高考复习之八化学平衡.docx
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高考复习之八化学平衡
化学反应速率和化学平衡
第一部分化学反应速率
【教学内容】
化学应速率
【教学目标】
1、熟练掌握，化学反应速率的概念、计算以及影响因素。
2、熟练掌握化学平衡的基本概念、影响因素及化学平衡移动的原理。
【知识讲解】
一、化学反应速率
1．定义：
所谓化学反应速率即表示一个化学反应进行的快与慢
2．表示方法：
用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
3．公式：
=
4．单位：
mol/（L·s）、mol/（L·min）
注意：
①v是平均速率还是瞬时速率？
（平均，因为开始时浓度大、速率大）
②同一反应用不同物质表示反应速率数值是否一定相同？
（不一定，但表示的意义完全相同）。
同一反应中，各物质的速率之比一定等于其计量系数之比。
③当反应物是固体时能否定量表示反应速率？
（能，虽然固体不能讲浓度，但用单位时间物质的量减小或增大来表示）
5·简算：
三步分析法的应用。
例题见《金版教程》P190例1、2；练习P192基本1～3T
二、影响化学反应速率的条件
1·主要（决定性）因素——反应物本身的性质。
但同一反应，不同条件，反应速率不相同。
2·外界条件
（1）浓度：
其它条件不变，增大反应物浓度v加快。
例如：
硫在纯氧中燃烧比在空气中燃烧更剧烈等。
注意：
浓度一般指气体或溶液，纯液体或固体浓度是一定值，量的增减一般不影响反应速率。
对可逆反应，浓度改变可以是反应物或生成物或同时改变，但均符合“浓快稀慢”的规律。
（2）压强：
对有气体参加的反应，温度不变，增大压强，v加快，减小压强,v减慢。
注意：
①压强改变针对气体而言，固体或液体，压强对其没有影响。
②针对可逆反应，压强对v正、v逆影响相同，但影响程度不一定相同。
③压强的改变，本质上是改变气体的浓度，因此，压强改变，关键看气体浓度有没有改变，v才可能改变。
例1：
反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）在可变容积的密闭容器中进行，下列的改变，对化学反应速率的影响如何？
A、增加碳的量B、容器的体积缩小一半
C、保持体积不变，充入N2，使体系的压强增大一倍D、保持压强不变充入N2。
解析：
增加碳的量，不影响反应速率，因为固体浓度是一定值。
容器体积缩小一半（即增大压强），气体浓度变大v加快。
当充入N2，由于容器体积不变，尽管压强增大，但气体的浓度并未改变。
因此v不变。
而充入N2，保持压强不变。
容器的体积一定要扩大，此时气体浓度一定减小，v一定要减小。
（3）温度：
其它条件不变，温度越高,v越大，温度越低,v减小。
温度对化学反应速率的影响较大，每升高100C，v增大至原来的2~4倍，因此，在实际生产中，绝大多数是在高温下进行。
思考：
①温度每升高100C，反应速率增大为原来的a倍，现升高了500C现反应速率是原来的多少倍？
（a5倍）
②反应M+N→P，每升高100C，反应速率增加3倍，在100C时完成反应的10%需81分钟，现将温度提高到300C，完成反应的10%，需要几分钟（9分钟）
注意：
①温度对v影响与物质聚集状无明显关系
②可逆反应，不管放热还是吸热反应，正、逆反应速率均要加快但影响程度不同。
例2·使Zn与10%的稀硫酸反应速率比Zn与12%H2SO4反应速率大，最适宜的方法是什么？
（加热）
（4）催化剂——改变化学反应速率，通常有正、负之分。
使用催化剂的反应较多，有些反应实用性只有在使用催化剂才能体现出来，特别是石油化工生产。
注意：
①催化剂不能使本身不发生反应的反应发生。
②工业生产中要防止催化剂中毒
③催化剂对正逆反应的速率影响是相同的
（5）其它因素：
如光、颗粒大小、溶剂等。
巩固练习：
