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第22讲化学平衡状态【考纲要求】1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。2.掌握化学平衡的特征。3.能正确计算化学反应的转化率(α)。4.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律。5.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。考点1可逆反应与化学平衡状态知识梳理1.可逆反应正反应逆反应小于2.化学平衡状态(1)概念在一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持的状态。相等不变(2)建立过程在一定条件下,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:最大逐渐减小逐渐增大以上过程可用如图表示:(3)化学平衡特征可逆v(正)=v(逆)浓度或百分含量3.平衡转化率对可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),当反应达到化学平衡状态时,A的平衡转化率为:α(A)=AAA的起始浓度-的平衡浓度的起始浓度×100%。【多维思考】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)2H2O2H2↑+O2↑为可逆反应。()(2)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。()(3)Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O电池反应为可逆反应。()(4)由2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1知,2molSO2与1molO2在恒压密闭容器中充分反应,可放出196.6kJ的热量。()(5)对反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),当每消耗1molSO3的同时生成1molNO2时,说明反应达到平衡状态。()提示:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)在2L密闭容器内,800℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态。()(7)对于反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。()(8)对于反应2A(g)+B(s)3C(g),在恒温恒容密闭容器中反应,当混合气体的密度或压强保持不变时,都说明反应已达平衡状态。()提示:(6)√(7)×(8)√考点演练考向一可逆反应中物质浓度的判断1.(2017·湖南五市十校联考)在一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0.4mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L。当反应达到平衡时,可能存在的数据是()A.SO2为0.8mol/L,O2为0.4mol/LB.SO2为0.5mol/LC.SO3为0.8mol/LD.SO2、SO3均为0.3mol/LB解析:所给反应为可逆反应。假设SO2(g)和O2(g)全部转化为SO3(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)初始(mol/L)0.40.20.4变化(mol/L)0.40.20.4平衡(mol/L)000.8假设SO3(g)全部转化为SO2(g)和O2(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)初始(mol/L)0.40.20.4变化(mol/L)0.40.20.4平衡(mol/L)0.80.40由以上分析可知达到平衡时:0c(SO2)0.8mol/L;0c(O2)0.4mol/L;0c(SO3)0.8mol/L。SO2为0.8mol/L,O2为0.4mol/L不在范围内,A不可能;SO2范围0c(SO2)0.8mol/L,B可能;SO3浓度不在范围0c(SO3)0.8mol/L内,C不可能;据元素守恒,c(SO2)与c(SO3)和始终为0.8mol/L,D不可能。2.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断正确的是()A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0c10.14mol·L-1D解析:平衡浓度之比为1∶3,转化浓度亦为1∶3,故c1∶c2=1∶3且X、Y的转化率相等,A、C不正确;平衡时Y生成表示逆反应,Z生成表示正反应,若达平衡vY(生成)∶vZ(生成)应为3∶2,B不正确;由可逆反应的特点可知0c10.14mol·L-1,D正确。方法规律极端假设法确定物质的浓度范围1.原理:可逆反应不可能进行完全,反应体系各物质同时共存。2.方法:假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。考向二化学平衡状态的判定3.导学号96656139可逆反应:2NO22NO+O2在体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nmolO2的同时生成2nmolNO2②用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率比为2∶2∶1的状态③混合气体的颜色不再改变的状态④混合气体的密度不再改变的状态⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变的状态⑥混合气体的压强不再改变的状态()A.①②③④B.③④⑤⑥C.①③⑤⑥D.全部C解析:①单位时间内生成nmolO2等效于消耗2nmolNO2同时生成2nmolNO2,故正确;②只要反应发生,就有用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率比为2∶2∶1的状态,故错误;③混合气体的颜色不再改变的状态,说明二氧化氮的浓度不变,反应达平衡状态,故正确;④混合气体的密度一直不改变,故错误;⑤混合气体的平均摩尔质量不再改变的状态,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,故正确;⑥混合气体的压强不再改变的状态,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,故正确。4.一定温度下在容积恒定的密闭容器中,进行如下可逆反应:A(s)+2B(g)C(g)+D(g),下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是()①混合气体的密度不再变化时②容器内气体的压强不再变化时③混合气体的总物质的量不再变化时④B的物质的量浓度不再变化时⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态⑥当v正(B)=2v逆(C)A.