还剩52页未读，
继续阅读
高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡课文配套ppt课件
展开
这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡课文配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了正反应，逆反应，可逆反应的特点，保持不变，可逆反应，新的化学平衡，化学平衡，浓度幂之积，平衡常数，不完全等内容，欢迎下载使用。
一、可逆反应1.概念:在同一条件下,既能向_______方向进行同时又能向_______方向进行的反应。2.表示方法:用“ ”连接,把从左向右进行的反应称为_______,把由右向左进行的反应称为_______。
【巧判断】(1)可逆反应是指在同一条件下能同时向正逆两个方向进行的反应。( )提示:√。(2)Cl2与水的反应是不可逆反应。( )提示:×。氯气与水的反应是可逆反应。
(3)NH3和HCl生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应。( )提示:×。反应条件不同,不互为可逆反应。(4)可逆反应中反应物的转化率能达到100%。( )提示:×。可逆反应不能进行完全,转化率低于100%。
二、化学平衡状态1.概念:在一定条件下,当正、逆两个方向的反应速率_____时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以_________,这种状态称为化学平衡状态。
2.化学平衡的建立在一定条件下,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:
3.化学平衡状态的特征(1)逆:研究对象必须是_________(2)动:化学平衡是_____平衡,即当反应达到平衡时,正反应和逆反应都仍在继续进行(3)等:_______________,即同一物质的消耗速率和生成速率_____(本质)
v(正)=v(逆)≠0
(4)定:在平衡体系中,反应混合物各组分的浓度(或质量)保持_____(5)变:外界条件改变时,平衡可能被破坏,并在新的条件下,建立_____________
三、化学平衡常数1.含义:在一定_____下,当一个可逆反应达到_________时,生成物___________与反应物___________的比值是一个常数,简称_________,用符号__表示。 2.表达式:对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式为:K=____________。
3.化学平衡常数的意义(1)化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志,它能够表示可逆反应进行的完全程度。可以说,化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)K值越大,说明反应进行的程度越_____,反应物转化率_____;反之,反应进行的程度就越_______,转化率就_____。一般来说,当K>___时,该反应就进行得基本完全了。
(3)对只有固体、纯液体(如液态水)参加或生成的反应来说,固体和纯液体的浓度视为“1”。 (4)K只受_____影响,与反应物或生成物的_____无关。
【微思考】同一个化学反应,由于书写方式不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数相同吗?如合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),K N2(g)+ H2(g) NH3(g),K′2NH3(g) N2(g)+3H2(g),K″若K=a,则K′、K″与a的关系是什么?
提示:写出表达式K=
知识点一 可逆反应与化学平衡【重点释疑】1.可逆反应概念强化理解(1)化学平衡状态是一定条件下的可逆反应进行到最大限度的结果。
(2)对于一个既定的可逆反应,如果其他条件一定,不论采取何种途径(反应是从反应物开始或从生成物开始),最后都能建立化学平衡状态。(3)化学平衡状态不会因时间变化而变化。(4)可逆反应达到化学平衡状态的根本原因是v(正)=v(逆),正是由于各物质的消耗速率与生成速率相等,才会有反应混合物中各组分的浓度保持不变。
(5)采用极端假设(“一边倒”)的方法,可以界定反应物与生成物的取值范围。如在恒温恒容密闭容器中发生可逆反应X2(g)+Y2(g) 2Z(g),X2、Y2、Z的初始浓度分别为0.2 ml·L-1、0.1 ml·L-1、0.2 ml·L-1,若反应向正反应进行到达平衡,X2、Y2的浓度最小,Z的浓度最大,假定完全反应,则:
X2(g) + Y2(g) 2Z(g),开始(ml·L-1): 0.2 0.1 0.2变化(ml·L-1): 0.1 0.1 0.2平衡(ml·L-1): 0.1 0 0.4
若反应向逆反应进行到达平衡,X2、Y2的浓度最大,Z的浓度最小,假定完全反应,则: X2(g) + Y2(g) 2Z(g),开始(ml·L-1): 0.20.1 0.2变化(ml·L-1): 0.10.1 0.2平衡(ml·L-1): 0.30.2 0
由于物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0.1
②在化学方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比。如:v生成(A)∶v消耗(B)=m∶n。③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。如:v生成(A)∶v生成(D)=m∶q。
