第二章 第二节 第一课时 化学平衡状态 化学平衡常数-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案课件PPT（人教版2019，不定项版）

第二章　化学反应速率与化学平衡 第二节　化学平衡 第一课时　化学平衡状态　化学平衡常数 学习目标　1.认识化学平衡状态，能够判断可逆反应进行到平衡状态的标志。2.知道化学平衡常数的含义，能书写化学平衡常数表达式并进行简单计算。3.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向之间的联系。 学习理解 01 探究应用 02 目录 CONTENTS 微专题 03 总结提升 04 课时作业 05 学习理解 学习理解 目录 6 增大 减小 不再改变 增大 减小 不再改变 学习理解 目录 7 可逆 相等 保持不变 限度 学习理解 目录 8 可逆 动态 = 3．化学平衡状态的特征 一定 学习理解 目录 9 Q 常数 固体或液体纯物质 学习理解 目录 10 温度 等于 化学平衡 K>105 生成物 完全 越大 不完全 越小 学习理解 目录 11 × × 学习理解 目录 12 × × × × 学习理解 目录 13 探究应用 探究应用 目录 15 提示 [问题探究]　 1．达到平衡状态时，各组分浓度是否相等？ 2．单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2时，该反应是否达到平衡状态？ 3．容器内混合气体的密度不随时间变化时，该反应是否达到平衡状态？ 提示：达到平衡状态时各组分浓度不变，但不一定相等。 提示：二者均表示正反应方向，无法判断是否达到平衡状态。 提示：混合气体的总体积不变、总质量不变，因此无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变。 探究应用 目录 16 知识点一　化学平衡状态的判断 1．判断方法 (1)化学平衡状态判断的本质标志(v正＝v逆) (2)化学平衡状态判断的宏观标志(各物质的浓度保持不变) 同一物质 生成速率等于消耗速率 不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同反应方向(即“一正一逆”) 各组分的物理量 各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变 各组分的含量 各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变 探究应用 目录 17 2．以恒容条件下反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例来说明 混合物体系中各组分的含量 ①各组分的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数一定 平衡 ②各气体的体积或体积分数一定 平衡 ③总体积、总压强、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，同时也生成了m mol A，即v正＝v逆 平衡 ②在单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C，即v正＝v逆 平衡 ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆(平衡与否该式都成立) 不一定平衡 ④在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D，均指v逆 不一定平衡 探究应用 目录 18 [注意]　在利用 、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化。 探究应用 目录 19 答案 探究应用 目录 20 答案 探究应用 目录 21 答案 探究应用 目录 22 知识点二　化学平衡常数及其有关计算 1．化学平衡常数的深刻理解 (1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 (2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作常数“1”而不代入表达式。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。 探究应用 目录 23 探究应用 目录 24 探究应用 目录 25 (2)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。 探究应用 目录 26 探究应用 目录 27 (2)基本解题思路 ①设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。 ②确定三个量：根据反应的化学方程式确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量(物质的量浓度或物质的量)，并按(1)中“模式”列三段式。 ③解答题设问题：明确了“始”“变”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求反应物的转化率、混合气体的密度、平均相对分子质量等。 探究应用 目录 28 答案 探究应用 目录 29 答案 探究应用 目录 30 答案 0.25 80% 探究应用 目录 31 答案 探究应用 目录 32 有关化学平衡常数和平衡转化率计算的常见误区 (1)温度是影响可逆反应的平衡常数的唯一因素，浓度、压强、催化剂等对平衡常数均无影响。 (2)固体、液体纯物质、稀溶液中溶剂的浓度可视为常数，一般不列入平衡常数表达式中。 (3)计算平衡常数时，一定不能忽视反应容器的容积，而误将物质的量代入平衡常数表达式中导致计算错误。 (4)只有当各反应物的起始量之比等于化学方程式中各反应物的化学计量数之比时，各反应物的平衡转化率才相等。 探究应用 目录 33 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 35 2．计算方法 第一步：根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。 第二步：计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。 第三步：根据分压计算公式求出各气体物质的分压。某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。 第四步：根据压强平衡常数计算公式代入计算。 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 36 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 37 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 38 1．