人教版高中化学7.2 化学平衡状态 化学平衡常数 导学案
高考考点 考纲导引 考点梳理 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1.可逆反应。 外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对化学平衡的影响，认2.化学平衡状态。 识其一般规律4.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活3.外界条件对化学和科学研究领域中的重要作用。 平衡的影响 基础知识 一、可逆反应
1．概念：一定条件下，既能向 进行，同时又能向 进行的反应称为可逆反应。 2．表示：采用“”表示，如：Cl2 + H2O 3．特点：可逆反应在同一体系中同时进行。可逆反应进行一段时间后一定会达到化学平衡状态。 二、化学平衡状态
1．概念：在一定条件下的可逆反应里， 和 相等，反应体系中所有
参加反应的物质的百分含量 的状态。
2、特征①逆：化学平衡状态只对 反应而言．②等：正反应速率 逆反应速率。③
动：化学平衡是一种 平衡，反应达到平衡时，正逆反应都仍在继续反应，即V正=V逆。④
定：在平衡混合物中，各组成成分的含量 。⑤变：化学平衡是在一定条件下暂时
的平衡．当影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡就会发生 。
3.化学平衡常数：
（1）概念：对于一定条件下的可逆反应（aA+bB cC+dD），达到化学平衡时，生成物浓度的 与反应物浓度的 之比为一常数，记作Kc，称为化学平衡常数(浓度平衡常数)。 （2）数学表达式： [C]c K== [D]d c [A]a[B]b （3）意义：平衡常数的大小反应化学反应可能进行的程度（即反应限度）；平衡常数的数值越大，说明反应进行得 。当k﹥ 时认为反应已彻底进行。 （4）影响因素：只与 有关，而与浓度等无关。对于吸热反应，升高温度，K值 ，降低温度，K值 ；对于放热反应则反之。 4.平衡转化率：对于可逆反应aA+bB cC+dD，反应物A的平衡转化率可以表示为： α（A）==（c0(A)－ [A]）/c0(A)×100% 化学平衡与转化率的关系 ⑴.实例分析 ①
2SO2(g)?O2(g)?2SO3(g)?H＜0
条件变化 平衡移动 转化率变化 增大O2浓度
增大SO3浓度 升高温度 增大压强 ②2NO（2g）?N2O（4g） 条件变化 平衡移动 转化率变化 体积不变时，充入NO2气体 体积不变时，充入N2O4气体 ③I（2g）+H（2g）?2HI（g）
条件变化 平衡移动 转化率变化 增大H2的浓度 增大HI的浓度 增大压强 (2)．惰性气体（与反应中各气体物质无关的气体）的影响
①若容器恒温恒容．．．．，充人惰性气体虽改变了容器内气体 的总压强，但却没有改变气体的浓度，故平衡不移动，转化率不变。
②若容器恒温恒压．．．．，充人惰性气体会使容器的容积增大，虽未减小容器内气体的总压强，但降低了各物质的浓度，从而使平衡向气体体积增大的方向移动，若正向移动，转化率增大，若逆向
移动，转化率减小。
5. 反应条件对化学平衡的影响 (1)化学平衡移动：一定条件下的可逆反应达到平衡状态以后，反应条件改变，平衡混合物中各组分的浓度也随之发生改变而达到新的平衡状态，这种由一个平衡达到新的平衡的过程称为 ，其根本原因是 。 ⑵反应条件对化学平衡的影响①改变温度：升高温度，化学平衡向 方向移动。 降低温度，化学平衡向 方向移动。 ②改变浓度：若Qc＜Kc，化学平衡 移动。若Qc＞Kc，化学平衡 移动。 ③改变压强：增大压强，化学平衡 移动，减小压强化学平 衡 移动。
⑶勒夏特列原理：在封闭体系中，如果只改变平衡体系中的一个条件时，平衡将向减弱这个条件改变的方向移动。 6. 化学平衡状态的判断 反应特点 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) m＋n＝p＋q m＋n≠p＋q 123
v(正)＝v(逆) 平衡 平衡 无条件判据 各组分百分含量不变 平衡 平衡 各组分浓度不变 平衡(浓度变化时 平衡 压强不变 不一定平衡 平衡 混合气体平均相对分子质量不变 不一定平衡 平衡 混合气体密度不变 不一定平衡 恒压时平衡 有条件判据 温度不变 绝热体系平衡 绝热体系平衡 颜色不变 有有色分子参与反应时平衡 有有色分子参与反应时平衡 总体积 不一定平衡 恒压时平衡 总物质的量不变 不一定平衡 平衡 三、外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响
1.化学平衡移动实质：化学平衡移动是由于浓度、温度、压强的变化使可逆反应从一种平衡状态变为另一平衡状态的过程。平衡移动的实质因为条件的变化打破了正反应、逆反应速率相等 的关系。υ(正) ＞υ(逆)，正向移动；υ(正)<υ(逆)，平衡逆向移动。对可逆反应：
mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g) 条件变化 反应特点 υ(正) υ(逆) υ正 υ逆 移动方向 说明 反应物浓度增大 增 不变 υ正 ＞υ逆 向右 固体或纯液体生成物浓度减小 不变 减 浓度视为固定反应物浓度减小 减 不变 υ＜ υ 向左 不变的 正逆生成物浓度增大 不变 增 升高 正反应吸热 增 增 υ正 ＞υ逆 向右 升高或降低温温度 正反应放热 增 增 υ正＜ υ逆 向左 度，υ正 υ逆降低 正反应吸热 减 减 υ正＜ υ逆 向左 增加或减小程温度 正反应放热 减 减 υ正 ＞υ 向右 度不同 逆压缩体m+n＞p+q 增 增 υ正 ＞υ逆 向右 反应物产物都积即增m+n=p+q 增 增 υ正= υ逆 不移动 是固体或液体，大压强 m+n＜p+q 增 增 υ＜ υ 向左 压强对平衡无正逆影响。 容积不变，充入He 不变 不变 υ正= υ逆 不移动 分压、浓度不变 压强不变 m+n＞p+q 减 减 υ正＜ υ逆 向左 充入He m+n=p+q 减 减 υ正= υ逆 不移动 m+n＜p+q 减 减 υ正 ＞υ逆 向右 相当于减压 化学平衡常见的图象 对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，若m＋n>p＋q且ΔH>0
1.v－t图像
2.c－t图象
3.c或α－p(T)图象
【图像分析方法】
对于化学反应速率的有关图像问题，可按以下的方法进行分析：
⑴ 认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。