见《金版教程》P193基本检测4～11T
作业：
见《金版教程》P193应试能力
《手把手》P205
第二部分化学平衡
教学目标
知识技能：
复习和强化对化学平衡状态标志的认识、对同一平衡状态的判断；勒沙特列原理的广泛应用，以及化学平衡计算知识。
能力培养：
培养学生应用化学平衡的概念、平衡移动的原理解决实际问题的能力，以及在化学计算中的另类思维能力。
科学思想：
通过对化学平衡概念的深刻讨论，使学生建立平衡思想，并能广泛应用于一定条件下的可逆过程中。
科学品质：
通过化学平衡例题的讨论，培养学生认真的审题习惯，多方位的或换位的思维方式，严谨的科学态度。
科学方法：
通过对化学平衡理论的复习，培养学生学会讨论问题的科学方法。
重点、难点化学平衡概念的深刻剖析和化学平衡移动原理的应用。
教学过程设计
一、可逆反应：
相同条件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。
即不可能完全进行的反应，多数化学反应为可逆反应，差别是正、逆反应进行的程度不相同。
即使进行得较完全的中和反应亦为可逆（盐类水解）。
二、化学平衡研究对象：
可逆反应
三、化学平衡状态
1·定义：
化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
2·特点：
“逆”：
化学平衡研究的对象是可逆反应，可逆反应不能进行到底，即平衡时各反应物和生成物的量均不等于零。
——不等于零原则
“动”：
动态平衡，v正=v逆≠0，正、逆反应仍在进行。
“定”：
达到化学平衡，各组分的百分含量不变。
“变”：
化学平衡是相对的，外界条件改变，化学平衡可能被破坏。
思考1、v正=v逆，可否理解成单位时间内生成物浓度的变化和反应物浓度变化表示的反应速率数值相等？
（不能，指的是同一物质在单位时间内消耗的量与生成的量相等）
3·建立化学平衡状态的标志
【提问】我们根据什么可以来判断，在一定条件下，一任意可逆反应：
mA+nB
pC+qD，是否达到了化学平衡状态？
【学生活动】
【回答】一定条件下。
①正逆反应速率相等；②平衡混合气中各组分的体积分数不变。
【过渡】还有哪些衍生出的因素也可以是建立化学平衡状态的标志？
讨论题：
例3·在恒温下，密闭容器中的可逆反应：
2SO3（g）
2SO2（g）+O2（g）可用来确定该反应已经达到平衡状态的是 [ C ]
A．反应容器内，压强不随时间改变B．单位时间消耗1molSO3同时生成1molSO2
C．单位时间消耗1molSO3同时消耗1molSO2D．容器内混合气体的总质量不发生变化
例4·在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时，不能表明可逆反应A（s）+2B（g）
C（g）+D（g）；△H<0已达到平衡状态的是 [ A ]
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．反应放出的热量
【讨论引导】
从化学平衡概念的本质及它的外延去讨论和判断，但需注意题中可逆反应的特征、物质的状态即要三看方程式：
一看状态，二看系数，三看热效应。
讨论：
回答：
例3未指明密闭容器的体积固定，对于体积可变容器，达平衡与否，容器内压强均不会改变，A不正确。
B选项只描述了正反应速率，C正确。
回答：
例4中容器的体积虽然固定，但可逆反应在反应前后气体的体积相等，混合气体的总体积不变，达平衡与否，容器内压强均不会改变，A选项不正确。
由质量守恒定律来分析，反应物A为固体，达平衡前后气体质量不相等，B选项正确。
回答：
密闭容器的体积固定，虽然混合气体的总物质的量不变，但反应过程中成分气体的物质的量在改变，浓度在改变，所以C选项正确；正反应为放热反应，D选项也正确。
【评价】例3中的A、B、D三个选项均不正确，只有C正确。
例4中只有A选项不能表明可逆反应达到平衡状态。
