，故反应向右进行的越完全。反应物的转化率也越大。
【练习7】下列关于平衡常数K的说法中，正确的是 （? ）A．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值????? B．改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数KC．平衡常数K只与温度有关，与反应物浓度、压强无关D．从平衡常数K的大小不能推断一个反应进行的程度
答案：C。
解析：A、化学平衡常数只受温度影响，同一反应温度不同，平衡常数不同，故A错误；B、同一反应，平化学衡常数只受温度影响，与反应物的浓度无关，故B错误；C、同一反应，平化学衡常数只受温度影响，与反应物浓度、体系的压强无关，故C正确；D、平衡常数越大，说明可逆反应进行的程度越大，故D错误。
课堂练习
1. 下列反应属于可逆反应的是 ( )
NH4Cl受热分解，在试管口又生成NH4Cl
(B) 2H2 +O22H2O，2H2O2H2↑+O2↑
(C) 2HIH2 + I2，H2 + l2 2HI
(D)工业上用SO2制SO3的反应
2. 对于可逆反应N2+3H22NH3，下列能表示反应处于化学平衡状态是 ( )
A．N2、H2、NH3的浓度相等 B．N2、H2、NH3的浓度不再发生变化
C．反应停止 D．N2、H2、NH3在容器中共存
3. 对于可逆反应2HI(g) H2 (g) + I2 (g)的平衡体系，改变外界条件后，下列叙述中说明平衡一定发生了移动的是 ( )
(A)混合体系的压强增大为原平衡体系的2倍
(B)混合体系气体颜色加深
(C)混合体系中H2的体积分数为原平衡体系中H2体积分数的80%
(D)混合气体的平均摩尔质量发生了改变
4. 下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（　　）
夏天，打开啤酒瓶时会在瓶口逸出气体
B．浓氨水中加入氢氧化钠固体时产生较多的刺激性气味的气体
C．压缩氢气与碘蒸气反应的平衡混合气体，颜色变深
D．将盛有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的密闭容器置于冷水中，混合气体颜色变浅
5.在一定温度下，反应1/2H2(g)＋1/2X2(g) HX(g)的平衡常数为10。则反应2HX(g) ?H2(g)＋X2(g)的平衡常数为 （?? ? ）A.??0.01?????? ? B.? 1??????? C. 10??????? D. 100
6. 把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，在一定条件下发生反应：
3A（g）+B（g） 2C（g）+ xD（g）经5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为0.1mol/L?min，下列说法中错误的是 （ ）
A.x = 2 B. B的转化率为20%
C. 平衡时A的浓度为0.8mol/L D. 恒温达平衡时容器内压强为开始时的85%
1.【答案】 CD
【分析】A、B两项中的两反应条件不同，不属于可逆反应；c项中的反应可表示为2HIH2 + I2；D项中的反应为2SO2 + O22SO3。
2.答案：B。
解析：A、因反应平衡时各物质的浓度不变，但不是说各自的浓度相等，故A错误；B、因达到平衡时，正逆反应速率相等，各种物质的浓度不再发生变化，故B正确；C、因反应达到平衡时，正逆反应速率相等，但反应并没有停止，故C错误；D、反该反应为可逆反应，无论是否达到平衡状态，各种物质都共存，故D错误。3.【答案】CD
【解析】对原平衡体系加压，平衡不移动，A项错误。B项叙述不能说明平衡发生了移动。C项叙述说明平衡发生了移动，如向平衡体系中通入一定量的I2(g)。D项也可以说明平衡发生了移动，如向平衡体系中通入H2 (g)。
4. 答案：C
解析：A、气体的溶解度随着温度的升高而减小，随压强的增大而增大，汽水或啤酒中含有大量的二氧化碳，当打开瓶盖时，压强减小，气体的溶解度变小，所以二氧化碳气体冒出，不能用勒夏特利原理解释，故A正确；B、浓氨水中存在平衡NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-，加入氢氧化钠固体时，平衡会向逆向移动，会产生较多的刺激性气味的气体，能用勒夏特利原理解释，故B错误；C、氢气与碘蒸气反应的平衡中，前后气体系数和是相等的，压强对平衡无影响，压缩气体，碘单质的浓度增大，颜色加深，不能用勒夏特利原理解释，故C正确；D、二氧化氮和四氧化二氮混合气体的密闭容器置于冷水中，化学平衡向着生成四氧化二氮的方向进行，颜色变浅，能用勒夏特利原理解释，故D错误。
