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1、化学反应速率与平衡（二）第15讲 知识点睛板块一 化学平衡状态一、 化学平衡状态的基本概念概念在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应混合物中各组分浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。特征“逆”：逆是前提，指可逆反应。只有可逆反应（在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应）才能达到化学平衡状态。“等”：等是实质，指正逆反应速率相等，及v正=v逆。包括两层含义：第一层含义：用同种物质表示反应速率时，该物质的生成速率=消耗速率；第二层含义：用不同物质表示反应速率时，某反应物的消耗(或生成)速率：某生成物的消耗(或生成)速率=化学计量数
2、之比。“定”： 定是标志。平衡混合物中各组分含量(百分含量、物质的量、质量、浓度、反应物转化率等)不随时间变化。“动”：动指动态平衡。正逆反应仍在不断进行，但v正=v逆0，体系处于动态平衡。“变”：变指平衡移动。当影响平衡的外界反应条件改变，使正逆反应速率可能不再相等时，平衡便会发生移动，而使各组分的浓度、百分含量发生变化，直至建立新的平衡。“同”：同指相同平衡，化学平衡的建立只与反应条件有关而与反应途径无关。对于同一个可逆反应，只要反应条件相同(温度、浓度、压强不变)，不论是从反应物开始，还是从生成物开始，或从正、逆两个方向同时开始，不论是一次投料还是分步投料，最后所达到的平衡状态是相同的(
3、即等效平衡)。化学平衡常数表示方法对于一般的可逆反应：mA+nBpC+qD。其中m、n、p、q分别表示化学方程式中个反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的平衡常数可以表示为：K=意义化学平衡常数用来表示可逆反应进行的程度。一个反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物转化率越高，反应进行的越彻底，反应进行的程度越大。K很大，反应进行的程度很大，转化率大K的意义 K居中，典型的可逆反应，改变条件反应的方向变化。K很小，反应进行的程度小，转化率小辨析化学平衡常数只与温度有关，而与反应物与生成物的浓度无关。即K=f(T)。反应物与生成物中只有固
4、体或是液体存在的时候，由于其浓度不变可看作是“1”，因而不代入公式。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若方程式中的各物质的计量数等倍扩大或是缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。应用化学平衡常数数值的大小是衡量可逆反应平衡时进行程度的标志。可利用平衡常数的值作为标准判断正在进行的可逆反应是否平衡以及不平衡时向何方向进行以建立平衡。若用任意状态的浓度幂的乘积的比值（一般将这一数值称为浓度熵，用Qc表示）与平衡常数K比较，可判断可逆反应是否达到平衡状态和反应进行的方向。即QcQcK 反应向正方向进行；QcK 反应达到平衡状态；QcK 反应向逆反应方向进行；利
5、用平衡常数K的值来判断反应的热效应。 升高温度，K变大，则说明正反应为吸热反应。 升高温度，K减小，则说明正反应是放热反应。转化率若定义某反应物M在可逆反应中的转化率为：M的转化率=(反应中已消耗的M的量 /反应开始时加入M的量) 100%转化率也可以作为可逆反应平衡时进行程度的标志。同时如果M的转化率不再随时间而改变，也证明可逆反应已达到平衡状态。【教学建议】1.需要特别强调化学平衡常数，其表达、影响因素、计算、平衡判断都是重要考点，应熟练掌握和理解，凡是涉及计算的化学平衡多指导学生用平衡常数进行分析，特别是在有关平衡后再加入一定量的各物质判断平衡移动，利用计算浓度熵和平衡常数的比较，可以快
6、速准确判断。二、 化学平衡状态的判断标志某可逆反应是否处于化学平衡状态，可以通过化学平衡状态的本质特征来进行判断。其它角度也可以判断某可逆反应是否达到化学平衡状态，但要具体问题具体分析。以密闭容器中的反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)为例：判断内容是否平衡混合体系中各组分的含量各物质的具体量（质量、体积、物质的量）一定；平衡各物质的百分含量（质量分数、体积分数、物质的量分数）一定；平衡反应体系总量（总质量、总压强、总体积、总物质的量）一定；不一定平衡正逆反应速率关系在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v正=v逆；平衡在单位时间内消耗了p mol
