2012届高考化学第一轮复习必修部分讲义 第六单元第2讲化学平衡状态 化学平衡常数

2012届高考化学第一轮复习必修部分讲义第六单元第2讲化学平衡

状态 化学平衡常数

一、可逆反应 导学诱思

向含有2 mol 的SO 2的容器中通入过量氧气发生2SO 2＋O 22SO 3，充分反应后生成SO 3的物质的量____2 mol(填“＜”“＞”或“＝”)。

教材回归 1．定义

在________条件下，既可以向____反应方向进行，同时又可以向____反应方向进行的化学反应。

2．特点

反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都____于100%。 3．表示

在方程式中用“________”表示。

判断一个反应是否为可逆反应，一定要注意“相同条件下”“同时”，如2H 2＋O 2=====点燃

2H 2O 与2H 2O=====电解

2H 2↑＋O 2↑因条件不同就不属于可逆反应。

二、化学平衡状态 导学诱思

对于N 2＋3H 2 催化剂

高温、高压2NH 3，(1)若N 2、H 2、NH 3的浓度不再随时间的改变而改变，是否达

到平衡状态？答：____；(2)若某一时刻，v 正(N 2)＝

v 逆(NH 3)，此时是否达到平衡状态？答：____。

教材回归

1．化学平衡状态的建立

对一定条件下的某个可逆反应，在向一定容积的密闭容器中投入一定量反应物时，反应物的浓度最大。反应开始后，反应物的浓度逐渐__________，生成物的浓度则由零开始逐渐________。因此，反应开始时，v 正最____，v 逆为______。随着反应的进行，v 正逐渐________，v 逆逐渐________。反应进行到某一时刻，________________，此时，该可逆反应达到了________状态。

2．化学平衡状态及特征

(1)化学平衡状态是指在一定条件下的________反应，当反应物和生成物中各组分的百分含量______________的状态。

(2)特征

逆：研究对象是________反应。

等：v 正____v 逆____0(化学平衡的实质)。 动：动态平衡，反应仍在进行。

定：平衡后，各组分的浓度__________。 变：条件改变，平衡________。 三、化学平衡常数 导学诱思

对于N 2＋3H 2

2NH 3 ΔH ＜0，(1)若增大压强、增大N 2浓度、升高温度、加入催化剂，K 值将分别________、________、__________、________(填“不变”“增大”或“减小”)；(2)如果K ＝a ，温度相同时，那么对于

2NH 3

N 2＋3H 2反应的平衡常数为________。 教材回归 1．概念

在________下，一个可逆反应达到______________时，生成物__________与反应物__________的比值是一个常数，用符号______表示。

2．表达式

对于一般的可逆反应m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)，在一定温度下达到平衡时，K ＝________________________。

3．意义及应用

(1)K 值越大，正反应进行的程度________，反应物的转化率________。 K 值越小，正反应进行的程度________，反应物的转化率________。 (2)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。 ①若反应方向改变，则平衡常数改变。

②若方程式中各物质的计量数改变，则平衡常数改变。

在使用平衡常数时要注意以下两点：(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代入公式。

理解与深化

一、化学平衡的标志 1．绝对标志 (1)v 正＝v 逆≠0

????

?

a.同一种物质的生成速率等于消耗速率

b.在化学方程式两边的不同物质生成或消耗速率之 比等于化学计量数之比

(2)各组分的浓度保持一定

?????

a.各组分的物质的量浓度不随时间的改变而改变

b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时 间的改变而改变

c.各反应物的转化率不变

2．相对标志

反应体系中总压强不随时间变化(适用于气体反应中前后体积不等的反应)。 3．综合分析

对于密闭容器中的可逆反应：m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)，根据对化学平衡概念的理解，判断下列各情况，是否达到平衡：

【例1】可逆反应：2NO

2(g) 2NO(g)＋O

2

(g)，在容积固定的密闭容器中，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 NO2

②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO

③用NO

2、NO、O

2

表示的反应速率的比为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

⑥混合气体的压强不再改变的状态

⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦

C．①③④⑤ D．全部

二、化学平衡常数

1．特点

对于反应m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)，K＝c p C·c q D

c m A·c n B

。

注意：(1)不要把反应体系中固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达

式中。如：CaCO

3(s) CaO(s)＋CO

2

(g) K＝c(CO2)