(2)特征标志:①各组分的浓度不随时间的改变而改变。②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。③某种反应物的转化率不随时间的改变而改变。④当m+n≠p+q时,体系的压强或平均相对分子质量不随时间的改变而改变。
⑤涉及利用气体密度或平均相对分子质量判断可逆反应是否达到平衡状态时,要注意从定义式:ρ= ,M= 出发进行分析,特别注意V、n(总)、m(气)是否改变。
【思考·讨论】(1)一定温度下,密闭容器中进行的可逆反应:A(g)+2B(g) C(g)+D(g)的哪些物理量不再改变时,表明该反应处于平衡状态?提示:各组分的百分含量、浓度、物质的量不变;气体的压强不变;混合气体的平均相对分子质量不变。
(2)一定温度下,恒容密闭容器中进行的可逆反应:A(s)+2B(g) C(g)+D(g)的哪些物理量不再改变时,表明该反应处于平衡状态?提示:除A外的各组分(B、C、D)的百分含量、浓度、物质的量不变;混合气体的密度不变;混合气体的平均相对分子质量不变。
【案例示范】 【典例】(2020·沈阳高二检测)在一个恒容的密闭容器中进行如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、SO3、O2的浓度分别为0.2 ml·L-1、0.2 ml·L-1、0.1 ml·L-1,当该反应达到平衡时下列数据可能的是( )A.c(SO2)=0.4 ml·L-1B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 ml·L-1C.c(SO2)=0.25 ml·L-1D.c(SO3)=0.4 ml·L-1
【思维建模】极端假设法解答有关浓度取值范围问题的思维流程如下:
【解析】选C。 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),某时刻0.2 ml·L-1 0.1 ml·L-1 0.2 ml·L-1极限转化0.4 ml·L-1 0.2 ml·L-1L 0极限转化 0 0 0.4 ml·L-1
SO2为0.4 ml·L-1,SO2的浓度增大,说明该反应向逆反应方向进行建立平衡,若完全反应,SO2的浓度为0.4 ml·L-1,达到平衡的实际浓度应该小于0.4 ml·L-1,故A错误;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,只能一个减小,另一个增大,故B错误;SO2为0.25 ml·L-1,SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2的浓度为0.4 ml·L-1,实际浓度为0.25 ml·L-1小于0.4 ml·L-1,
故C正确;SO3为0.4 ml·L-1,SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行建立平衡,若二氧化硫和氧气完全反应,SO3的浓度为0.4 ml·L-1,达到平衡的实际浓度应该小于0.4 ml·L-1,故D错误。
【母题追问】若已知298 K时,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198 kJ·ml-1,将此温度下的2 ml SO2和1 ml O2放在一密闭容器中,在催化剂存在时进行反应,试分析测得反应放出的热量(忽略能量损失)与198 kJ的大小关系?
提示:可逆反应不能完全进行到底,反应物的转化率不能达到100%,此温度下的2 ml SO2和1 ml O2放在一密闭容器中,不能生成2 ml SO3,则反应放出的热量一定小于198 kJ。
【迁移·应用】(2020·石家庄高二检测)已知:K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,若溶液中存在Fe2+,将产生蓝色沉淀。将0.2 ml·L-1的KI溶液和0.05 ml·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I- 2Fe2++I2”的是 ( )A.①B.②和④ C.③和④D.①和③
【解析】选A。将0.2 ml·L-1的KI溶液和0.05 ml·L-1 溶液等体积混合后,I-过量,若不是可逆反应,Fe3+全部转化为Fe2+,则溶液中无Fe3+,故只需要证明溶液中含Fe3+,则即能证明此反应为可逆反应,能建立化学平衡。①向溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,则说明溶液中有Fe3+,即能说明反应存在平衡,故①正确;②向溶液中滴
入AgNO3溶液有黄色沉淀生成,溶液中I-过量,无论是否存在平衡反应,都会有黄色沉淀生成,所以不能说明反应存在平衡,故②错误;③无论反应存不存在平衡,溶液中均存在Fe2+,滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成,故③错误;④无论反应存不存在平衡,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色,故不能证明存在平衡,故④错误。
【补偿训练】1.(2020·福州高二检测)在一绝热容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g) 2Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )A.混合气体的密度不再变化B.v逆(X)=v正(Y)C.X、Y的浓度比为1∶1D.体系压强不再变化
【解析】选C。该反应是一个反应前后气体的质量改变的化学反应,当反应达到平衡状态时,混合气体的质量不再发生变化,容器的体积不变,导致混合气体的密度不再变化,所以该反应达到平衡状态,故A正确;v逆(X)=v正(Y)说明两物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比1∶1,说明反应达到平衡,故B正确;X、Y的浓度
