高三化学-17-化学平衡教学设计.doc

化学平衡
〖复习目标〗
（1）了解化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。
（2）理解化学平衡的定义,能判断可逆反应是否达到化学平衡状态。
（3）理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。
（4）理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。
（5）能正确分析化学平衡图像问题。
〖教学重点〗浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡的影响
〖教学难点〗化学平衡图像的分析。
〖教学过程〗

考点一 化学反应的方向、化学平衡状态
【知识精讲】
1、 化学反应进行的方向
在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向的判据为：
△G=△H—T△S＜0　反应能自发进行
△G=△H—T△S==0反应达到平衡状态
△G=△H—T△S＞0反应不能自发进行
2、化学平衡状态
（1）可逆反应
在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。在可逆反应中使用“”。
（2）化学平衡状态的概念
在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
（3）化学平衡状态的特征
①逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。
②等：V（正）==V（逆）≠0
③动：化学平衡是动态平衡。虽然V（正）==V（逆），但正、
逆反应仍在进行。
④定：反应物和生成物的浓度保持一定。
⑤变：外界条件改变，平衡也随之改变。
3、化学平衡状态的判断（标志）
（1）本质标志
v(正)＝v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
（2）等价标志
①全是气体参加的体积可变反应，体系的压强不随时间而变化。例如：N2＋3H22NH3。
②体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。
③全是气体参加的体积可变反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化。例如：
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。
④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
⑤对于有颜色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化，如
2NO2(g) N2O4(g)。
⑥体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

【方法精讲】
1、“四象限法”判断化学反应的方向
在二维平面内建立坐标系，第Ⅰ象限的符号为“＋、＋”，第Ⅱ象限的符号为“＋、—”，第Ⅲ象限的符号为“—、—”，第Ⅳ象限的符号为“—、＋”。借肋于数学坐标系四个象限的符号，联系焓变与熵变对反应方向的共同影响，可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。该判据指出的是化学反应自发进行的趋势。
△S＜0
△H＞0
所有温度下反应均不能自发进行
△S＞0
△H＜0
所有温度下均可自发进行
△S＞0
△H＞0
高温下反应自发进行　
△S＜0
△H＜0
低温下反应自发进行

y
x
—、＋
—、—
＋、＋
＋、—
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ

2、判断化学平衡状态的方法——“逆向相等，变量不变”
(1)“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。
(2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否是平衡状态的判断依据。
【注意】以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志：
a．恒温、恒容条件下气体体积不变的反应，混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间而变化。如2HI(g) I2(g)＋H2(g)。
b．全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间而变化。
如2HI(g) I2(g)＋H2(g)。
c．全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。

【典例精讲】
【例1】下列说法正确的是 （　　）
A．碳酸铵分解是吸热反应，根据焓判据判断能自发分解
B．多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大，越混乱，熵值越大
C．水总是自发地由高处往低处流，这是一个自发反应
D．室温下水结成冰是自发过程
【答案】B
【解析】A、碳酸铵分解是吸热反应，，是体系的混乱程度增大的反应。要根据焓判据和熵判据共同来断反应能否自发分解。错误。B、多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大，越混乱，熵值越大。正确。C、水总是自发地由高处往低处流，这是一个自发过程，不是自发反应。错误。D、室温下水不能结成冰，这是个非自发过程。错误
【例2】在恒容密闭容器中，可以作为2NO2(g)2NO(g)+O2(g)达到平衡状态的标志是： （ ）
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2；②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO；③混合气体的颜色不再改变；④混合气体的密度不再改变的状态；⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态；⑥混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定；⑦混合气体中NO与NO2的物质的量之比保持恒定
A．①③⑤⑦ B．②④⑤ C．①③④ D．①②③④⑤
【答案】A
【解析】在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。①中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，正确。②中反应速率的方向是相同的，速率之比是相应的化学计量数之比，因此②中的关系始终是成立，不正确。颜色深浅和浓度有关系，所以混合气体的颜色不再改变可以说明反应达到平衡状态，③正确。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，即密度始终不变，④不正确。混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态可以说明反应达到平衡状态，⑤正确。根据方程式可知如果开始从NO2建立平衡状态，则混合气体中NO与O2的物质的量之比始终保持2:1恒定，不能说明反应达到平衡状态，⑥错误； NO2和NO分别是反应物和生成物，因此混合气体中NO与NO2的物质的量之比保持恒定可以说明反应达到平衡状态，⑦正确，答案选A