5.答案：A。
解析：1/2H2(g)＋1/2X2(g) HX(g) ①
2HX(g) ?H2(g)＋X2(g) ②
所以K2=0.01。
6.答案：C、D
【解析】本题是一道有关化学平衡的基础计算题，解题的关键是弄清各量的含义。
因n(D)=ν(D)*V*t=0.1mol/L?min*(4L)*(5min)=2mol, n(C):n(D)=2mol:2mol=1:1,所以x=2。
3A（气）+B（气） 2C（气）+2D（气）
起始量（mol） 6 5 0 0
变化量（mol） 3 1 2 2
平衡量（mol） 3 4 2 2
B的转化率为：
平衡时A的浓度：
，所以
四、课堂小结
五、 课后作业
1. 可逆反应N2和H2合成NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是 (　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
2. 压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是 （ ）
①H2(g)＋I2(g) 2HI(g) ②3H2(g)＋N2(g) 2NH3(g)
③2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ④FeO(s)＋CO (g) CO(g) ＋Fe(s)
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
3．从植物花中可提取一种简写为HIn的有机物，它在水溶液中因存在下列平衡：
HIn(溶液，红色)H＋(溶液)＋In－(溶液，黄色) 而用作酸碱指示剂。往该溶液中加入Na2O2
粉末，则溶液颜色为（ ）
A 、黄色变浅 B、红色变深 C 、 黄色变深 D 、 褪为无色
4. 对于反应2A(g)+xB(g) 4C(g)达到平衡时，C的浓度为1.2mol/L，当其它条件不变，把体积扩大1倍时，测得C的浓度为0.7mol/L，则x的值为 ( )
A．1 B．2 C．3 D．4
5. 恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：
(1)若反应进行到某时刻t时，n(N2)＝13 mol，n(NH3)＝6 mol，计算a的值。
(2)反应达到平衡时，混合气体的体积为716.8 L(标准状况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。计算平衡时NH3的物质的量。
(3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比(写出最简整数比，下同)，n始∶n平＝________。
(4)原混合气体中，a∶b＝________。
(5)达到平衡时，N2和H2的转化率之比，α(N2)∶α(H2)＝________。
1. 答案：C
解析：因化学反应达到平衡时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质）。
2. 答案：A。
解析：A和D选项，反应中气体的计量数之和反应前后相等，压强改变，正逆反应速率改变的倍数相等，平衡不移动；B和C选项，反应中气体的计量数之和反应前后不相等，正反应是气体体积减小的反应，增大压强，V正＞V逆，平衡右移，反之左移。
3. 答案：D
解析：过氧化钠溶于水生成强碱氢氧化钠，溶液显碱性，指示剂先变黄，然后又因为过氧化钠的强氧化性使指示剂褪色，变为无色。
4. 答案：A。
解析：其它条件不变，把体积扩大1倍时，假定平衡不移动，C的浓度为0.6mol/L，实际C的浓度为0.7mol/L，大于0.6mol/L，说明条件扩大，降低压强平衡向生成C的方向移动，降低压强平衡向气体体积增大的方向移动，则：x+2＜4，且x为整数，故x=1，故选A．
5. 【解析】　(1)由反应的化学方程式得知，反应掉的N2和生成NH3的物质的量之比为1∶2。
设反应掉的N2的物质的量为x mol，则x∶6＝1∶2，解之x＝3　则a＝13＋3＝16。
(2)平衡时NH3的物质的量为(716.8 L/22.4 L·mol－1)×25%＝8 mol。
(3)可利用差量法计算：假设气体总物质的量减少y，
所以原混合气体的总的物质的量为716.8 L/22.4 L·mol－1＋8 mol＝40 mol。原混合气体与平衡混合气体总物质的量之比为40∶32＝5∶4。
(4)前面已经计算出来原混合气体中a＝16，所以H2的物质的量b＝40－16＝24
所以a∶b＝16∶24＝2∶3。