第六单元第2讲化学平衡状态 化学平衡常数
解读与阐释
考纲要求权威解读
1.了解化学反应的可逆性。
2．了解化学平衡建立的过程。
3．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。 常见的考查形式：①结合图像考查化学平衡建立的过程；②化学平衡状态的分析、判断及比较；③应用化学平衡常数进行有关计算判断反应进行的方向。(预计2012年高考还会加强此方面的考查)
梳理与整合
一、可逆反应
导学诱思
向含有2 mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2＋O2 2SO3，充分反应后生成SO3的物质的量____2 mol(填“＜”“＞”或“＝”)。
教材回归
1．定义
在________条件下，既可以向____反应方向进行，同时又可以向____反应方向进行的化学反应。
2．特点
反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都____于100%。
3．表示
在方程式中用“________”表示。
判断一个反应是否为可逆反应，一定要注意“相同条件下”“同时”，如2H2＋O2=====点燃2H2O与2H2O=====电解2H2↑＋O2↑因条件不同就不属于可逆反应。
二、化学平衡状态
导学诱思
对于N2＋3H2????催化剂高温、高压2NH3，(1)若N2、H2、NH3的浓度不再随时间的改变而改变，是否达到平衡状态？答：____；(2)若某一时刻，v正(N2)＝v逆(NH3)，此时是否达到平衡状态？答：____。
教材回归
1．化学平衡状态的建立
对一定条件下的某个可逆反应，在向一定容积的密闭容器中投入一定量反应物时，反应物的浓度最大。反应开始后，反应物的浓度逐渐__________，生成物的浓度则由零开始逐渐________。因此，反应开始时，v正最____，v逆为______。随着反应的进行，v正逐渐________，v逆逐渐________。反应进行到某一时刻，________________，此时，该可逆反应达到了________状态。
2．化学平衡状态及特征
(1)化学平衡状态是指在一定条件下的________反应，当反应物和生成物中各组分的百分含量______________的状态。
(2)特征
逆：研究对象是________反应。
等：v正____v逆____0(化学平衡的实质)。
动：动态平衡，反应仍在进行。
定：平衡后，各组分的浓度__________。
变：条件改变，平衡________。
三、化学平衡常数
导学诱思
对于N2＋3H2 2NH3 ΔH＜0，(1)若增大压强、增大N2浓度、升高温度、加入催化剂，K值将分别________、________、__________、________(填“不变”“增大”或“减小”)；(2)如果K＝a，温度相同时，那么对于
2NH3 N2＋3H2反应的平衡常数为________。
教材回归
1．概念
在________下，一个可逆反应达到______________时，生成物__________与反应物__________的比值是一个常数，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)，在一定温度下达到平衡时，K＝________________________。
3．意义及应用
(1)K值越大，正反应进行的程度________，反应物的转化率________。
K值越小，正反应进行的程度________，反应物的转化率________。
(2)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。
①若反应方向改变，则平衡常数改变。
②若方程式中各物质的计量数改变，则平衡常数改变。
在使用平衡常数时要注意以下两点：(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代入公式。
理解与深化
一、化学平衡的标志
1．绝对标志
(1)v正＝v逆≠0
a.同一种物质的生成速率等于消耗速率b.在化学方程式两边的不同物质生成?或消耗?速率之 比等于化学计量数之比
(2)各组分的浓度保持一定
a.各组分的物质的量浓度不随时间的改变而改变b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时 间的改变而改变c.各反应物的转化率不变
2．相对标志
反应体系中总压强不随时间变化(适用于气体反应中前后体积不等的反应)。
3．综合分析
对于密闭容器中的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，根据对化学平衡概念的理解，判断下列各情况，是否达到平衡：
可能的情况举例是否能判断
已达平衡
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分数一定平衡
②各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡
③各气体的体积或体积分数一定平衡
④总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡
正、逆反
应速率
的关系①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
②在单位时间内消耗了n mol B同时生成p mol C不一定平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q不一定平衡
④在单位时间内生成了n mol B，同时消耗q mol D不一定平衡
压强不变①m＋n≠p＋q(其他条件一定)平衡
②m＋n＝p＋q(其他条件一定)不一定平衡
混合气体
的平均相
对分子质
量(Mr)
①Mr一定，当m＋n≠p＋q时
平衡
②Mr一定，当m＋n＝p＋q时
不一定平衡
温度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定时平衡
气体的密度密度一定不一定平衡
颜色反应体系内有色物质的颜色不变，就是有色物质的浓度不变平衡
【例1】 可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中，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用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
二、化学平衡常数
1．特点
对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，K＝cp?C??cq?D?cm?A??cn?B?。
注意：(1)不要把反应体系中固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。如：CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2)
Cr2O2－7(aq)＋H2O(l) 2CrO2－4(aq)＋2H＋(aq)
K＝c2?CrO2－4??c2?H＋?c?Cr2O2－7?
