第六單元第2講化學平衡狀態(tài) 化學平衡常數(shù)
解讀與闡釋
考綱要求權(quán)威解讀
1.了解化學反應的可逆性。
2．了解化學平衡建立的過程。
3．理解化學平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學平衡常數(shù)進行簡單的計算�！ 〕Ｒ姷目疾樾问剑孩俳Y(jié)合圖像考查化學平衡建立的過程；②化學平衡狀態(tài)的分析、判斷及比較；③應用化學平衡常數(shù)進行有關計算判斷反應進行的方向。(預計2012年高考還會加強此方面的考查)
梳理與整合
一、可逆反應
導學誘思
向含有2 mol的SO2的容器中通入過量氧氣發(fā)生2SO2＋O2 2SO3，充分反應后生成SO3的物質(zhì)的量____2 mol(填“＜”“＞”或“＝”)。
教材回歸
1．定義
在________條件下，既可以向____反應方向進行，同時又可以向____反應方向進行的化學反應。
2．特點
反應物與生成物同時存在；任一組分的轉(zhuǎn)化率都____于100%。
3．表示
在方程式中用“________”表示。
判斷一個反應是否為可逆反應，一定要注意“相同條件下”“同時”，如2H2＋O2=====點燃2H2O與2H2O=====電解2H2↑＋O2↑因條件不同就不屬于可逆反應。
二、化學平衡狀態(tài)
導學誘思
對于N2＋3H2????催化劑高溫、高壓2NH3，(1)若N2、H2、NH3的濃度不再隨時間的改變而改變，是否達到平衡狀態(tài)？答：____；(2)若某一時刻，v正(N2)＝v逆(NH3)，此時是否達到平衡狀態(tài)？答：____。
教材回歸
1．化學平衡狀態(tài)的建立
對一定條件下的某個可逆反應，在向一定容積的密閉容器中投入一定量反應物時，反應物的濃度最大。反應開始后，反應物的濃度逐漸__________，生成物的濃度則由零開始逐漸________。因此，反應開始時，v正最____，v逆為______。隨著反應的進行，v正逐漸________，v逆逐漸________。反應進行到某一時刻，________________，此時，該可逆反應達到了________狀態(tài)。
2．化學平衡狀態(tài)及特征
(1)化學平衡狀態(tài)是指在一定條件下的________反應，當反應物和生成物中各組分的百分含量______________的狀態(tài)。
(2)特征
逆：研究對象是________反應。
等：v正____v逆____0(化學平衡的實質(zhì))。
動：動態(tài)平衡，反應仍在進行。
定：平衡后，各組分的濃度__________。
變：條件改變，平衡________。
三、化學平衡常數(shù)
導學誘思
對于N2＋3H2 2NH3 ΔH＜0，(1)若增大壓強、增大N2濃度、升高溫度、加入催化劑，K值將分別________、________、__________、________(填“不變”“增大”或“減小”)；(2)如果K＝a，溫度相同時，那么對于
2NH3 N2＋3H2反應的平衡常數(shù)為________。
教材回歸
1．概念
在________下，一個可逆反應達到______________時，生成物__________與反應物__________的比值是一個常數(shù)，用符號______表示。
2．表達式
對于一般的可逆反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在一定溫度下達到平衡時，K＝________________________。
3．意義及應用
(1)K值越大，正反應進行的程度________，反應物的轉(zhuǎn)化率________。
K值越小，正反應進行的程度________，反應物的轉(zhuǎn)化率________。
(2)化學平衡常數(shù)是指某一具體反應方程式的平衡常數(shù)。
①若反應方向改變，則平衡常數(shù)改變。
②若方程式中各物質(zhì)的計量數(shù)改變，則平衡常數(shù)改變。
在使用平衡常數(shù)時要注意以下兩點：(1)化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與反應物生成物的濃度無關。(2)反應物或生成物中有固體或純液體存在時，由于其濃度可看作“1”而不代入公式。
理解與深化
一、化學平衡的標志
1．絕對標志
(1)v正＝v逆≠0
a.同一種物質(zhì)的生成速率等于消耗速率b.在化學方程式兩邊的不同物質(zhì)生成?或消耗?速率之 比等于化學計量數(shù)之比
(2)各組分的濃度保持一定
a.各組分的物質(zhì)的量濃度不隨時間的改變而改變b.各組分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、體積分數(shù)不隨時 間的改變而改變c.各反應物的轉(zhuǎn)化率不變
