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1、第2节化学平衡状态 化学平衡常数,-2-,考纲要求:1.了解化学反应的可逆性。2.了解化学平衡建立的过程。3.了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行相关计算。,-3-,基础梳理,考点突破,考点一化学平衡状态 1.可逆反应 (1)定义: 在相同条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。 (2)特点“三同一小”: 三同:a.相同条件下;b.正逆反应同时进行;c.反应物与生成物同时存在。 一小:任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。 (3)表示方法:在化学方程式中用“ ”表示。,-4-,基础梳理,考点突破,2.化学平衡状态 (1)定义: 在一定条
2、件下的可逆反应中,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率相等的状态。 (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。化学平衡的建立过程可用如下v-t图像表示:,-5-,基础梳理,考点突破,图像分析,-6-,基础梳理,考点突破,(3)特征:,-7-,基础梳理,考点突破,自主巩固 对于可逆反应M+2N Q达到平衡时,下列叙述正确的是DF。 A.M、N、Q三种物质的浓度一定相等 B.反应已经停止 C.M、N全部生成Q D.反应混合物中各组分的浓度不再变化 E.v正(M)=v逆(N) F.v正(M)=v逆(Q),-8-,基础梳理,考点突
3、破,解答判断化学平衡状态的题目时,要牢牢抓住化学平衡的特征“动”“定”“变”,灵活运用这三个特征进行判断。 1.用“动”进行判断 (1)“动”动态平衡,v(正)=v(逆)0,是化学平衡的本质,用“动”进行判断时,一定要真正理解“动”,即v(正)=v(逆)。 (2)做题步骤:首先要判断哪个表示v(正),哪个表示v(逆),如果一个表示v(正),一个表示v(逆),然后再分别除以各自的计量数,并判断所得数值是否相等,如果相等,则反应达到化学平衡。,-9-,基础梳理,考点突破,2.用“定”结合“变”进行判断 (1)首先要符合“定”。 “定”所给的物理量(如浓度、压强、物质的量之比等)后要有“不再随时间的
4、改变而改变”或“不再变化”等语句。如对于反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),n(N2)n(H2)n(NH3)=132不能判断此反应达到平衡状态;而n(N2)n(H2)n(NH3)=132且不再随时间的改变而改变就能判断反应达到平衡状态。,-10-,基础梳理,考点突破,(2)其次要符合“变”。 一般首先假设平衡移动,看所给出的物理量是否变化,如果变化则能判断,反之则不能判断。如恒温恒容时平衡体系的压强一定能否判断反应N2+3H22NH3达到了平衡状态?首先假设平衡向右移动,气体的物质的量减少,体积不变,压强减小,所以可以判断。再如分析“恒温恒容时平衡体系的密度一定”能否说明反应达到平衡
5、,假设平衡向右移动,气体的质量、体积不变,压强减小,依据 可知密度不变,所以不能判断反应是否达到平衡。,-11-,基础梳理,考点突破,例1在一个温度恒定、固定容积的密闭容器中,发生可逆反应mA(s)+nB(g)pC(g)+qD(g),已知m+n=p+q、np,且该反应为放热反应,反应达到平衡的标志是。 单位时间内m mol A参加反应,同时生成p mol C 单位时间内1 mol B参加反应,同时消耗1 mol C n mol B断键反应,同时p mol C也断键反应 反应速率v(B)v(D)=nq 反应速率pv正(C)=qv逆(D) c(C)c(D)=pq且不再变化,-12-,基础梳理,考点
6、突破,气体的密度不再改变 各气体的浓度不再改变 各气体的质量分数不再改变 体系的压强不再改变,-13-,基础梳理,考点突破,-14-,基础梳理,考点突破,方法技巧:判断化学反应是否达到平衡状态方法的选择 1.如果题目中出现:单位时间、同时、反应速率等字体时,一般用“动”即v(正)=v(逆)进行判断。其他情况一般用“变”进行判断。 2.如果出现密度、相对分子质量等物理量时,首先要写出其计算公式,即 然后再用上述方法分析公式中物理量的变化情况。,-15-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到
7、平衡状态的是() A.2v正(N2)=v正(H2)B.v正(N2)=v逆(NH3) C.2v正(H2)=3v逆(NH3)D.v正(N2)=3v逆(H2),答案,解析,-16-,基础梳理,考点突破,2.可逆反应:2NO2(g)2NO(g)+O2(g),在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是() 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO 用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为221的状态 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的压强不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再
8、改变的状态 NO2的转化率不再改变 A.B. C.D.,答案,解析,-17-,基础梳理,考点突破,考点二化学平衡常数及其应用 1.定义 在一定温度下,一个可逆反应达到化学平衡状态时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号K表示。 2.表达式 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时,平衡常数,-18-,基础梳理,考点突破,3.意义及应用 (1)K值越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。当K105时,可以认为反应进行得较完全。 (2)K值越小,正反应进行的程度越小,反应物的转化率越小。当K10-5时,认为反应很难进行。
9、4.影响因素 (1)内因:反应物本身的性质。 (2)外因:只受温度影响,与浓度、压强、催化剂等外界因素无关。,-19-,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)可逆反应:Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)H=Q kJmol-1的平衡常数表达式为 (2)根据化学平衡常数表达式一定能写出该反应的化学方程式 ( ) (3)化学平衡常数只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关;温度越高,化学平衡常数越大 ( ) (4)化学平衡常数大的可逆反应中反应物的平衡转化率一定比化学平衡常数小的可逆反应中反应物的平衡转化率高( ),-20-,基础梳理
