32化学反应中的平衡.docx

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32化学反应中的平衡

第三章化学中的平衡

第二节化学反应中的平衡[3]

[教学基本要求]

[教学内容]

一、化学反应速率：

1．定义：

用单位时间内反应物浓度的或生成物浓度的来定量地表示化学反应快慢的物理量。

计算公式：

单位：

2．在应用速率计算公式时应注意以下几点：

①化学反应速率是某段时间内的平均速率，不可为负值；

②固体、纯液体在反应中可视为浓度不变，一般不用固体或纯液体来表示反应速率；

③表示化学反应速率时，要注明具体物质；

④在同一个化学反应中，用不同物质所表示的化学反应速率，其比值等于化学方程式中的

之比；

⑤在同一个化学反应中，各种物质的变化量之比，等于化学方程式中的之比。

二、影响化学反应速率的因素

1．物质的性质决定了化学反应速率的大小

2．温度：

其他条件相同时，反应物温度，反应速率。

温度每升高10℃，反应速率一般增加为原来的2~4倍

3．浓度：

其他条件相同时，反应物浓度，反应速率。

4．压强：

有气体参加的化学反应，其他条件不变时，增大压强，相当于

，反应速率。

5．其他条件相同时，使用合适的催化剂，反应速率加快

6．其他条件相同时，粉末状固体比块状固体反应速率快——接触面积大，反应速率快

【练习】

1．在2L密闭容器中加入4molA和6molB，发生以下反应：

4A（g）+6B（g）

4C（g）+5D（g）。

若

经5s后，剩下的A是2.5mol，则B的反应速率是（）

A．0.45mol/L·sB．0.15mol/L·sC．0.225mol/L·sD．0.9mol/L·s

2．现有反应4NH3+5O2→4NO+6H2O，反应速率分别用v（NH3）、v（O2）、v（NO）、v（H2O）表示，其关系正确的是（）

A.4v（NH3）=5v（O2）B.4v（NH3）=5v（H2O）

C.4v（O2）=5v（NO）D.4v（NH3）=5v（NO）

3．反应A（g）+3B（g）

2C（g）+2D（g），在不同情况下测得反应速率，其中反应速率最快的是

A．v（D）=0.4mol/L·sB．v（C）=0.5mol/L·s（）

C．v（B）=0.6mol/L·sD．v（A）=0.15mol/L·s

4．设反应C＋CO2

2CO（正反应吸热）反应速率为v1，N2＋3H2

2NH3（正反应放热），

反应速率为v2。

对于上述反应，当温度升高时，v1、v2的变化情况为（）

A.同时增大B.同时减小C.v1增大，v2减小D.v1减小，v2增大

三、化学平衡

CO+H2O（g）

CO2+H2反应中起始和平衡时各物质的浓度（800℃）如表：

起始时各物质的浓度（mol/L）

平衡时各物质的浓度（mol/L）

平衡时

c（CO）

c（H2O）

c（CO2）

c（H2）

c（CO）

c（H2O）

c（CO2）

c（H2）

0.010

0.0050

1.0

0.010

0.0050

1.0

0.008

0.002

0.0050

1.0

0.020

0.010

0.0067

0.0133

0.0033

0.98

0.0025

0.030

0.0075

0.0021

0.0296

0.0079

1.0

0.010

0.030

0.0025

0.0225

0.0075

1.0

1．学平衡状态的建立过程及途径：

2．化学平衡状态定义：

在一定条件下的反应里，和

的速率相等，反应混合物中各组分的和保持不变的状态。

化学平衡状态建立的标志：

【练习】

5．在容积固定的密闭容器中发生如下反应：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）+92.3kJ。