2．相對標志
反應體系中總壓強不隨時間變化(適用于氣體反應中前后體積不等的反應)。
3．綜合分析
對于密閉容器中的可逆反應：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，根據(jù)對化學平衡概念的理解，判斷下列各情況，是否達到平衡：
可能的情況舉例是否能判斷
已達平衡
混合物體
系中各成
分的含量①各物質(zhì)的物質(zhì)的量或各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)一定平衡
②各物質(zhì)的質(zhì)量或各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)一定平衡
③各氣體的體積或體積分數(shù)一定平衡
④總壓強、總體積、總物質(zhì)的量一定不一定平衡
正、逆反
應速率
的關系①在單位時間內(nèi)消耗了m mol A同時生成m mol A，即v正＝v逆平衡
②在單位時間內(nèi)消耗了n mol B同時生成p mol C不一定平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q不一定平衡
④在單位時間內(nèi)生成了n mol B，同時消耗q mol D不一定平衡
壓強不變①m＋n≠p＋q(其他條件一定)平衡
②m＋n＝p＋q(其他條件一定)不一定平衡
混合氣體
的平均相
對分子質(zhì)
量(Mr)
①Mr一定，當m＋n≠p＋q時
平衡
②Mr一定，當m＋n＝p＋q時
不一定平衡
溫度任何化學反應都伴隨著能量變化，在其他條件不變的情況下，體系溫度一定時平衡
氣體的密度密度一定不一定平衡
顏色反應體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色不變，就是有色物質(zhì)的濃度不變平衡
【例1】 可逆反應：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，在容積固定的密閉容器中，達到平衡狀態(tài)的標志是( )。
①單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時生成2n mol NO2
②單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反應速率的比為2∶2∶1的狀態(tài)
④混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài)
⑤混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)
⑥混合氣體的壓強不再改變的狀態(tài)
⑦混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
二、化學平衡常數(shù)
1．特點
對于反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，K＝cp?C??cq?D?cm?A??cn?B?。
注意：(1)不要把反應體系中固體、純液體以及稀溶液中水的濃度寫進平衡常數(shù)的表達式中。如：CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2)
Cr2O2－7(aq)＋H2O(l) 2CrO2－4(aq)＋2H＋(aq)
K＝c2?CrO2－4??c2?H＋?c?Cr2O2－7?
但非水溶液中發(fā)生的反應，若有水參加或生成，則此時水的濃度不可視為常數(shù)，應寫進平衡常數(shù)的表達式中。如：
C2H5OH＋CH3COOH CH3COOC2H5＋H2O
K＝c?CH3COOC2H5??c?H2O?c?C2H5OH??c?CH3COOH?
(2)同一化學反應，化學方程式寫法不同，其平衡常數(shù)表達式及數(shù)值亦不同。如：
N2O4(g) 2NO2(g) K＝c2?NO2?c?N2O4?＝0.36
1/2N2O4(g) NO2(g) K′＝c?NO2?c1/2?N2O4?＝0.36＝0.60
2NO2(g) N2O4(g) K″＝c?N2O4?c2?NO2?＝10.36≈2.8
因此書寫化學平衡常數(shù)表達式及數(shù)值，要與化學反應方程式相對應，否則意義就不明確。
2．應用
(1)利用K可以推測可逆反應進行的程度。
K的大小表示可逆反應進行的程度，K大說明反應進行程度大，反應物的轉(zhuǎn)化率大。K小說明反應進行的程度小，反應物的轉(zhuǎn)化率小。
(2)借助平衡常數(shù)，可以判斷一個化學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：
Q＝cc?C??cd?D?ca?A??cb?B?