比为1∶1,该反应可能达到平衡状态也可能未达到平衡状态,这与反应物的物质的量及转化率有关,所以不能证明该反应达到平衡状态,故C错误;体系压强不再变化,说明气体的物质的量不变,反应达到平衡状态,故D正确。
2.(2020·武汉高二检测)在一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),下列状态能表明该反应达到平衡状态的是( )a.各物质的浓度不变b.容器内气体压强不变c.容器内气体密度不变d.各组分的体积分数不变e.容器内气体颜色不变f.混合气体的平均相对分子质量不变A.ade B.adf C.abc D.ace
【解析】选A。各物质的浓度不变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故a正确;该反应中压强为定值,不能根据容器内气体压强判断平衡状态,故b错误;气体总质量、容器容积为定值,则容器内气体密度始终不变,不能据此判断平衡状态,故c错误;各组分的体积分数不变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故d正
确;只有碘单质有色,容器内气体颜色不变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故e正确;混合气体总质量、总物质的量为定值,则混合气体的平均相对分子质量始终不变,不能据此判断平衡状态,故f错误。
知识点二 化学平衡常数【重点释疑】化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度
(2)计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。利用“三段式”法,可以计算化学平衡常数,以及利用化学平衡常数计算投料量、转化率等。
对于反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(ml)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)起始/ml a b 00变化/ml mx nx pxqx平衡/ml a-mx b-nxpxqx
建立等式求解:①c平(A)= ml·L-1。②K= ③α(A)= ×100%。④φ(A)= ×100%。
⑦相对平均摩尔质量: g·ml-1。
【思考·讨论】在某温度下,将H2和I2各0.1 ml的气态混合物充入10 L的密闭容器中,发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),连续测定c(I2)的变化,5 s 时测定c(I2)=0.008 0 ml·L-1并保持不变。
(1)则此温度下,平衡常数值为多少?提示: 0.25。c(I2)=0.008 0 ml·L-1c(H2)=0.008 0 ml·L-1 c(HI)=0.004 0 ml·L-1K=
(2)若在此温度下,在10 L的密闭容器中充入0.2 ml HI气体,达到平衡时,HI的转化率为多少?
提示: 80% 。设生成的H2的浓度为x ml·L-1, 2HI(g) H2(g)+I2(g)起始(ml·L-1) 0.02 0 0平衡(ml·L-1)0.02-2x x xK′= ,x=0.008,α(HI)= ×100%=80%
【案例示范】【典例1】(2020·温州高二检测)反应Ⅰ:H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数为K1;反应Ⅱ:HI(g) H2(g)+ I2(g)的平衡常数为K2,则K1、K2的关系为(平衡常数为同温度下的测定值)( )A.K1=K2 B.K1= K2C.K1= D.K1=
【思维建模】解答有关化学方程式和平衡常数关系问题的思维流程如下:
【解析】选D。反应 H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数K1,则相同温度下,反应2HI(g) H2(g)+I2(g)的平衡常数为 ,故反应HI(g) H2(g)+ I2(g)的平衡常数K2= ,故K1= 。
【规律方法】未知方程式③(K3)与已知方程式①(K1)和②(K2)的关系:若③=2×①,则K3= ;若③= ×①,则K3= ;若③=-①,则K3= ;若③=①+②,则K3=K1×K2;若③=①-②,则K3= 。
【典例2】在一定温度下,反应X(g)+Y(g) 2Z(g)的平衡常数为0.25,若将10 ml的Z(g)通入体积为10 L的密闭容器中,在该温度时Z(g)的最大分解率接近于( ) A.50%B.80%C.88%D.95%
【思维建模】解答有关化学平衡常数问题的思维流程如下:
【解析】选B。在一定温度下,反应X(g)+Y(g) 2Z(g)的平衡常数为0.25,逆反应2Z(g) X(g)+Y(g)的平衡常数K= =4,根据化学平衡“三段式”法计算,起始浓度为 =1 ml·L-1,设Z分解浓度为x ml·L-1,则
2Z(g) X(g)+Y(g)起始量(ml·L-1)1 0 0变化量(ml·L-1)x 0.5x0.5x平衡量(ml·L-1)1-x 0.5x0.5x平衡常数K= =4x=0.8,
该温度时达到平衡状态,即达到Z(g)的最大分解率= ×100%=80%。
【母题追问】若在该温度下,起始投料为5 ml X和5 ml Y,最终达到的平衡状态中,Z的最大生成率为多少?提示:与原题达到相同的平衡状态,Z的最大生成率为20%。
【迁移·应用】1.已知下列反应的平衡常数:H2(g)+S(s) H2S(g),K1;S(s)+O2(g) SO2(g),K2。则反应:H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡常数为( )A.K1+K2 B.K-K2C.K1×K2D.
