逍遥学能 2013-03-15 10:28
专题八 化学平衡
【考纲展示】
1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。理解外界条（温度、浓度、压强、催化剂等）对反应速率的影响。
2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
3.了解化学平衡建立的过程。了解外界条（温度、浓度、压强、催化剂等）对反应平衡的影响，认识其一般规律。
4.理解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行简单计算。
5.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
6.以上各部分知识的综合应用。
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一、化学平衡常数及反应物的转化率
1.化学平衡常数
对于一般的化学反应：mA（g）+nB（g） pC（g）+qD（g）在一定温度下，平衡常数为： ＝
平衡常数的意义在于：
（1）化学平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志，越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，其正反应进行程度越大，该反应进行的越完全，反应物转化率越大；利用可以判断反应的热效应，若升高温度增大，则正反应为吸热反应，反之正反应为放热反应。
（2）利用浓度积Q（Q为起始生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值）和比较，可判断可逆反应进行的方向：Q=时可逆反应达到化学平衡状态；Q＞时，可逆反应向逆反应方向进行；Q＜时，可逆反应向正反应方向进行。
注意：
（1）平衡常数的表达式可以是多种，与化学方程式的书写形式有关，如化学方程式配平的系数是分数时，其平衡常数表达式与正常配平的化学方程式的化学平衡常数表达式不同的。
（2）对于同一个可逆反应，若反应条相同，则正反应的平衡常数与逆反应的平衡常数成互为倒数关系。
2.平衡转化率
对于一般的可逆反应：mA（g）+nB（g） pC（g）+qD（g），达到平衡时反应物A的转化率为：
α（A）=
注意：
（1）同一个可逆反应中，反应物可能有多种，但不同反应物的转化率可能不同。若两反应物的转化率相同，则其起始物质的量之比等于方程式中的化学计量数之比。
（2）增大一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率。
（3）对于一个确定的可逆反应，温度一定，平衡常数只有一个，但平衡常数与平衡转化率之间存在一定的关系，用平衡常数可以计算平衡转化率，用转化率也可以计算平衡常数。
三、化学平衡移动的注意事项
1.①改变平衡体系中固体、纯液体的量，化学平衡不移动。因为固体、纯液体的浓度是常数，增加量不会引起浓度的增大，v（正）、v（逆）不变。
②在溶液中进行的的反应，若稀释溶液，则反应物、生成物浓度均减小，正逆反应速率均减小，但减小的程度不同，化学方程式中化学计量数和大的一侧减小多，化学平衡向系数和大的一侧移动。
③改变浓度时，某一速率从原平衡速率开始变化。
2.①对反应体系中无气体物质存在的化学平衡，改变压强，平衡不移动。
②对反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，改变压强，平衡不移动。
③恒容时充入非反应物气体或者稀有气体，容器内气体压强增大，但平衡不移动。
3.温度改变时，正逆反应速率都发生变化，只是程度不同。升高温度，放热反应的反应速率增大的小，平衡向吸热方向移动；降低温度，吸热反应的反应速率减小的小，平衡向放热反应的方向移动。
4.在温度、浓度、压强等影响化学平衡移动的因素中，只有温度变化，平衡一定发生移动。
5.勒夏特列原理
勒夏特列原理又称平衡移动原理，不仅适用于化学平衡移动方向的判断，而且适用于水解平衡、弱的电离平衡、难溶物的溶解平衡移动方向的判断。
勒夏特列原理的实质是化学平衡移动方向只是削弱了所改变的条，而不会由于平衡的移动使此改变完全抵消。
【热点透视】
热点题型
【典例1】下列有关化学研究的正确说法是（ ）
A．同时改变两个变量研究反应速率的变化，能更快得出有关规律
B．对于同一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应的焓变相同
C．依据丁达尔现象可将分散系分为溶液、胶体与浊液
D．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事 实，推出F、Cl、Br、I的非金属递增的规律
解析：A.同时改变两个变量研究反应速率的变化，不容易判断影响反应速率的主导因素，因此更难得出有关规律
B.这是盖斯定律的表述
C.分散系的划分是以分散质颗粒大小区分的
D.在以酸性强弱作为判断元素非金属性强弱依据时，是以最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为判断依据的。
答案：B
命题立意：本题侧重考查反应速率、盖斯定律、分散系、元素周期律重要的基本概念，规律。
【典例2】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：2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g） ΔH=—196.6 kJ•mol—1
2NO（g）+O2（g） 2NO2（g） ΔH=—113.0 kJ•mol—1
则反应NO2（g）+SO2（g） SO3（g）+NO（g）的ΔH= kJ• mol—1。
一定条下，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 molNO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:6，则平衡常数＝ 。