①④⑤⑥B.②③⑥C.②④⑤⑥D.只有④A解析:A为固态,反应正向进行时气体质量增大,逆向进行时气体质量减小,所以,密度不变时平衡,①正确;该反应前后气体体积不变,所以压强不变时不一定平衡,②错误;该反应前后气体物质的量相等,所以混合气体的总物质的量不变不一定平衡,③错误;B的浓度不变,说明反应达到平衡,④正确;混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态,说明气体的质量不变,正、逆反应速率相等,反应达到平衡,⑤正确;v正(B)=2v逆(C)时,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡,⑥正确。判断化学平衡状态的方法——“正逆相等,变量不变”方法规律注意以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志:1.某一时刻,各物质的浓度(或物质的量或分子数)之比等于化学计量数之比的状态。2.恒温、恒容条件下气体体积不变的反应,混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间而变化,如2HI(g)I2(g)+H2(g)。3.全部是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g)I2(g)+H2(g)。4.全部是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。考点2化学平衡的移动知识梳理1.化学平衡移动的过程2.影响化学平衡的外界因素(1)影响化学平衡的因素正逆减小增大不移动吸热放热不能(2)几种特殊情况说明①改变固体或纯液体的量,对化学平衡没影响。②“惰性气体”对化学平衡的影响。a.恒温、恒容条件:原平衡体系体系总压强增大体系中各组分的浓度不变平衡不移动。b.恒温、恒压条件:原平衡体系容器容积增大,各反应气体的分压减小体系中各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)—反应前后体积不变反应反应前后体积可变反应平衡不移动平衡向气体体积增大的方向移动③同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。3.勒夏特列原理如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强以及参加反应的化学物质的浓度),平衡向能够这种改变的方向移动。减弱【多维思考】1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)化学平衡发生移动,速率一定改变。速率改变,化学平衡一定发生移动。()(2)升高温度,化学平衡一定发生移动。()(3)对“H2(g)+I2(g)2HI(g)”无论恒温恒容,还是恒温恒压,充入稀有气体,平衡均不移动。()(4)往平衡体系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl中加入KCl固体,平衡将向逆反应方向移动,溶液颜色将变浅。()(5)NO2与N2O4的平衡体系:2NO2N2O4,加压后颜色变浅。()提示:(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×提示:(6)√(7)×(8)×(9)×(6)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH0,在其他条件不变的情况下改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变。()(7)增大反应物的量,化学反应速率加快,化学平衡正向移动。()(8)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。()(9)恒温恒容条件下,反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后,再向容器中通入一定量的N2O4(g)重新达到平衡后,NO2的体积分数增大。()提示:(1)不一定。当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物的转化率增大,若有多种反应物的反应,当增大某一反应物的浓度,化学平衡向正反应方向移动,只会使另一种反应物的转化率增大,但该物质的转化率反而减小。2.思考下列问题,作出你的解释。(1)当平衡向正反应方向发生移动,反应物的转化率一定增大吗?(2)对于有气体参与的化学平衡体系,充入稀有气体。化学平衡会发生怎样的变化?(2)要看反应的具体特点:①恒温、恒容条件原平衡体系体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动②恒温、恒压条件原平衡体系容器容积增大,各气体组分分压减小→各组分浓度同倍数减小(等效于减压)—体积不变反应体积可变反应平衡不移动平衡向气体体积增大的方向移动考点演练B考向一外界条件对化学平衡的影响1.导学号96656285COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)ΔH0,当反应达到平衡时,下列措施:①升温②恒容通入惰性气体③增加CO浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是()A.①②④B.①④⑥C.②③⑤D.③⑤⑥解析:该反应为气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促使反应正向移动,①④可以。恒压通入惰性气体,相当于减压,平衡正向移动,⑥可以。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响,②⑤不可以。增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动,③不可以。2.(2017·辽宁大连模拟)反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况中,不会使平衡发生移动的是()A.温度、容积不变时,通入SO2气体B.移走一部分NH4HS固体C.容器体积不变,充入HCl气体D.保持压强不变,充入氮气B解析:通入SO2会与H2S发生反应:SO2+2H2S3S+2H2O,使平衡正向移动;NH4HS为固体,移走一部分后平衡不移动;充入HCl气体与NH3发生反应:NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s),使平衡正向移动;保持压强不变充入N2,会使容积增大,使平衡正向移动。1.解析化学平衡移动题目的一般思路方法规律:=vvvv正逆正逆速率不变如容积不变，充入惰性气体，平衡不移动使用催化剂程度相同气体体积无变化的平衡不移动反应改变压强改变条件速率改变改变浓度程度不同改变压强平衡移动改变温度2.压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”造成浓度改变