2019-2020年高中化学第二册必修+选修化学平衡

2019-2020年高中化学第二册必修+选修化学平衡
一、课前预习
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通过前面的学习，同学们对化学反应速率的有关知识有了一定的认识，但在实际的化学研究和化学工业中，单纯考虑反应速率是不够的，还必须同时考虑反应进行的程度——即化学平衡问题，请同学们思考：（1）什么叫化学平衡？（2）化学平衡的建立与什么有关？（3）化学平衡的特征是什么？（4）影响化学平衡的因素主要有哪些？
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H2和CO都是还原剂，在冶炼金属时都能把金属从它们的化合物中还原出来，这两种还原剂，哪一个还原性更强些？回答这个问题，可寻找一个包含H2和CO的反应，讨论其化学平衡的特点来解决。

这个反应如下：CO＋H2O（气）CO2＋H2（放热反应）
这是一个典型的可逆反应。

从正反应看，CO能从水中夺取氧生成H2，CO的还原性比H2强；但从逆反应看，H2也能夺取二氧化碳中的氧生成CO，H2的还原性比CO强。

看来不能简单地回答这个问题。

原来，它们的还原性强弱与温度有关。

温度升高，上述平衡向左移动（吸热反应方向），H2的还原性强些；温度降低则向右移动，CO的还原性强些。

这一结论如果是正确的，那么必定存在一个温度，使H2和CO的还原性相当。

化学上可以测定达到化学平衡时的CO、H2O和CO、H2的浓度。

当以CO、H2O等物质的量混合作起始状态（或以CO2、H2等物质的量作起始状态）时，发现在830℃时，c(CO)＝c(H2O)＝c(CO2)＝c(H2)，也即这四种物质以相同的浓度稳定地存在于平衡体系中。

低于830℃时，CO能把水还原成H2，平衡时c(CO)＜c(H2)，CO的还原性强，高于830℃时，则H2能把CO2还原成CO，c(H2)＜c(CO)，H2的还原性强，而830℃正是H2和CO还原性相当的温度。

二、课堂释疑
要点预览
1.化学反应速率和化学平衡的内在联系
(1)化学平衡状态产生的根本原因是可逆反应的正反应速率和逆反应速率最终必然趋于相等，从而使反应混合物中各组分的含量保持不变，因此要从“速率”去认识化学平衡的本质。

(2)化学平衡移动的本质原因是正逆反应速率不相等，当v正＞v逆，平衡向正反应方向移动，移动的结果是v′正=v′逆；当v逆＞v正时，平衡向逆反应方向移动，移动的结果是v′正=v′逆。

若条件改变不引起速率变化，则平衡不移动。

(3)化学平衡状态的特点：具有“逆、动、等、定、变、同”六个特点。

①逆：指化学平衡状态只适用于可逆反应，也就是说，只有可逆反应才有正、逆反应，也只有可逆反应在一定条件下才能形成平衡状态。

②动：指动态平衡，即化学反应处于平衡状态时，正、逆反应并未停止，仍在进行，只是速率相等，体现了“静中有动，动中有静”的哲理。

③等：指“v正=v逆≠0”。

即某一物质在单位时间内消耗的物质的量浓度和生成的物质的量浓度相等。

也可以用不同物质的速率表示该反应的正、逆反应速率相等。

④定：指反应混合物里各成分的含量保持不变，包含内容有：各物质的物质的量或摩尔分数保持一定；各物质的质量或质量分数保持一定。

如果是气体物质，则各气体的体积或体积分数保持一定。

⑤变：指平衡移动。

可逆反应的平衡状态是相对，暂时的，当外界某一条件改变时，原平衡被破坏,化学平衡向着削弱这种条件改变的方向移动，在新的条件下达到新的平衡状态。

⑥同：指对于同一可逆反应，在同一条件下，无论反应从正反应开始还是从逆反应开始，或正、
逆反应同时开始，以一定的配比投入反应物或生成物，则可以达到相同的平衡状态，即各物质的含量相同，称之为“等效平衡”。

2.化学平衡状态的判断，化学平衡状态的标志：v正=v逆；平衡混合物中各组成成分的含量保持不变。

“v正=v逆”是化学平衡的本质特征，其含意是反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。

而各组分的含量“不变”，是指各组分的浓度、质量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等均保持不变。

不变不能理解为相等。

判断某一可逆反应是否达到平衡状态的“等价标志”：
(1)对于反应前后气体体积不等的反应，当恒温、恒容时，压强不变、气体的平均相对分子质量不变，或恒温、恒压时，体积不变、混合气体的密度不变，说明反应处于平衡状态。

(2)对于有颜色物质参加的反应，体系颜色不变，说明反应处于平衡状态。

(3)对于吸热或放热反应，绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。

3.化学平衡常数
(1)概念:一定温度下，对于已达平衡的反应体系中，生成物浓度乘积与反应物浓度的乘积的比值为一常数，这个常数叫做该反应的平衡常数，常用符号K表示。

