高考一轮复习化学平衡的知识点和习题.pdf

第 21 讲化学平衡基础考点梳理最新考纲1.了解反应的可逆性。2了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。自主复习一、化学平衡状态1可逆反应在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。2化学平衡状态在一定条件下，将 0.02 mol CO 和0.02 mol H2O(g)通入 2 L 密闭容器中，进行反应：COH2O(g)CO2H2。A A A AAA A A AA催化剂高温(1)反应刚开始时，反应物浓度最大，正反应速率最大；生成物浓度为 0，逆反应速率为 0。(2)反应进行中，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。(3)达到平衡时，正反应速率与逆反应速率相等，此时反应物浓度不再发生变化，生成物浓度也不再发生变化。(4)若达平衡时，水蒸气的体积分数与 H2的体积分数相等，则平衡时一氧化碳的转化率为 50%。用可逆反应中正反应速率和逆反应速率的变化表示上述过程，如图所示：二、化学平衡常数1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度计量数次方的乘积与反应物浓度计量数次方的乘积的比值是一个常数，用符号 K 表示。2表达式对于反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K。cCpcDqcAmcBn3平衡常数的应用和注意事项(1)K 值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越高。(2)利用浓度商判断平衡移动方向。(3)平衡常数只与温度有关，与其他因素无关。(4)固体和纯液体的浓度通常看作常数“1”，不计入平衡常数表达式中。(5)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。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。网络构建热点典例突破热点考向1.根据可逆反应的特点进行有关的判断，理解反应进行的程度。2化学平衡状态的判断及比较。3利用平衡常数判断反应进行的方向或计算反应物的转化率及某一物质的消耗量，百分含量的变化。热点探究热点 1 化学平衡状态的判断判断一个可逆反应是否达到化学平衡状态，可以从三个方面来进行。1根据化学平衡状态的本质标志：正反应速率等于逆反应速率；各组分的浓度保持不变。2根据“浓度不变”衍生出的一些间接判断方法：各组分的百分含量保持不变、各组分的物质的量不随时间的改变而改变、各气体的分压不变、各气体的体积不随时间的改变而改变、有颜色变化的体系颜色不变等。3结合可逆反应的特点不同，建立平衡的条件不同，从不同的角度进行特例判断。如：列举反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡混合物体系中各成分的含量总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡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n mol B 同时消耗了 p mol C，则 v正v逆平衡v(A)：v(B)：v(C)：v(D)m：n：p：q，v正不一定等于 v逆不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了 q mol D，因均指 v逆不一定平衡mnpq 时，总压强一定(其他条件一定)平衡压强若 mnpq，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡一定，只有当Mrmnpq 时平衡混合气体的平均相对一定，且Mr不一分子质量()Mrmnpq 时定平衡温度任何化学反应都伴随着能量的变化，当体系温度一定时(其他不变)平衡体系的密度()密度一定不一定平衡其他如体系颜色不再变化等平衡注意：(1)化学平衡的实质是 v(正)v(逆)0，表现为平衡体系各组分的物质的量或物质的量分数不再变化，因此 v(正)v(逆)0 是化学平衡判断的充要条件。(2)运用 v(正)v(逆)0 时，注意方向和数量关系。(3)学会“变”与“不变”判断。“变”就是到达平衡过程中量“变”，而到达平衡后“不变”，否则，不一定平衡。【例 1】可逆反应：2NO2(g)2NO(g)O2(g)，在体积固定的密闭容器中，达到平衡状态的标志是()单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2 n mol NO2；单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO；用 NO2、NO、O2表示的反应速率的比为 2：2：1 的状态；混合气体的颜色不再改变的状态；混合气体的密度不再改变的状态；混合气体的压强不再改变的状态；混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态。ABC D全部解析本题不仅考查了化学平衡的直接标志，也要求对化学平衡的间接标志进行分析，判断。中单位时间内生成 n mol O2必消耗 2n mol NO2，而生成 2n mol NO2时，必消耗 n mol O2，能说明反应达到平衡。不能说明。中无论达到平衡与否，化学反应速率都等于化学计量数之比。