(2023·全国乙卷节选)(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时 　　　的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝______kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝______(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时 ＝____________(用 、 表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa， ＝35.7 kPa，则 ＝ _______kPa，Kp(Ⅱ)＝_____________kPa(列出计算式)。 答案 3 2.25 增大 46.26 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 39 解析　(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。由平衡时 ­T的关系图可知，660 K时， ＝1.5 kPa，则 ＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由题图中信息可知， 随着温度升高而增大，且 ＝ ，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。 解析 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 40 (2)提高温度，题述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时 ，则 ，因此，平衡时 。在929 K时，p总＝84.6 kPa、 ＝35.7 kPa，则 、 ，代入相关数据可求出 ＝46.26 kPa，则 ＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)= 。 解析 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 41 2．(2022·全国乙卷节选改编)在1470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应[2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)]。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________kPa。 解析　假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和 4 mol，根据三段式可知： 　　　 2H2S(g) S2(g)＋2H2(g) 始/mol 1 0 0 变/mol x 0.5x x 平/mol 1－x 0.5x x 答案 解析 50% 4.76 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 42 解析 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 43 3．(2022·湖南高考节选改编)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题： 在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，起始压强为0.2 MPa时，发生下列反应生成水煤气： Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1 答案 BD 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 44 (2)反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol。此时，整个体系________(填“吸收”或“放出”)热量________ kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝_____________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。 答案 解析 吸收 31.2 0.02 MPa 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 45 解析 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 46 解析 微专题　压强平衡常数(Kp)的计算 目录 47 总结提升 自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 本课总结 总结提升 目录 49 1．一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是(　　) A．混合气体的总分子数不再变化 B．混合气体的颜色不再变化 C．容器的总压强不再变化 D．混合气体的总质量不再变化 答案 随堂提升 总结提升 目录 50 答案 解析　平衡时c(HI)＝4 mol·L－1，HI分解生成H2的浓度为0.5 mol·L－1，则NH4I分解生成的HI的浓度为4 mol·L－1＋2×0.5 mol·L－1＝5 mol·L－1，所以NH4I分解生成的NH3的浓度为5 mol·L－1，故反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝5×4＝20。 解析 总结提升 目录 51 解析　若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，表示同方向的反应，不能说明正、逆反应速率相等，反应不一定达到化学平衡状态，B错误；达到化学平衡时，若增大容器容积，则各物质的浓度减小，正、逆反应速率均减小，C错误；根据反应速率之比等于化学计量数之比可知，3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D错误。 答案 解析 总结提升 目录 52 答案 总结提升 目录 53 解析 总结提升 目录 54 5. 某温度下，在2 L密闭容器中通入一定量的气体A和B， 发生反应mA(g)＋nB(g) pC(g)，两种气体的物质的量浓度 随时间变化的曲线如图所示。回答下列问题： (1)若4 s内用C表示的化学反应速率v(C)＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为____________。 (2)10 s时，物质C的物质的量为________ mol。 (3)下列说法可以判定该反应已经达到平衡状态的是________(填标号)。 a．气体A的体积分数不再变化 b．体系压强不再变化 c．v(A)＝v(B) d．混合气体的平均分子质量不再变化 答案 0.8 a 总结提升 目录 55 解析 总结提升 目录 56 课时作业 目录 答案 本组内选择题只有一个选项符合题意。 1．(2023·石家庄二十一中高二月考)下列关于平衡常数的说法正确的是(　　) A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度 B．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值 C．平衡常数的大小只与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关 D．从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的快慢 [学习·理解] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 58 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 59 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 60 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 61 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 62 解析　 ①如果该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应，则体系的压强始终不变，所以不能根据压强判断反应是否达到平衡状态；②反应前后混合气体的总质量发生改变，容器的体积不变，密度不断变化，当体系的密度不再改变时，该反应达到平衡状态；③各组分的物质的量浓度不再改变，该反应达到平衡状态；④反应达到平衡状态时各组分的物质的量不再改变，各组分的质量分数不再改变；⑤反应后任何时刻都存在反应速率之比等于化学计量数之比。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 63 实验编号 实验操作 实验现象 A 滴入KSCN溶液 溶液变红色 B 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 C 滴入K3[Fe(CN)6] 溶液 有蓝色沉淀生成 D 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 答案 6．已知：K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2＋的试剂，若溶液中存在Fe2＋，将产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”的是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 64 解析　将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，I－过量，若不是可逆反应，Fe3＋全部转化为Fe2＋，则溶液中无Fe3＋，故只需要证明溶液中含Fe3＋，即能证明此反应为可逆反应。向溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红，则说明溶液中有Fe3＋，即能说明反应存在平衡。 解析 实验编号 实验操作 实验现象 A 滴入KSCN溶液 溶液变红色 B 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 C 滴入K3[Fe(CN)6] 溶液 有蓝色沉淀生成 D 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 65 7．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容积为2.0 L的恒容密闭容器中充入8.0 mol N2O5，加热到 t ℃，达到平衡后O2的物质的量为9.0 mol，N2O3的物质的量为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为(　　) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 66 答案 [应用·实践] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 67 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 68 解析 温度/℃ 700 800 830 1000 1200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 69 解析 温度/℃ 700 800 830 1000 1200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 70 答案 解析　温度改变平衡发生移动，NO的量改变，故D错误。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 71 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 72 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 73 12．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0，在一定条件下，向容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是(　　) A．达平衡时，CH4(g)的转化率为25% B．0～10 min内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1 C．该反应的化学平衡常数K＝0.1875 D．