能说明该反应达到了平衡状态的是：

A.生成氨的速率与氨分解速率相等

B.断开一个N≡N键的同时有六个N－H键生成

C.N2、H2、NH3的百分含量不再变化

D.N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2的状态

E.N2、H2、NH3的浓度相等F.N2、H2不再起反应

G.3v（N2）=v（H2）H.混合气体的密度不变I.气体总物质的量不变

J.气体总质量不变K.容器的总压强不变

6．对于在固定容器中发生的反应：

H2（g）+I2（g）

2HI（g），下列说法中能说明该反应达到了平衡状态的是

A．气体总物质的量不变B．气体总压强不变

C．反应混合气体的密度不变D．反应混合气体颜色不变

E．存在c（H2）:

c（I2）:

c（HI）=1:

2F．百分组成w（HI）=w（I2）

3．化学平衡常数：

一定温度下，当可逆反应达到平衡时，生成物浓度指数幂的乘积除以反应物浓度指数幂的乘积，得到的比值是个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示。

对于反应aA（g）+bB（g）

cC（g）+dD（g）+Q（Q>0），在一定温度下：

①化学平衡常数K只与温度有关，与反应物的起始浓度无关

②反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度或视为“1”（不变）而不代入公式。

③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

若反应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。

④平衡常数是在一定温度下进行一个化学反应的特征常数，K值越大，表示反应进行的程度，反应物转化率；反之，反应转化得就越不完全，反应物的转化率就越小。

⑤利用K值变化可判断反应的热效应

若温度升高，K值增大，则正反应为反应。

若温度升高，K值减小，则正反应为反应。

【练习】

7．有可逆反应Fe（s）+CO2（g）

FeO（s）+CO（g），已知在温度938K时，K=1.47，在1173K时，K=2.15。

写出该反应的平衡常数表达式_____，该反应是______（选填“吸热”、“放热”）反应。

8．在2L密闭容器内，800℃时发生如下反应：

2NO（g）+O2（g）

2NO2（g）体系中，写出该反应的平衡常数表达式：

K=。

已知：

K300℃＞K350℃，则该反应是热反应。

9．在一个体积为4L的密闭容器中，高温下发生下列反应：

C（s）+H2O（g）

CO（g）+H2（g）—Q（Q＞0）

写出上述反应的平衡常数表达式：

。

降低温度，平衡常数K（填“增大”、“不变”或“减小”），正反应速率；（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），逆反应速率。

10．1000℃时，硫酸钠与氢气发生下列反应：

Na2SO4（s）+4H2（g）

Na2S（s）+4H2O（g）。

该反应的平衡常数表达式为____________________。

已知K1000℃＜K1200℃，则

该反应是________反应（填“吸热”或“放热”）。

11．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

CO2（g）＋H2（g）

CO（g）＋H2O（g），

其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：

t/℃

700

800

830

1000

1200

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

（1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝。

（2）该反应为反应（选填吸热、放热）。

（3）某温度下，平衡浓度符合下式：

c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为℃。

4．平衡转化率：

某反应的平衡转化率=

平衡转化率越大，则该反应进行得越完全。

平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而改变。

【练习】

12．已知可逆反应：

M（g）+N（g）

P（g）+Q（g），正反应为吸热反应。

请回答下列问题：

（1）某温度下，反应物的起始浓度分别为c（M）=1mol/L，c（N）=2.4mol/L，达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为。

（2）若反应温度升高，M的转化率（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c（M）=c（N）=amol/L，达到平衡后，M的转化率为。