有色气体的颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡。体积固定、气体质量反应前后守恒，密度始终不变。反应前后 v0，压强不变，意味着各物质的含量不再变化。由于气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，该反应 n0，能说明反应达到平衡。答案A变式 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 HH 键断裂的同时有两个 HI 键断裂；百分组成(HI)(I2)；反应速率 v(H2)v(I2)v(HI)/2时；c(HI)：c(H2)：c(I2)2：1：1 时；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；条件一定，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，混合气体的密度不再变化。解析：是从 v正v逆0 来判断的，由上面分析可知，只有符合；分别是从结果上来判断的，由于该反应是两边气体体积相等的反应，所以由左栏归纳可知，可以判断。答案：热点 2 化学平衡常数1.化学平衡常数的概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，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 K 表示。2化学平衡常数的表示对于一般的可逆反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在一定温度下的平衡常数为：K。cpCcqDcmAcnB如可逆反应 I2(g)H2(g)2HI(g)的平衡常数K。c2HIcH2cI23化学平衡常数的特点(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代人公式(联想化学反应速率一节固体和纯液体的处理)。(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变，但意义不变。4化学平衡常数的应用(1)利用 K 可以推测可逆反应进行的程度。K 的大小表示可逆反应进行的程度，K 大说明反应进行程度大，反应物的转化率大。K 小说明反应进行的程度小，反应物的转化率小。(2)借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。对于可逆反应 aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：Q，ccCcdDcaAcbBQError!。(3)利用 K 可判断反应的热效应若升高温度，K 值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K 值减小，则正反应为放热反应。【例 2】在 25 时，密闭容器中X、Y、Z 三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20.0平衡浓度/molL10.050.050.1下列说法错误的是()A反应达到平衡时，X 的转化率为 50%B反应可表示为 X3Y2Z，其平衡常数为 1600C增大压强使平衡向生成 Z 的方向移动，平衡常数增大D改变温度可以改变此反应的平衡常数解析X 浓度变化了 0.05，所以达到化学平衡时，X 的转化率为0.050.1100%50%，选项 A 正确；Y 的浓度变化了 0.15，Z 的浓度变化了0.1，故该反应的化学方程式为X3Y2Z，B 正确；平衡常数与浓度、压强无关，只与温度有关，故选项C 错误、D 正确。答案C变式 2(2010北京市西城区抽样)合成氨反应 N2(g)3H2(g)A A A A A A AA A A A A A A高温、高压催化剂2NH3(g)H”、“”或“K2。答案：(1)(2)c2NH3cN2c3H2热点 3 化学平衡的计算1.三段法(始态、变化、终态)步骤：(1)写出有关平衡的化学方程式。(2)找出各物质的起始量、转化量、平衡量(可设为未知数)。(3)利用条件列方程计算。如：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始(mol/L):a b 0 0转化(mol/L):mx nx px qx平衡(mol/L):amx bnx px qx说明：计算中存在以下量的关系反应物：n(平)n(始)n(变)；生成物：n(平)n(始)n(变)。各物质的转化量之比等于化学方程式中化学计量数之比。转化率反应物转化的物质的量或浓度、体积反应物起始的物质的量或浓度、体积100%。2平衡时混合气的平均相对分子质量对于反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，若 A、B 起始物质的量分别为a mol、b mol，达平衡后，A 的物质的量变化了 mx mol，则平衡混合气的平均相对分子质量为：Mr。aMAbMBamxbnxpxqx【例 3】(2010北京理综)某温度下，H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)的平衡常数 K。