【考题精练】
1．一定条件下反应2AB(g) A2(g)＋B2(g)达到平衡状态的标志是 （ ）
A．单位时间内生成nmolA2，同时消耗2n molAB
B．容器内三种气体AB、A2、B2共存
C．AB的消耗速率等于A2的消耗速率
D．容器中各组分的体积分数不随时间变化
【答案】D
【解析】在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A、根据化学方程式可知，单位时间内生成nmolA2的同时，一定消耗2nmolAB，因此不能说明正逆反应速率相等，A不正确；B、该反应是可逆反应，容器内三种气体AB、A2、B2一定同时共存，因此不能说明正逆反应速率相等，B不正确；C、AB的消耗速率等于2倍A2的生成速率，这说明A2的消耗速率与生成速率不相等，即这么反应速率不相等，因此反应没有达到平衡状态，C不正确；D、容器中各组分的体积分数不随时间变化可以说明正逆反应速率相等，因此D正确，答案选D。
2．石灰石的分解反应为：CaCO3(s)==CaO(s) +CO2(g)
其△H（298K）==178.2kJ·mol—１，△S（298K）==169.6J·mol—1·K—1
试根据以上数据判断该反应在常温下是否自发进行？其分解温度是多少？
【答案】常温下该反应不能自发进行；高于778℃时反应可自发进行
【解析】∵△H—Ｔ△S＝178.2kJ·mol—１—298Ｋ×10×—3×169.6kJ·mol—1·K—1 =128kJ·mol—1＞0
∴298K时，反应不能自发进行。即常温下该反应不能自发进行。
由于该反应是吸热的熵增加反应，升高温度可使△H—Ｔ△S＜0，假设反应焓变和熵变不随温度变化而变化，据△H—Ｔ△S＜0可知，Ｔ＞△H/△S ==178.2kJ·mol—１/10×—3×169.6kJ·mol—1·K—1=1051K，即温度高于778℃时反应可自发进行。

考点二 化学平衡移动、化学平衡常数
【知识精讲】
1、 影响化学平衡移动的外界条件
（1）浓度：其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动。减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。
（2）压强：其他条件不变时，增大压强，会使平衡向气体体积减小的方向移动。减小压强，会使平衡向气体体积增大的方向移动。
（3）温度：在其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。降低温度，平衡向放热反应方向移动。
（4）催化剂：催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，因此不影响化学平衡，但可大大地缩短反应达到平衡所需的时间。
2、勒夏特列原理
（1）内容
如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、温度或压强），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
（2）适用范围
该原理适用于化学平衡、溶解平衡，电离平衡、水解平衡等动态平衡。
研究问题：平衡移动问题
3、化学平衡常数
（1）概念：在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与生成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:
（3）理解化学平衡常数的意义
①

②化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。
a.若反应方向改变，则平衡常数改变。
b.若方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
4、常见的化学平衡图像
以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),m+n＞p+q且△H＞0为例
⑴v—t图像

（2）c——t图像

（3）c——p(T)图像

4、化学平衡的相关计算
（1）明确三个关系：
①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
（2）计算方法：三段式法
化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
　　　　 mA(g)　＋　nB(g) pC(g)＋qD(g)
起始(mol) a b 0 0
变化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a－mx b－nx px qx

【方法精讲】
1、 化学平衡移动的几种特殊情况
（1）当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
（2）对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。
（3）“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
原平衡体系体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温、恒压条件

（4）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
2、 化学平衡图像基本分析方法
（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒夏特列原理挂钩。
（2）紧扣可逆反应的特征，看清正反应方向是吸热还是放热、体积增大还是减小、不变、有无固体、纯液体物质参加或生成等。
（3）看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。
（4）看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。
（5）先拐先平。例如，在转化率一时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
（6）定一议二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
3、平衡常数的应用
（1）根据平衡常数判断可逆反应进行的程度
平衡常数越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高，平衡后生成物的浓度越大，反应物的浓度越大。
（2）利用K与Qc的关系判断反应所处状态
对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g), (式中浓度是任意时刻的浓度)。根据Qc与K的关系可以判断可逆反应所处的状态。
Qc=K 反应达到平衡状态
Qc＜K 反应向正反应方向移动
Qc＞K 反应向逆反应方向移动

