第39讲 化学平衡状态和化学平衡常数(基础课)（课件PPT）-【名师导航】2025年高考化学一轮微考点分层突破（通用版）

第39讲　化学平衡状态和化学平衡常数 第四部分 化学反应原理 第七章 化学反应速率与化学平衡 (2)特点 ①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。 ②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于100%。 (3)表示 在方程式中用“”表示。 1．可逆反应 (1)定义 在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。 知识点1　可逆反应与化学平衡的建立 (1)概念理解 一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。 2．化学平衡状态 (2)化学平衡的建立 知识点1　化学平衡状态 （3）化学平衡状态的特征 内在本质 外在标志 (3)动： (2)等: (4)定： (5)变： (1)逆： 研究对象是可逆反应 动态平衡, v(正)= v(逆) ≠0 v(正) = v(逆) 反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。 条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。 注意:不是相等 知识点1　化学平衡状态 知识点1　化学平衡状态 3.判断化学平衡状态的两方法和两标志 (1)两方法——逆向相等、变量不变 ①“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的正反应速率和逆反应速率相等。 ②“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变,当这个量不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为平衡状态的判断依据。 (2)两标志——本质标志、等价标志 ①本质标志:v(正)=v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某物质的速率等于逆反应生成该物质的速率。 主要指各气体的体积、体系的密度、平均相对分子质量𝑴r 、温度、颜色、压强等物理量，不随时间改变而改变 a.对于全部是气体参加的反应,并且反应后气体物质的量发生改变,体系的压强(恒温恒容)、平均相对分子质量不随时间而变化。例如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。 b.体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。 c.对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。 d.对于有有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化。例如2NO2(g) N2O4(g)。 e.体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。 f.绝热体系的温度不变。 ②等价标志: 知识点1　化学平衡状态 1.（2024·黑龙江鸡西模拟）在恒容容器中进行该催化重整反应 (不考虑其他反应)，下列能说明该反应处于化学平衡状态的是（ ） A．容器中混合气体的密度保持不变 B．容器中CO与H2的百分含量之比保持不变 C． D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变 解析：容器中混合气体的总质量保持不变，体积恒容，所以密度保持不变，反应不一定平衡，不选A；CO与H2都是生成物，物质的量比始终为1:1，容器中CO与H2的百分含量之比保持不变，反应不一定平衡，不选B；C． ，正逆反应速率比不等 于系数比，反应不平衡，不选C；混合气体总质量不变、混合气体的物质的量是变量，容器中混合气体的平均相对分子质量是变量，混合气体的平均相对分子质量保持不变，反应一定达到平衡状态，选D。 典型例题 D 知识点1　化学平衡状态 2.（2024·辽宁辽阳一模节选）在隔绝空气的密闭容器中发生反应：FeSO4（aq）+NO（g） Fe(NO)SO4（aq）（棕黄色），下列叙述正确的是______。（填标号） A．溶液颜色不变，反应达到平衡状态 B．其他条件不变，充入少量O2，平衡不移动 C．其他条件不变，加少量FeSO4，溶液颜色加深 D．其他条件不变，微热，溶液颜色加深 AC 解析：该反应是溶液颜色变深的反应，则溶液颜色不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡状态，A正确；其他条件不变，充入少量氧气，氧气与一氧化氮反应使反应物浓度减小，pH向逆反应方向移动，B错误；其他条件不变，加少量硫酸亚铁固体，溶液中硫酸亚铁的浓度增大，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，溶液颜色变深，C正确；其他条件不变，微热，一氧化氮气体逸出，反应物的浓度减小，平衡向逆反应方向移动，生成物的浓度减小，溶液颜色变浅，D错误。 知识点1　化学平衡状态 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），符号用“K”表示。 1、定义 2.表达式： 对于反应: mA(g) + nB (g) pC (g) + qD (g) 提醒：其中c为各组分的平衡浓度 知识点2　化学平衡常数 注意：纯固体和纯液体浓度计为1，不列入平衡常数表达式 例如： K= c(CO2) CaCO3(s) CaO( s)+CO2(g) 注意：水溶液中的反应如有水参加，水浓度为常数，不列入。 但对非水溶液反应，如有H2O(g) 生成或有H2O(g) 参加，必须写上。 Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温 3Fe(s) + 4H2O(g) c4(H2) 4(H2O) c K = 例如： ) Cr2O72- ( c ) CrO42- ( c 2 ) H+ ( c 2 Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+ K = 知识点2　化学平衡常数 3.K的单位： ∵浓度的单位为mol·L-1 ∴K的单位为(mol·L-1)n　 n=(p+q)-(m+n) ※当浓度的单位为 mol·L-1，称标准平衡常数，标准平衡常数不写单位 5．外界影响因素：K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 4.意义：平衡常数表示可逆反应正向进行的程度，K值越大，反应进行的程度越大。 知识点2　化学平衡常数 6.化学平衡常数与化学方程式的关系 （1）对可逆反应，若反应方向改变，平衡常数与原平衡常数互为倒数。 （2）若方程式中化学计量数整体扩大n倍，平衡常数变为原来的n次方。 N2+3H2 2NH3 K 1 ① 2NH3 N2+3H2 K 2 ② ) H ( c ) N ( c ) NH ( c 2 3 2 3 2 = N2 + H2 NH3 1 2 3 2 K 3 ③ ) NH ( c ) H ( c ) N ( c 3 2 2 3 2 = ) H ( c ) N ( c ) NH ( c / / 2 2 3 2 2 1 3 = K1 与 K2的关系？ K1 = 1/K2 K1 与 K3的关系？ K1 ==K32 知识点2　化学平衡常数 （3）多重平衡规则 规律：若方程式相加，则总反应平衡常数等于分步平衡常数之乘积,反之，相减则“除” 例1: ①2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 ②2NO2 (g) N2O4 K2 ③2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K ③ = ① + ② =K1 K2 知识点2　化学平衡常数 (1)判断可逆反应进行的程度。通常K＞105可认为反应彻底，K<10－5认为反应不能发生。 7.化学平衡常数的应用 K <10－5 10－5～105 >105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应接近完全 也不能预示反应达到平衡所需要的时间，也不代表常温下很容易发生。 ①平衡常数数值大，并不代表此温度下反应速率快。 注意： ②平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该温度下不可能进行，如:N2+O2 2NO K=10-30(298K)，所以常温下用此反应固定氮气是不可能的。 知识点2　化学平衡常数 (2)判断反应是否达到平衡或反应进行的方向。 对于化学反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Q＝ 。 (3)判断可逆反应的热效应 知识点2　化学平衡常数 8.压强平衡常数(Kp) 知识点2　化学平衡常数 ×100% 该反应物的起始浓度－该反应物的某时刻浓度 该反应物的起始浓度  = 转化率是指反应进行到一定程度时某一反应物转化的百分率。 平衡转化率是可逆反应达到平衡状态时某反应物的转化百分率。 （1）概念 （2）表达式： ×100% 该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度 该反应物的起始浓度  = 任意时刻转化率： 平衡转化率： 9.转化率 知识点2　化学平衡常数 1.一定温度和催化剂条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。 典型例题 知识点2　化学平衡常数 典型例题 2.H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 (1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________(保留三位有效数字)。 (2)在620 K时重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______(填“>”“<”或“＝”，下同)α1，该反应的ΔH______0。 答案：(1)2.5　0.002 85　(2)>　> 知识点2　化学平衡常数 解析：　设转化的H2S的物质的量为x mol， 反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则 ＝0.02，x＝0.01。 (2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡后水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大，α2>α1；根据题意可知，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故ΔH>0。 (1)H2S的平衡转化率 钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c平(H2S)＝0.156 mol·L－1，c平(CO2)＝0.036 mol·L－1，c平(COS)＝c平(H2O)＝0.004 mol·L－1， 则 答案：(1)2.5　0.002 85　(2)>　> 知识点2　化学平衡常数 同一条件，同时 逆、等、动、定、变 变量不变，v (正)=v (逆) 判断反应进行程度，是否平衡（或方向），反应的热效应） 课堂总结 1.（2024·江苏南通一模）工业上用CH4催化还原NO2可以消除氮氧化物的污染，反应原理为： 。 