Q＜K 反應向正反應方向進行，v正＞v逆＝K 反應處于化學平衡狀態(tài)，v正＝v逆＞K 反應向逆反應方向進行，v正＜v逆
(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。
(4)K值與溫度的關系
升高溫度，化學平衡常數(shù)一定發(fā)生變化，當正反應是吸熱反應時K值增大；反之，則減小。
【例2】 (2011?湖南常德檢測)已知某化學反應的平衡常數(shù)表達式為K＝c?CO2??c?H2?c?CO??c?H2O?，在不同的溫度下該反應的平衡常數(shù)如下表：
t ℃7008008301 0001 200
K1.671.111.000.600.38
下列有關敘述不正確的是( )。
A．該反應的化學方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
B．上述反應的正反應是放熱反應
C．若在1 L的密閉容器中通入CO2和H2各1 mol,5 min后溫度升高到830 ℃，此時測得CO2為0.4 mol時，該反應達到平衡狀態(tài)
D．若平衡濃度符合下列關系式：c?CO2?3c?CO?＝c?H2O?5c?H2?，則此時的溫度為1 000 ℃
三、化學平衡的計算
平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率的計算，通常利用“三段式”列式求解。所謂“三段式”就是在反應方程式下面，表示出“初始狀態(tài)”“轉(zhuǎn)化部分”“平衡狀態(tài)”各組分的濃度或物質(zhì)的量，進行列式求解。
例： mA ＋ nB??pC ＋ qD
起始： a b 0 0
轉(zhuǎn)化： mx nx px qx
平衡： a－mx b－nx px qx
注意：(1)轉(zhuǎn)化量與方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)成比例。
(2)這里a、b可指物質(zhì)的量等。
(3)轉(zhuǎn)化率＝反應物轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量反應物起始的物質(zhì)的量×100%
【例3】 在一定溫度下，反應12H2(g)＋12X2(g) HX(g)的平衡常數(shù)為10。若將1.0 mol的HX(g)通入體積為1.0 L的密閉容器中，在該溫度時HX(g)的最大分解率接近于( )。
A．5% B．17%
C．25% D．33%
實驗與探究
化學平衡常數(shù)的測定
化學平衡常數(shù)是新課標新增的內(nèi)容，是高考必考內(nèi)容，隨著改革的深入，對此知識點的考查形式越來越靈活，如結(jié)合定量實驗對化學平衡常數(shù)進行測定。
實驗典例
(2011?江蘇?茶模擬)測定平衡常數(shù)對定量認識化學反應具有重要意義。已知：I2能與I－反應成I－3，并在溶液中建立如下平衡：I2＋I－ I－3。通過測平衡體系中c(I2)、c(I－)和c(I－3)，就可求得該反應的平衡常數(shù)。
Ⅰ.某同學為測定上述平衡體系中c(I2)，采用如下方法：取V1 mL平衡混合溶液，用c mol?L－1的Na2S2O3溶液進行滴定(反應為I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6)，消耗V2 mL的Na2S2O3溶液。根據(jù)V1、V2和c可求得c(I2)。
(1)上述滴定時，可采用__________________________作指示劑，滴定終點的現(xiàn)象是________________________________________________________________________。
(2)下列對該同學設計方案的分析，正確的是________(填字母)。
A．方案可行，能準確測定溶液中的c(I2)
B．不可行，因為I－能與Na2S2O3發(fā)生反應
C．不可行，只能測得溶液中c(I2)與c(I－3)之和
Ⅱ.化學興趣小組對上述方案進行改進，擬采用下述方法來測定該反應的平衡常數(shù)(室溫條件下進行，溶液體積變化忽略不計)：
已知：①I－和I－3不溶于CCl4；②一定溫度下碘單質(zhì)在四氯化碳和水的混合液中，碘單質(zhì)的濃度比值即c〔I2?CCl4?〕c〔I2?H2O?〕是一個常數(shù)(用Kd表示，稱為分配系數(shù))，且室溫條件下Kd＝85�；卮鹣铝袉栴}：
(3)操作Ⅰ使用的玻璃儀器中，除燒杯、玻璃棒外，還需要的儀器是________________(填名稱)。
試指出該操作中應注意的事項為____________________________。(任寫一條)
(4)下層液體中碘單質(zhì)的物質(zhì)的量濃度是________________________。
(5)實驗測得上層溶液中c(I－3)＝0.049 mol?L－1，結(jié)合上述有關數(shù)據(jù)，計算室溫條件下反應I2＋I－ I－3的平衡常數(shù)K＝__________________________。
答案與解析
梳理與整合
一、
導學誘思
＜
教材回歸
1．相同 正 逆
2．小
3．
二、
導學誘思
是 否
教材回歸
1．減小 增大 大 0 減小 增大 v正＝v逆 平衡
2．(1)可逆 保持不變
(2)可逆 ＝ ≠ 保持不變 移動
三、
導學誘思
不變 不變 減小 不變 1a
教材回歸
1．一定溫度 化學平衡狀態(tài) 濃度冪之積 濃度冪之積 K
2.cp?C??cq?D?cm?A??cn?B?
