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1、学习必备 欢迎下载 第三讲 化学平衡 第二课时化学平衡有关计算及等效平衡原理 知识回顾 化学平衡 定义：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。特征：逆等动定变 常用判定是否平衡依据：平衡移动方向判定依据：勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强、温度）平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。影响化学平衡的因素：浓度：在其它条件不变的情况下，增大反应物浓度，正反应速率加快，平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度，逆反应速率加快，平衡向逆反应方向移动。压强：其他条件不变时，增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动，减小压强；平衡向气体体积增
2、大的方向移动。注意：反应前后气体体积没有变化的反应，改变压强不会使平衡移动。温度：在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡商着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。催化剂：使用催化剂不影响化学平衡的移动 本课内容 化学平衡有关计算 一、化学平衡常数 K 定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比是一个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号 K 表示。v正 v逆 在单位时间内消耗 nmolA，同时生成 nmolA，即 v正 v逆 在单位时间内消耗 nmolB，同时消耗 pmolC，则 v正 v逆 学习必
3、备 欢迎下载 表达式：对于一般可逆反应 mA+nB pC+qD K n mq pB AD C 书写注意事项：1.反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。2.化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关 3.K 只受温度影响！应用：1.反映了化学反应进行的程度（也叫反应的限度）。K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。当 K 105，认为反应进行较完全。2.判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行：对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定的温度下的任意时刻，反应物的浓度
4、和生成物的浓度有如下关系：Qc=Cp(C)Cq(D)/Cm(A)Cn(B)，叫该反应的浓度商。Qc K，V正V逆，反应向正反应方向进行 Qc K，V正=V逆，反应处于平衡状态 Qc K，V正V逆，反应向逆反应方向进行 3.利用可判断反应的热效应 若升高温度，值增大，则正反应为吸热反应。若升高温度，值减小，则正反应为放热反应。二、转化率 表达式：A=物质起始浓度物质平衡浓度 物质起始浓度AA A 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%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特征逆等动定变常用判定是否
5、平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 三、一般计算方法及步骤 三段式：mA(g)+n B(g)p c(g)+q
6、 D(g)起始浓度 a b c d 变化浓度 mx nx px qx 平衡浓度 b-mx b-nx c+px d+qx 求 A物质的转化率 A Aamx 100%求平衡时 B 物质的体积分数 B Bqx px nx mx d c b anx b 100%求混合气体的平均分子量 Mr Mr qx px nx mx c b aD dMr C cMr B bMr A aMr)()()()(等效平衡原理 含义：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。标志：达到平衡后，反应混合物中各组分分数（质量分数、物质的量分数或体积分数）是否相等。建立
7、等效平衡的条件：(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，对于反应前后气体分子数 改变 的可逆反应，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，其比值与原平衡相
8、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.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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内
9、容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 考点剖析 1.平衡常数表达式的书写 例一：写出下列反应的平衡常数的表达式 PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Fe3O4(s)+4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g)N2O4(g)2NO2(g)21N2O4(g)NO2(g)教师用答案：K=)()()(52 3PCl cCl c PCl c K=)()()(222 2H cI c H c K=c(CO2)K=)()(2424H cO H cK1)()(4 2