（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下图所示。该反应ΔH
0（填“>”或“ <”）。实际生产条控制在250℃、
1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是 。
解析：（1）NO2溶于水生成NO和硝酸，反应的方程式
是3NO2＋H2O=NO＋2HNO3；在反应6NO＋ 8NH3 7N2
＋12 H2O中NO2作氧化剂，化合价由反应前的+4价降低到反
应后0价，因此当反应中转移1.2mol电子时，消耗NO2的物质的量为 =0.3mol，所以标准状况下的体积是0.3mol×22.4L•mol—1=6.72L。
（2）本题考察盖斯定律的应用、化学平衡状态的判断以及平衡常数的计算。① 2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）ΔH1=-196.6 kJ•mol-1 ② 2NO（g）+O2（g） 2NO2（g） ΔH2=-113.0 kJ•mol-1 。①-②2 即得出2NO2（g）+2SO2（g） 2SO3（g）+2NO（g） ΔH=△H1-△H22 =-196.6kJ•mol-1+113.0kJ•mol-12 =-41.8kJ•mol-1
所以本题的正确答案是-41.8；反应NO2（g）+SO2（g） SO3（g）+NO（g）的特点体积不变的、吸热的可逆反应，因此a不能说明。颜色的深浅与气体的浓度大小有关，而在反应体系中只有二氧化氮是红棕色气体，所以混合气体颜色保持不变时即说明NO2的浓度不再发生变化，因此b可以说明；SO3和NO是生成物，因此在任何情况下二者的体积比总是满足1：1，c不能说明；SO3和NO2一个作为生成物，一个作为反应物，因此在任何情况下每消耗1 mol SO3的同时必然会生成1 molNO2，因此d也不能说明；设NO2的物质的量为1mol，则SO2的物质的量为2mol，参加反应的NO2的物质的量为xmol。
（3）由图像可知在相同的压强下，温度越高CO平衡转化率越低，这说明升高温度平衡向逆反
应方向移动，因此正反应是放热反应；实际生产条的选择既要考虑反应的特点、反应的速率和转化率，还要考虑生产设备和生产成本。由图像可知在1.3×104kPa左右时，CO的转化率已经很高，如果继续增加压强CO的转化率增加不大，但对生产设备和生产成本的要求却增加，所以选择该生产条。
答案：（1）3NO2＋H2O=NO＋2HNO3；6.72 （2）－41.8；b；8/3；
（3）< 在1.3×104kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失。
命题立意：本题综合考查可逆反应进行的方向、化学反应速率的计算、化学平衡常数计算、外界条对化学平衡移动的影响，是典型的学科内综合题。
热点预测
【预测1】二氧化硫和氧气生成三氧化硫是工业上生产硫酸的热点反应。今在一密闭容器中充入4molSO2和一定量的O2，发生反应：2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）；△H= —196.6kJ•mol—1。
根据上述字信息及图像信息判断下列说法正确的是（ ）
A.选择高效的催化剂可以提高该反应的反应速率，并能提高SO2的转化率
B.增大反应体系压强，SO2转化率和反应平衡常数都增大
C.当放出275.24kJ热量时，SO2的转化率为70%
D.图中y表示的是SO3的含量
解析：使用催化剂只能提高反应速率，不能使平衡发生移动，即SO2的转化率不变，A项错误；平衡常数只与温度有关，增大压强平衡向正向移动，但平衡常数不变，B项错误；根据热化学方程式，1molSO2完全反应，放出的热量为98.3kJ，当放出275.24kJ热量时，SO2转化的物质的量为 =2.8mol，则SO2的转化率为 ×100%=70%，C项正确；根据图示，T1先达到平衡，则T1＞T2，温度升高，y增大，而升高温度时平衡向逆反应方向移动，SO3的含量减小，D项错误。
答案：C
预测点评：该题在化学平衡的命题热点处进行设题。新标高考对化学平衡的考查注重定量考查，即考查化学平衡常数和转化率。
【预测2】电镀废液中Cr2O72－可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4)：
Cr2O72－（aq）+2Pb2＋（aq）+H2O（l） 2 PbCrO4（s）+2H＋（aq） ΔH< 0
该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条，下列示意图正确的是（ ）
解析：由题意知该反应是一个放热的可逆反应，升高温度平衡向吸热的逆反应方向移动，依据平衡常数的表达式可知应该减小，A正确；pH增大溶液碱性增强，会中和溶液中H＋，降低生成物浓度平衡向正方应方向移动，Cr2O72－的转化率会增大，B不正确；温度升高，正、逆反应速率都增大，C错误；增大反应物Pb2＋的浓度，平衡向正方应方向移动，Cr2O72－的物质的量会减小，D不正确。
答案：A
【直击高考】
1. 在FeCl3溶液中滴加SCN溶液，发生反应：Fe3++SCN—=Fe（SCN）2+ △H
8秒时反应达到平衡，此时测得溶液中离子浓度为：c（Fe3+）=0.04mol•L—1，c（SCN— ）=0.1mol•L—1，c[Fe（SCN）2+]=0.04mol•L—1。且加热，溶液颜色变浅。下列判断正确的是（ ）
A．△H ＞0B．v（[Fe（SCN）2+]）=0.005mol•（L•s）—1
C．向平衡体系中加入固体FeCl3，平衡向逆反应方向移动D．该反应的平衡常数为0.1mol/L
2. 已知汽车尾气无害化处理反应为：2NO（g）+2CO（g） N2（g）+2CO2（g）下列说法不正确的是（ ）
A．升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定