【解析】选D。H2(g)+S(s) H2S(g)的平衡常数K1= ,S(s)+O2(g) SO2(g)的平衡常数K2= ,反应H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡常数K=
2.(2020·邢台高二检测)T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 ml光气(COCl2),发生反应COCl2(g) CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g) 2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 ml和1 ml,则该温度下,CO(g)+Cl2(g) COCl2(g)的平衡常数K为( )
【解析】选D。T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 ml光气,若同时发生的反应还有2CO(g) 2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 ml和1 ml,设消耗 COCl2(g)物质的量为x
COCl2(g) Cl2(g)+CO(g)起始量(ml) 4 00变化量(ml) x xx平衡量(ml) 4-x xx
2CO(g) 2C(s)+O2(g),起始量(ml) x 0 0变化量(ml) 1 1 0.5平衡量(ml) 2 1 0.5x=3 ml
则平衡浓度为COCl2(g)为 ml·L-1,Cl2(g)为1 ml·L-1,CO(g)为 ml·L-1。COCl2(g) Cl2(g)+CO(g)的平衡常数K′= =2,则该温度下,Cl2(g)+CO(g) COCl2(g)的平衡常数K= 。
【补偿训练】将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭反应器,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),某温度下反应达平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10 ml,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。
【解析】设充入CH4和H2O(g)的物质的量为n ml CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)起始(ml·L-1) n n 0 0转化(ml·L-1) 0.1 0.1 0.1 0.3平衡(ml·L-1)n-0.1 n-0.1 0.1 0.3K= =27,n=0.11。
转化率=(0.1 ml÷0.11 ml)×100%≈91%。答案:91%
【素养提升】(1)氢是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,因此氢能被称为人类的终极能源。氢气是一种绿色能源,又是一种重要的化工原料。如何将水中的氢释放出来是目前氢能研究的重要课题。
以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应为Ⅰ.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) K1;Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K2;Ⅲ.CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) K3;
该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CaCO3(s)+2H2(g),用K1、K2、K3的代数式表示此反应的平衡常数K。
提示:已知:Ⅰ:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) K1,Ⅱ:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K2,Ⅲ:CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) K3,反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之和为反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CaCO3(s)+2H2(g),则K=K1·K2·K3。
(2)在化学平衡体系中,各气体物质的分压(分压=总压×该气体的体积分数或物质的量分数)代替浓度,计算的平衡常数叫做压强平衡常数。单位与表达式有关。如反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),p(A)= ×p总,Kp= 。对于在恒压容器中进行的反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),若起始投料为N2 1 ml、H2 3 ml,转化率
为50%,压强平衡常数Kp是多少?(大气压为p0)
提示:列出“三段式”如下: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)起始 1 ml 3 ml 0转化 0.5 ml1.5 ml 1 ml平衡 0.5 ml 1.5 ml 1 ml,则Kp=