10、22O N cNO c K22/14 22)()(O N cNO c 2.化学平衡常数的求算 例二：在某温度下，将 H2和 I2各 0.10mol 的气态混合物充入 10L 的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得 c(H2)=0.008 0 mol/L。（1）求该反应的平衡常数。（2）在上述温度下，该容器中若通入 H2和 I2蒸气各 0.20 mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。教师用答案：（1）依题意可知，平衡时 c(H2)=0.008 0 mol/L，消耗 c(H2)=0.002 0 mol/L，生成c(HI)=0.004 0 mol/L H2+I2 2HI 起始时各物质浓度/m
11、ol L1 0.010 0.010 0 平衡时各物质浓度/mol L1 0.008 0 0.008 0 0.004 0 25.0)0080.0()0040.0()()()(222 22 I c H cHI cK 答：平衡常数为 0.25。（2）依题意可知，c(H2)=0.020 mol/L，c(I2)=0.020 mol/L 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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向
12、移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 设 H2的消耗浓度为 x。则：H2+I2 2HI 平衡时各物质浓度/mol L1 0.020 x 0.020 x 2x 因为 K 不随浓度发生变化，25.0)020.0()2()()()(222 22xxI c H cHI cK 解得 x=0
13、.004 0 mol/L，平衡时 c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L，c(HI)=0.008 0 mol/L 答：c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L，c(HI)=0.008 0 mol/L。3.转化率的求算 例三：在密闭容器中，将 2.0 mol CO 与 10 mol H2O 混合加热到 800，达到下列平衡 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.0 求 CO 转化为 CO2的转化率。教师用答案：设 x 为达到平衡时 CO 转化为 CO2的物质的量，V 为容器容积。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始浓度 V0.2 V10 V0 V0
14、 平衡浓度 Vx 0.2 Vx 10 Vx 0.110 0.2)()()()(2222vxVxVxO H c CO cH c CO cK 66.1122012 20)10)(0.2(2 22 xx x xx x x CO 转化为 CO2的转化率为：%83%1000.266.1 答：CO 转化为 CO2的转化率为 83%。4.化学平衡常数的应用 例四：现有反应：CO（g）H2O（g）CO2（g）H2（g）。在 850 时，K 1。(1)若升高温度到 950 时，达到平衡时 K 1(填“大于”“小于”或“等于”)。(2)850 时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入 1.0 mol CO，3.0
15、mol H2O，1.0 mol CO2和 x mol H2，则：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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有
16、关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 当 x 5 0 时，上述平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。若 要 使 上 述 反 应 开 始 时 向 正 反 应 方 向 进 行，则 x 应 满 足 的 条 件是。(3)在 850时，若设 x 5.0 和 x 6 0，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得 H2的体积分数分别为 a、b，则 a b(填“大于”“小于”或“等于”)。（教师用答案：(1)小于(2)逆反应 x 3 0(3)小）5.等效平衡的计算 例五：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量 1 mol 4 mol 0
17、 mol 等效于 1.5 mol mol 0 mol 0 mol 0.5 mol mol a mol b mol c mol 则 a、b、c 关系：(a+1/2 c)：(b+3/2 c)=例六：一定温度下，容积可变的容器中，反应 2SO2(g)+O2(g)催化剂 加热 2SO3(g)，达到平衡时，物质的量分别为 4 mol、2 mol、4 mol。保持 P、T 不变时，按下列要求改变，达到新平衡时，各物质百分含量与原平衡相同的是()A、通入 1 mol SO3 B、通入 4 mol SO2、2 mol O2 C、通入 1 mol N2 D、各减少 1 mol 例七：一定温度下，在恒容容器中发生
18、如下反应：2A(g)+B(g)3C(g),若反应开始时充入 2 mol A、2 mol B 达到平衡后，A 的体积分数为 a%。其他条件不变时，下列配比做初始物质，则平衡后 A 的体积分数大于 a%的是()A、2 mol C B、2 mol A、1 mol B、1 mol He C、1 mol B、1 mol C D、2 mol A、3 mol B、3 mol C 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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大
19、反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 例八：在一个固定体积的密闭容器中，加入 2 mol A、1 mol B 反应，2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)。达到平衡后，C 的浓度为 W mol/L，若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比