【典例精讲】
【例1】反应CO2 (g)+2NH3(g)CO（NH2）2（s）+H2 O（g） △H<0，达到平衡时，下列说法正确的是 （ ）
A．加入催化剂，平衡常数不变
B．减小容器体积，正、逆反应速率均减小
C．增大CO(NH2)2的量，CO2的转化率减小
D．降低温度，平衡向逆反应方向移动
【答案】A
【解析】A．平衡常数只与温度有关系，则加入催化剂，平衡常数不变，A正确；B．减小容器体积，压强增大，正、逆反应速率均增大，B错误；C．尿素是固体，增大CO(NH2)2的量，平衡不移动，所以CO2的转化率不变，C错误；D．正反应是放热反应，则降低温度，平衡向正反应方向移动，D错误，答案选A。
【例2】温度为t ℃时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：
①H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
②2H2(g)＋2I2(g) 4HI(g)
下列说法正确的是 （ ）
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同
C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动
【答案】A
【解析】　　 　H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
初始浓度(mol·L－1) 0.100 0.100 0
平衡浓度(mol·L－1) 0.020 0.020 0.160
转化浓度(mol·L－1) 0.080 0.080 0.160
所以，v(HI)＝0.160 mol·L－1÷20 min＝0.008 mol·L－1·min－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝K＝642＝4 096，故选项B错；两个化学方程式表示的是一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。
【例3】下列事实中,不能用勒沙特列原理来解释的是　 （ ）
A．除去CuCl2溶液中的Fe3＋，通常是向其中加入CuO、Cu(OH)2等固体
B．对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g),增大平衡体系的压强（压缩体积），可使体系颜色变深
C．AgCl在水中的溶解度大于在饱和NaCl溶液中的溶解度
D．在Na2CO3溶液中,由水电离出的c(OH－) >1×10-7mol／L
【答案】B
【解析】A、Fe3+ 在水溶液中存在水解平衡：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3+ 3H+，向其中加入CuO、Cu(OH)2等固体，氢离子与CuO、Cu(OH)2反应生成铜离子和水，氢离子浓度减小，水解平衡正向移动，Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀而除去，能用勒沙特列原理解释，错误；B、反应H2(g)+I2(g)2HI(g)为反应前后气体物质的量不变的反应，增大平衡体系的压强（压缩体积），平衡不移动，体系颜色变深的原因是体积缩小而使碘蒸气的浓度增大，不能用勒沙特列原理解释，正确；C、AgCl在水中存在沉淀溶解平衡：AgCl（s）Ag+(aq) + Cl-(aq)，饱和NaCl溶液中氯离子浓度较大，平衡逆向移动，AgCl的溶解度降低，能用勒沙特列原理解释，错误；D、在Na2CO3溶液中碳酸根与水电离出的氢离子结合生成碳酸氢根，氢离子浓度减小，水的电离平衡正向移动，由水电离出的c(OH－) >1×10-7mol／L，能用勒沙特列原理解释，错误。
【例4】某温度下，在一容积可变的恒压密闭容器里，反应3A(g)B(g)+3C(g) 达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为6 mol、2 mol、6 mol。在保持温度和压强不变的情况下,下列说法正确的是 （ ）
A．将A、B、C各减少1 mol，C的百分含量减少
B．充入A、B、C各2 mol，平衡将向正反应方向移动
C．充入1mol A，C的体积分数增加
D．充入1 mol氦(He与容器中气体不反应)，平衡将向正反应方向移动
【答案】D
【解析】
试题分析：该反应是一个体积增大的反应，在恒温恒压条件下，反应混合物成比例，得等效平衡；A．将A、B、C各减少1 mol，与原平衡是等效平衡，C的百分含量不变，A错误；B、充入A、B、C各2 mol，平衡将向逆反应方向移动，B错误；C、充入1mol A，C的体积分数不变，C错误；D、充入1 mol氦(He与容器中气体不反应)，恒温恒压条件下体积增大，平衡将向正反应方向移，D正确；答案选D。