一、可逆反应1.概念:在同一条件下,既能向_______方向进行同时又能向_______方向进行的反应。2.表示方法:用“ ”连接,把从左向右进行的反应称为_______,把由右向左进行的反应称为_______。
【巧判断】(1)可逆反应是指在同一条件下能同时向正逆两个方向进行的反应。( )提示:√。(2)Cl2与水的反应是不可逆反应。( )提示:×。氯气与水的反应是可逆反应。
(3)NH3和HCl生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应。( )提示:×。反应条件不同,不互为可逆反应。(4)可逆反应中反应物的转化率能达到100%。( )提示:×。可逆反应不能进行完全,转化率低于100%。
二、化学平衡状态1.概念:在一定条件下,当正、逆两个方向的反应速率_____时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以_________,这种状态称为化学平衡状态。
2.化学平衡的建立在一定条件下,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:
3.化学平衡状态的特征(1)逆:研究对象必须是_________(2)动:化学平衡是_____平衡,即当反应达到平衡时,正反应和逆反应都仍在继续进行(3)等:_______________,即同一物质的消耗速率和生成速率_____(本质)
v(正)=v(逆)≠0
(4)定:在平衡体系中,反应混合物各组分的浓度(或质量)保持_____(5)变:外界条件改变时,平衡可能被破坏,并在新的条件下,建立_____________
三、化学平衡常数1.含义:在一定_____下,当一个可逆反应达到_________时,生成物___________与反应物___________的比值是一个常数,简称_________,用符号__表示。 2.表达式:对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式为:K=____________。
3.化学平衡常数的意义(1)化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志,它能够表示可逆反应进行的完全程度。可以说,化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)K值越大,说明反应进行的程度越_____,反应物转化率_____;反之,反应进行的程度就越_______,转化率就_____。一般来说,当K>___时,该反应就进行得基本完全了。
(3)对只有固体、纯液体(如液态水)参加或生成的反应来说,固体和纯液体的浓度视为“1”。 (4)K只受_____影响,与反应物或生成物的_____无关。
【微思考】同一个化学反应,由于书写方式不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数相同吗?如合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),K N2(g)+ H2(g) NH3(g),K′2NH3(g) N2(g)+3H2(g),K″若K=a,则K′、K″与a的关系是什么?
提示:写出表达式K=
知识点一 可逆反应与化学平衡【重点释疑】1.可逆反应概念强化理解(1)化学平衡状态是一定条件下的可逆反应进行到最大限度的结果。
(2)对于一个既定的可逆反应,如果其他条件一定,不论采取何种途径(反应是从反应物开始或从生成物开始),最后都能建立化学平衡状态。(3)化学平衡状态不会因时间变化而变化。(4)可逆反应达到化学平衡状态的根本原因是v(正)=v(逆),正是由于各物质的消耗速率与生成速率相等,才会有反应混合物中各组分的浓度保持不变。
(5)采用极端假设(“一边倒”)的方法,可以界定反应物与生成物的取值范围。如在恒温恒容密闭容器中发生可逆反应X2(g)+Y2(g) 2Z(g),X2、Y2、Z的初始浓度分别为0.2 ml·L-1、0.1 ml·L-1、0.2 ml·L-1,若反应向正反应进行到达平衡,X2、Y2的浓度最小,Z的浓度最大,假定完全反应,则:
X2(g) + Y2(g) 2Z(g),开始(ml·L-1): 0.2 0.1 0.2变化(ml·L-1): 0.1 0.1 0.2平衡(ml·L-1): 0.1 0 0.4
若反应向逆反应进行到达平衡,X2、Y2的浓度最大,Z的浓度最小,假定完全反应,则: X2(g) + Y2(g) 2Z(g),开始(ml·L-1): 0.20.1 0.2变化(ml·L-1): 0.10.1 0.2平衡(ml·L-1): 0.30.2 0
由于物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0.1
②在化学方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比。如:v生成(A)∶v消耗(B)=m∶n。③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。如:v生成(A)∶v生成(D)=m∶q。
(2)特征标志:①各组分的浓度不随时间的改变而改变。②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。③某种反应物的转化率不随时间的改变而改变。④当m+n≠p+q时,体系的压强或平均相对分子质量不随时间的改变而改变。
⑤涉及利用气体密度或平均相对分子质量判断可逆反应是否达到平衡状态时,要注意从定义式:ρ= ,M= 出发进行分析,特别注意V、n(总)、m(气)是否改变。