【小结】化学平衡的判断（标志）：
一、利用v正=v逆判断。
根据题意，只要能够求出同一物质的分解速率等于生成速率，则达到平衡。
二、利用常见化学量（如浓度、压强、密度、相对平均分子质量、体积分数、转化率等）判断。
针对某一具体反应而言，当某一化学量不随平衡移动而变化，称其为定量，定量不能作为平衡的标志；当某一化学量随平衡移动而发生变化，称其为变量，若变量不变时，则反应达到平衡。
概括一句话为：
定量不能“断”，变量不再变则可“断”（“断”指判断）。
巩固练习：
见《金版教程》P199基本检测1T，《手把手》P211热点1—1、4T和热点2。
四、化学平衡常数（K）：
（1）概念：
对于一般反可逆反应mA+nB⇋
pC+qD
K=
（2）意义：
①K越大，反应进行的程度越大，转化率越大。
②K只与温度有关。
一般正反应为放热时，温度越高，K越小；正反应为吸热时，温度越高，K越大
五、影响化学平衡的条件
1·浓度：
增大反应物浓度、平衡向正反方向移动，
减小反应物浓度，平衡向逆反方向移动。
上述变化可用速率——时间图象来说明。
例5·在一恒容密闭容器中，反应A（g）+B（g）C（g）达到平衡，若增大A的浓度，使平衡右移，并达到新的平衡，下列说法正确的是
A、A的浓度一定比原平衡大B、A的转化率增大
C、C的百分含量一定大于原平衡C的百分含量D、B的转化率一定增大
解析：
增大A的浓度，尽管平衡右移，但加入的A不可能全部转化。
平衡时A的浓度一定比原平衡大，而A的转化率不一定增大。
因为A的总量在增大。
同理C的百分含量也不一定增大。
而平衡右移B的转化率一定增大，正确答案A、D。
2·压强——要有气态物质存在，改变压强，才可能使平衡移动。
例6·2NO2（g）N2O4（g）增大压强平衡向正方向移动，混合气体的颜色先变深
后变浅。
思考：
①上述平衡体系，增大压强、速率——时间图象如何表示？
②上述平衡体系颜色a，增大压强瞬间颜色为b，达到新平衡时，颜色为c，则颜色最深的为______，最浅的为______。
③H2（g）+I2（g）2HI（g）,达到平衡后，加压，速率——时间图象如何变化？
混合气体颜色如何变化？
（① ②b、a③平衡不移动，颜色变深）
3·温度——所有化学反应均具有能量变化，温度改变，化学平衡一定移动。
例7·1molX（g）和1molY（g）和催化剂一起放入反应容器中、发生如下反应：
X（g）+Y（g）Z（g），经过一段时间后，产物Z的压强与温度关系如图：
（1）当温度T（2）当温度T>T0时，v正和v逆关系？
（3）该反应的正反应是吸热还是放热
反应？
指出判断依据。
解析：
当温度Tv逆，而当T=T0时，恰好处于平衡状态，v正=v逆。
正反应显然为放热反应，因为T0是处于平衡状态，温度再升高，Z的压强在减小，说明平衡破坏，反应向逆方向进行。
4·催化剂——只改变反应速率，而平衡不移动。
例8·A（g）+3B（g）2C（g）;ΔH=Q（Q<0）达到平衡，改变下列条件，正反应
速率始终增大，直达到新平衡的是
A、升温B、加压C、c（A）增大D、c（C）降低E、c（A）降低
[注意正反应速率始终增大，这关键词，D、E就不必改虑，因为降低浓度，不管平衡如何移动，v正均要降低。
其次最好画出v—t图，就能清楚看出正确答案。
v正始终增大（尽管平衡左移）v正突然增大，但又逐渐减小，同理C答案也不合题意，正确答案为A]
升高温度增大压强
六、同一平衡状态（即等效平衡）
【提问】从化学平衡的概念出发，化学平衡的建立与哪些条件有关？
【回答】反应温度、压强、物质的量浓度。
【过渡】对于同一可逆反应，如果反应的起始态不同，所达到的平衡状态，是否相同呢？
讨论题：
例9·可逆反应3H2+N2
2NH3，在一固定容积的容器内，500℃Fe为催化剂，三种不同的初始态：
①3molH2、1molN2，②2molNH3，③1.5molH2、0.5molN2、1molNH3，发生反应达到平衡时，混合气体中NH3的体积分数是否相同？
