高中化学专题16 化学反应平衡

共20页第1页专题16化学反应平衡【课前练习】1.（09年北京理综·9）已知：H2(g)+I2(g)2HI(g)；△H0。有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1mol，乙中加入HI0.2mol，相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，应采取的措施是A．甲、乙提高相同温度B．甲中加入0.1molHe，乙不变C．甲降低温度，乙不变D．甲增加0.1molH2，乙增加0.1molI22.（09年广东化学·15）取5等份NO2，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，△H＜0。反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分量（NO2%），并作出其随反应温度（T）变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是3.（09年天津理综·5）人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力，CO吸入肺中发生反应：CO+HbO2O2+HbCO，37℃时，该反应的平衡常数K=220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误．．的是A．CO与HbO2反应的平衡常数K=)HbO()CO()HbCO()O(22ccccB．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损D．把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动【知识动脉】一、化学反应方向1．自发过程（1）含义：（2）特点：①体系趋向于从状态转变为状态。②在密闭条件下，体系趋向于从状态转变为状态。2．判断化学反应方向的依据共20页第2页化学反应的方向与焓变二、化学平衡（一）、可逆反应1．概念：在条件下，既能向方向进行，同时又能向方向进行的反应称为可逆反应。2．表示：采用“”表示，如：Cl2+H2OH++Cl-+HClO3．特点：可逆反应在同一体系中同时进行。可逆反应进行一段时间后，一定会达到状态【练习】当反应2SO2+O22SO3达到平衡后，向容器中加入一定量的18O2，经过一段时间后18O存在于A．SO3中B．剩余的O2中C．剩余的SO2中D．SO2、SO3、O2中都有答案：D（二）化学平衡状态在下的反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的（溶液中表现为）保持恒定的状态。在平衡时，反应物和生成物均处于中，反应条件不变，反应混合物的所有反应物和生成物的或保持不变【例1】（09江苏卷14题）I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I(aq)＝3I(aq)，某I2、KI混合溶液中，3I的物质的量浓度c(I3－)与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是（）A．反应I2(aq)＋I(aq)＝3I(aq)的△H＞0B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2C．若反应进行到状态D时，一定有v正＞v逆D．状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大解析与评价：化学平衡移动是中学化学基本理论的一个重点内容。化学平衡移动的根据是勒沙特列原理，它将抽象的理论形象具体化。对平衡移动的原理深刻理解和掌握，应用起来却比较方便。根据题中图示可知，c(I3－)是随着温度T的升高而减小的，说明：I2(aq)＋I－(aq)＝I3－(aq)是一个放热反应，即△H＜0，所以A错误；根据平衡移动规律，c(I3－)变小，则c(I2)应变大，所以状态B的c(I2)大，所以D错误答案：B、C。【变式训练1】可逆反应2SO2+O22SO3，正反应速度分别用2SOv、2Ov3SOv[mol·L-1·min-1]表示，逆反应速度分别用2'SOv、2'Ov、3'SOv[mol·L-1·min-1]表示。当达到平衡时正确的关系是A．2SOv=3'SOvB．2'Ov=2SOvC．2'Ov=3'21SOvD．2SOv=23'SOv【变式训练2】恒温、恒压下，nmolA和1molB在一个容积可变的容器中发生如下反应：A(g)+2B(g)2C(g)一段时间后达到平衡，生成amolC。则下列说法中正确的是：A．物质A、B的转化率之比为1:2B．当v正A．=2v逆(C)时，可断定反应达到平衡共20页第3页C．若起始时放入3nmolA和3molB，则达平衡时生成3amolCD．起始时刻和达平衡后容器中的压强比为（1+n）:（1+n-2a）（三）化学平衡的特征1．逆：研究对象必须是反应2．动：化学平衡是平衡，即当反应达到平衡时，正反应和逆反应仍都在进行(可通过证明)3．等：正反应速率等于逆反应速率04．定：反应混合物中，各组分的或保持一定5．变：化学平衡状态是有条件的、相对的、暂时的，改变影响平衡的条件，平衡会被破坏，直至达到新的平衡。6．同：在恒温恒容时，根据化学方程式的化学计量关系，采用极限思维的方法，换算成反应物或生成物后，若对应各物质的物质的量相同时，达到平衡后平衡状态相同。无论投料从反应物开始、从生成物开始、还是从反应物和生成物同时开始。（四）、化学平衡的标志1．本质标志对给定的反应：mA+nBpC+qD（A、B、C、D均为气体），当v正=v逆时，有：即：q'vp'vn'vm'vqvpvnvmvDCBADCBA=======2．等价标志（1）可逆反应的正、逆反应速率不再随时间发生变化。（2）体系中各组成的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。（3）对同一物质，单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等。（4）对同一反应而言，一种物质所代表的正反应速率，和另一物质所代表的逆反应速率的比值等于它们的化学方程式中化学计量数之比。3．特殊标志“特殊标志”是指在特定环境、特定反应中，能间接衡量某一可逆反应是否达到化学平衡状态的标志。离开上述界定，它们不能作为一般反应是否达到化学平衡的判断依据。（1）压强①对于反应前后气态物质化学计量数有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应处于化学平衡状态。如：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)、2NO2(g)N2O4(g)、2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)、C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)等。