化10春06化学平衡学生版.docx
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化10春06化学平衡学生版
1.影响化学反应速率的内因是____________________,外因是______________、________________、__________________、__________________、___________________等。
2.在合成氨反应中,
,
=______________________。
【答案】反应物本身的性质,温度,浓度,压强,催化剂和固体表面积等1:
3:
2
可逆反应
可逆反应也称对峙反应。
在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应的方向进行的反应,叫做可逆反应(reversiblereaction)。
绝大部分的反应都存在可逆性,一些反应在一般条件下并非可逆反应,而改变条件(如将反应物置于密闭环境中、高温反应等等)会变成可逆反应。
在学习可逆反应之前我们所接触的许多的反应都是可逆的,只不过可逆程度小而将其忽略了而已。
特点:
1、反应不能进行到底。
可逆反应无论进行多长时间,反应物都不可能100%地全部转化为生成物。
2、可逆反应一定是同一条件下能互相转换的反应,如二氧化硫、氧气在催化剂、加热的条件下生成三氧化硫;而三氧化硫在同样的条件下可分解为二氧化硫和氧气。
3、在理想的可逆过程中,无摩擦、电阻、磁滞等阻力存在,因此不会有功的损失。
4、在同一时间发生的反应
5、同增同减
6、书写可逆反应的化学方程式时,应用双箭头表示,箭头两边的物质互为反应物、生成物。
通常将从左向右的反应称为正反应,从右向左的反应称为逆反应。
7、可逆反应中的两个化学反应,在相同条件下同时向相反方向进行,两个化学反应构成一个对立的统一体。
在不同条件下能向相反方向进行的两个化学反应不能称为可逆反应。
1、可逆反应
1)定义:
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。
【思考】可逆反应必须明确哪些?
【练一练】下列反应不属于可逆反应的()
A.SO2制备SO3B.NH3溶于水
C.水的电离D.电解水生产氢气和氧气,点燃氢气和氧气的混合物生成水
二、化学平衡
(1)化学平衡的建立
①如果把某一可逆反应的反应物装入密闭容器,其反应情况如下:
a.反应开始时:
v(正)最大,v(逆)为零。
b.反应进行时:
反应物浓度减小→v(正)逐渐减小。
生成物由无到有逐渐增多→v(逆)从零开始逐渐增大。
c.反应达到平衡时,v(正)=v(逆),反应混合物各组分的浓度不再发生变化。
②如果把某一可逆反应的生成物装入密闭容器,其化学平衡的建立过程可如图所示:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
开始时:
_____________________。
平衡时:
_____________________。
(2)化学平衡状态
①定义:
如果外界条件不发生变化,任何可逆反应进行到一定程度,正反应和逆反应的反应速率相等。
反应物和生成物的含量不变。
这时反应物和生成物的混合物就处于化学平衡状态。
②特征:
逆:
_______________________;
动:
______________________________;
等:
_____________________________;
定:
___________________________________;
变:
_____________________________________。
③化学平衡的本质:
_________________________。
④平衡的标志:
________________________________。
【思考1】同一个方程式中用不同物质表示反应速率是否相同?
【思考2】若一个可逆反应的正逆反应速率是分别用两种不同物质表示时,则当这两者的速率之比满足什么条件时才标志着化学平衡。
【练一练】可逆反应N2+3H2
2NH3正逆反应速率可用各反应物或生成物的浓度化来表示。
下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()
A.3υ正(N2)=υ正(H2)B.υ正(N2)=υ逆(NH3)
C.2υ正(H2)=3υ逆(NH3)D.υ正(N2)=3υ逆(H2)
(3)化学平衡状态判断的方法
【思考1】化学平衡状态的判断的方法是什么?