10、,考点突破,有关化学平衡常数的计算及应用 1.判断、比较可逆反应进行的程度 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:,-21-,基础梳理,考点突破,-22-,基础梳理,考点突破,3.判断反应的热效应 4.计算反应物的起始浓度、平衡浓度及平衡转化率 (1)计算步骤:,-23-,基础梳理,考点突破,(2)具体方法: 可按下列模式进行计算:如mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a molL-1、b molL-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL-1。 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 起始(molL-1)ab00 变化(molL
11、-1)mxnxpxqx 平衡(molL-1)a-mxb-nxpxqx,-24-,基础梳理,考点突破,-25-,基础梳理,考点突破,(3)注意事项: 注意反应物和生成物的浓度关系。反应物:c(平)=c(始)-c(变);生成物:c(平)=c(始)+c(变)。 利用 计算时要注意m总应为气体的质量,V应为反应容器的体积,n总应为气体的物质的量。 起始浓度之比、平衡浓度之比不一定与化学计量数成正比,但物质之间是按化学计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比,这是计算的关键。,-26-,基础梳理,考点突破,(1)反应的平衡常数表达式K=。若K=1,向此温度下某恒容容器中加入1 m
12、ol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为。 (2)向此温度下恒容容器中加入2 mol I2、3 mol TaI4、1 mol S2和足量TaS2(s),则开始时平衡向(填“正”“逆”或“不能确定”)反应方向移动。,-27-,基础梳理,考点突破,-28-,基础梳理,考点突破,-29-,基础梳理,考点突破,方法技巧:不同反应的化学平衡常数可以进行相互转化,一般采用结合盖斯定律运用方程式相加减,只是盖斯定律中的反应热计算中H的“+”“-”“”在平衡常数的计算中变成了平衡常数K的“”“”“幂”。,-30-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.(2015天津理综,6)某温度下,在2
13、L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应: X(g)+mY(g) 3Z(g) 平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是() A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X与Y的平衡转化率之比为11 D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 molL-1,答案,解析,-31-,基础梳理,考点突破,2.(2015全国,28节选)Bodensteins研究了下列反应: 2HI(g)H2(g)+I2(g)H=+11 kJmol-1 在716 K时,气体混合物中碘
14、化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表: (1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为。 (2)上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为(以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正= min-1。,-32-,基础梳理,考点突破,(3)由上述实验数据计算得到v正x(HI)和v逆x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为(填字母)。,-33-,基础梳理,考点突破,-34-,基础梳理,考点突破,3.(2014广东理综
15、,31)用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应为主反应,反应和为副反应。,-35-,基础梳理,考点突破,(2)反应的平衡常数的对数lg K随反应温度T的变化曲线如图所示,结合各反应的H,归纳lg KT曲线变化规律: a.;b.。 (3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应于900 达到平衡,c平衡(CO)=8.010-5 molL-1,计算CO转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。 (4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入。,-36-,基础梳理,考点突破,答案:(1)4H1+
16、H2+2H3 (2)a.放热反应的lg K随温度升高而下降(或吸热反应的lg K随温度升高而升高)b.放出或吸收热量越大的反应,其lg K受温度影响越大 (3)由图可知反应在900 时的lg K=2,即平衡常数K=100,设CO的起始浓度为c molL-1,则有下列关系:,-37-,基础梳理,考点突破,-38-,基础梳理,考点突破,解析:(1)由盖斯定律可得反应2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)应该是反应4+反应+反应2,即H=4H1+H2+2H3。 (2)升高温度,化学平衡向吸热方向移动,放热反应的lg K随温度升高逐渐减小,
17、吸热反应的lg K随温度升高逐渐增大,由图可知曲线对应反应、曲线对应反应,由图归纳lg KT曲线规律为:a.放热反应的lg K随温度升高而下降(或吸热反应的lg K随温度升高而升高);b.放出或吸收热量越大的反应,其lg K受温度影响越大。 (4)由反应方程式2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+C(s)+SO2(g)可知CO2中混有SO2,若要得到更纯净的CO2,应该增大二氧化碳的浓度,抑制反应的进行,减少二氧化硫的生成。,-39-,基础梳理,考点突破,4.(2014全国,26)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)
18、 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。,-40-,基础梳理,考点突破,回答下列问题: (1)反应的H0(填“大于”或“小于”);100 时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在060 s时段,反应速率v(N2O4)为 molL-1s-1;反应的平衡常数K1为。 (2)100 时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 molL-1s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。 a.T(填“大于”或“小于”)100 ,判断理由是。 b.列式计算温度T时反应的平衡常数K2。 (3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半。平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是。,-41-,基础梳理,考点突破,-42-,基础梳理,考点突破,