该温度下在甲、乙、94丙三个恒容密闭容器中，投入 H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c(H2)(mol/L)0.0100.0200.020c(CO2)(mol/L)0.0100.0100.020下列判断不正确的是()A平衡时，乙中 CO2的转化率大于 60%B平衡时，甲中和丙中 H2的转化率均是 60%C平衡时，丙中 c(CO2)是甲中的2 倍，是 0.012 mol/LD反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢解析本题考查化学平衡常数及转化率的计算，意在考查考生对数据的分析和处理能力。设平衡时甲中 CO2的转化浓度为 x mol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO 的浓度分别为(0.01x)mol/L、(0.01x)mol/L、x mol/L、x mol/L，根据平衡常数 K，解得x x0.01x 0.01x94x0.006，则甲中 CO2的转化率为100%60%，由于乙相对于甲0.0060.01增大了 c(H2)，因此 CO2的转化率增大，A 项正确；设平衡时丙中 CO2的转化浓度为 y mol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO 的浓度分别为(0.02y)mol/L、(0.02y)mol/L、y mol/L、y mol/L，根据平衡常数 K，解得y y0.02y 0.02y94y0.012，则丙中 CO2的转化率为100%60%，B 项正确；平衡0.0120.02时甲中 c(CO2)0.010.0060.004(mol/L)，丙中c(CO2)0.020.0120.008(mol/L)，C项错误；反应开始时，丙中反应物浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，D 项正确。答案C变式 3在密闭容器中进行的如下反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)催化剂 SO2的起始浓度是 0.4 molL1，O2的起始浓度 1 molL1。当 SO2的转化率为 80%时，反应达到平衡状态。(1)求反应的平衡常数。(2)若将平衡时反应混合物的压强增大 1 倍，通过计算判断平衡将如何移动？(3)平衡时保持体积不变，向平衡混合气体中充入稀有气体 Ar，使体系总压变为原来的 3 倍，平衡又将如何移动？(1)平衡常数 K(m0.32 molL120.08 molL12 0.84 molL140021olL1)1(2)压强增大 1 倍，各组分的浓度增大1 倍，Qc0.64molL120.16 molL12 1.68 molL1(molL1)1(molL1)12002140021即 Qcc3Bab92.4C2p2p3 D131解析本题考查化学平衡知识，意在考查考生解决实际问题的能力。A项，可假设丙的容积为甲的两倍，达平衡时浓度与甲相等，再压缩至容积相等，若平衡不移动，则氨气浓度为甲中 2 倍，现平衡向正反应方向移动，则有2c1p3，故不正确；D 项，由 A 项分析可知，若压缩至相同体积时，平衡不移动，则有 131，现在丙中平衡向正反应方向移动，则 130B容器中气体的总物质的量 E 点大于 D 点CF 点的正反应速率大于逆反应速率Dv(甲醇)mol/(Lmin)表示nB3tB500时上述反应在 D 点的速率解析：根据平衡常数的公式可得：E 点醇的浓度比 D 点要大，所以 E 点平衡常数比 D 点平衡常数要大，温度从E 点转换为 D 点，温度升高，但是甲醇的浓度变小，所以该反应为放热反应，H0，选项 A 错误；该反应的反应前后物质的量为减小趋势，所以生成甲醇越多，气体总物质的量越小，则 D 点的总物质的量大于 E 点，选项 B 错误；FD 点是到达平衡的过程，F 点还没到达平衡点，所以正反应速率大于逆反应速率，C 选项正确；在 D 点的速率为瞬时速率，不是平均速率，选项 D 错误。答案：C6有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入 2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成 NH3的物质的量为 m mol。(1)相同温度下，在乙中加入 4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为_mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积和甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成 NH3的物质的量为_mol。A小于 m B等于 mC在 m2m 之间 D等于 2mE大于 2m(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入 1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始应加入_mol N2和_mol H2。解析：(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的 NH3的物质的量应该等于 2m。当甲乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中 NH3的物质的量大于 2m。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入 N2为(10.5)0.5 mol，H2为(1.51.5)0 mol。答案：(1)DE(2)0.50