高二化学化学平衡

学科：化学教学内容：高二化学：化学平衡【基础知识精讲】1.可逆反应在同一条件下，能同时向正、逆两个方向进行的化学反应称为可逆反应.化学平衡的前提是可逆的.对于绝大多数的化学反应来说，反应都有一定的可逆性，即反应的可逆性是化学反应的普遍特征.但有的逆反应倾向比较小，从整体上看反应实际上是朝一个方向进行的，这些反应就不能称为可逆反应.2.化学平衡的建立在一定条件下进行的可逆反应，若开始只有反应物，没有生成物，则v正最大，v逆为空.随着反应的进行，反应物不断减少，生成物不断增多，v正越来越小，v逆越来越大，反应进行到某一时刻时，v正＝v逆，此时，化学反应进行到最大程度，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应物和生成物的混合物(简称反应混合物)就处于化学平衡状态，简称化学平衡.(如右图所示)简单地说：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各部分的浓度保持不变的状态.3.化学平衡的特征(1)前提特征——逆.只有可逆反应，才论化学平衡.反过来，论化学平衡，一定是针对可逆反应.(2)动态特征——v正＝v逆≠0.正逆反应速率相等，但不为零，表示平衡时反应并未终止.(3)定变特征——达到平衡时，反应混合物各组分的浓度保持一定(不一定相等).但若改变条件(如温度、压强、浓度)，平衡就会被破坏，使v正≠v逆，经过一段时间后，建立新的平衡，v正′＝v逆′≠v正.(4)等同特征——对某一可逆反应，在相同条件下，无论是由正反应开始，还是从逆反应开始，最终均可达到同一平衡状态.即化学平衡状态的建立与反应途径无关.简称等效平衡.4.化学平衡常数人们为了研究化学平衡的特征，将平衡时，生成物浓度的乘积除以反应物浓度的乘积，发现只要温度不变，该值就不变.而无论可逆反应是从正反应开始还是从逆反应开始，也无论反应物的起始浓度的大小如何，该值均保持不变.化学平衡常数用K表示.以反应CO+H2O(g)CO2+H2为例，K＝)()()()(222OHcCOcHcCOc对于一般的可逆反应：mA+nBpC+qDK＝nmqpBADC][][][][化学平衡常数可以表示可逆反应进行的程度.K值越大，表示反应进行的程度越大.K值只是温度的函数.如果正反应为吸热反应，温度升高K值增大；如果正反应为放热反应，温度升高K值减小.反之，则反.但是，只要温度一定，对于已达平衡的可逆反应，即使改变其它条件使平衡破坏，建立新的平衡后，K值也不变.5.转化率转化率有多种表示方法.对某个指定的反应物A的转化率：αA=物质起始浓度物质平衡浓度物质起始浓度AAA×100%=物质起始浓度物质转化的浓度AA×100%=物质起始物质的量物质转化的物质的量AA×100%转化率也能表示可逆反应进行的程度，但转化率随着反应物起始浓度的不同而不同，这一点区别于平衡常数K.可见，平衡常数K更能反映出反应的本质.6.方法导引有关化学平衡计算的一般规律，有如下三行式解法：mA(g)+nB(g)pc(g)+qD(g)起始浓度abcd变化浓度mxnxpxqx平衡浓度b-mxb-nxc+pxd+qx三种浓度中，只有变化浓度之比等于计量数之比.以此可以计算反应的转化率(或生成物的产率)、平衡混合物各组分的体积分数、混合气体的平均分子量，以及根据阿伏加德多定律及其推论进行有关气体体积、密度、压强、物质的量等计算.如(1)求A物质的转化率AA＝amx×100%(2)求平衡时B物质的体积分数φBφB＝qxpxnxmxdcbanxb×100%(3)求混合气体的平均分子量MrMr＝qxpxnxmxcbaDdMrCcMrBbMrAaMr)()()()(当我们对化学平衡的有关计算掌握了一般解法后，不可忽略另外一些计算技巧.如(1)恒比法各反应前反应物的物质的量之比与方程式中的系数比一致，则不论反应进行到何种程度，反应物的物质的量之比恒定不变.因为当起始量等于系数之比时，消耗量必等于系数比，故平衡时的剩余量也等于系数比.其实这里已有了“差量法”的思想.(2)守恒法利用平衡体系的总质量一定守恒，或某元素一定守恒等，可以使解题过程变得简捷.