(2)数学表达式: 对于反应m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)来说:K=
说明：①表达式中各物质的浓度是平衡浓度，不是起始浓度，也不是物质的量。

②K值与化学方程式的写法有关。

③纯固体、纯液体和水溶液中水的浓度视为常数，不写入K值的表达式中。

(3)平衡常数的意义:①平衡常数可表示反应进行的程度。

K值越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率或生成的百分含量就越大。

②K值的大小只与温度有关，而与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。

典型题解
例1：可逆反应2A（g）+3B(g)3C(g)。

在一定条件下，使一定量的A和B气体反应达到平衡时具有的性质是
A.物质的量浓度之比为c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶3∶3
B.平衡时混合物体积是反应开始前的2/3
C.平衡混合物中各物质浓度相同
D.单位时间内消耗a mol A物质，同时也消耗了1.5a mol C物质
解析：选项A是可逆反应在某一时刻的一种特定情况，但不一定是平衡状态，错误的原因是将速率比与浓度比混为一谈，若A、B、C三物质的速率比达到2∶3∶3,则为平衡状态。

选项B，反应混合物体积是反应前的2/3，只能说明从开始到目前该反应朝正反应方向不断进行，并没有说明各组成成分的百分含量问题，故不能作为平衡的标志。

选项C同选项A一样，只能说明该可逆反应在某一时刻的特定情况，并不一定是指平衡状态。

选项D中，v(A)∶v(C)=2∶3，即速率比等于反应式中相应物质前的化学计量数比，符合平衡的要求，故能作为平衡的标志。

答案：D
点评：本题考查化学平衡知识中有关平衡状态的判定及学生对平衡状态的理解程度。

对“平衡状态”理解不够，是造成本题错选的主要原因。

例2：将1 mol N2和3 mol H2置于一个容积可变的容器中进行反应。

维持容器内气体压强和温度不变，反应达到平衡时测得NH3的浓度为a mol·L－1，若保持压强、温度不变，按下列情况充入起始物质：①2 mol N2和6 mol H2；②2 mol N2、6 mol H2和1 mol NH3；③1 mol NH3；④2mol N2、3 mol H2和3 mol NH3；达到平衡后，NH3的浓度为a mol·L－1的是
A.全部
B.只有②③④
C.只有①②
D.只有①②③
解析：对于定温、定压下的等效平衡，起始组分只要满足所含元素种类相同、各元素的原子个数比值相同就能达到等效平衡。

本题的起始组分所含的H和N的个数比为3∶1，分析题干中所列的四种情况，可知H原子和N原子的个数比在①中为（6×2）∶（2×2）=3∶1，②中为（6×2+3）∶（2×2+1）=15∶5=3∶1，③中为3∶1，④中为（3×2+3×3）∶（2×2+3）=15∶7，所以应选D 项。

另外，本题也可用“归一法”〔把组分中的反应物（或产物）转化为产物（或反应物），使组分只有产物（或反应物）〕解答，即将NH3转化成H2和N2，再加上原有的H2和N2的物质的量，若二者之比为3∶1，就可达到同一平衡状态。

答案：D
点评：本题考查定温、定压下的等效平衡问题。

主要考查学生对化学平衡知识理解的深刻性及其思维的灵活性。

对化学平衡的实质理解不够，不能把题中的已知条件进行有效转换，从而误答。

例3：钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。

该反应为：
Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)（吸热反应）该反应的平衡常数可表示为：K=c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表。

压强(kPa) 13.33 53.32 101.3 K的沸点（℃）590 710 770
Na的沸点（℃）700 830 890
KCl的沸点（℃）1437
NaCl的沸点（℃）1465
（1）在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为______________，而反应的最高温度应低于______________。

（2）在制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是。

（3）常压下，当反应温度升高至900℃时，该反应的平衡常数可表示为：K=__________。

解析：（1）依题意知钠与氯化钾的反应为可逆反应Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)（吸热反应）,若及时将反应混合物中的钾转变为气态分离出去，从而使平衡向生成钾的方向移动，显然温度的选择应高于钾的沸点而低于钠的沸点，即分离钾的最低温度为770℃，而反应的最高温度应低于890℃。

（2）由所给反应的特点知：降低压强可使所给反应向右移动，有利于提高原料的利用率；另外反应吸热，升高温度，使所给平衡向右移动，也有利于提高原料利用率，但温度过高会使钠也变成蒸汽逸出，既可使所得产品不纯，也不利于原料的充分利用。