当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等，反 应达到平衡 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 74 解析　根据题图可知，反应进行到10 min时达到平衡状态，氢气和水蒸气的平衡浓度均是0.75 mol·L－1，因此消耗水蒸气的浓度是1 mol·L－1－0.75 mol·L－1＝0.25 mol·L－1，则： CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) 起始（mol·L－1） 1 1 0 0 转化 (mol·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.75 平衡 (mol·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.75 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 75 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 76 13．(2023·湖北卷节选)(1)1200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 答案 在反应过程中，断裂和形成的化学键相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 77 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 78 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 79 14．(1)顺­1，2­二甲基环丙烷和反­1，2­二甲基环丙烷可发生如下转化： 该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。已知：t1温度下k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数K1＝________，该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。 答案 3 小于 [创新·提高] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 80 (2)一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＝＋173 kJ·mol－1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题： ①650 ℃时CO2的平衡转化率为________。 ②t1 ℃时平衡常数Kp＝________kPa(用平衡 分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量 分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的 CO和CO2气体，发现平衡不移动，则说明Qp________ (填“大于”“小于”或“等于”)Kp。 答案 25% 0.5p 等于 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 81 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 82 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 83 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 目录 84 　　　　　　　　　　　　　 R 一、化学平衡状态 1．化学平衡状态的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下： N2＋3H2eq \o(,\s\up15(高温、高压),\s\do15(催化剂))2NH3 (1)正向建立：如图1所示，N2与H2发生反应，随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐eq \x(\s\up1(01))_______，而N2和H2的浓度逐渐eq \x(\s\up1(02))_______，从某一时刻开始，它们的浓度均eq \x(\s\up1(03))___________。 (2)逆向建立：如图2所示，NH3发生分解反应，随着反应的进行，体系中N2与H2的浓度逐渐eq \x(\s\up1(04))________，而NH3的浓度逐渐eq \x(\s\up1(05))________，从某一时刻开始，它们的浓度均eq \x(\s\up1(06))____________。 2．化学平衡的概念 在一定条件下，eq \x(\s\up1(01))______反应体系中，当正、逆反应的速率eq \x(\s\up1(02))______时，反应物和生成物的浓度均eq \x(\s\up1(03))___________，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“eq \x(\s\up1(04))________”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 二、化学平衡常数 1．浓度商与平衡常数 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) (1)任意时刻的eq \x(\s\up1(01))________________称为浓度商，常用eq \x(\s\up1(02))_____表示。 (2)进一步研究发现，该反应在一定条件下达到平衡时，c(A)、c(B)、c(C)、c(D)之间有K＝eq \x(\s\up1(03))________________，其中K是eq \x(\s\up1(04))______，称为化学平衡常数，简称平衡常数(注意：eq \x(\s\up1(05))______________________一般不列入浓度商和平衡常数)。 eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 2．平衡常数的影响因素 化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情况下只受eq \x(\s\up1(01))________影响。当反应中有关物质的浓度商eq \x(\s\up1(02))________平衡常数时，表明反应达到限度，即达到eq \x(\s\up1(03))___________状态。 3．平衡常数的意义 K越大，说明平衡体系中eq \x(\s\up1(01))_______所占比例越大，即该反应进行得越eq \x(\s\up1(02))______，平衡时反应物的转化率eq \x(\s\up1(03))_______；反之，K越小，该反应进行得越eq \x(\s\up1(04))_______，平衡时反应物的转化率eq \x(\s\up1(05))_____。