20、作为起始物质，达到平衡后，C 的浓度仍为 W mol/L 的是()A、4 mol A、2 mol B B、2 mol A、1 mol B、3 mol C、1 mol D C、3 mol C、1 mol D、1 mol B D、3 mol C、1 mol D 考题精选：（课堂练习，广东省内）例一：（2011 广东高考 31 题节选）将所得 CH4与 H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g).该反应的 H=+206 kJmol-1 将等物质的量的 CH4和 H2O(g)充入 1L 恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数 K=27，此时测得
21、 CO 的物质的量为 0.10mol，求 CH4的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）。例二：（2010 广东高考 31 题节选）H3BO 3溶液中存在如下反应：H3BO 3（aq）+H2O（l）B（OH）4-（aq）+H+（aq）已知 0 70 mol L-1 H3BO 3溶液中，上述反应于 298K 达到平衡时，c平衡（H+）=2 0 10-5mol L-1，c平衡（H3BO 3），水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数 K（H2O 的平衡浓度不列入 K 的表达式中，计算结果保留两位有效数字）。例三：（2004 广东高考）一定温度下，反应 2SO2+O2=2SO3达到平衡，n(S
22、O2)：n(O2)：n(SO3)=2：3：4，缩小体积，反应再次达到平衡时，n(SO2)=0.8mol，n(SO3)=1.4mol，此时的物质的量应是（）A.0.4 mol B.0.6 mol C.0.8 mol D.1.2 mol 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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩
23、小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 课后练习：（难度适中，适量精选）1.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：三段式计算 N2+3H2 2NH3 始 a b 0 变 2c c23 c 平 a-2c b-c23 c(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
24、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(NH3)c c bcac17)23(2)2(2817 100%b ac2 2817 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)b ac2 2817 100%2.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+2molB B.
25、2molA+1molB+3molC+1molD C.3molC+1molD+1molB D.3molC+1molD 分析：同一可逆反应，在相同的条件下，无论从正反应开始，还是从逆反应开始，都能达到同一平衡状态.这是化学平衡的特征之一，也是用来判断本题的基本思路.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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不
26、变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与学习必备 欢迎下载 选项 A 中，因为 4molA 和 2molB 比题中给出的量多 1 倍，且容积恒定，因此在平衡时，生成 C 的浓度必然大于 Wmol/L，A 是错误的.选项 B 中，把 3molC 和 1molD，按式中的计量数关系回推为反应物，则其物质的量亦为 4molA 和 2molB，与选项 A 相同，B 也是错的
27、.选项 C，因为多了 1molB，达平衡时，C 的浓度不等于 Wmol/L.选项 D，将 3molC 和 1molD 按式中的计量数关系回推为反应物，其物质的量恰与原平衡加入的起始量相同，故 C 的浓度仍为 Wmol/L.本题答案：D 3.体积相同的甲、乙两个容器中，分别都充有等物质的量的 SO2和 O2，在相同温度下发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，并达到平衡.在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中 SO2的转化率为 P%，则乙容器中 SO2的转化率为()A.等于 P%B.大于 P%C.小于 P%D.无法判断 分析：根据题意，甲、乙两容器可设为如图所
28、示装置.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是一气体总物质的量减小的反应.甲容器体积保护不变，压强变小，乙容器保持压强不变，体积减小，达到平衡时转化为状态丙，假设乙中的活塞不移动，达到平衡时乙中压强小于丙中压强，因此丙中 SO2转化率大于乙中 SO2转化率。如甲、乙两个容器的体积、温度相同，达到平衡时，甲、乙两容器中存在的为等效平衡，SO2的转化率相等，所以丙中 SO2转化率大于甲中 SO2转化率。答案为 B 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特征逆等动定变常用判定是否平衡依据正逆在单位时间内消耗同时生成即在单位时间内消耗同时消耗则正正逆逆平衡移动方向判定依据勒沙特列 度在其它条件不变的情况下增大反应物浓度正反应速率加快平衡向正反应方向移动增大生成物浓度逆反应速率加快平衡向逆反应方向移动压强其他条件不变时增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动减小压强平衡向气体体积增大的 使化学平衡商着吸热反应的方向移动温度降低会使化学平衡向着放热反应的方向移动催化剂使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一化学平衡常数定义在一定温度下可逆反应达到平衡时生成物的浓度幂之积与