例：amolN2和bmolH2反应，在一定条件下达到平衡，生成cmolNH3，求NH3在平衡混合气中的质量分数W(NH3).分析：若按三行式计算N2+3H22NH3起始ab0变化2cc23c平衡a-2cb-c23c(这里由于是“在一定条件下”，可将三种浓度直接用物质的量代替，因为可认为体积相等)NH3的质量分数应等于平衡态(即终态)时NH3的质量除以平衡态时各组分的质量和.即为ω(NH3)＝ccbcac17)23(2)2(2817×100%＝bac22817×100%巧解:平衡混合气质量守恒，仍为起始混合物的总质量(28a+2b)g，其中NH3为17cg.则有(NH3)＝bac22817×100%【重点难点解析】重点：化学平衡的建立和特征难点：化学平衡观点的建立1.化学平衡的标志是什么?判断方法和依据(见下表)例举反应mA(气)+nB(气)pc(气)+qD(气)平衡与否混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压强或总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗nmolA，同时生成nmolA，即v正＝v逆平衡在单位时间内消耗nmolB，同时消耗pmolC，则v正＝v逆平衡vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆不一定平衡在单位时间内生成nmolB，同时消耗qmolD，因都是指的逆反应不一定平衡压强m+n≠p+q时，总压强一定(其他条件一定)平衡m+n＝p+q时，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体Mr一定时，只有当m+n≠p+q时平衡的平均相对分子质量(Mr)Mr一定时，但m+n=p+q时不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系的温度一定时(其他不变)平衡体系的密度密度一定不一定平衡其他如体系颜色不再变化等平衡2.应用可逆特点树立等效概念和推理方法：等效平衡的概念：同一可逆反应在相同的条件下，通过不同的途径或不同的配料，达到平衡状态时，各组分的分数(即含量)分别相同.(1)定温定容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡是等效的.此时，各配料量不同，只能推出各组分的百分含量相同，其各组分的浓度、反应速率、平衡压强等分别不同于原平衡.(2)定温定容时，通过化学计量数计算把投料量换算成与原投料量同一半边的物质的量保持其数值相等，则两平衡是等效的.此时，各组分的浓度，反应速率包括平衡压强等也分别与原平衡相同，亦称等同平衡.(3)定温定压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学方程式系数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到等效平衡.此时的情形与(2)相似，但投料量不同时，不能称等同平衡.3.表达平衡常数的注意事项①同一化学反应，配平计算数不同K值不同.例如，N2O4(g)2NO2(g)K1＝)()(4222ONcNOc21N2O4(g)NO2(g)K2＝2/)()(1422ONcNOcK1≠K2②有固—气或固—液的平衡反应，固体或纯液体的浓度不写在平衡常数关系式中例如，CaCO3(固)CaO(固)+CO2(气)K＝c(CO2)CO2(气)+H2(气)CO(气)+H2O(液)K＝)()()(22HcCOcCOc③在稀溶液中进行的反应，如果有水参加，水的浓度不写在平衡常数关系式中.这是因为物质在稀的水溶液中，水的浓度近似于一个常数，如1L水，它的物质的量浓度为181000＝55.5(mol/L)，可将它合并在平衡常数K中去.如Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+K＝)()()(2722224OCrcHCrOc但在非水溶液中的反应，若有水参加或生成，水的浓度不能看作常数.