3．越大 越大 越小 越小
理解與深化
【例1】A 解析：本題不僅考查了化學平衡的直接標志，也要求對化學平衡的間接標志進行分析、判斷。①中單位時間內(nèi)生成n mol O2必消耗2n mol NO2，而生成2n mol NO2時，必消耗n mol O2，能說明反應達到平衡。②不能說明。③中無論達到平衡與否，化學反應速率之比都等于化學計量數(shù)之比。④有色氣體的顏色不變，則表示物質(zhì)的濃度不再變化，說明反應已達到平衡。⑤體積固定、氣體質(zhì)量反應前后守恒，密度始終不變。⑥反應前后氣體體積不相等，壓強不變，意味著各物質(zhì)的含量不再變化。⑦該反應反應前后氣體體積不相等，由于氣體的質(zhì)量不變，氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時，說明氣體中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，能說明反應達到平衡。
【例2】C 解析：依平衡常數(shù)的表達式可知A正確；升高溫度K減小，平衡左移，正反應為放熱反應，B正確；5 min后CO、H2O、CO2、H2的濃度分別為0.6 mol?L－1、0.6 mol?L－1、0.4 mol?L－1、0.4 mol?L－1，c?CO2??c?H2?c?CO??c?H2O?＝?0.4 mol?L－1?2?0.6 mol?L－1?2＜1，平衡向右移動，C錯誤；c?CO2??c?H2?c?CO??c?H2O?＝35，D正確。
【例3】B 解析：本題考查平衡常數(shù)、分解率的計算。設分解率為x。
12H2(g)�。�12X2(g) HX(g)
始態(tài) 0 0 1 mol?L－1
平衡態(tài) 12x mol?L－1 12x mol?L－1 (1－x) mol?L－1
K＝?1－x??12x?12?12x?12＝10
解得x＝16，分解率約為17%。
實驗與探究
答案：(1)淀粉 溶液由藍色變無色，且半分鐘后顏色不再改變
(2)C
(3)分液漏斗 分液時上層液體應從上口倒出，下層液體應從下口放出(或分液漏斗末端應緊靠燒杯內(nèi)壁或打開上口活塞，使分液漏斗內(nèi)外壓強相等便于液體流下等其他合理答案也可)
(4)0.085 mol?L－1 (5)961
解析：(2)消耗I2，c(I2)降低，平衡I2＋I－??I－3左移，所以選C；(4)n(Na2S2O3)＝0.001 7 mol，n(I2)＝0.001 7 mol÷2＝0.000 85 mol，c〔I2(CCl4)〕＝0.000 85 mol0.01 L＝0.085 mol?L－1；(5)85＝0.085 mol?L－1c〔I2?H2O?〕，c〔I2(H2O)〕＝0.001 mol?L－1，溶液中的c(I－)＝0.1 mol?L－1－0.049 mol?L－1＝0.051 mol?L－1，K＝c?I－3?c?I－??c?I2?＝961。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaosan/59454.html
相關閱讀：高考百日沖刺誓詞