但非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。如：
C2H5OH＋CH3COOH CH3COOC2H5＋H2O
K＝c?CH3COOC2H5??c?H2O?c?C2H5OH??c?CH3COOH?
(2)同一化学反应，化学方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：
N2O4(g) 2NO2(g) K＝c2?NO2?c?N2O4?＝0.36
1/2N2O4(g) NO2(g) K′＝c?NO2?c1/2?N2O4?＝0.36＝0.60
2NO2(g) N2O4(g) K″＝c?N2O4?c2?NO2?＝10.36≈2.8
因此书写化学平衡常数表达式及数值，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。
2．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＝cc?C??cd?D?ca?A??cb?B?
Q＜K 反应向正反应方向进行，v正＞v逆＝K 反应处于化学平衡状态，v正＝v逆＞K 反应向逆反应方向进行，v正＜v逆
(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。
(4)K值与温度的关系
升高温度，化学平衡常数一定发生变化，当正反应是吸热反应时K值增大；反之，则减小。
【例2】 (2011?湖南常德检测)已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝c?CO2??c?H2?c?CO??c?H2O?，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表：
t ℃7008008301 0001 200
K1.671.111.000.600.38
下列有关叙述不正确的是( )。
A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol,5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO2为0.4 mol时，该反应达到平衡状态
D．若平衡浓度符合下列关系式：c?CO2?3c?CO?＝c?H2O?5c?H2?，则此时的温度为1 000 ℃
三、化学平衡的计算
平衡常数与平衡转化率的计算，通常利用“三段式”列式求解。所谓“三段式”就是在反应方程式下面，表示出“初始状态”“转化部分”“平衡状态”各组分的浓度或物质的量，进行列式求解。
例： mA ＋ nB??pC ＋ qD
起始： a b 0 0
转化： mx nx px qx
平衡： a－mx b－nx px qx
注意：(1)转化量与方程式中各物质的化学计量数成比例。
(2)这里a、b可指物质的量等。
(3)转化率＝反应物转化的物质的量反应物起始的物质的量×100%
【例3】 在一定温度下，反应12H2(g)＋12X2(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于( )。
A．5% B．17%
C．25% D．33%
实验与探究
化学平衡常数的测定
化学平衡常数是新课标新增的内容，是高考必考内容，随着改革的深入，对此知识点的考查形式越来越灵活，如结合定量实验对化学平衡常数进行测定。
实验典例
(2011?江苏?茶模拟)测定平衡常数对定量认识化学反应具有重要意义。已知：I2能与I－反应成I－3，并在溶液中建立如下平衡：I2＋I－ I－3。通过测平衡体系中c(I2)、c(I－)和c(I－3)，就可求得该反应的平衡常数。
Ⅰ.某同学为测定上述平衡体系中c(I2)，采用如下方法：取V1 mL平衡混合溶液，用c mol?L－1的Na2S2O3溶液进行滴定(反应为I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6)，消耗V2 mL的Na2S2O3溶液。根据V1、V2和c可求得c(I2)。
(1)上述滴定时，可采用__________________________作指示剂，滴定终点的现象是________________________________________________________________________。
(2)下列对该同学设计方案的分析，正确的是________(填字母)。