7、C，同时生成P mol C，即v正=v逆；平衡在单位时间内消耗了m mol A，同时生成p mol C，即均为正向v正；不一定平衡在单位时间内消耗了p mol C，同时生成m mol A，即均为逆向v逆；不一定平衡在单位时间:=m:n:p:q时，此时v正不一定等于v逆不一定平衡在单位时间内同一物质断裂的化学键的物质的量与生成的化学键的物质的量相等，即v正=v逆；平衡压强关系若m+n=p+q时，其它条件不变，总压强一定时不一定平衡若m+np+q时，其它条件不变，总压强一定时平衡混合气体的平均相对分子质量若m+n=p+q时，其它条件不变， 一定时不一定平衡若m+np+q时，其它条件不变， 一定时平
8、衡体系的密度混合气体密度一定不一定平衡体系的温度任何化学反应都伴随能量变化，当体系温度一定时平衡体系的颜色含有有色物质的体系颜色稳定不再变化时平衡【教学建议】1.在判断反应是否平衡时，应该综合考虑多种因素，尤其是有固体或纯液体参与反应的，体系的平均分子量或密度一定时，可以作为平衡状态的标志；2.体系温度不变，作为平衡判断的标志时，严格意义上说必须是绝热体系。需要强调的是中学一般主要掌握非绝热的体系（即有热量交换的封闭体系）。板块二 化学平衡移动一、 化学平衡移动的影响因素（1）若外界条件改变，引起v正v逆时，正反应占优势，化学平衡向正反应方向移动；（2）若外界条件改变，引起v正v逆正反应方向反
9、应物与生成物浓度均增大减小反应物浓度减慢不变v正v逆逆反应方向反应物与生成物浓度均减小增大生成物浓度不变加快v正v逆正反应方向反应物与生成物浓度均减小压强m+np+q加压加快加快v正v逆正反应方向体系压强减小但比原来压强大m+np+q加快加快v正p+q减压减慢减慢v正v逆逆反应方向体系压强增大但比原来压强小m+nv逆正反应方向m+n=p+q减慢减慢v正=v逆不移动压强减小温度升温加快加快v正v逆正反应方向体系温度升高但比原来温度低催化剂加催化剂加快加快v正=v逆不移动反应速率加快但平衡不移动体积不变充入稀有气体不变不变v正=v逆不移动反应物与生成物气体体积分数减小压强不变减慢减慢向气体体积增大
10、的方向移动注意：平衡向“减弱”外界条件变化的方向移动，但不能“抵消”外界条件的变化。对“减弱这种改变的理解”：增加反应物（的浓度）时，平衡应该向使反应物（的浓度）减小的方向移动；增大压强的时候，平衡将向使气体体积减小的方向移动；提高反应温度的时候，平衡向吸热反应方向移动。v正增大并不意味着平衡一定向正反应方向移动，只有v正 v逆时才可以肯定平衡向正反应方向移动当平衡向正反应方向移动的时候，反应物的转化率不一定提高，生成物的体积分数也不一定增大（因为反应物或反应混合物的总量增大了），增大一种反应物的浓度会提高另一种反应物的转化率。温度一定的时候平衡常数一定，浓度、压强对平衡的影响应满足平衡常数不
11、变这一要求。勒夏特列原理对所有的动态平衡（如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等）均适用。三、 分析化学平衡移动的思维方法板块三 化学反应进行的方向自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自动（或自发）进行的反应称之为自发反应；判断反应方向的依据：焓判据：焓变H0的反应一般都能自发进行。因为，许多自发过程都有由能量较高状态向能量较低状态转化的倾向，绝大多数放热反应（H0）都能自发进行，且放出的热量越多，反应越完全。但并非所有自发进行的化学反应都是放热的，如盐类水解，尽管吸热但可以自发进行。熵判据：熵变S0的反应一般都能自发进行。因为，大多数自发反应都有趋向于体系混乱度增大的方向。若反应前后体系的混乱度
12、增大，熵变S0，则反应自发进行，且S越大，越有利于反应自发进行。吉布斯自由能判据（综合判据）：H-TS=G，G0，反应以不可逆方式自发进行；G0，反应以可逆方式进行；G0，反应不能进行；实际在判断一个化学反应是否自发进行，必须综合考虑反应的焓变（H）和熵变（S），在等温等压下吉布斯自由能的变化量（G）综合了焓变（H）和熵变（S）的影响，所以G可以用来作为化学反应方向的判据。由此可以分析恒压下温度对反应自发性的影响，可用简单的坐标系描述：（需要画坐标系）H0 H0S0 S0所有温度下都自发进行； 高温下自发进行；H0 H0S0 S0低温下自发进行； 所有温度下都不自发进行；【教学建议】化学反应进