例10·在一个固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：
A（g）+B（g）
2C（g）。
已知加入1molA和2molB达到平衡后，生成amolC，此时在平衡混合气体中C的摩尔分数为R。
若在相同的条件下，向同一容器中加入2molA和4molB，达平衡后的C物质的量为多少？
此时C在平衡混合气体中的摩尔分数与R的关系？
【讨论引导】
注意例9、例10中相关可逆反应的特征。
在讨论例10时，可将浓度的改变转化为容器体积的改变，从而由平衡移动的角度分析。
讨论：
【回答】例9，温度相同，容器的体积相同（即压强相同），虽然起始态不同，将②③转换后与①中反应物的初始浓度相同，所以对同一个可逆反应，在相同的条件下，所达到的平衡状态是同一平衡状态。
即三种不同的起始态的平衡混合体系中NH3的体积分数相同。
【回答】例10，由于可逆反应的反应前后气体体积不变，在固定体积的容器中充入2molA和4molB，就相当于把第一个起始态容器的体积减小到原来的一半，但由于压强不影响该反应平衡状态，所以，达平衡时C的物质的量为2amol，C在平衡混合气体中的摩尔分数与R相等。
【评价】例9的答案正确。
对同一可逆反应的三种不同的起始态，在同一温度和压强下达到平衡，平衡混合体系中NH3的体积分数相同。
例10答案正确。
【小结】
1．可逆反应的平衡状态只与反应的条件有关，与反应的过程无关。
2．在相同温度和相同体积的容器中，同一可逆反应：
mA+nB
pC+qD
当m+n≠p+q，由不同的起始态均转换为从正反应开始的起始态，若反应物的浓度完全相同，则达到平衡时，为同一平衡状态；
当m+n=p+q，由不同的起始态均转换为从正反应开始的起始态，若反应物的浓度比完全相同，达到平衡时，则为同一平衡状态。
巩固练习：
见《金版教程》P
七、勒沙特列原理的应用
【讨论引导】什么是勒沙特列原理，在化学平衡中的具体体现有哪些？
回答（略）。
【复习讨论】
讨论题：
例11·在密闭容器中有可逆反应：
nA（g）+mB（g）
pC（g）;ΔH=Q（Q>0）
处于平衡状态（已知n+m＞p，Q＞0），则下列说法正确的是 [ ]
①升温，c（B）/c（C）的比值变小
②降温时体系内混合气体平均分子量变小
③加入B，A的转化率增大
④加入催化剂，气体总的物质的量不变
⑤加压使容器体积减小，A或B的浓度一定降低
⑥若A的反应速率为v（A），则B的反应速率为v（A）n/m
A．①②③⑤B．①②③④C．①②⑤⑥D．③④⑤⑥
【讨论引导】注意可逆反应的特点，改变条件后的平衡移动方向，以及题中涉及的化学量的概念。
讨论：
回答：
此可逆反应的正反应是气体体积的缩小反应，是吸热反应。
升高温度，使平衡向正反应方向移动，混合气体的总物质的量减小，平均分子量变大；B的浓度变小，C的浓度增大。
增大压强，使容器的体积变小，各物质的浓度应增大，但由于平衡向正反应方向移动，反应物气体A、B的物质的量变小，生成物气体C的物质的量增大。
正确答案为B。
【评价】讨论的结论正确。
不仅应会判断平衡移动的方向也应会判断平衡移动后的结果。
【过渡】对于其他平衡体系，如：
电离平衡、水解平衡、溶解平衡等，勒沙特列原理是否适用呢？
例12·一定温度下，一定量的水中，石灰乳悬浊液存在下列平衡：
Ca（OH）2
Ca2++2OH-，当向悬浊夜中加入少量的生石灰时，下列说法正确的是[]
A．溶液中Ca2+数目减少B．Ca2+浓度增大
C．溶液pH保持不变D．溶液pH增大
【讲解】难溶物在水中存在着溶解和沉淀的可逆过程，在一定条件下，当溶解的速率等于沉淀的速率，就达到了平衡状态，称为溶解平衡。
同化学平衡一样，改变条件，平衡被破坏而发生移动。
应用勒沙特列原理来分析例题中的问题。
【提问】在一定条件下，石灰乳悬浊液存在着平衡状态，那么对于溶液而言，是否处于饱和状态？
加入生石灰会发生什么反应？