一般来说，当eq \x(\s\up1(06))______时，该反应就进行得基本完全了。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)对于反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，压强不随时间而变，说明反应已达到平衡状态。(　　) (2)对于反应NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)，当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时，说明反应达到平衡状态。(　　) (3)对于反应A(g)＋B(g) 2C(g)＋D(g)，当密度保持不变，在恒温恒容或恒温恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志。(　　) (4)任何条件下，平衡常数均为定值。(　　) (5)化学平衡常数表达式中各物质的浓度可以是任意时刻的浓度。(　　) (6)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。(　　) 德国化学家哈伯(F.Haber，1868～1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。哈伯于1908年申请专利“循环法”，在此基础上于 1909年改进了合成工艺，使氨的产率达到8%。这是工 业普遍采用的直接合成法，合成氨反应式如下：N2＋ 3H2 eq \o(,\s\up15(高温、高压),\s\do15(催化剂))2NH3。假设该反应在体积不变的密闭 容器中发生，思考回答下列问题。  压强 ①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡 ②m＋n＝p＋q时，总压强一定(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) ①当m＋n≠p＋q时，一定 平衡 ②当m＋n＝p＋q时，一定 不一定平衡 温度 绝热体系温度一定时(其他条件不变) 平衡 气体的密度(ρ) 密度一定eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ρ＝\f(m,V))) 不一定平衡 颜色 反应体系内有有色物质时，颜色稳定不变 平衡 1．一定温度下，在某固定容积的密闭容器中发生可逆反应：A(s)＋3B(g)3C(g)，该反应达到平衡状态的标志是(　　) A．密闭容器内物质的总质量不再改变 B．密闭容器内气体的压强不再改变 C．密闭容器内混合气体的总物质的量不再改变 D．密闭容器内混合气体的质量不再改变 2．一定温度下在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应：SiF4(g)＋2H2O(g) SiO2(s)＋4HF(g)，下列能表明该反应已达到化学平衡状态的是(　　) ①v正(SiF4)＝4v逆(HF)　②HF的体积分数不再变化　③容器内气体压强不再变化　④混合气体的密度保持不变　⑤2 mol O—H键断裂的同时，有2 mol H—F键断裂 A．①②③ B．②③④ C．②③④⑤ D．③④⑤ 解析　①v正(SiF4)＝eq \f(1,4)v正(HF)＝eq \f(1,4)v逆(HF)，能表明反应达到平衡状态；②HF的体积分数不再变化，说明各物质的量不变，能表明反应达到平衡状态；③容器内气体压强不再变化，说明气体的物质的量不变，能表明反应达到平衡状态；④根据ρ＝eq \f(m,V)，混合气体的体积保持不变，气体的质量在变化，当气体的质量保持不变时，能表明反应达到平衡状态；⑤平衡时应有2 mol O—H键断裂的同时，有2 mol H—F键断裂，能表明反应达到平衡状态。 如N2＋3H22NH3　K＝a，则有： 2NH3N2＋3H2　K′＝eq \f(1,a) eq \f(1,2)N2＋eq \f(3,2)H2NH3　K″＝eq \r(a) 2．化学平衡常数的应用 (1)判断平衡移动的方向 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在任意状态时，生成物与反应物的浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示，即Q＝eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）)，则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Q<K，反应向正反应方向进行，,Q＝K，反应处于平衡状态，,Q>K，反应向逆反应方向进行。)) 3．化学平衡的有关计算——“三段式”分析法 (1)模式：　 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 起始量/mol a b 0 0 变化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a－mx b－nx px qx 对于反应物：平衡时的相关量＝起始量－变化量 对于生成物：平衡时的相关量＝起始量＋变化量 则K＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(px,V)))\s\up12(p)·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(qx,V)))\s\up12(q),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a－mx,V)))\s\up12(m)·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b－nx,V)))\s\up12(n))，A的平衡转化率＝eq \f(mx,a)×100%。 3．三个反应常温时的平衡常数的数值如下所示，下列说法错误的是(　　) ①2NO(g) N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030 ②2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g)　K2＝2×1081 ③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92 A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝eq \f(c（N2）·c（O2）,c2（NO）) B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80 C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2 D．