Cr

2O2－

7

(aq)＋H

2

O(l) 2CrO2－

4

(aq)＋2H＋(aq)

K ＝c 2CrO 2－

4·c 2H ＋c Cr 2O 2－

7 但非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进

平衡常数的表达式中。如：

C 2H 5OH ＋CH 3COOH CH 3COOC 2H 5＋H 2O

K ＝c CH 3COOC 2H 5·c H 2O c C 2H 5OH ·c CH 3COOH

(2)同一化学反应，化学方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：

N 2O 4(g) 2NO 2(g) K ＝c 2NO 2c N 2O 4＝0.36

1/2N 2O 4(g) NO 2(g) K ′＝c NO 2c 1/2N 2O 4＝0.36＝0.60

2NO 2(g) N 2O 4(g) K ″＝c N 2O 4c 2NO 2＝1

0.36

≈2.8

因此书写化学平衡常数表达式及数值，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。 2．应用

(1)利用K 可以推测可逆反应进行的程度。

K 的大小表示可逆反应进行的程度，K 大说明反应进行程度大，反应物的转化率大。K 小说明反应进行的程度小，反应物的转化率小。

(2)借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。 对于可逆反应a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：

Q ＝c c C ·c d D c a A ·c b B

Q ????

?

＜K 反应向正反应方向进行，v 正＞v 逆＝K 反应处于化学平衡状态，v 正＝v 逆＞K 反应向逆反应方向进行，v 正＜v 逆

(3)利用K 可判断反应的热效应

若升高温度，K 值增大，则正反应为吸热反应； 若升高温度，K 值减小，则正反应为放热反应。 (4)K 值与温度的关系

升高温度，化学平衡常数一定发生变化，当正反应是吸热反应时K 值增大；反之，则减小。

【例2】 (2011·湖南常德检测)已知某化学反应的平衡常数表达式为K ＝c CO 2·c H 2c CO ·c H 2O ，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表：

下列有关叙述不正确的是( )。

A ．该反应的化学方程式是CO(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋H 2(g)

B ．上述反应的正反应是放热反应

C ．若在1 L 的密闭容器中通入CO 2和H 2各1 mol,5 min 后温度升高到830 ℃，此时测得CO 2为0.4 mol 时，该反应达到平衡状态

D ．若平衡浓度符合下列关系式：c CO 23c CO ＝c H 2O 5c H 2，则此时的温度为1 000 ℃

三、化学平衡的计算

平衡常数与平衡转化率的计算，通常利用“三段式”列式求解。所谓“三段式”就是在

反应方程式下面，表示出“初始状态”“转化部分”“平衡状态”各组分的浓度或物质的量，进行列式求解。

例： m A ＋ n B p C ＋ q D 起始： a b 0 0

转化： mx nx px qx

平衡： a －mx b －nx px qx

注意：(1)转化量与方程式中各物质的化学计量数成比例。 (2)这里a 、b 可指物质的量等。

(3)转化率＝反应物转化的物质的量

反应物起始的物质的量

×100%

【例3】 在一定温度下，反应12H 2(g)＋1

2

X 2(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol

的HX(g)通入体积为1.0 L 的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于( )。

A ．5%

B ．17%

C ．25%

D ．33% 实验与探究

化学平衡常数的测定

化学平衡常数是新课标新增的内容，是高考必考内容，随着改革的深入，对此知识点的考查形式越来越灵活，如结合定量实验对化学平衡常数进行测定。

实验典例

(2011·江苏栟茶模拟)测定平衡常数对定量认识化学反应具有重要意义。已知：I 2能与I －反应成I －3，并在溶液中建立如下平衡：I 2＋I －I －3。通过测平衡体系中c (I 2)、c (I －)

和c (I －

3)，就可求得该反应的平衡常数。

Ⅰ.某同学为测定上述平衡体系中c (I 2)，采用如下方法：取V 1 mL 平衡混合溶液，用c mol·L －1

的Na 2S 2O 3溶液进行滴定(反应为I 2＋2Na 2S 2O 3===2NaI ＋Na 2S 4O 6)，消耗V 2 mL 的Na 2S 2O 3溶液。根据V 1、V 2和c 可求得c (I 2)。