【思考2】对于CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),总压强、总体积不变、混合气体的摩尔质量、密度不再变化,能否说明达到化学平衡,分别说出理由。
4)化学平衡状态的判断
例举反应
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定
②各物质的质量或各物质质量分数一定
③各气体的体积或体积分数一定
④总体积、总压力、总物质的量一定
正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA
②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC
③在单位时间内生成nmolB,同时消耗了qmolD
④V(A):
V(B):
V(C):
V(D)=m:
n:
p:
q
压强
①m+n≠p+q时,总压力一定(其他条件一定)
②m+n=p+q时,总压力一定(其他条件一定)
混合气体平均相对分子质量Mr
①当m+n≠p+q时,Mr一定时
②m+n=p+q时,Mr一定时
温度
任何反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时(其他不变)
体系的密度
密度一定
其他
如体系颜色不再变化等
3、化学平衡的计算
1)化学平衡的转化率
①定义:
某一可逆反应达平衡时,反应物中某一组分转化掉(反应掉)的量与其初始所投入的量的比值被称为转化率。
②表示:
达到平衡时,某一反应物的转化率用“α”来表示。
α=______________________________________。
【明确】它是表示某一反应进行程度的一种标志,α越________,说明反应进行得越彻底。
2)化学平衡的计算
计算方法:
三步法
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始量abcd
变化量mxnxpxqx
平衡量a-mxb-nxc+pxd+qx
三个关系:
①对于同一反应物,_________________________=平衡量
②对于同一生成物,__________________________=平衡量
③变化量之比等于各物质的___________________。
【明确】这里a、b等可指:
物质的量、浓度、体积等。
A的转化率:
α(A)=____________________________。
平衡时,C的物质的量分数:
ω(C)=_______________________________。
四、化学平衡常数(拓展选讲)
1.对于反应mA+nB
pC+qD达到平衡时有:
K=
该常数称为化学平衡常数,简称为平衡常数。
2.在书写平衡常数表达式时,要注意以下问题:
①在应用平衡常数表达式时,稀溶液中的水分子浓度可不写
②当反应中有固体或纯液体时,其浓度为一常数,故不写入K的表达式中
③化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。
同一个化学反应,由于书写的方式不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数就不同。
若方程式中的化学计量系数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会发生改变。
④不同的化学平衡体系,其平衡常数不一样。
平衡常数大,说明生成物的平衡浓度较大,反应物的平衡浓度相对较小,即表明反应进行得较完全。
因此,平衡常数的大小可以表示反应进行的程度。
⑤对于某一个可逆反应来讲,K值只与温度有关,与浓度压强催化剂的使用无关。
3.化学平衡常数与转化率的区别和联系
化学平衡常数是可以推断反应进行的程度,K越大,说明反应进行得越彻底,反应物的转化率也越大,但K只与温度有关;转化率也可以表示某一可逆反应进行的程度,x越大,反应进行得越完全,但是x与反应物的起始浓度等因素均有关,转化率变化,K不一定变化。
【练一练】1.请写出下列反应的平衡常数:
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)K=_________________
CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g)K=_________________
Cr2O
(aq)+H2O(l)
2CrO
(aq)+2H+(aq)K=_________________
C2H5OH+CH3COOH
CH3COOC2H5+H2OK=_________________
C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)K=_________________
2.同一化学反应,化学反应方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。
如:
N2O4(g)
2NO2(g)K=_________________
N2O4(g)
NO2(g)K′=_________________
2NO2(g)
N2O4(g)K″=_________________
工业制备硫酸
沸腾炉(为使硫铁矿充分和迅速地燃烧,把硫铁矿粉碎成细小的矿粒后,放在特制的炉子里燃烧。
当燃烧的时候,从炉底通入强大的空气流,把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈沸腾,好像“沸腾的液体”一样,因此,此种炉子称沸腾炉);
接触室(把生成的SO2和O2混合气体加热到一定温度400~500℃,通入装有催化剂的接触室,因为催化剂又称触媒,所以该设备称接触室);
吸收塔(通过接触室出来的SO3直接送入吸收塔,以便形成硫酸。
SO3和H2O直接化合制得硫酸,但在吸收塔里不是直接用水来吸收SO3,因为用水作吸收剂时,容易形成酸雾并放出大量的热,吸收速度慢,不利于吸收SO3。
在吸收塔中,是用98.3%的浓硫酸来吸收SO3的)。
知识点1:
可逆反应
【例1】在密闭容器中充入SO2和18O原子组成的氧气,在一定条件下开始反应,在达到平衡后,18O存在于()
A.只存在O2中B.只存在于SO2中
C.只存在于SO2和SO3中D.SO2、SO3、O2中都有可能存在
变式1:
对于可逆反应2A(g)+3B(g)
3C(g),在一定条件下,使一定量A和B气体反应,达到平衡状态时,具有的关系是()
A.各物质浓度之比为[A]:
[B]:
[C]==2:
3:
3
B.平衡混合物体积是反应开始前的3/5
C.平衡混合物中各物质的浓度相等
D.单位时间内,若消耗了amolA物质,则时也消耗了1.5amolC物质
变式2:
对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是()
A.达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO)
B.若单位时间内生成xmolNO的同时,消耗xmolNH3,则反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时,若增加容器体积,则正反应速率减小,逆反应速率增大
D.化学反应速率关系是:
2v正(NH3)=3v正(H2O)
【方法提炼】
(1)掌握可逆反应概念中的注意事项:
①在同一条件下发生;②用可逆“
”表示;③可逆反应总是不能完全进行到底,得到的总是反应物与生成物的混合物。
(2)掌握可逆反应中反应速率之比等于化学反应方程式前面的系数之比。
知识点2:
化学平衡状态的判断
【例1】(双选)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
变式1:
在一定条件下,化学反应
,达到平衡后,下列说法正确的是()
A.N2、H2和NH3的浓度之比为1:
3:
2
B.N2减少的反应速率和NH3减少的反应速率之比为1:
2
C.气体体积为初始体积的1/2
D.混合气体的平均相对分子质量为28
变式2:
一定温度下,可逆反应A2(g)+3B2(g)
2AB3(g)达到平衡的标志是()
A.容器内每减少1molA2,同时生成2molAB3
B.容器内每减少1molA2,同时生成3molB2
C.容器内A2、B2、AB3的物质的量之比为1:
3:
2
D.容器内A2、B2、AB3的物质的量浓度之比为1:
1:
1
变式3:
一定温度下,在密闭容器中发生反应:
A(g)+3B(g)
2C(g)达到平衡的标志()
A.A、B、C的浓度不再随时间的变化而变化
B.单位时间生成nmolA同时生成3nmolB
C.C生成的速率等于A分解的速率的2倍
D.A、B、C的分子数比为1:
2:
3
变式4:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)已经达到平衡状态的标志______________。
①c(H2)=c(I2)=c(HI)时②c(H2):
c(I2):
c(HI)=1:
1:
2时
③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变④单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI
⑤单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2⑥反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)
⑦一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂⑧温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
⑾条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
变式5:
在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g)
2C(g)+2D(s)达到平衡状态的标志是()
①C的生成速率与C的消耗速率相等②单位时间内生成amolA同时生成3amolB
③A、B、C的浓度不再变化④混合气体的总压强不再变化
⑤混合气体的物质的量不再变化⑥单位时间内消耗amolC的同时,消耗2/3amolB
⑦A、B、C、D的分子数之比为1:
3:
2:
2
A.②⑦B.②⑤⑦C.①③④⑦D.②⑤⑥
【方法提炼】①
(1)直接标志②各组分的m、n不变(单一量)
③通过浓度(或百分含量):
各组分的浓度(或百分含量)不变
①通过总量:
对Δn(g)
0的反应,
n总(或恒温恒压下的V总,恒温恒容下的P总)不变;
(2)间接标志②通过复合量:
(
)、ρ(
),需具体分析关系式中上下两项的变化。
③其它:
如平衡体系颜色等(实际上是有色物质浓度)
(3)对于在体积不变的容器里mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
①当m+n=p+q时,反应初总压、密度、物质的量、平均分子量就是恒定的,所以总压、密度、总物质的量、平均分子量不变是不能作为判断依据的。
反之,若m+n≠p+q时,若总压、密度、总物质的量、平均分子量不变则可以说明已经达到平衡。
②v(A):
v(B):
v(C):
v(D)=m:
n:
p:
q是反应中速率与化学计量数的基本规律,与是否达到平衡无关。
知识点3:
可逆反应和能量的结合
【例1】在一定温度下,向一个容积不变的容器中,加入2molN2和8molH2及固体催化剂,使之反应,平衡时容器内气体压强为起始时的80%,该反应的热化学方程式为:
N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)+92kJ。
下列叙述中正确的是()
A.平衡时,NH3的体积分数为20%,放出的热量小于92.2kJ
B.平衡时,NH3的体积分数为25%,放出的热量等于92.2kJ
C.平衡时,NH3的物质的量为2mol,放出的热量大于92.2kJ
D.平衡时,NH3的物质的量为4mol,放出的热量等于184.4kJ
变式1:
已知热化学方程式N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)+QkJ(Q>0),下列说法中,正确的是()
A.1molN2(g)和3molH2(g)具有的能量之和低于2molNH3(g)具有的能量
B.将1molN2(g)和3molH2(g)置于一密闭容器中充分反应后放出QkJ的热量
C.升高温度,平衡向逆反应方向移动,上述热化学方程式中的Q值减小
D.将一定量N2(g)和H2(g)置于某密闭容器中充分反应后放热QkJ,则此过程中有3molH2被氧化
知识点4:
可逆反应中的计算
【例1】在一定条件下,向5L密闭容器中充入2molA气体和1molB气体,发生可逆反应:
2A(g)+B(g)
2C(g),达到平衡时容器内B的物质的量浓度为0.1mol/L,则A的转化率为()
A.67%B.50%C.25%D.5%