对溶解平衡有什么影响？
倾听。
思考并议论。
回答：
是饱和状态。
生石灰与溶剂水反应，虽然由于溶剂的减少，平衡会发生移动，但温度不变，Ca（OH）2的溶解度不变，所以溶液的浓度不变，只是溶质和溶剂的量改变。
A、C正确。
【评价】回答正确。
【结论】凡是存在可逆过程的变化，均会在一定条件下建立平衡状态，均可应用勒沙特列原理来分析解决平衡移动问题，但不能脱离该问题所涉及的概念。
八、化学平衡的有关计算
【引入】在复习化学平衡的计算时，除了常规的计算方法，还应具备一些常用的数学思想，以及常用的解题方法。
倾听。
1．极值思想
例13·在一定条件下，将物质的量相同的NO和O2混合，发生如下反应：
2NO+O2
2NO2，2NO2
N2O4，所得混合气体中NO2的体积分数为40％，则混合气体的平均分子量是 [ ]
A．49.6B．41.3C．62D．31
【分析】首先确定混合气体的组成，用常规方法解题。
【引导】由于第二个反应是可逆反应，故可以采用化学计算中常用的方法——极端假设法。
【启示】极端假设法常用在混合物的组成的计算中，同样也可以应用在可逆反应的有关计算中。
解题：
混合气体是由O2、NO2、N2O4组成的。
（解题过程略）
思考：
回答：
假设混合气体只是由1molO2和2molNO2组成的，其平均分子量为41.3；假设混合气体只是由1molO2和1molN2O4组成的，其平均分子量为62。
但实际上混合气体是由O2、NO2、N2O4组成的，所以平均分子量应在二者之间。
A正确。
2．代换思维
例14·在一真空的一定体积的密闭容器中盛有1molPCl5，加热到200℃时发生如下反应：
PCl5（g）
PCl3（g）+Cl2（g），反应达平衡时，PCl5所占体积分数为M％。
若在同一温度和容器中，最初投入的PCl5是2mol，反应达平衡时，PCl5所占体积分数为N％，则M和N的正确关系是 [ ]
A．M＞N B．M＜N C．M=N D．无法比较
【分析】在同一容器中投入不同量的反应物，即反应物的浓度不同，因此，我们可以把两个独立的平衡体系看成是在第一个平衡体系的基础上的平衡移动问题。
所以思考时应注意①浓度的改变对平衡的影响；②平衡混合气体的总体积数也在改变。
思考：
提问：
平衡移动时PCl5减少的量与投入的PCl5增加的量，哪一个大？
思考讨论：
回答：
在同一容器中投入2molPCl5可相当于容器的体积减小一半，相当于对第一个平衡体系增大压强，使平衡向左移动，PCl5的量增大，B正确。
【引导】为了回避这样的问题，我们可以进行思维代换，把浓度的改变代换为体积的改变，然后再代换为压强的改变。
【启示】当需要比较两个相同的可逆反应的不同平衡状态时，即可采用这样的代换思维方法：
①转换为平衡移动问题；
3．差量方法
例15·在一定条件下，合成氨反应达到平衡，混合气中NH3的体积分数为25％，若反应条件不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是 [ ]
A．1/5 B．1/4C．1/3 D．1/2
【分析】根据平衡时混合气中NH3的体积分数为25％，可按常规计算方法列出方程后解题。
解题（略）。
【引导】若把有关化学方程式的差量法计算引入此题中，可简约思维。
3H2+N2
2NH3……△V
变化3L 1L 2L 2L
由此可知反应过程气体体积缩小的量即生成NH3的量。
【启示】可逆反应是化学反应中的一种，反应过程中是按反应式各物质的系数比变化的，所以差量法经常应用在化学平衡的计算中。
思考解题：
回答：
设平衡混合气体为100L，其中NH3为25L，即反应生成NH325L，气体体积缩小了25L，原反应物体积为125L，A正确。
九、综合问题
例16·在一容积固定的反应容器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的可逆反应。
各物质的起始加入量如下：