(1)上述滴定时，可采用__________________________作指示剂，滴定终点的现象是________________________________________________________________________。

(2)下列对该同学设计方案的分析，正确的是________(填字母)。 A ．方案可行，能准确测定溶液中的c (I 2)

B ．不可行，因为I －

能与Na 2S 2O 3发生反应 C ．不可行，只能测得溶液中c (I 2)与c (I －3)之和 Ⅱ.化学兴趣小组对上述方案进行改进，拟采用下述方法来测定该反应的平衡常数(室温条件下进行，溶液体积变化忽略不计)：

已知：①I －

和I －3

不溶于CCl 4；②一定温度下碘单质在四氯化碳和水的混合液中，碘单

质的浓度比值即c 〔I 2CCl 4〕

c 〔I 2H 2O 〕

是一个常数(用K d 表示，称为分配系数)，且室温条件下K d

＝85。回答下列问题：

(3)操作Ⅰ使用的玻璃仪器中，除烧杯、玻璃棒外，还需要的仪器是________________(填名称)。

试指出该操作中应注意的事项为____________________________。(任写一条)

(4)下层液体中碘单质的物质的量浓度是________________________。

(5)实验测得上层溶液中c(I－3)＝0.049 mol·L－1，结合上述有关数据，计算室温条件

下反应I

2＋I－I－

3

的平衡常数K＝__________________________。

答案与解析

梳理与整合

一、

导学诱思

＜

教材回归

1．相同正逆

2．小

3．

二、

导学诱思

是否

教材回归

1．减小增大大0 减小增大v正＝v逆平衡2．(1)可逆保持不变

(2)可逆＝≠保持不变移动

三、

导学诱思

不变不变减小不变1 a

教材回归

1．一定温度化学平衡状态浓度幂之积浓度幂之积K

2.c p C·c q D c m A·c n B

3．越大越大越小越小

理解与深化

【例1】A 解析：本题不仅考查了化学平衡的直接标志，也要求对化学平衡的间接标志进行分析、判断。①中单位时间内生成n mol O2必消耗2n mol NO2，而生成2n mol NO2时，必消耗n mol O2，能说明反应达到平衡。②不能说明。③中无论达到平衡与否，化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④有色气体的颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡。⑤体积固定、气体质量反应前后守恒，密度始终不变。⑥反应前后气体体积不相等，压强不变，意味着各物质的含量不再变化。⑦该反应反应前后气体体积不相等，由于气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，能说明反应达到平衡。

【例2】C 解析：依平衡常数的表达式可知A正确；升高温度K减小，平衡左移，正

反应为放热反应，B正确；5 min后CO、H

2O、CO

2

、H

2

的浓度分别为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－12

0.6 mol·L－12

＜1，平衡向右

移动，C错误；c CO2·c H2

c CO·c H2O ＝

3

5

，D正确。

【例3】B 解析：本题考查平衡常数、分解率的计算。设分解率为x。

1 2H

2

(g) ＋

1

2

X

2

(g) HX(g)

始态0 0 1 mol·L－1

平衡态1

2

x mol·L－1

1

2

x mol·L－1 (1－x) mol·L－1

K＝

1－x

1

2

x

1

2

1

2

x

1

2

＝10

解得x＝1

6

，分解率约为17%。

实验与探究

答案：(1)淀粉溶液由蓝色变无色，且半分钟后颜色不再改变

(2)C

(3)分液漏斗分液时上层液体应从上口倒出，下层液体应从下口放出(或分液漏斗末端应紧靠烧杯内壁或打开上口活塞，使分液漏斗内外压强相等便于液体流下等其他合理答案也可)

(4)0.085 mol·L－1(5)961

解析：(2)消耗I

2

，c(I2)降低，平衡I2＋I－ I－3左移，所以选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 mol

0.01 L

＝0.085 mol·L

－1；(5)85＝0.085 mol·L－1

c〔I2H2O〕

，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。