A．方案可行，能准确测定溶液中的c(I2)
B．不可行，因为I－能与Na2S2O3发生反应
C．不可行，只能测得溶液中c(I2)与c(I－3)之和
Ⅱ.化学兴趣小组对上述方案进行改进，拟采用下述方法来测定该反应的平衡常数(室温条件下进行，溶液体积变化忽略不计)：
已知：①I－和I－3不溶于CCl4；②一定温度下碘单质在四氯化碳和水的混合液中，碘单质的浓度比值即c〔I2?CCl4?〕c〔I2?H2O?〕是一个常数(用Kd表示，称为分配系数)，且室温条件下Kd＝85。回答下列问题：
(3)操作Ⅰ使用的玻璃仪器中，除烧杯、玻璃棒外，还需要的仪器是________________(填名称)。
试指出该操作中应注意的事项为____________________________。(任写一条)
(4)下层液体中碘单质的物质的量浓度是________________________。
(5)实验测得上层溶液中c(I－3)＝0.049 mol?L－1，结合上述有关数据，计算室温条件下反应I2＋I－ I－3的平衡常数K＝__________________________。
答案与解析
梳理与整合
一、
导学诱思
＜
教材回归
1．相同 正 逆
2．小
3．
二、
导学诱思
是 否
教材回归
1．减小 增大 大 0 减小 增大 v正＝v逆 平衡
2．(1)可逆 保持不变
(2)可逆 ＝ ≠ 保持不变 移动
三、
导学诱思
不变 不变 减小 不变 1a
教材回归
1．一定温度 化学平衡状态 浓度幂之积 浓度幂之积 K
2.cp?C??cq?D?cm?A??cn?B?
3．越大 越大 越小 越小
理解与深化
【例1】A 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。①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。②不能说明。③中无论达到平衡与否，化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④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。⑤体积固定、气体质量反应前后守恒，密度始终不变。⑥反应前后气体体积不相等，压强不变，意味着各物质的含量不再变化。⑦该反应反应前后气体体积不相等，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，能说明反应达到平衡。
【例2】C 解析：依平衡常数的表达式可知A正确；升高温度K减小，平衡左移，正反应为放热反应，B正确；5 min后CO、H2O、CO2、H2的浓度分别为0.6 mol?L－1、0.6 mol?L－1、0.4 mol?L－1、0.4 mol?L－1，c?CO2??c?H2?c?CO??c?H2O?＝?0.4 mol?L－1?2?0.6 mol?L－1?2＜1，平衡向右移动，C错误；c?CO2??c?H2?c?CO??c?H2O?＝35，D正确。
【例3】B 解析：本题考查平衡常数、分解率的计算。设分解率为x。
12H2(g) ＋ 12X2(g) HX(g)
始态 0 0 1 mol?L－1
平衡态 12x mol?L－1 12x mol?L－1 (1－x) mol?L－1
K＝?1－x??12x?12?12x?12＝10
解得x＝16，分解率约为17%。
实验与探究
答案：(1)淀粉 溶液由蓝色变无色，且半分钟后颜色不再改变
(2)C
(3)分液漏斗 分液时上层液体应从上口倒出，下层液体应从下口放出(或分液漏斗末端应紧靠烧杯内壁或打开上口活塞，使分液漏斗内外压强相等便于液体流下等其他合理答案也可)
(4)0.085 mol?L－1 (5)961
解析：(2)消耗I2，c(I2)降低，平衡I2＋I－??I－3左移，所以选C；(4)n(Na2S2O3)＝0.001 7 mol，n(I2)＝0.001 7 mol÷2＝0.000 85 mol，c〔I2(CCl4)〕＝0.000 85 mol0.01 L＝0.085 mol?L－1；(5)85＝0.085 mol?L－1c〔I2?H2O?〕，c〔I2(H2O)〕＝0.001 mol?L－1，溶液中的c(I－)＝0.1 mol?L－1－0.049 mol?L－1＝0.051 mol?L－1，K＝c?I－3?c?I－??c?I2?＝961。
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