(2)看清起点，分清应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。(3)看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。分清正、逆反应，吸、放热反应。升高温度时，v(吸)>v(放)，在速率－时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度，v(吸)大增，v(放)小增，增大反应物浓度，v(正)突变，v(逆)渐变。(4)注意终点。例如在浓度－时间图上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。(5)先拐先平。例如，在转化率－时间图上，先出现拐点
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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。 等效平衡（与过程假设）
在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量．．．．
（体积分数、物质的量分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。
概念的理解：（1）外界条件相同：通常可以是①恒温、恒容，②恒温、恒压。 （2）“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同： “等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同。（3）平衡状态只与始态有关，而与途径无关，只要物料相当，就达到相同的平衡状态。
等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种： I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△V≠0的体系）：等价转化后，对应各物质起始投料的物质的量．．．．与原平衡起始态相同．．。II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△V=0的体系）：等价转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比．．．．．．例．
与原平衡起始态相同，两平衡等效。III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，要反应物（或生成物）的物质的量的比例．．．．．．．与原平衡起始态相同，两平衡等效。 解题的关键，读题时注意勾画出这些条件，分清类别，用相应的方法求解。我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题
四、反应速率与限度理论在化工生产上的应用
1.合成氨的反应原理：N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）298K时，△H==92.2kJ·mol—1
特点：合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反应。
2.合成氨适宜条件的选择（1）选择依据：从提高反应速率的角度分析，提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比；从平衡移动的角度分析，降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨；从实际生产的角度分析，温度和压强要与生产实际相适应。（2）选择原则：能加快反应速率；提高原料的利用率；提高单位时间内的产量；对设备条件要求不能太高。 （3）合成氨的适宜条件：使用催化剂；适宜的压强：2×107～5×107Pa；适宜的温度：500℃左右；及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。（4）合成氨的简要流程：
氮气、氢气的循环使
原 料要点透析气的 净化 压缩 合成 分离 液氨 一、化学平衡状态的判断。 例1 可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n molO2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n molO2的同时生成2n mol NO ③用N O2、NO、O2的物质的量浓度变化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混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥ B．②③⑤ C．①③④ D．①②③④⑤⑥ 二、化学平衡与转化率的关系
例2 在密闭容器中发生如下反应：aX(g)＋bY(g) cZ(g)＋dW(g)，反应达到平衡后保持温度
不变，将气体体积压缩到原来的1
2
，当再次达到平衡时，W的浓度为原平衡时的1.8倍。下列叙述
中不正确的是 ( )
A．平衡向逆反应方向移动 B．a＋b＜c＋d C．Z的体积分数增加 D．X的转化率下降 三、化学平衡常见的图象
例3 下列各图是温度(或压强)对应2A(s)＋2B(g) 2C(g)＋D(g) ΔH>0的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是( )
四、等效平衡
例4：在一定温度下，把2mol SO2和1mol O2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应，
2SO2?O22SO3，当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器
中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的SO2、O2、SO3的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空：
（1）若a=0，b=0，则c=___________。
（2）若a=0.5，则b=___________，c=___________。
（3）a、b、c的取值必须满足的一般条件是___________，___________。（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c） 高考真题