13、行的方向，只需简单了解即可，不必过多讲述，必要时可以不讲让学生自学。例题精讲考点1：化学平衡状态【例1】 下列方法中可以证明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI；一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂；百分组成HI%=I2%；反应速率v(H2)=v(I2)=0.5v(HI)；平衡浓度c(HI):c(H2):c(I2)=2:1:1；温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；温度和体积一定时，容器内压强不再变化；温度和体积一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化；温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化；温度和压强一定时，混
14、合气体密度不再变化。【答案】【例2】 下列各组物质的颜色变化，可用勒夏特列原理解释的是（ ）A新制的氯水在光照条件下颜色变浅BH2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深C氯化铁溶液加铁粉振荡后颜色变浅D加入催化剂有利于氨的催化氧化【答案】A【例3】 已知反应mX (g) + nY (g)qZ (g) H0，mnq，在恒容密闭容器中反应达到平衡时，下列说法正确的是A通入稀有气体使压强增大，平衡将正向移动BX的正反应速率是Y的逆反应速率的m/n倍C降低温度，混合气体的平均相对分子质量变小D增加X的物质的量，Y的转化率降低【答案】B【例4】 （2011年海淀期中）在K2Cr2O7溶液中存在如下平衡：C
15、r2O72-（橙色）+H2O2CrO42-（黄色）+2H+。向橙色的K2Cr2O7溶液中加入X溶液，可使溶液变黄，下列说法一定不正确的是A加入X溶液，上述平衡正向移动BCr2O72-的物质的量浓度增大CX溶液可能是NaOH溶液D再加入H2SO4，可使黄色溶液变为橙色【答案】B【例5】 （2010安徽）低温脱氮技术可用于处理废气中的氮氧化物。发生的化学反应为： 2NH3(g) + NO(g)2N2(g) + 3H2O(g) H0) 完成下列填空：在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2 L，3 min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80 g，则H2的平均反应速率_ mol(Lmin)；
16、该反应的平衡常数表达式K=_上述反应达到平衡后，下列说法正确的是_。 a其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小 b其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小 c其他条件不变，增大Si3N4物质的量平衡向左移动 d其他条件不变，增大HCl物质的量平衡向左移动一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是_。 a3v逆(N2)=v正(H2) bv正(HCl)=4v正(SiCl4) c混合气体密度保持不变 dc(N2)：c(H2)：c(HCl)=1：3：6若平衡时H2和HCl的物质的量之比为，保持其它条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HCl的物质的量之比_（填“”、“=”或“
17、b+cB压缩容器的容积时，v正增大，v逆减小 C达到新平衡时，物质X的转化率减小 D达到新平衡时，混合物中Z的质量分数增大【答案】C考点2：化学平衡移动【例9】 (2012大纲8) 合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应 为反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是 A增加压强 B降低温度 C增大的浓度 D更换催化剂 【答案】 B【例10】 (2010上海17)据报道，在300、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。下列叙述错误的是（ ）A使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率B反应需在300进行可推测该反应是吸热反应 C充入大量气体可提高的
