2.2.1 化学平衡状态 化学平衡常数（学案）
2．能用平衡状态的特征来判断可逆反应是否达到平衡状态。
1．化学平衡状态的判定。
2．利用化学平衡常数进行简单的计算。
达到化学反应限度的特征是________________________________。
一、可逆反应与不可逆反应
1．可逆过程
(1)可逆过程
(2)表述
约定采用“____”来代替反应式中原来用的“____”,把从左向右的过程称作_______________;由右向左的反应称作_______________。
2．可逆反应与不可逆反应
(1)可逆反应
在________下,既能向__________同时又能向____________进行的反应。
(2)不可逆反应
在一定条件下,几乎所有的反应都具有不同程度的可逆性,但有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略。如Ag++Cl-AgCl↓
二、化学平衡的建立
1．化学平衡的建立
以CO+H2O(g)CO2+H2反应为例。
在一定条件下,将0.01molCO和0.01molH2O(g)通入1L密闭容器中,开始反应:
(1)反应刚开始时:
反应物的浓度为_______,正反应速率为_______。
生成物的浓度为______, 逆反应速率为________。
(2)反应进行中:
反应物的浓度___________,正反应速率____________。
生成物的浓度_____________,逆反应速率_______________。
(3)肯定最终有一时刻,正反应速率与逆反应速率___________,此时,反应物的浓度___________,生成物的浓度也____________。如图所示。
2．化学平衡状态
(1)定义:___________________________________________________________。
(2)特征:
①逆:________________________
②动:________________________
③等:________________________
④定:________________________
⑤变:________________________
(3)特点:化学平衡的建立与建立的途径无关。
【思考】相同条件(温度、浓度、压强等)时,一个反应从正反应开始与从逆反应开始,最终所达到的平衡状态是否相同?
(4)达到平衡的标志:以mA(g)+nB(g)⇌pC(g)为例
直接标志:①速率关系:正反应速率与逆反应速率相等,即A的消耗速率与A的生成速率相等,A的消耗速率与C的消耗速率之比等于m∶p,B的生成速率与C的生成速率之比等于n∶p。
②各物质的百分含量保持不变。
间接标志:①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。(注:m+n≠p)
②各物质的浓度不随时间的改变而改变。
③各物质的物质的量不随时间的改变而改变。
③各气体的体积、分压不随时间的改变而改变。
三、对于密闭容器中的可逆反应:mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),根据对化学平衡的理解,判断下列各情况下,是否达到平衡。
可能的情况举例 | 是否能判断已达平衡 | |
1.混合物体系中各成分的含量 | ①各物质的物质的量或物质的量分数一定 | |
②各物质的质量或质量分数一定 | ||
③各气体的体积或体积分数一定 | ||
④总体积、总压强、总物质的量一定 | ||
2.正、逆反应速率的关系 | ①单位时间内消耗了mmolA,同时生成mmolA | |
②单位时间内消耗了nmolB,同时消耗了pmolC | ||
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q | ||
④单位时间内生成nmolB,同时消耗qmolD | ||
3.压强 | ①其他条件不变,m+n≠p+q时,总压强一定 | |
②其他条件不变,m+n=p+q时,总压强一定 | ||
4.平均相对分子质量M | ①当m+n≠p+q时,M一定 | |
②当m+n=p+q时,M一定 | ||
5.温度 | 其他条件一定时,体系温度一定 | |
6.体系密度 | 其他条件一定时,体系密度一定 | |
7.其他 | 组成成分有颜时,体系颜不再变化 | |
四、化学平衡常数
1．定义:在____下,当一个可逆反应达到______时,生成物____________与反应物____________的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数,简称平衡常数,用符号____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,K=___________。该式中(1)c(A)、c(B)、c(C)、c(D)是各物质处于____时的浓度;(2)标准平衡常数的单位为1。
3．书写平衡常数关系式的原则:
请写出下表中各反应的平衡常数表达式并总结规律:
反应 | K | |
1 | 1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g) | |
2 | N2(g)+3H2(g)2NH3(g) | |
3 | 2NH3(g)N2(g)+3H2(g) | |
4 | FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) | |
5 | AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq) | |
6 | Cr2O72-(aq)+H2OCrO42-(aq)+2H+(aq) | |
规律:(1)同一化学反应,可以用不同的化学反应方程式来表示,每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。