1.（2011·安徽高考·9）电镀废液中Cr2?2O7可通过下列反应转化成铬黄（PbCrO4）：
Cr2?2+2O7（aq）+2Pb（aq）+H2O（l）
2PbCrOH?4（s）+2（aq） ΔH< 0
该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列示意图正确的是（ ）
2.（2011·天津高考·6）.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出的正确结论是（ ）
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A. 反应在c点达到平衡状态 B.反应物浓度：a点小于b点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.△t1=△t2时，SO2的转化率：a~b段小于b~c段
3.（2011·全国卷I·8）在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下反应，达到平衡时H2的转化率为25％，则平衡时氨气的体积分数接近于 ( ) A.5％ B.10％ C.15％ D.20％
4.（2010·安徽卷）低脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为：
℃2NH2（g）＋NO（g）＋NH2（g）
???150催化剂?
2H3（g）＋3H2O（g） ?H<0
在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是( )
A.平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小 C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时，反应达到平衡 D.其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 5.（2010·江苏卷）．在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知N2(g)?3H2(g)?2NH3(g)
?H??92.4kJ·mol?1）
容器 甲 乙 丙 反应物投入量 1mol N2、3mol H2 2mol NH3 4mol NH3 NH3的浓度（mol·L?1） c1 c2 c3 反应的能量变化 放出akJ 吸收bkJ 吸收ckJ 体系压强（Pa） p1 p2 p3 反应物转化率 α1 α2 α3 下列说法正确的是（ ）（双选） A．2c1?c3 B．a?b?92.4 C．2p2?p3 D．α1?α3?1
6.（2009·天津卷）人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力，CO吸
入肺中发生反应：CO+HbO2?O2+HbCO ，37 ℃时，该反应的平衡常数K=220 。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误．．的是（ ） A.CO与HbO2反应的平衡常数K=
c(O2)?c(HbCO)c(CO)?c(HbO
2)B.人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少
C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损
D.把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动
7.（2009·四川卷） 在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应
mX(g)??????nY(g);?H?Q kJ/mol。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气
体体积的关系如下表所示： 气体体积C(Y)/mol·L-1 温度℃ 1 2 3 100 1.00 0.75 0.53 200 1.20 0.09 0.63 300 1.30 1.00 0.70 下列说法正确的是（ ）
A.m＞n B.Q＜0
C.温度不变，压强增大，Y的质量分数减少
D.体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动
8.（2011·山东高考·28）研究NO2、SO2 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为 。利用反应6NO2＋ 8NH3 7N2＋12 H2O也可处理NO2。当转移1.2mol电子时，消耗的NO2在标准状
况下是 L。
（2）已知：2SO2SO-1
2（g）+O2（g）
3（g） ΔH=-196.6 kJ·mol 2NO（g）+O2（g）
2NO2（g） ΔH=-113.0 kJ·mol-1
则反应NO-12（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）的ΔH= kJ·mol。
一定条件下，将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a．体系压强保持不变 b．混合气体颜色保持不变
c．SO3和NO的体积比保持不变 d．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:6，则平衡常数K＝ 。 （3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。
CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。
该反应ΔH 0（填“>”或“ <”）。实际生产条件控制在250℃、1.3×104
kPa左右，选择此压强的理由是 。 9.（2011·浙江高考·27）． 某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵（NH2COONH4）分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。