【思考·讨论】(1)一定温度下,密闭容器中进行的可逆反应:A(g)+2B(g) C(g)+D(g)的哪些物理量不再改变时,表明该反应处于平衡状态?提示:各组分的百分含量、浓度、物质的量不变;气体的压强不变;混合气体的平均相对分子质量不变。
(2)一定温度下,恒容密闭容器中进行的可逆反应:A(s)+2B(g) C(g)+D(g)的哪些物理量不再改变时,表明该反应处于平衡状态?提示:除A外的各组分(B、C、D)的百分含量、浓度、物质的量不变;混合气体的密度不变;混合气体的平均相对分子质量不变。
【案例示范】 【典例】(2020·沈阳高二检测)在一个恒容的密闭容器中进行如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、SO3、O2的浓度分别为0.2 ml·L-1、0.2 ml·L-1、0.1 ml·L-1,当该反应达到平衡时下列数据可能的是( )A.c(SO2)=0.4 ml·L-1B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 ml·L-1C.c(SO2)=0.25 ml·L-1D.c(SO3)=0.4 ml·L-1
【思维建模】极端假设法解答有关浓度取值范围问题的思维流程如下:
【解析】选C。 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),某时刻0.2 ml·L-1 0.1 ml·L-1 0.2 ml·L-1极限转化0.4 ml·L-1 0.2 ml·L-1L 0极限转化 0 0 0.4 ml·L-1
SO2为0.4 ml·L-1,SO2的浓度增大,说明该反应向逆反应方向进行建立平衡,若完全反应,SO2的浓度为0.4 ml·L-1,达到平衡的实际浓度应该小于0.4 ml·L-1,故A错误;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,只能一个减小,另一个增大,故B错误;SO2为0.25 ml·L-1,SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2的浓度为0.4 ml·L-1,实际浓度为0.25 ml·L-1小于0.4 ml·L-1,
故C正确;SO3为0.4 ml·L-1,SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行建立平衡,若二氧化硫和氧气完全反应,SO3的浓度为0.4 ml·L-1,达到平衡的实际浓度应该小于0.4 ml·L-1,故D错误。
【母题追问】若已知298 K时,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198 kJ·ml-1,将此温度下的2 ml SO2和1 ml O2放在一密闭容器中,在催化剂存在时进行反应,试分析测得反应放出的热量(忽略能量损失)与198 kJ的大小关系?
提示:可逆反应不能完全进行到底,反应物的转化率不能达到100%,此温度下的2 ml SO2和1 ml O2放在一密闭容器中,不能生成2 ml SO3,则反应放出的热量一定小于198 kJ。
【迁移·应用】(2020·石家庄高二检测)已知:K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,若溶液中存在Fe2+,将产生蓝色沉淀。将0.2 ml·L-1的KI溶液和0.05 ml·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I- 2Fe2++I2”的是 ( )A.①B.②和④ C.③和④D.①和③
【解析】选A。将0.2 ml·L-1的KI溶液和0.05 ml·L-1 溶液等体积混合后,I-过量,若不是可逆反应,Fe3+全部转化为Fe2+,则溶液中无Fe3+,故只需要证明溶液中含Fe3+,则即能证明此反应为可逆反应,能建立化学平衡。①向溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,则说明溶液中有Fe3+,即能说明反应存在平衡,故①正确;②向溶液中滴
入AgNO3溶液有黄色沉淀生成,溶液中I-过量,无论是否存在平衡反应,都会有黄色沉淀生成,所以不能说明反应存在平衡,故②错误;③无论反应存不存在平衡,溶液中均存在Fe2+,滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成,故③错误;④无论反应存不存在平衡,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色,故不能证明存在平衡,故④错误。
【补偿训练】1.(2020·福州高二检测)在一绝热容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g) 2Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )A.混合气体的密度不再变化B.v逆(X)=v正(Y)C.X、Y的浓度比为1∶1D.体系压强不再变化
【解析】选C。该反应是一个反应前后气体的质量改变的化学反应,当反应达到平衡状态时,混合气体的质量不再发生变化,容器的体积不变,导致混合气体的密度不再变化,所以该反应达到平衡状态,故A正确;v逆(X)=v正(Y)说明两物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比1∶1,说明反应达到平衡,故B正确;X、Y的浓度
比为1∶1,该反应可能达到平衡状态也可能未达到平衡状态,这与反应物的物质的量及转化率有关,所以不能证明该反应达到平衡状态,故C错误;体系压强不再变化,说明气体的物质的量不变,反应达到平衡状态,故D正确。