（25%、增大、41%）

四．化学平衡移动：

可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。

（1）化学平衡移动的方向

v正＞v逆，平衡向反应方向移动；

v正＝v逆，平衡不移动；

v正＜v逆，平衡向反应方向移动。

（2）影响化学平衡的因素

温度：

升高温度，正、逆反应速率都，但v’放热v’吸热，平衡向着方向移动；

降低温度，正、逆反应速率都，但v’放热v’吸热，平衡向着方向移动；

浓度：

增大反应浓度（或减小生成物浓度），v’正v’逆，平衡向着方向移动；

减小反应浓度（或增大生成物浓度），v正v逆，平衡向着方向移动；

压强：

压缩容器体积，反应体系的压强将，平衡向着方向移动；

扩大容器体积，反应体系的压强将，平衡向着方向移动；

（1）向容积固定的容器中充惰性气体，容器内压强将，但反应混合物中各物质浓度，平衡不移动；

（2）在恒压条件下，向体积可变的容器中充惰性气体，相当于将反应体系扩容，反应体系中各物质浓度将，平衡向着方向移动；

催化剂：

因使用催化剂将同等程度地改变正、逆反应速率，故化学平衡不移动。

勒夏特列原理：

【练习】

13．有某可逆反应aA（g）+bB（g）

cC（g）+Q；右图表示外界条件（温度、压强）的变化对上述反应的影响。

下列判断正确的是（）

A．a+b

B．a+b

C．Q＜0时，y轴表示达到平衡时B的转化率

D．Q＜0时，y轴表示达到平衡时A的浓度

14．不能用平衡移动原理解释的事实是（）

A．压缩盛有I2和H2混合气体的针筒，气体颜色变深

C．pH均为4的盐酸和NH4Cl（aq）中水的电离度后者大

B．打开汽水瓶盖，即有大量气泡逸出

D．用排饱和食盐水的方法收集氯气

15．I2在KI溶液中存在下列平衡：

I2（aq）＋I－（aq）

I3－（aq）。

某I2、、KI混合溶液中，I3－的物质的量浓度c（I3－）与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。

下列说法正确的是

（）

A．

反应I2（aq）＋I－（aq）

I3－（aq）为吸热反应

B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为

K1、K2，则K1＞K2

C．若反应进行到状态D时，一定有v正＞v逆

D．状态A与状态B相比，状态A的c（I2）大

五．化学反应速率与化学平衡原理在工业生产及生活中的应用

1.接触法制硫酸

生产

阶段

SO2的制取、净化

SO2氧化成SO3

SO3的吸收及硫酸的生成

反应

原理

S+O2

SO2

4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2

2SO2+O2

2SO3

快与多的措施

设备

沸腾炉

接触室（含热交换器）

吸收塔

转化率

（％）

温度

压强（×101kpa）

100

400℃

99.2

99.6

99.7

99.9

450℃

97.5

98.9

99.2

99.5

99.6

99.7

500℃

93.5

96.9

97.8

98.6

99.0

99.3

550℃

85.6

92.9

94.9

96.7

97.7

98.3

2.合成氨工业

1）N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）+112.64，达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[V（N2）:

V（H2）=1:

3]如下表：

压强/MPa

温度/℃

0.1

100

200

15.3

81.5

86.4

89.9

95.4

98.8

300

2.2

52.0

64.2

71.0

84.2

92.6

400

0.4

25.1

38.2

47.0

65.2

79.8

500

0.1

10.6

19.1

26.4

42.2

57.5

600

0.05

4.5

9.1

13.8

23.1

31.4

使氨生产得快

（从化学反应速率分析）

使氨生成得多

（从化学平衡分析）

浓度

压强

温度

催化剂

2）合成氨工艺流程：

【巩固练习】

一．选择题

1．用锌粒与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加大的是（）

A．加热B.改用98%的硫酸C.滴加少量硫酸铜溶液D.改用粗锌（含碳）

2．用锌片与稀盐酸反应制取氢气时，下列因素与氢气生成速率无关的是（）

A．反应的温度B．盐酸的浓度C．锌块的表面积D．盐酸的体积

3．反应3Fe（s）+4H2O（g）

Fe3O4（g）+4H2（g）在一密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（）

①体积不变，增加铁的量②体积不变，增加水的量③体积不变，充入氮气使压强增大

④压强不变，充入氮气使体积增大

A．①③B．②④C．②③D．①④

4．右图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。

下列叙述与示意图不相符合的是（）

A.反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等

B.该反应达到平衡态Ⅰ后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态Ⅱ

C.该反应达到平衡态Ⅰ后，减小反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态Ⅱ

D.同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等

5．在容积固定的密闭容器中进行如下反应：

2SO+O2（g）

2SO3（g）；Q＞0。

某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图：

下列判断一定错误的是（）

A．图I研究的是t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响

B．图Ⅱ研究的是t0时刻加入催化剂对化学反反应速率的影响

C．图Ⅲ研究的是压强对平衡的影响，且乙的压强较高

D．图Ⅲ研究的是温度对对平衡的影响，且乙的温度较高

物质

初始浓度/mol·L-1

0.1

0.2

平衡浓度/mol·L-1

0.05

0.1

6．

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右表：

下列说法错误的是：

（）

A．反应达平衡时，X的转化率为50％

B．改变温度可以改变此反应的平衡常数

C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，

平衡常数增大

D．反应可表示为X+3Y

2Z，其平衡常数为1600

7．已知：

H2（g）+I2（g）

2HI（g）+Q（Q>0）。

有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1mol，乙中加入HI0.2mol，相同温度下分别达到平衡。

欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，应采取的措施是（）

A．甲、乙提高相同温度B．甲中加入0.1molHe，乙不变

C．甲降低温度，乙不变D．甲增加0.1molH2，乙增加0.1molI2

8．碳酸钙与稀盐酸生成二氧化碳是放热反应，生成二氧化碳的量和反应时间的关系如图所示，以下结论正确的是（）

A．反应开始4分钟内平均反应速率最小

B．反应开始2分钟内平均反应速率最大

C．反应开始2-4分钟内温度对反应速率的影响比浓度

的影响大

D．反应进行6分钟后反应速率将加快

9.最新“人工固氮”的研究报道：

常温常压、光照条件下，N2在催化剂表面与水发生反应：

2N2（g）+6H2O（l）

4NH3（g）+3O2（g）–Q（Q>0），如果反应的平衡常数K值变大，该反应

A．一定向正反应方向移动

B．一定向逆反应方向移动

C．在平衡移动时正反应速率先减小后增大

D．在平衡移动时逆反应速率先增大后减小

二．综合题

综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。

10.H2和CO合成甲醇反应为：

CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）（正反应是放热反应）。

在恒温，体积为2L的密闭容器中分别充入1.2molCO和1molH2，10min后达到平衡，测得含

有0.4molCH3OH（g）。

则达到平衡时CO的浓度为；10min内用H2表示

的化学反应速率为；若要加快CH3OH的生成速率并提高CO的转化率，

可采取的措施有（填一种合理的措施）。

11.二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：

CO2（g）+3H2（g）

CH3OH（g）+H2O（g）+Q。

（1）该反应的平衡常数表达式为K= 。

（2）在恒容密闭容器中使CO2和H2（物质的量之比为1∶3）

发生上述反应，反应过程中测得甲醇的体积分数φ（CH3OH）与

反应温度T的关系如右图所示，则Q 0（填“大于”或“小于”）

【上海高考原题分析】

【2016】随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。

完成下列填空：

29.目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为：

CO2（g）+4H2（g）

CH4（g）+2H2O（g）

已知H2的体积分数随温度的升高而增加。

若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。

（选填“增大”、

“减小”或“不变”）

v正

v逆

平衡常数K

转化率α

30.相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：

[CO2]/mol·L-1

[H2]/mol·L-1

[CH4]/mol·L-1

[H2O]/mol·L-1

平衡Ⅰ

平衡Ⅱ

a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_________。

31.人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：

H++HCO3-H2CO3，当有少量酸性或碱性物质进入血液中时，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解释上述现象。

________________________________。

【2017】某温度下，3L密闭容器中，在无水AlCl3催化下，发生异构化反应：

A（g）≒B（g）+Q（Q>0）

23.该反应的平衡常数表达式K=_____________________；欲使K值变大，可采取的措施是______________________________________。

反应达到平衡后，在其他条件不变的情况下，若使反应容器的体积压缩为原来的1/2，则平衡_______________________________。

（选填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”）

24.若起始时A的物质的量为4.0mol，A与B的物质的量分数x

与时间t的关系如右图所示，则0-5min内B的平均反应速度

为_________________________。

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