A、B和C均为4.0mol，D为6.5mol，F为2.0mol，设E为xmol，x在一定范围内变化时，均可以通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中间位置。
①若x=4.5，则右侧反应在起始时向______方向进行，欲使起始反应维持向该方向进行，则x的取值范围为____。
②若x分别为4.5和5.0，则在这两种情况下，当反应达平衡时，A的物质的量是否相等？
______，其理由是______。
【分析】左侧可逆反应是反应前后气体的物质的量不变的反应，右侧可逆反应的正反应是气体的物质的量缩小的反应。
隔板在中间意味着左右两侧可逆反应在一定条件下达到平衡时，气体的物质的量相等。
左侧气体的起始量已知，共12mol，由此进行讨论。
【引导启发】在推算x的取值范围时，可采用极端假设法进行讨论。
思考讨论。
回答：
①当x=4.5时，气体总物质的量为13.0mol，欲使右侧反应的总物质的量为12mol，应在起始时向气体体积缩小的方向进行。
欲使反应向正反应方向进行，可以通过极端假设的方法来讨论：
假设平衡不移动，x=12.0mol-6.5mol-2.0mol=3.5mol；假设平衡向正反应方向移动使E为0mol，（6.5-0.5x）+（2.0+x）=12.0mol，x=7.0mol，故x取值范围为3.5＜x＜7.0。
②当x的取值不同时，反应分别达到平衡的气体总物质的量均为12mol，两个反应的温度肯定不同，所以左侧中的气体A的物质的量也肯定不同。
【评价】回答正确。
【启示】解化学平衡综合题，应围绕着化学平衡概念，应用平衡的基本知识来综合分析问题，解决问题。
十、合成氨工业
1、选择适宜的条件：
根据N2+3H22NH3;ΔH=Q（Q<0）这一反应的特点，运
用化学反应速率和化学平衡的理论来选择适宜条件。
该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。
（1）适宜的压强：
为何强调适宜？
压强越大、有利于NH3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2×107~5×107Pa压强。
思考：
工业上生产H2SO4：
2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）为何不采用加压方法？
（因为在常压下SO2的转化率已达91%，不需要再加压）
（2）适宜的温度：
温度越低越有利于NH3的合成，为何还要选择5000C高温？
因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C时，催化剂活性最大。
（3）使用催化剂
（4）及时分离出NH3，并不断补充N2和H2（N2要过量，提高成本较高的H2转化率）
练习题参考答案
一、选择题
1．A、C 2．C 3．B、C 4．A、B 5．B、C 6．C、D 7．B、C提示：
从图象看，改变条件只加快反应速率，不使平衡发生移动。
8．D提示：
采用差量法计算。
9．B提示：
采用极值思想来确定取值范围 10.B
二、非选择题
11．
（1）向右移动 先深后浅 向左移动 变深
（2）不移动 变深 向右 移动 变深 向左移动 变浅
12．
（1）a＞4d
（2）D提示：
可以将题中的平衡看作是新平衡的起始态，按照题中给出的D的物质的量变化范围的下限（d/2）和上限（2d）来分别讨论。
讨论时应注意平衡移动的方向，由哪一种物质来确定a的取值。
13．
（1）提高降低
（2）4（3）0.5（4）c/a+c/b=1或c=ab/（a+b）
精选练习题
一、选择题
1．在一定温度下，可逆反应 A（g）+3B（g）
2C（g）达到平衡的标志是[ ]
A．C生成的速率与C分解的速率相等
B
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