反应2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的平衡常数K4＝eq \f(K1,K3) 解析　由题意知，A正确；气态水分解产生O2的反应为2H2O(g) 2H2(g)＋O2(g)，所以该反应的平衡常数K＝Keq \o\al(－1,2)＝(2×1081)－1＝5×10－82，B错误；平衡常数越大表明该反应进行的程度越大，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的反应平衡常数分别为K1＝1×1030；K＝Keq \o\al(－1,2)＝5×10－82；K3＝4×10－92；K1>K>K3，所以三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2，C正确；由盖斯定律可知，目标反应可由①－③得到，所以该反应的平衡常数K4＝eq \f(K1,K3)，D正确。 4．在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s时测定c(I2)＝0.0080 mol·L－1并保持不变。则： (1)反应的平衡常数的表达式是K＝______________。 (2)此温度下，平衡常数值为________。 (3)若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为________。 eq \f(c2（HI）,c（H2）·c（I2）) 解析　(2)平衡时c(I2)＝0.0080 mol·L－1，c(H2)＝0.0080 mol·L－1，c(HI)＝0.0040 mol·L－1，K＝eq \f(0.00402,0.0080×0.0080)＝0.25。 (3)设达到平衡时生成的H2的浓度为x mol·L－1，列三段式： 2HI(g)　 　H2(g)＋I2(g) 起始/mol·L－1 0.02 0 0 转化/mol·L－1 2x x x 平衡/mol·L－1 0.02－2x x x K′＝eq \f(x2,（0.02－2x）2)＝eq \f(1,0.25)，解得x＝0.008， α(HI)＝eq \f(0.008 mol·L－1×2,0.02 mol·L－1)×100%＝80%。 1．压强平衡常数 一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式：Kp＝e,平)eq \f(p（C）·peq \o\al(f,平)（D）,peq \o\al(m,平)（A）·peq \o\al(n,平)（B）) 。 3．两种Kp的计算模板 (1)平衡总压为p0 N2(g)　＋　3H2(g)　2NH3(g)　 n(平)/mol a b c p(分压)/kPa eq \f(a,a＋b＋c)p0 eq \f(b,a＋b＋c)p0 eq \f(c,a＋b＋c)p0 Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c,a＋b＋c)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a,a＋b＋c)p0))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,a＋b＋c)p0))\s\up12(3)) (2)刚性容器起始压强为p0，平衡转化率为α。 　　　　　 2NO2(g)　　N2O4(g) p(始)/kPa p0 0 Δp/kPa p0α eq \f(1,2)p0α p(平)/kPa p0－p0α eq \f(1,2)p0α Kp＝eq \f(\f(1,2)p0α,（p0－p0α）2) eq \f(46.262×2.64,35.72)       平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为eq \f(0.5,1)×100%＝50%，所以平衡常数Kp＝eq \f(p(S2)×p2(H2),p2(H2S))＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.25,5.25)×100 kPa))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,5.25)×100 kPa))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,5.25)×100 kPa))\s\up12(2))≈4.76 kPa。 (1)下列说法正确的是________。 A．向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的速率加快 B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡 C．平衡时H2的体积分数可能大于eq \f(2,3) D．将炭块粉碎，可加快反应速率   解析　(1)在恒温恒容条件下，向容器中充入惰性气体不能改变各物质的浓度，因此反应Ⅰ的速率不变，A不正确；若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g)，由C(s)＋2H2O(g) CO2(g)＋2H2(g)可知，H2的体积分数为eq \f(2,3)，由于可逆反应有一定的限度，反应物不可能全部转化为生成物，因此平衡时H2的体积分数不可能大于eq \f(2,3)，C不正确。 (2)反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5 mol，水的平衡量也是0.5 mol，由于CO的物质的量为0.1 mol，则根据O原子守恒可知，CO2的物质的量为0.2 mol，故反应Ⅰ中实际生成了0.3 mol CO。根据相关反应的热化学方程式可知，生成0.3 mol CO要吸收热量0.3 mol× 131.4 kJ·mol－1＝39.42 kJ ，生成0.2 mol CO2要放出热量0.2 mol×41.1 kJ·mol－1＝8.22 kJ，因此整个体系吸收热量39.42 kJ－8.22 kJ＝31.2 kJ；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5 mol，CO的物质的量为0.1 mol， CO2的物质的量为0.2 mol，水的物质的量为0.5 mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5 mol＋0.1 mol＋0.2 mol＋0.5 mol＝1.3 mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压p总为0.2 MPa×1.3＝0.26 MPa，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.1,1.3)×p总))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,1.3)×p总)),\f(0.5,1.3)×p总)＝eq \f(0.1,1.3)×0.26 MPa＝0.02 MPa。  