因此，只能在770℃～890℃的范围内升高温度。

（3）当反应温度升至900℃时，金属钠也转变为蒸汽，结合题目所给信息（平衡常数只与气态物质的浓度有关）可知，此时反应的平衡常数可表示为：。

答案：（1）770℃890℃(2)降低压强或移去钾蒸汽，适当升高温度（3）
例4：在一定条件下，将2.0 mol SO2和1.0 mol O2通入下列容器中：
活塞与大气相通，维持容器内温度不变，平衡时SO2的质量分数为w。

则该容器内充入下列物
质，相同条件下达到平衡时，SO2的质量分数也为w的是________。

A.4.0 mol SO2和2.0 mol O2
B.2.0 mol SO2、1.0 mol O2和3.0 mol SO3
C.3.5 mol SO3
D.2.2 mol SO2和1.8 mol O2
E.4.5 mol SO2、4.5 mol O2和1.2 mol SO3
解析：题设条件为恒温恒压，凡通入SO2和O2物质的量比与题干相同者都符合题意，不论SO3通入多少，都符合题意。

答案：ABC
点评：恒温恒压条件下，建立等效平衡的条件是：相同反应物的投料比相等。

若投料物质不相同时，可依反应方程式完全转化后作比较。

如3 L带活塞的甲、乙两容器，保持t℃和1标准大气压，甲中投入2 mol N2和5 mol H2，乙中投入4 mol N2和10 mol H2，建立平衡时，两容器中NH3体积分数相等。

例5：在一个容积固定的反应器中，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4.0 mol、D为6.5 mol、F为2.0 mol，设E为x mol。

当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位置。

请填写以下空白：
（1）若x＝4.5，则右侧反应在起始时向（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。

欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大取值应小于。

（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? （填“相等”“不相等”或“不能确定”）。

其理由是：。

解析：（1）既然左箱有气体12 mol，那么，右箱也必须有12mol。

题设Ｄ＋Ｅ＋Ｆ是6.5 mol＋4.5 mol＋２．０mol＝１３mol。

所以平衡应该向减小体积（减少物质的量）的方向移动，即“向正反应方向”进行。

现在将x作变换，它当然应该大于3.5 mol，这样才能使总投料量超过12mol。

但是，它是否可以无限增大呢?这当然可以用平衡移动前后物料变化的情况列式求解。

设到达平衡时E的消耗量为２a mol，则可由下列反应：
D ＋２Ｅ２Ｆ
起始时6.5 x 2.0
平衡时6.5－a x－2a 2.0＋２a
得到２个数学方程式，（6．5－a）＋（x－２a）＋（2.0＋２a）＝12和x－２a＞０，即
但是也可以通过仔细观察反应方程式的化学计量数（即化学式前面的系数）可知，设2E到2F，其体积是不变的，减小的仅是D的体积；而且缩小D的体积仅是缩小E体积的一半，则到达平衡时，应该满足总物质的量等于12 mol的条件是：（６．５－）＋x＋２＝12，解之，x＝７。

这是极限情况，回答问题应该写出x＜７。

因为本题并不要求思维过程，并不要求列式求解，所以这样回答，可以更加简捷。

这是思维变异性、灵敏性的表现。

（2）为使右箱保证物料是12mol，必须用调节温度平衡移动才能达到。

那么，左箱的温度也只好随之改变，虽然它始终保持12mol，但平衡实际上是发生了移动的，因此在这两种平衡状态时A的物质的量是不同的。

不少考生误认为既然它们保持12 mol不变，似乎平衡就没有发生移动，并因而误判为两处A相等。

答案：（1）正反应 7.0 （2）不相等。

因为这是在两个不同温度下达到的化学平衡，两种情况的
平衡状态并不相同，所以它们A的物质的量也不相同。

点评：本题测试的知识点是化学平衡，是中学化学基础理论中的重点，几乎每年必考。

此题陌生度高，难度很大。

其实，本题所考查的知识点是不难的。

问题在于要善于捕捉信息，能够很快看出，无论在何种情况下，左箱总是保持12mol。

因此可以限制右箱也必须向12mol的方向进行。

本题巧设情境，考查体积变化的气体反应的平衡移动问题。

能力层次：综合应用。

方法总结
1.等效平衡的判断，化学平衡状态的建立与条件(如浓度、温度、压强)有关，与途径无关。

建立平衡状态通常有4条途径：①正向建立；②逆向建立；③从中间某状态建立；④反应物分批加入。

对不同的起始状态，通常假定反应沿某一方向进行到底，将所得物质的量与标准状态比较，规律如下：(1)反应前后气体体积之和不等的可逆反应，如2SO2＋O22SO3，恒温、恒容投料相同，或恒温、恒压投料成比例，即为等效平衡。

(2)反应前后气体体积之和相等的可逆反应，如2HI(g)I2(g)＋H2(g)，恒温、恒容，或恒温、恒压，两种情况均是投料成比例，即为等效平衡。