不同的催化剂催化该反应的最佳活性温度不同。下列说法正确的是（ ） A．上述反应平衡常数 B．其他条件不变时，反应单位时间，NO2去除率随温度升高而增大的原因可能是平衡常数变大 C．其他条件不变，在低温下使用高效催化剂可提高CH4的平衡转化率 D．反应中若采用高分子分离膜及时分离出水蒸气，可以使反应的平衡常数增大 C 当堂检测 解析：上述反应水为气体参与反应，固体和纯液体不写入表达式，所以平衡常数 ，A错误；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动， 平衡常数减小，B错误；其他条件不变时，在低温下平衡正向移动，可提高CH4的平衡转化率，而催化剂可以加快反应速率，更快达到平衡，C正确；采用高分子分离膜及时分离出水蒸气，反应体系中水蒸气浓度减小，平衡正向移动，NO2去除率增大，但是温度不变，反应的平衡常数不变，D错误。 当堂检测 2.（2024·四川甘孜一模）工业合成二甲醚的反应如下： 混合发生反应，下列说法正确的 A．恒温恒容下，及时分离出 可以加快反应速率 B．当 的比值不变时，该反应达到平衡状态 C．温度越高，该反应平衡常数K越大 D．采用合适的催化剂，平衡转化率不变 D 是（ ） 解析：及时分离出 ，则其浓度降低，反应速率减慢，A错误；根据题意，起始投料 ，且方程式中两者的系数比也是1∶3，其比值恒定不变，则当 的比值不变时，不能证明反应达到平衡状态，B错误；该反应为放热反应，则温度越高，该反应平衡常数K减小，C错误；催化剂只能改变反应速率，但是平衡不移动，转化率不变，D正确。 当堂检测 3.（2024·四川遂宁二模节选）为实现“碳达峰”及“碳中和”，科学家利用多聚物来捕获CO2，使CO2与H2在催化剂表面生成CH3OH和H2O；其中涉及以下反应。 反应Ⅰ． 反应Ⅱ． 恒温恒容条件下，若CO2催化加氢制CH3OH只发生反应Ⅰ，下列能说明反应Ⅰ达到化学平衡状态的 (填字母序号)。 a．平衡常数K1不变 b．单位时间内消耗amolCO2的同时生成amolCH3OH c．CH3OH的体积分数不再改变 d．密闭容器的体系压强不再改变 e．混合气体的密度不再改变 cd 当堂检测 解析：a．平衡常数K1只受温度影响，其不变说明温度不变，不能说明反应平衡； b．单位时间内消耗amolCO2的同时生成amolCH3OH。描述的都是正反应，不确定反应是否平衡； c．CH3OH的体积分数不再改变，说明平衡不再移动，达到平衡状态； d．反应是气体分子数改变的的化学反应，物质的量与压强成正比，则混合气体的压强不随时间的变化而变化，达到平衡状态； e．容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡。 当堂检测 4.（2024·青岛模拟）银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。 Ⅰ．一定条件下，银催化剂表面上存在反应：Ag2O(s) 2Ag(s)＋ O2(g)，该反应平衡压强Pc与温度T的关系如表： T/K 401 443 463 Pc/kPa 10 51 100 (1)463K时的平衡常数Kp= Ⅱ．起始状态Ⅰ中有Ag2O、Ag和O2，经如图过程达到各平衡状态： (2)已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，下列叙述正确的是 。 A．从Ⅰ到Ⅱ的过程△S＞0 B．Pc(Ⅱ)＞Pc(Ⅲ) C．平衡常数：K(Ⅱ)＞K(Ⅳ) D．若体积V(Ⅲ)＝2V(Ⅰ)，则Q(Ⅰ)＝ K(Ⅲ) E．逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ) (3)某温度下，向恒容容器中加入Ag2O，分解过程中反应速率v(O2)与压强P的关系为v(O2)＝k(1－ )，k为速率常数(定温下为常数)。当固体质量减少4%时，逆反应速率最大。若转化率为14.5%，则v(O2)= (用k表示)。 【答案】(1)①10 (2)CDE(3) 当堂检测 解析：（1）反应中只有生成物氧气为气体，结合表格数据可知，463 K时的平衡常数Kp= = =10 。 （2）结合表格数据可知，升高温度，体系的压强变大，化学平衡正向移动，则反应为吸热反应。A．从Ⅱ到Ⅲ为体积增大，反应正向移动的过程，导致固体质量减小，已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，则从Ⅰ到Ⅱ的过程为固体质量增大的过程，化学平衡逆向移动，逆反应为熵减过程，故从Ⅰ到Ⅱ的过程△S＜0，A错误；B．平衡常数Kp只受温度的影响，温度不变，化学平衡常数不变，则Pc(Ⅱ)＝Pc(Ⅲ)，B错误；C．该反应的正反应为吸热反应，降低温度，化学平衡逆向移动，导致化学平衡常数减小，故平衡常数：K(Ⅱ)＞K(Ⅳ)，C正确；D．已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等，则氧气的物质的量相等，若体积V(Ⅲ)＝2V(Ⅰ)，根据阿伏伽德罗定律可知，P(O2 ，Ⅰ)＝2P(O2 ，Ⅲ)，Q(Ⅰ)＝P (O2 ，Ⅰ)，K(Ⅲ)＝P (O2 ，Ⅲ)，则Q(Ⅰ)＝ K(Ⅲ)，D正确；E．结合A分析可知，逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)；固体不影响反应速率，温度越低反应速率越低，逆反应的速率：v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ)，故有逆反应的速率：v(Ⅰ)＞v(Ⅱ)＝v(Ⅲ)＞v(Ⅳ)，E正确。 当堂检测 （3）某温度下，设向恒容容器中加入m g Ag2O，当固体质量减少4%时，逆反应速率最大，此时达到平衡状态，减小质量为生成氧气的质量，则生成O2的物质的量为n(O2)= ，若转化率为14.5%，则此时生 成O2的物质的量为n(O2)= ，根据阿伏伽德罗定律可知，此时 ，故v(O2)＝ 。 当堂检测 $$