变式1:
将1molN2和3molH2及催化剂一起充入一密闭容器中,在保持温度和压强不变的条件下反应达到平衡,测得混合气体总的物质的量为3.6mol。
求:
(1)参加反应的N2的物质的量;
(2)平衡时H2的物质的量。
(3)求N2的转化率和H2的转化率
变式2:
在一定条件下可发生反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),现取8LSO2和6LO2混合,当反应达到平衡后,测得混合气体的体积减小10%。
求:
(1)SO2的转化率;
(2)平衡混合气体中SO3的体积分数。
【方法提炼】
注意转化率的计算公式,结合平衡的计算方法,正确理解转化率的概念。
转化率可以表示反应进行的程度,但是注意分子分母量的统一。
1.(双选)下列说法中,可以证明N2+3H2
2NH3已达到平衡状态的是()
A.1个
断裂的同时,有3个H-H键形成
B.1个
断裂的同时,有3个H-H键断裂
C.1个
断裂的同时,有6个N-H键断裂
D.1个
断裂的同时,有6个N-H键形成
2.有一可逆反应为A(g)
B(g),下列各项中,表示已达到平衡的是()
A.c(A)=c(B)B.压强不再发生变化
C.A与B的体积分数不再发生变化D.A的消耗速率等于B的生成速率
3.一定温度下恒容的密闭容器中,反应A2(g)+B2(g)
2AB(g)达到平衡的标志是()
A.正反应速率和逆反应速率相等且都为零
B.容器内气体的总压强不随时间变化
C.单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2
D.容器内气体的平均相对分子质量不随时间变化
4.在密闭容器中充入4molHI,在一定温度下,当2HI(g)
H2(g)+I2(g)达到平衡时,测得生成了0.6molH2,则平衡时混合气体的总的物质的量是()
A.4molB.3.4molC.2.8molD.1.2mol
5.在一定条件下,对反应P(g)+Q(g)
R(g)+2S(g),下列说法可以说明其已经达到平衡状态的是()
A.反应容器中,P、Q、R、S四者共存B.P和S的生成速率相等
C.反应容器内,气体压强不随时间变化而变化D.S的生成速率是R的生成速率的2倍
6.在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体,发生如下反应:
X(g)+2Y(g)
2Z(g)此反应达到平衡的标志是()
A.正反应和逆反应的速率都为零B.容器内各物质的浓度不随时间变化
C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2D.单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ
7.将H2和I2以1:
1的体积比混合,使其在一定条件下发生可逆反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)。
当达到平衡时,HI占反应混合气体的20%(体积分数),则混合气体中H2所占的体积分数是()
A.40%B.80%C.10%D.20%
8.将1molN2和3molH2反应,达到平衡时,混合气体中含92%(体积百分含量)的NH3,则H2体积百分含量为()
A.2%B.3%C.4%D.6%
9.(双选)在某温度时将2molA和1molB两种气体通入容积为2L的密闭容器中,发生如下反应:
2A(g)+B(g)
xC(g),2min时反应达到平衡状态,经测定B的物质的量为0.4mol,C的反应速率为0.45mol·(L·min)-1。
下列各项能表明该反应达到平衡的是()
A.vA正∶vB逆=2∶1B.混合气体密度不再变化
C.混合气体压强不再变化D.A的转化率不再变化
10.在一定条件下,向一密闭容器中充入30mLCO和20mLH2O(g),当反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)达到平衡时,水蒸气的体积分数和氢气的体积分数相等,则下列叙述错误的是()
A.平衡时CO的体积分数为40%
B.平衡后CO的转化率为25%
C.平衡后H2O的转化率为50%
D.平衡后混合气体的平均相对分子质量为24
11.amolN2与bmolH2混合,在一定条件下反应达到平衡,生成了cmolNH3,则NH3在平衡体系中质量分数为()
A.
B.
C.
D.
12.在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体,发生如下反应:
X(g)+2Y(g)
2Z(g)此反应达到平衡的标志是()
A.容器内压强不随时间变化
B.单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ
C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1:
2:
2
D.容器内各物质的浓度不随时间变化
13.对于可逆反应2A(g)+3B(g)
3C(g),在一定条件下,使一定量A和B气体反应,达到平衡状态时,具有的关系是()
A.各物质浓度之比为[A]:
[B]:
[C]=2:
3:
3
B.平衡混合物体积是反应开始前的3/5
C.平衡混合物中各物质的浓度相等
D.单位时间内,若消耗了amolA物质,则时也消耗了1.5amolC物质
14.可逆反应2HI(g)
H2(g)+I2(g),在密闭容器中进行反应,下列能说明反应已达到平衡,不再发生变化的情况是()
A.容器内压强B.容器内密度C.混合气体颜色D.混合气体质量
15.一定条件下,容积固定的密闭容器中,对于可逆反应X(g)+3Y(g)
2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),到达平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断不合理的是()
A.c1:
c2=1:
3B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2:
3
C.达平衡时,容器内的压强不再变化D.c1的取值范围为0 16.对于反应N2+3H2 2NH3+Q,下列肯定不是该反应达到平衡状态的标志是() A.断开一个N≡N,同时有六个N-H键生成B.生成氨的速率与分解氨的速率相等 C.N2、H2、NH3的质量分数不再变化D.混合气体总压不再改变 17
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