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（ 1）将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。 实验测得不同温度下的平衡数据列于下表： 温度(℃) 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强(kPa) 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 －3－3－3－3－3平衡气体总浓度(mol/L) 2.4×10 3.42×10 4.8×10 6.8×10 9.4×10 ①可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是___ ________。 A．2?(NH3)??(CO2) B．密闭容器中总压强不变 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据，列式计算25.0℃时的分解平衡常数：__________________________。
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量______（填“增加”、“减小”或“不变”）。④氨基甲酸铵分解反应的焓变△H____0，熵变△S___0。（填“＞”、“＜”或“＝”） （2）已知：NH2COONH4＋2H2ONH4HCO3＋NH3·H2O。该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基
－
甲酸铵溶液测定水解反应速率，得到c(NH2COO)随时间变化趋势如图所示。
c(NH2COO-)(mol/L)???●??????▲???????????????▲●●●(3)H3BO 3溶液中存在如下反应：
-+-1
H3BO 3（aq）+H2O（l） ( aq)+H（aq）已知0.70 mol·L H3BO 3溶液中，上述反应于298K
+-5-1
达到平衡时，c平衡（H）=2. 0 × 10mol·L，c平衡（H3BO 3）≈c起始（H3BO 3），水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数K（H2O的平衡浓度不列入．．．K的表达式中，计算结果保留两位有效数字）
11.（2010·天津卷）（14分）二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。请回答下列问题： ⑴ 煤的气化的主要化学反应方程式为：_____ ______________________。
⑵ 煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：________________________________________。 ⑶ 利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
－1
① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)； ΔH ＝ －90.8 kJ·mol
－1
② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)； ΔH＝ －23.5 kJ·mol
－1
③ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)； ΔH＝ －41.3 kJ·mol 总反应：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g)的ΔH＝ ___________ 一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。
a．高温高压 b．加入催化剂 c．减少CO2的浓度 d．增加CO的浓度 e．分离出二甲醚 ⑷ 已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
15℃●▲■■■■▲25℃▲
⑤计算25℃时，0～6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率___________________________。
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O ⑥根据图中信息，如何说明水解反应速率随温度升高而增大：_______________________。
－110.（2010·广东理综卷）（16分）硼酸（H3BO3）在食品、医药领域应用广泛。 浓度/（mol·L） 0.44 0.6 0.6 (1)请完成B2H6气体与水反应的化学方程式：B2H6 + 6H2O=2H3BO3 +________。
① 比较此时正、逆反应速率的大小：v正 ______ v逆 （填“>”、“<”或“＝”)。
(2)在其他条件相同时，反应H3BO3 +3CH3OHB(OCH3)3 +3H2O中，H3BO 3的转化率（?）在不同温
② 若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，此时c(CH3OH) ＝ _________；该时间内反应速率v(CH3OH) ＝
度下随反应时间（t）的变化见图12，由此图可得出：
__________。
12.(2009·上海卷）铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质。 (1)在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：
???????5℃■????????????????????t(min)???Fe2O3(s)+3CO(g)??? 2Fe(s)+3CO2(g)
①温度对应该反应的反应速率和平衡移动的影响是____ ___ ②该反应的?H_____0(填“<”、“=”或“>”).
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①该反应的平衡常数表达式为：K= ②该温度下，在2L盛有Fe2O3粉末的
密闭容器中通入CO气体，10min后，生成了单质铁11．2g。则10min内CO的平均反应速率为 (2)请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态：
① ② (3)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。下列反应速率(v) 和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是 。