18、转化率D从平衡混合气体中分离出和可提高和的利用率【答案】B【例11】 反应NH4HS(s)H2S(g)+NH3(g)在某温度下达到平衡，下列各种情况下，平衡不发生移动的是A移走一部分NH4HS B其他条件不变，通入SO2气体C容积不变，充入氮气 D保持压强不变，充入氮气【答案】AC【例12】 在某温度时，反应 H2(g) + I2(g)2HI(g) H0，在一带有活塞的密闭容器中达到平衡，下列说法不正确的是A恒温、压缩体积，平衡不移动，颜色加深B恒压、充入HI(g)，开始时正反应速率减小C恒容、充入HI(g)，正反应速率减小D恒容、充入H2，I2的浓度降低【答案】C【例13】 体积相同的甲乙两
19、个容器中，分别充有等物质的量的SO2、O2，使压强刚好与外界相等。在相同温度下，发生2SO2 + O22SO3并达到平衡。在这个过程中，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，则乙容器中SO2的转化率为A等于 B大于 C小于 D无法确定【答案】B【例14】 (2010江苏17)下表列出了3种燃煤烟气脱硫方法的原理。（1）方法中氨水吸收燃煤烟气中的化学反应为： 能提高燃煤烟气中SO2去除率的措施有 (填字母)。 A增大氨水浓度 B升高反应温度 C使燃煤烟气与氨水充分接触 D通入空气使转化为 采用方法脱硫，并不需要预先除去煤煤烟气中大量的CO2，原因是 (用离子方法式表
20、示)。【答案】（1）AC 【例15】 (2012安徽9)一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收： 若反应在恒容的密闭容器中进行，下列有关说法正确的是A平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变B平衡时，其它条件不变，分离出硫，正反应速率加快C平衡时，其他条件不变，升高温度可提高SO2的转化率D其它条件不变，使用不同催化剂，该反应的平衡常数不变【答案】 D【例16】 在一定温度和压强下，合成氨反应达到平衡时，下列操作不会使平衡发生移动的是A恒温恒压时充入氨气 B恒温恒容时充入氮气C恒温恒容时充入氦气 D恒温恒压时充入氦气【答案】C考点3：化学平衡常数【例17】 （2008山东）高温下，
21、某反应达到平衡，平衡常数K。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是A该反应的焓变为正值B恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C升高温度，逆反应速率减小，反应向正反应方向移动D该反应化学方程式为CO+H2OCO2H2【答案】A【例18】 平衡常数表达及应用：1. 例7； 2. 例19； 3. 例20； 4. 例21； 5. 例23； 6. 例24； 7. 例25，；考点4：化学平衡综合初步【例19】 (2011海淀期末13)（9分）工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO(g) 2H2(g) CH3OH(g) H （1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号，下同）
22、 。A. 生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等 B. 混合气体的密度不变 C. 混合气体的相对平均分子质量不变D. CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化 （2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数（K）。 温度250300350K2.0410.2700.012 由表中数据判断H 0 （填“”、“”或“”）； 某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO) 0.2 molL，则CO的转化率为 ，此时的温度为 。（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是_。a升温 b加入催化剂 c增加CO的浓度 d加入H2加压 e加入惰
23、性气体加压 f分离出甲醇【答案】（1）CD （多答、错答不得分，漏答得1分） （2）”、“”或“=”）。在相同温度、当压强由p1变为p3时，合成氨反应的化学平衡常数 。（填“变大”、“变小”或“不变”）。 在250、1.0104 kPa下，H2的转化率为 %（计算结果保留小数点后1位）。催化剂【答案】（1）CH4 + H2O CO + 3H2（2）移走氨气，减小生成物浓度，平衡右移，有利于氨生成（3） ”、“”或“=”)； （2）在一个容积为10 L的密闭容器中，1000时加入Fe、CO、各1.0 mol，反应经过l0 min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v()= 、CO的平衡转