总之，要按照反应的具体情况，正确地书写和使用平衡常数关系式.【难题巧解点拨】例1：在一定温度下，可逆反应：A2(g)+B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是(全国高考题)()A.单位时间生成nmol的A2，同时生成nmolABB.容器内的总压强不随时间变化C.单位时间生成2nmol的AB，同时生成nmol的B2D.单位时间生成nmol的A2，同时生成nmolB2分析：可逆反应达平衡时，正逆反应速率相等，反应混合物中各组分的百分含量不变.选项A，虽然是表明正逆两个方向，但错在单位时间生成A2和AB的物质的量与化学方程式中的计量系数不一致.由于此反应是气体不变的反应，所以未达平衡也同样是总压不随时间变化，选项B不是达平衡的标志.在选项D中，A2、B2均为同时生成的方向即均是逆反应方向(不是正、逆两个方向)，未达平衡也符合这样的关系，故D也不是平衡标志.选项C表示了正、逆反应的速率相等，单位时间生成的AB和生成的B2的物质的量符合此反应方程式中的系数比.本题答案：C例2：在一定温度下的定容密闭容器中，当物质的下列物理量不再变化时，表明反应：A(s)+2B(g)c(g)+D(g)已达平衡的是()A.混合气体的压强B.混合气体的密度C.B的物质的量浓度D.气体的总物质的量分析：对反应A(s)+2B(g)c(g)+D(g)，方程式两边气体分子的化学计量数相等，显然不能用混合气体总压强不变来判断其已达平衡.故“A”不正确；由于该反应在容积不变的密闭容器中进行，如果只有气体参加反应的话，“密度不变”是不能作为判断已达平衡的标志的(因为反应过程中质量不变、气体体积不变，则密度ρ＝Vm也不变，始终为一定值).但现在有固体A参加反应，只要A消耗的速率不等于A生成的速率，混合气体的密度就会不断地变化.反之，只要A消耗的速率等于A生成的速率，混合气体的密度就不会再发生变化.故“B”可作为判断已达平衡的标志；同样道理，B为非固态物质，其浓度不会是一个常数.因此，当B的浓度(或百分组成)不再发生变化时，就意味着正反应速率等于逆反应速率，反应已达平衡.所以，“C”也正确；该反应方程式两边气体分子的化学计量数相等，因此，不论反应进行到什么程度，气体的总物质的量始终为一定值.故“D”不正确.本题答案：B、C例3：已知氟化氢气体存在下列平衡：2H3F33H2F2,H2F22HF若平衡时混合气体的平均摩尔质量为42g/mol，则H3F3在平衡混合气中的体积分数为()A.小于10%B.大于10%C.等于10%D.大于或等于10%分析：本题涉及多步平衡关系计算，由于题目所给数据较少，一般会考虑“巧解”、“巧算”.若假设混合气体中没有HF存在，这时用“十字交叉法”可求出H3F3与H2F2的物质的量之比.，得n(H3F3)∶n(H2F2)=1∶9，即H3F3占10%.但考虑到还是有HF存在，会使平均摩尔质量低于42g/mol.这时，若考虑提高H2F2(式量40)是肯定不行的，只能是在此基础上，(固定H2F2)用H3F3与HF再平均“估算”，当二者为1∶1，平均式量只有40，此时，与前者综合对比分析，H3F3的体积分数必须大于10%才能满足题意.看来，此题用“巧解”、“巧算”并不简捷，若考虑不周，以为有HF存在，会使H3F3的体积分数低于10%，还会得出错误的结论.如果我们直接假设平衡混合气总物质的量为1mol，其中，H3F3、H2F2、HF分别为x、y、z，看似未知数多，其实更简捷、更易理解.列式分析如下：60x+40y+20z=42×1(质量守恒)①x+y+z=1②将②×40-①得x=0.1+z由于z＞0，所以x＞0.1，即体积分数大于10%.例4：在一个固定容积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应：2A(g)+B(g)3c(g)+D(g)达到平衡时，C的浓度为Wmol/L.若维持容器体积和温度不变，C的浓度仍为Wmol/L，下列关系正确的是()A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molDC.3molC+1molD