【考题精练】
1．下列有关颜色变化错误的是 （ ）
A．在4mL0.1mol/L的K2Cr2O7溶液中滴加数滴1mol/LNaOH溶液，溶液颜色从橙色变成黄色
B．在试管中加入少量氯化钴晶体，滴加浓盐酸溶解后加水稀释至紫色，将试管置于热水中片刻，溶液颜色变成粉红色
C．向血红色的Fe（SCN）3溶液中加入少量KI固体，溶液颜色变浅
D．用50mL针筒抽取30mL红棕色的NO2气体并封住注射孔，当用力推压活塞，压缩针筒中的气体（此过程中不考虑温度变化），从针筒顶端观察，气体颜色逐渐变浅
【答案】B
【解析】A．K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2O72－（橙色）＋H2O2CrO42－（黄色）＋2H＋，则在4mL0.1mol/L的K2Cr2O7溶液中滴加数滴1mol/LNaOH溶液，中和氢离子，平衡向正反应方向进行，则溶液颜色从橙色变成黄色，A正确；B．氯化钴溶液中存在平衡CoCl42-（蓝色）+6H2OCo（H2O）62+（粉红色）+4Cl-△H＜0，正方应是放热反应，则在试管中加入少量氯化钴晶体，滴加浓盐酸溶解后加水稀释至紫色，将试管置于热水中片刻，溶液颜色变成蓝色，B错误；C．向血红色的Fe（SCN）3溶液中加入少量KI固体，铁离子氧化碘离子，则溶液颜色变浅，C正确；D．用50mL针筒抽取30mL红棕色的NO2气体并封住注射孔，当用力推压活塞，压缩针筒中的气体（此过程中不考虑温度变化），压强增大，有利于N2O4生成，则从针筒顶端观察，气体颜色逐渐变浅，D正确，答案选B。
2．加热N2O5依次发生的分解反应为：①N2O5N2O3+O2，②N2O3N2O+O2；在2L密闭容器中充入8mol N2O5，加热到t℃，达到平衡状态后O2为9mol，N2O3为3.4mol，则t℃时反应①的平衡常数为 （ ）
A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2
【答案】B
【解析】设平衡时N2O5的浓度减小x，则
N2O5N2O3+O2， N2O3N2O+O2；
开始（mol/L） 4 x 0 x
转化（mol/L） x x x
平衡（mol/L） 4-x x x 3.4/2=1.7 9/2=4.5
所以4.5-x=x-1.7，所以x=3.1mol/L，则t℃时反应①的平衡常数1.7×4.5/(4-3.1)=8.5，答案选B
3．一定条件下反应，现有三个容积可变恒压密闭绝热（与外界没有能量变换）容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在Ⅰ中充入1molN2和3molH2，在Ⅱ中充入1molNH3，在Ⅲ中充入2 molNH3，500℃条件下开始反应，达到平衡时，下列说法正确的是 （ ）
A．容器Ⅰ、Ⅱ中N2物质的量关系为n(Ⅰ·N2)= 2n(Ⅱ·N2)
B．容器Ⅰ、Ⅱ中反应的平衡常数相同
C．容器Ⅰ中的N2的转化率与容器Ⅱ中NH3的转化率之和小于1
D．容器Ⅰ、Ⅲ中正反应速率相同
【答案】C
【解析】  A、Ⅰ中反应正向进行，放出热量，Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，由于容器均为绝热容器，Ⅰ中温度高，所以容器Ⅰ中N2的物质的量比容器Ⅱ中的多，错误；B、Ⅰ中反应正向进行，放出热量，Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，由于容器均为绝热容器，Ⅰ中温度高，平衡常数Ⅰ小于Ⅱ；C、Ⅰ中温度高，N2的转化率减小，容器Ⅱ温度低，NH3的转化率减小，所以容器Ⅰ中的N2的转化率与容器Ⅱ中NH3的转化率之和小于1，正确；D、器Ⅰ中反应正向进行，放出热量，容器Ⅲ中反应逆向进行，吸收热量，两个容器中反应温度不同，则Ⅰ、Ⅲ中正反应速率不相同，错误。
4．向密闭容器中充入物质A和B，发生反应aA(g)+bB(g) cC(g)。反应过程中，物质A的含量(A％)和C的含量(C％)随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法正确的是 （ ）

A．该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡 B．该反应在T2温度时达到过化学平衡
C．该反应的逆反应是放热反应 D．升高温度，平衡会向正反应方向移动
【答案】B
【解析】根据图像可知：在温度是T1时物质A的含量(A％)和C的含量(C％)相同，但是还在发生变化，所以反应未处于平衡状态，在温度T3时，由于物质A％的平衡含量逐渐升高，C％的平衡含量逐渐降低，说明平衡发生了移动，是处于平衡状态，错误；B．由于在温度T2时A％的平衡含量最高，C％的平衡含量最低，所以该反应在T2温度时达到过化学平衡，正确；C．由于升高温度，A％的平衡含量增大，说明升高温度，平衡逆向移动，根据平衡移动原理：升高温度，平衡向吸热反应方向移动，逆反应方向是吸热反应，错误；D．由于升高温度，A％的平衡含量增大，C％的平衡含量逐渐降低，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向是吸热反应，错误。