2.(2020·武汉高二检测)在一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),下列状态能表明该反应达到平衡状态的是( )a.各物质的浓度不变b.容器内气体压强不变c.容器内气体密度不变d.各组分的体积分数不变e.容器内气体颜色不变f.混合气体的平均相对分子质量不变A.ade B.adf C.abc D.ace
【解析】选A。各物质的浓度不变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故a正确;该反应中压强为定值,不能根据容器内气体压强判断平衡状态,故b错误;气体总质量、容器容积为定值,则容器内气体密度始终不变,不能据此判断平衡状态,故c错误;各组分的体积分数不变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故d正
确;只有碘单质有色,容器内气体颜色不变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故e正确;混合气体总质量、总物质的量为定值,则混合气体的平均相对分子质量始终不变,不能据此判断平衡状态,故f错误。
知识点二 化学平衡常数【重点释疑】化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度
(2)计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。利用“三段式”法,可以计算化学平衡常数,以及利用化学平衡常数计算投料量、转化率等。
对于反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(ml)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)起始/ml a b 00变化/ml mx nx pxqx平衡/ml a-mx b-nxpxqx
建立等式求解:①c平(A)= ml·L-1。②K= ③α(A)= ×100%。④φ(A)= ×100%。
⑦相对平均摩尔质量: g·ml-1。
【思考·讨论】在某温度下,将H2和I2各0.1 ml的气态混合物充入10 L的密闭容器中,发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),连续测定c(I2)的变化,5 s 时测定c(I2)=0.008 0 ml·L-1并保持不变。
(1)则此温度下,平衡常数值为多少?提示: 0.25。c(I2)=0.008 0 ml·L-1c(H2)=0.008 0 ml·L-1 c(HI)=0.004 0 ml·L-1K=
(2)若在此温度下,在10 L的密闭容器中充入0.2 ml HI气体,达到平衡时,HI的转化率为多少?
提示: 80% 。设生成的H2的浓度为x ml·L-1, 2HI(g) H2(g)+I2(g)起始(ml·L-1) 0.02 0 0平衡(ml·L-1)0.02-2x x xK′= ,x=0.008,α(HI)= ×100%=80%
【案例示范】【典例1】(2020·温州高二检测)反应Ⅰ:H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数为K1;反应Ⅱ:HI(g) H2(g)+ I2(g)的平衡常数为K2,则K1、K2的关系为(平衡常数为同温度下的测定值)( )A.K1=K2 B.K1= K2C.K1= D.K1=
【思维建模】解答有关化学方程式和平衡常数关系问题的思维流程如下:
【解析】选D。反应 H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数K1,则相同温度下,反应2HI(g) H2(g)+I2(g)的平衡常数为 ,故反应HI(g) H2(g)+ I2(g)的平衡常数K2= ,故K1= 。
【规律方法】未知方程式③(K3)与已知方程式①(K1)和②(K2)的关系:若③=2×①,则K3= ;若③= ×①,则K3= ;若③=-①,则K3= ;若③=①+②,则K3=K1×K2;若③=①-②,则K3= 。
【典例2】在一定温度下,反应X(g)+Y(g) 2Z(g)的平衡常数为0.25,若将10 ml的Z(g)通入体积为10 L的密闭容器中,在该温度时Z(g)的最大分解率接近于( ) A.50%B.80%C.88%D.95%
【思维建模】解答有关化学平衡常数问题的思维流程如下:
【解析】选B。在一定温度下,反应X(g)+Y(g) 2Z(g)的平衡常数为0.25,逆反应2Z(g) X(g)+Y(g)的平衡常数K= =4,根据化学平衡“三段式”法计算,起始浓度为 =1 ml·L-1,设Z分解浓度为x ml·L-1,则
2Z(g) X(g)+Y(g)起始量(ml·L-1)1 0 0变化量(ml·L-1)x 0.5x0.5x平衡量(ml·L-1)1-x 0.5x0.5x平衡常数K= =4x=0.8,
该温度时达到平衡状态,即达到Z(g)的最大分解率= ×100%=80%。
【母题追问】若在该温度下,起始投料为5 ml X和5 ml Y,最终达到的平衡状态中,Z的最大生成率为多少?提示:与原题达到相同的平衡状态,Z的最大生成率为20%。
【迁移·应用】1.已知下列反应的平衡常数:H2(g)+S(s) H2S(g),K1;S(s)+O2(g) SO2(g),K2。则反应:H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡常数为( )A.K1+K2 B.K-K2C.K1×K2D.