②对于化学反应前后气体的化学计量数没有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应处于化学平衡状态。如：H2(g)+I2(g)2HI(g)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)等。平衡的标志共20页第4页（2）气体平均摩尔质量（3）气体密度（4）体系中气体的颜色有色气体参加反应的平衡体系的颜色观察，往往与观察的角度和具体的操作方法有关。【例2】、（08江苏卷）将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器中，550℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O22SO3（正反应放热）。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6L（以上气体体积均为标准状况下的体积）。（计算结果保留一位小数）请回答下列问题：(1）判断该反应达到平衡状态的标志是。（填字母）a．SO2和SO3浓度相等b．SO2百分含量保持不变c．容器中气体的压强不变d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等e．容器中混合气体的密度保持不变(2）欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是。（填字母）a．向装置中再充入N2b．向装置中再充入O2c．改变反应的催化剂d．生高温度(3）求该反应达到平衡时SO2的转化率（用百分数表示）。(4）若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克？答案：（1）bc(2）b(3）消耗的O2物质的量：molmolLLmol45.0/4.226.57.0生成的SO3物质的量：molmol9.0245.0SO2和SO3的物质的量和：molmolLL95.0/4.2228.21反应前的SO2物质的量：molmolLL95.0/4.2228.21SO2的转化率：%7.94%10095.09.0molmol(4）在给定的条件下，溶液呈强酸性，BaSO3不会沉淀。因此BaSO4的质量gmolgmol5.10/23305.09.0【变式训练3】在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N2+3H22NH3。该反应达到平衡的标志是________________A．3v(H2,正)=2v(NH3,逆)B．单位时间生成mmolN2的同时生成3mmolH2C．N2、H2、NH3各物质浓度不再随时间而变化D．容器内的总压强不再随时间而变化E．混合气体的密度不再随时间变化共20页第5页F．单位时间内N-H键的形成和断开的数目相等G．N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2H．2c(N2)=c(NH3)【变式训练4】下列方法中可以证明2HIH2+I2(g)已达平衡的是________________A．单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHIB．一个Ｈ－Ｈ键断裂的同时有两个Ｈ－Ｉ键断裂C．分子组成HI%=I2%D．速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2E．c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1F．温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化G．条件一定，混合气体的平均分子质量不再发生变化H．温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化I．温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化（五）.化学平衡常数一、化学平衡常数的理解1.化学平衡常数定义：2.平衡常数的数学表达式及单位：如对于达到平衡的一般可逆反应：aA+bBpC+qD反应物和生成物平衡浓度表示为C(A)、C(B)、C(C)、C(D)化学平衡常数：K=K的单位为[思考与交流]K值的大小说明了什么?化学平衡常数与哪些因素有关？3.K值的大小意义：4.影响化学平衡常数的因素：二、化学平衡常数的应用及计算1.利用平衡常数解释浓度改变对化学平衡的影响。【例3】A、B、C、D为四种易溶物质，它们在稀溶液中建立如下平衡：A+2B+H2OC+D。当加水稀释时，平衡向（填“正”或“逆”）反应方向移动，理由是解析：该化学平衡常数Kc=[C]·[D]/[A]·[B]2，加水稀释后，A、B、C、D四种物质稀释相同的倍数，但Qc=c（C）·c（D）/c（A）·c（B）2＞Kc，所以加水稀释后，平衡向逆方向移动。答案：逆，Qc=c（C）·c（D）/c（A）·c（B）2＞Kc2.利用平衡常数解释压强改变对化学平衡的影响【例4】在密闭容器中进行的如下反应：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）。SO2的起始浓度是0.4mol/l,O2的起始浓度是1mol/l,当SO2的转化率为80%时,反应达到平衡状态.（1）求反应的平衡常数共20页第6页（2）若将平衡时反应混合物的压强增大1倍,平衡将如何移动?（3）若将平衡时反应混合物的压强减少1倍,平衡将如何移动?（4）平衡时保持体积不变,向平衡混合气体中充入稀有气体Ar,使体系总压变为原来的3倍,平衡又将如何移动?解析与答案:2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）212起始时(mol/l)0.410转化了(mol/l)0.4×80%1/2×0.4×80%0.32平衡时(mol/l)0.080.840.32平衡常数K=0.322／(0.84×0.082)=400/21；压强增大1倍,各组分的浓度增大1倍；Qc=0.642／(1.68×0.162)=200/21＜400/21.即Qc＜K,所以平衡向正方向移动.同理压强减少1倍,各组分的浓度减少1倍,经过计算Qc＞K,所以平衡向逆方向移动.向平衡混合气体中充入稀有气体Ar,总压增大，但反应混合物中的各组分的浓度不发生改变，所以平衡不发生移动。3.利用平衡常数判断反应的热效应和比较反应速率及求解转化率（１）若升高温度，Ｋ值增大，则正反应为热反应（２）若升高温度，Ｋ值减小，则正反应为热反应【例5】在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：其化学平衡常数K与温