2．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)  NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g) H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　) A．9 B．16 C．20 D．25 3．对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)eq \o(,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是(　　) A．达到化学平衡时4v正(O2)＝5v逆(NO) B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，若增大容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．化学反应速率关系：2v正(NH3)＝3v正(H2O) 4．已知反应①：CO(g)＋CuO(s) CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)  Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是(　　) A．反应①的平衡常数K1＝eq \f(c（CO2）·c（Cu）,c（CO）·c（CuO）) B．反应③的平衡常数K＝eq \f(K1,K2) C．对于反应②，若ΔH>0，温度升高，则该反应平衡常数减小 D．对于反应③，恒温恒容下，增大H2浓度，平衡常数K一定会减小 解析　化学平衡常数表达式中固体、纯液体不需要表示，反应①的平衡常数K1＝eq \f(c（CO2）,c（CO）)，反应②的平衡常数K2＝eq \f(c（H2O）,c（H2）)，反应③的平衡常数K＝eq \f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）)＝eq \f(c（CO2）,c（CO）)·eq \f(c（H2）,c（H2O）)＝eq \f(K1,K2)，A错误，B正确；反应②，若ΔH>0，温度升高，平衡正向移动，则该反应平衡常数增大，C错误；平衡常数K只与温度有关，温度不变，K不变，D错误。  A＋B2C 解析　(3)气体A的体积分数不再变化，说明物质的量不再改变，可以判定该反应已经达到平衡状态，a符合题意；该反应为气体分子总数不变的反应，压强不变不能判定该反应已经达到平衡状态，b不符合题意；未指明正、逆反应速率，因此v(A)＝v(B)不能判定该反应已经达到平衡状态，c不符合题意；反应为气体分子总数不变的反应，由公式n＝eq \f(m,M)可知，混合气体的平均相对分子质量为定值，不能作为判断该反应已经达到平衡状态的标志，d不符合题意。 2．硫酸工业中SO2的催化氧化反应2SO2(g)＋O2(g)eq \o(,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))2SO3(g)，在一定条件下达到平衡时，下列说法错误的是(　　) A．SO3的物质的量浓度不变 B．SO2全部转化为SO3 C．平均相对分子质量不变 D．正反应的速率与逆反应的速率相等 3．在某温度下，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的平衡常数为K，下列说法不正确的是(　　) A．K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大 B．K的表达式是eq \f(cp（C）cq（D）,cm（A）cn（B）) C．K随反应物浓度的改变而改变 D．K随温度的改变而改变 4．850 K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.0020 mol·L－1、0.0025 mol·L－1、0.0020 mol·L－1，则该温度下反应2SO2＋O22SO3的平衡常数为(　　) A．25 B．0.0025 C．40 D．400 5．一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(s)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，下列状态： ①体系的压强不再发生变化 ②体系的密度不再发生变化 ③各组分的物质的量浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率vB∶vC∶vD＝n∶p∶q 其中，一定能说明反应已达到平衡的是(　　) A．只有③④ B．只有②③④ C．只有①②④ D．只有①②③⑤    解析　设反应①中生成的O2的物质的量为x mol，则生成的N2O3的物质的量也为x mol。根据题意可知，反应②转化的n(N2O3)＝(9.0－x) mol，则有x－(9.0－x)＝3.4，解得x＝6.2。达到平衡状态时n(N2O5)＝1.8 mol。容器容积为2.0 L，则反应①的平衡常数K＝eq \f(c（N2O3）·c（O2）,c（N2O5）)＝eq \f(\f(3.4,2.0)×\f(9.0,2.0),\f(1.8,2.0))＝8.5。 本组内选择题有一个或两个选项符合题意。 8．可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 9．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）)，其平衡常数K和温度的关系如表： 温度/℃ 700 800 830 1000 1200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列说法不正确的是(　　) A．该反应的化学方程式为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) B．若平衡后移走CO2，则正反应速率加快 C．如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol，5 min后，温度升高到830 ℃，此时测得CO2的物质的量为0.4 mol，则该反应已达到平衡状态 D．