【解析】选D。H2(g)+S(s) H2S(g)的平衡常数K1= ,S(s)+O2(g) SO2(g)的平衡常数K2= ,反应H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡常数K=
2.(2020·邢台高二检测)T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 ml光气(COCl2),发生反应COCl2(g) CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g) 2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 ml和1 ml,则该温度下,CO(g)+Cl2(g) COCl2(g)的平衡常数K为( )
【解析】选D。T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 ml光气,若同时发生的反应还有2CO(g) 2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 ml和1 ml,设消耗 COCl2(g)物质的量为x
COCl2(g) Cl2(g)+CO(g)起始量(ml) 4 00变化量(ml) x xx平衡量(ml) 4-x xx
2CO(g) 2C(s)+O2(g),起始量(ml) x 0 0变化量(ml) 1 1 0.5平衡量(ml) 2 1 0.5x=3 ml
则平衡浓度为COCl2(g)为 ml·L-1,Cl2(g)为1 ml·L-1,CO(g)为 ml·L-1。COCl2(g) Cl2(g)+CO(g)的平衡常数K′= =2,则该温度下,Cl2(g)+CO(g) COCl2(g)的平衡常数K= 。
【补偿训练】将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭反应器,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),某温度下反应达平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10 ml,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。
【解析】设充入CH4和H2O(g)的物质的量为n ml CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)起始(ml·L-1) n n 0 0转化(ml·L-1) 0.1 0.1 0.1 0.3平衡(ml·L-1)n-0.1 n-0.1 0.1 0.3K= =27,n=0.11。
转化率=(0.1 ml÷0.11 ml)×100%≈91%。答案:91%
【素养提升】(1)氢是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,因此氢能被称为人类的终极能源。氢气是一种绿色能源,又是一种重要的化工原料。如何将水中的氢释放出来是目前氢能研究的重要课题。
以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应为Ⅰ.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) K1;Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K2;Ⅲ.CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) K3;
该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CaCO3(s)+2H2(g),用K1、K2、K3的代数式表示此反应的平衡常数K。
提示:已知:Ⅰ:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) K1,Ⅱ:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K2,Ⅲ:CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) K3,反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之和为反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s) CaCO3(s)+2H2(g),则K=K1·K2·K3。
(2)在化学平衡体系中,各气体物质的分压(分压=总压×该气体的体积分数或物质的量分数)代替浓度,计算的平衡常数叫做压强平衡常数。单位与表达式有关。如反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),p(A)= ×p总,Kp= 。对于在恒压容器中进行的反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),若起始投料为N2 1 ml、H2 3 ml,转化率
为50%,压强平衡常数Kp是多少?(大气压为p0)
提示:列出“三段式”如下: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)起始 1 ml 3 ml 0转化 0.5 ml1.5 ml 1 ml平衡 0.5 ml 1.5 ml 1 ml,则Kp=
相关课件
人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡课文内容课件ppt： 这是一份人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡课文内容课件ppt，共55页。PPT课件主要包含了自主预习，保持不变，不完全，核心突破，随堂检测，点击右图进入等内容，欢迎下载使用。
化学人教版 (2019)第二节 化学平衡教课内容课件ppt： 这是一份化学人教版 (2019)第二节 化学平衡教课内容课件ppt，共49页。PPT课件主要包含了2过程分析，图2-2-4，正反应，逆反应，图2-2-5，气体体积减小，气体体积增大，不移动，图2-2-6，NO2浓度等内容，欢迎下载使用。
高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡说课ppt课件： 这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡说课ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了一定温度，化学平衡，浓度幂之积，平衡常数，新课探究，图2-2-3，化学计量数之比，3×10-3，mol·L-1等内容，欢迎下载使用。