(2)对于同一可逆反应,正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数,即___________。
(3)化学平衡关系式中只包括____物质和____中各溶质的浓度。
4．特点:K只受____影响,与反应物或生成物的____无关。
五、平衡常数K的应用
1．判断反应的热效应:
若正反应是吸热反应,升高温度,K____；
若正反应是放热反应,升高温度,K____。
2．判断某时刻反应进行的方向:
可用该时刻产物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比即浓度商Q与K比较大小来判断。
即Qc=K体系处于__________________；
Qc<K反应___________________进行；
Qc>K反应___________________进行。
3．判断反应进行的程度:
K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例____,它的正向反应进行的程度____,即该反应进行得越____,反应物转化率____;反之,就越____,转化率就____。一般地说,____时,该反应进行得就基本完全了。
【练习】在一定条件下,使NO和O2在一密闭容器中进行反应,下列说法中不正确的是()
A．反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零
B．随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零
C．随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变
D．随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变
【练习】哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1molN2和3molH2,在一定条件下使该反应发生:N2+3H22NH3,下列有关说法正确的是()
A．达到化学平衡时,N2将完全转化为氨
B．达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C．达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D．达到化学平衡时,正、逆反应速率都为零
【练习】14CO2与碳在高温条件下发生反应:14CO2+C2CO,达到平衡后,平衡混合物中含14C的粒子有()
A．14CO2 B．14CO2、14CO
C．14CO2、14CO、14C D．14CO
【练习】在密闭容器中进行反应X2(g)+Y2(g)2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L-1、0.2mol·L-1、0.2mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是()
A．Z为0.2mol·L-1 B．Y2为0.35mol·L-1
C．X2为0.3mol·L-1 D．Z为0.4mol·L-1
【练习】在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molO2和2molNO,发生如下反应:O2(g)+2NO(g)2NO2(g),此反应不一定达平衡的是()
A．容器内压强不随时间变化
B．容器内各物质的浓度不随时间变化
C．容器内O2、NO、NO2的浓度之比为1∶2∶2
D．单位时间内生成1molO2,同时生成2molNO2
【练习】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平衡状态的是()
A．3v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)
【练习】一定条件下,在体积为1L的密闭容器中,1molX和1molY进行反应:2X(g)+Y(g)Z(g),下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是( )
A．X的百分含量不再发生变化
B．c(X)∶c(Y)∶c(Z)=2∶1∶1
C．容器内原子总数不再发生变化
D．同一时间内消耗2nmolX的同时生成nmolZ
【练习】一定条件下,下列反应呈平衡状态时的平衡常数:3H2(g)+N2(g)2NH3(g)K1
2NH3(g)3H2(g)+N2(g)K2则K1与K2的关系为( )
A．K1=K2 B．K2=1/K1 C．K1/2=K2 D．无法确定
【练习】放热反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在温度t1时达到平衡,c(CO)1=c(H2O)化学平衡状态1=1.0mol·L-1,其平衡常数为K1。其他条件不变,升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c(CO)2和c(H2O)2,平衡常数为K2,则( )
A．若增大CO浓度,K2和K1都增大 B．K2>K1
C．c(CO)2=c(H2O)2 D．c(CO)1>c(CO)2
【练习】在一密闭容器中,CO和H2O混合加热到800℃达到下列平衡：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)，K=1.0，若反应开始时CO和H2O的浓度分别为0.20mol·L-1和1.00mol·L-1，则CO转化为CO2的转化率为( )
A．80% B．83% C．75% D．91%
【练习】在容积为1L的密闭容器中,加入5molA物质,在一定条件下同时发生下列两个反应：(1)2A(g)2B(g)+C(g)；(2)A(g)C(g)+D(g)。当达到平衡时,测得c(A)=2.5mol·L-1，c(C)=2.0mol·L-1。则下列说法中正确的是( )
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