24、化率= 。 （3）欲提高（2）中CO的平衡转化率，可采取的措施是 。A减少Fe的量 B增加的量 C移出部分D提高反应温度 E减小容器的容积 F加入合适的催化剂【答案】（1）， （2）0.006mol/(Lmin)、 60%（3）C【例22】 将6 mol A和5 mol B两种气体通入容积为4 L的密闭容器，一定条件下发生反应：3A(g) + B(g)2C(g) + xD(g) H 0，经5 min达平衡，此时生成2 mol C，测得D的平均反应速率为0.1 mol(Lmin)-1。下列说法中正确的是A若降低该平衡体系的温度，则逆反应速率减小，正反应速率增大，平衡正向移动B恒温下，当容器中C和
25、D的生成速率相等时，该反应达到平衡状态CA的平均反应速率为0.15 mol(Lmin)-1 D达平衡时B的转化率为25【答案】C【例23】 (2010年上海高考)接触法制硫酸工艺中，其主反应在450并有催化剂存在下进行： 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H =-190kJmol-1（1）该反应 450时的平衡常数_ 500时的平衡常数(填“大于”、“小于”或“等于”)。（2）该热化学反应方程式的意义是_ （3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是av(O2)正2v(SO3)逆b容器中气体的平均分子量不随时间而变化c容器中气体的密度不随时间而变化d容器中气体的分子总数不随时间而变化（4
26、）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20 mol SO2和0.10molO2，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO3 0.18mol，则v(O2)=_molL-1min-1：若继续通入0.20molSO2和0.10molO2，则平衡_移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向” 或“不”)，再次达到平衡后，_ moln(SO3)_mol。【答案】（1）大于（2）在450，2molSO2气体和1molO2气体完全反应生成2molSO3气体放出的热量为190kJ（3）bd（4）0.036；向正反应方向；0.36；0.40【例24】 在2L密闭容器内，800时反应：2NO(g)+O2(g)2NO2
27、(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：时间(s)012345n(NO)(mol)0.0200.01.0.0080.0070.0070.007写出该反应的平衡常数表达式：K=。已知：，则该反应是 热反应。右图中表示NO2的变化的曲线是 。用O2表示从02s内该反应的平均速率v= 。能说明该反应已达到平衡状态的是。av(NO2)=2v(O2) b容器内压强保持不变cv逆(NO)=2v正(O2) d容器内密度保持不变为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是。a及时分离出NO2气体b适当升高温度c增大O2的浓度d选择高效催化剂【答案】（1），放（2）b，0.015 molL-1s-1（
28、3）b（4）cd【例25】 (2012海淀零模)25.（14分）乙醇是重要的化工原料和液体燃料，可以在一定条件下利用CO2与H2反应制取： 2CO2(g) + 6H2(g) CH3CH2OH(g) + 3H2O(g) H T2 时，化学平衡常数K 1 K2（填“”、“”或“=”）。（3）在恒温、恒容的密闭容器中，下列描述能说明上述反应已达化学平衡状态的是 （填字母序号）。a. 生成1 mol CH3CH2OH的同时，生成3 mol H2Ob. 容器中各组份的物质的量浓度不随时间而变化c. 容器中混合气体的密度不随时间而变化 d. 容器中气体的分子总数不随时间而变化（4）在工业生产中，可使H2的转化率和化学反应速率同时提高的措施有 （写出一条合理措施即可）。【答案】（1）（2）b+cB压缩容器的容积时，v正增大，v逆减小C达到新平衡时，物质X的转化率减小D达到新平衡时，混合物中Z的质量分数增大【答案】C