某温度下，若平衡浓度符合关系式eq \f(c（CO2）,3c（CO）)＝eq \f(c（H2O）,5c（H2）)，则此时的温度是1000 ℃ 解析　化学反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）)，平衡常数是生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值，故反应物是一氧化碳和水，生成物是二氧化碳和氢气，反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，A正确；若平衡后移走CO2，反应物浓度不变，正反应速率不变，B错误； CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 起始量(mol) 0 0 1 1 变化量(mol) 0.6 0.6 0.6 0.6 5 min后(mol) 0.6 0.6 0.4 0.4 反应前后气体的体积不变，可以用物质的量代替浓度计算，故Q＝eq \f(0.42,0.62)≈0.44<1，830 ℃时Q不等于K，说明反应未达到平衡，C错误；某温度下，如果平衡浓度符合关系式eq \f(c（CO2）,3c（CO）)＝eq \f(c（H2O）,5c（H2）)，则K＝eq \f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）)＝0.6，对照平衡常数可知温度是1000 ℃，D正确。 10．40 ℃，向体积为V L的密闭容器中充入NO，容器内各组分的物质的量随时间变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．X是N2O B．1～3 min内，v(NO2)＝eq \f(1,6V) mol·L－1·min－1 C．NO2和X的浓度相等不可以作为判断反应达到平衡的标志 D．60 ℃下该反应达平衡时NO的量不变 11．某温度下，在2 L密闭容器中加入一定量的A，发生化学反应2A(g) B(g)＋C(g)　ΔH<0，反应过程中B、A的浓度比值与时间t的关系如图所示，若测得15 min时c(B)＝1.6 mol·L－1，下列结论正确的是(　　) A．该温度下此反应的平衡常数为3.2 B．A的初始物质的量为4 mol C．反应达到平衡时，A的转化率为80% D．升高温度，A的平衡转化率减小 解析　已知15 min时c(B)＝1.6 mol·L－1，由题图可推知c(A)＝0.8 mol·L－1，则n(B)＝3.2 mol，n(A)＝1.6 mol，设A的初始物质的量为x mol，则 2A(g) B(g)＋C(g)　　 起始量/mol x 0 0 转化量/mol x－1.6 3.2 3.2 平衡量/mol 1.6 3.2 3.2 则x－1.6＝3.2×2，解得x＝8，平衡时A、B、C的浓度分别为0.8 mol·L－1、1.6 mol·L－1、1.6 mol·L－1，平衡常数K＝eq \f(1.6×1.6,0.82)＝4，A、B错误；反应达到平衡时，A的转化率为eq \f(6.4 mol,8 mol)×100%＝80%，C正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，A的平衡转化率减小，D正确。   所以达平衡时，CH4(g)的转化率为eq \f(0.25 mol·L－1,1 mol·L－1)×100%＝25%，A正确；0～10 min内，v(CO)＝eq \f(0.25 mol·L－1,10 min)＝0.025 mol·L－1·min－1，B不正确；该反应的化学平衡常数K＝eq \f(c（CO）·c3（H2）,c（CH4）·c（H2O）)＝eq \f(0.25×0.753,0.75×0.75)＝0.1875，C正确；CH4(g)的消耗与H2O(g)的消耗反应方向相同，无法判断反应是否达到平衡状态，D不正确。 (2) C40H18(g)＋H·(g)及C40H10(g)＋ H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已 知本实验条件下，ln K＝－eq \f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)。 图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是____________ __________________________________________。  p0eq \f(α2,1－α2) 解析　(1)设C40H12的起始量为1 mol，则根据信息列三段式： C40H12(g)C40H10(g)＋H2(g) 起始量(mol) 1 0 0 变化量(mol) α α α 平衡量(mol) 1－α α α 则平衡时p(C40H12)＝p0×eq \f(1－α,1＋α)，p(C40H10)＝p0×eq \f(α,1＋α)，p(H2) ＝p0×eq \f(α,1＋α)，该反应的平衡常数Kp＝eq \f(p0×\f(α,1＋α)×p0×\f(α,1＋α),p0×\f(1－α,1＋α))＝p0eq \f(α2,1－α2)。 (2)图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据ln K＝－eq \f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，所以在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。   解析　(1)当反应达到平衡时，v(正)＝v(逆)，即k(正)c(顺)＝k(逆)c(反)，则eq \f(k（正）,k（逆）)＝eq \f(c（反）,c（顺）)＝K1＝eq \f(0.006 s－1,0.002 s－1)＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应放热，即ΔH小于0。 (2)①由题图可知，650 ℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1 mol，转化了x mol，列三段式： 　　　 C(s)＋CO2(g)2CO(g) 始(mol) 1 0 变(mol) x 2x 平(mol) 1－x 2x 所以eq \f(2x,1－x＋2x)×100%＝40%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为eq \f(0.25,1)×100%＝25%； ②恒压密闭容器中，压强为p kPa，由题图可知，t1 ℃时，反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%，分压＝总压×物质的量分数，t1 ℃时平衡常数Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p,2)))\s\up12(2),\f(p,2)) kPa＝0.5p kPa；由题图可知，t1 ℃时，反应达平衡后CO和CO2的 体积分数都为50%，为平衡状态，该温度下达平衡后若再 充入等物质的量的CO和CO2气体，平衡不移动，说明Qp ＝Kp。 $$