D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡
3. 800℃时，在2L密闭容器中充入0.50molNO和0.25molO2，发生如下反应：2NO（g）+O2（g） 2NO2（g）；△H＜0。体系中，n（NO）随时间的变化如表：
t（s）012345
n（NO）（mol）0.500.350.350.280.250.25
下列有关说法正确的是（ ）
A.3s时，该反应体系中v正（NO2）=v逆（O2）B.选择高效催化剂，提高NO的转化率
C.5s时，增大O2的浓度，平衡正向移动D.800℃时，该反应的平衡常数为8
4.X、Y、Z三种气体，取X和Y按1：1的物质的量之比混合，放入密闭容器中发生反应：X+2Y 2Z，达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3：2，则Y的转化率最接近于（ ）
A.33% B.40% C.50% D.65%
5. 已知H2（g）+I2（g） 2HI（g）；△H<0。有相同容积的定容密封容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1mol ，乙中加入HI 0.2mol，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0.1mol He，乙不改变
C．甲降低温度，乙不变 D. 甲增加0.1mol H2，乙增加0.1mol I2
6. 在一定温度下，把2体积N2和6体积H2通入一个带活塞的体积可变的容器中，活塞的一端与大气相通。容器中发生以下反应：N2+3H2 2NH3，正反应是放热反应。若达到平衡后，测得混合气体的体积为7体积，据此回答下列问题：
（1）保持上述反应温度不变，设a、b、c分别代表初始加入的N2、H2和NH3的体积，反应达到平衡时，各物质的百分含量与上述平衡时完全相同，那么：①若a＝1,c＝2，则b＝，在此情况下，反应起始时将向进行；② 若需规定起始时反应向逆反应方向进行，则c的范围是。
（2）在上述容器中，若需控制平衡后混合气体为6.5体积，则可采取的措施是。
7. 煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。
已知：CO（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g）的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃4005008301000
平衡常数10910.6
试回答下列问题
（1）上述反应的正反应是_________反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率_________ （填“增大”、“减小”或“不变”），容器内混合气体的压强_________ （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）830℃，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有_________ （选填A、B、C、D）。
ABCD
n（CO2）310l
n（H2）2101
n（CO）1230.5
n（H2O）5232
（4）830℃时，在2L的密闭容器中加入4molCO（g）和6molH2O（g）达到平衡时，CO的转化率是_________。
8.在恒温恒容的密闭容器中，通入x mol N2和y mol H2发生反应N2 + 3H2 2NH3，达平衡后，测得反应放出的热量为18．4 kJ，混合气体总的物质的量为3．6 mol，容器内的压强变为原的90%。又知N2和H2的转化率相同。
⑴ 通过计算说明起始充入N2和H2的物质的量分别为：x = ，y = 。
⑵ 若起始加入N2、H2和NH3的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达平衡时各物质的含量
与上述平衡完全相同。
① 若c＝2，在相同的条下达平衡时，该反应吸收的热量为 kJ。
② 若维持反应向正反应方向进行，则起始时c的取值范围为 。
9. 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。
（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(℃)15.020.025.030.035.0
平衡总压强(kPa)5.78.312.017.124.0
平衡气体总浓度(×10－3mol/L)2.43.44.86.89.4
①可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是___________。
A．2v（NH3）=v（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＋2H2O NH4HCO3＋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。
①计算25℃时，0～6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率________________________。
②根据图中信息，如何说明水解反应速率随温度升高而增大：______________________。
专题八
1.B 2.A 3.C 4.D 5.C
6. (1)① 3 逆反应方向 ② 1<c≤4 (2)降低反应温度
7. （1）放热（2）增大 增大 （3）B、C（4）60%
8. ⑴ 1 3 ⑵ 73.6 0≤c＜0.4
9.（1）①BC； ②＝c2(NH3)•c(CO2)＝(2c/3)2(1c/3)＝1.6×10－8（mol•L－1)3
③增加；④＞，＞。（2）①0.05mol•L－1•min－1；
②25℃反应物的起始浓度较小，但0～6min的平均反应速率（曲线的斜率）仍比15℃大。