高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 平衡狀態(tài)和平衡常數(shù)

化學(xué)平衡

[一]化學(xué)平衡狀態(tài)[例]N2+3H2

?

2NH3，投料n(N2):n(H2)=1:3，請(qǐng)簡(jiǎn)要畫出其n-t曲線、v-t曲線和v正/v逆-t曲線。化學(xué)平衡狀態(tài)有何特征？從可以觀察到的結(jié)果來(lái)看：

a.反應(yīng)混合物中各組分的物質(zhì)的量/濃度不再變化

b.表觀反應(yīng)速率降到0結(jié)合微觀本質(zhì)分析：

c.動(dòng)態(tài)平衡，正逆反應(yīng)仍在繼續(xù)進(jìn)行，ν(正)＝ν(逆)≠0[一]化學(xué)平衡狀態(tài)[練習(xí)1]能夠說(shuō)明N2+3H2?2NH3反應(yīng)在壓強(qiáng)恒定的密閉容器中已達(dá)到平衡狀態(tài)的是①容器內(nèi)N2、H2、NH3三者濃度相等②一段時(shí)間內(nèi)，生成6molN-H的同時(shí)生成3molH-H③容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化④容器內(nèi)氣體密度不再發(fā)生變化⑤容器內(nèi)的平均摩爾質(zhì)量不再發(fā)生變化⑥容器內(nèi)N2的體積分?jǐn)?shù)不再變化②④⑤⑥方法：①可變的量不再變化

②ν(正)＝ν(逆)[一]化學(xué)平衡狀態(tài)[練習(xí)2]在恒容絕熱容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)2NO2(g)?2NO(g)+O2(g)，下列能說(shuō)明已達(dá)平衡的是。a.單位時(shí)間內(nèi)，每生成一定物質(zhì)的量濃度的NO，同時(shí)有相同物質(zhì)的量濃度的O2生成b.氣體混合物物質(zhì)的量不再改變c.氣體混合物平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變d.容器內(nèi)溫度不再發(fā)生變化e.密閉容器內(nèi)氣體顏色不再改變f.混合氣的密度不再改變bcde[一]化學(xué)平衡狀態(tài)[練習(xí)3]將一定量純凈的氨基甲酸銨固體置于密閉真空容器中（容器體積不變，固體試樣體積忽略不計(jì)），在恒定溫度下反應(yīng):NH2COONH4(s)?2NH3(g)+CO2(g)可以判斷該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是A.2v(NH3)=v(CO2) B.容器中總壓強(qiáng)不變C.容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 D.容器中氨氣的體積分?jǐn)?shù)不變E.容器中有固體殘留，且固體質(zhì)量不再變化EB項(xiàng)必須有前提“固體有殘留”有些反應(yīng)的平衡狀態(tài)可能是無(wú)法達(dá)到的，其原因在于平衡狀態(tài)存在定量關(guān)系[二]化學(xué)平衡常數(shù)的含義大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，對(duì)可逆反應(yīng)：mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)在一定溫度下，無(wú)論反應(yīng)物的起始濃度如何，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度代入下列表達(dá)式，結(jié)果是定值：此處的K也可寫為Kc，Kc有單位嗎？可能有單位，但單位不寫一般不扣分化學(xué)平衡常數(shù)→c為各組分的平衡濃度[二]化學(xué)平衡常數(shù)的含義[例1]分析下表數(shù)據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的大小有什么實(shí)際意義？相似的反應(yīng)，K越大，反應(yīng)越完全——①一般而言，K>105，可認(rèn)為反應(yīng)較完全鹵化氫生成反應(yīng)的平衡常數(shù)(25°C)反應(yīng)平衡常數(shù)KF2+H2=2HF6.5×1095Cl2+H2=2HCl2.57×1033Br2+H2=2HBr1.91×1019I2+H2

?2HI8.67×102[二]化學(xué)平衡常數(shù)的含義[例2]25℃時(shí)反應(yīng)N2(g)+O2(g)?2NO(g)的K=1×10-30，下列說(shuō)法正確的是

A.25℃時(shí)N2和O2基本不會(huì)反應(yīng)B.25℃時(shí)NO分解生成N2和O2的速率很快C.可以研究選擇合適的催化劑，在常溫下催化NO轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)D.可以研究選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，在該條件下利用此反應(yīng)固定氮?dú)饽娣磻?yīng)為2NO(g)?N2(g)+O2(g)K=1×1030反應(yīng)正向很完全，但實(shí)際NO不容易分解，原因是反應(yīng)速率很慢一個(gè)反應(yīng)的實(shí)際發(fā)生，需要同時(shí)考慮平衡和速率[二]化學(xué)平衡常數(shù)的含義[例3]對(duì)于合成氨反應(yīng)1/2N2+3/2H2?NH3標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K?=其中p?為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)(1×105Pa)

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)有何意義？

K?無(wú)單位，

ΔG與K?直接相關(guān)，見后頁(yè)ΔG是一座橋梁ΔG=ΔH–TΔSΔG=-RTlnK?做功能力取決于能量，即反應(yīng)限度的大小也是取決于能量[思考]利用上面兩個(gè)式子可以推導(dǎo)出van’tHoff等溫式：(在較小溫度范圍內(nèi)，可近似認(rèn)為ΔH和ΔS不隨溫度變化)此式揭示了溫度變化時(shí)K的變化[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例1]寫出下列反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)2NaHCO3(s)?Na2CO3+CO2(g)+H2O(g)Cl2(aq)+H2O?HCl+HClOFeCl3(aq)+3KSCN(aq)?Fe(SCN)3+3KCl規(guī)則：1.平衡常數(shù)應(yīng)用真正存在的微粒來(lái)表達(dá)2.固體與溶劑(如H2O)可認(rèn)為是定值，可不寫入平衡常數(shù)(氣態(tài)水，乙醇溶劑中的少量水，必須寫入)3.弱電解質(zhì)以不電離的形態(tài)寫入[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例2]找出以下三組反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系1.4CO+2NO2?4CO2+N2

K12.2CO+NO2?2CO2+?N2

K2

K1=(K2)23.CH3COOH+H2O?CH3COO-+H3O＋K34.

H3O＋

+CH3COO-?CH3COOH+H2OK4

K3=1/K45.CO(g)＋CuO(s)?CO2(g)＋Cu(s)

K56.H2(g)＋CuO(s)?Cu(s)＋H2O(g)

K67.CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)

K7

K7=K5/K6特定的反應(yīng)，特定的K[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例1]某溫度下，向10.0L真空容器中注入1.00molH2(g)和1.00molI2(g)，反應(yīng)平衡后I2(g)的濃度為0.0200mol/L。試求該溫度下H2(g）+I2(g)?2HI(g)的平衡常數(shù)K。c0Δcc平若體積不變n0Δnn平若體積可變[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例2]某溫度下，將6molH2和3molCO充入0.5L的密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)，6min后體系達(dá)平衡，此時(shí)容器壓強(qiáng)為開始時(shí)的0.6倍。試求該溫度下反應(yīng)2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)的平衡常數(shù)[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例3]在容積為2L的恒容密閉容器中充入1.00molN2O5，在T°C下發(fā)生下列反應(yīng)：I2N2O5(g)?4NO2(g)+O2(g)II2NO2(g)?2NO(g)+O2(g)達(dá)到平衡時(shí)O2為1.00mol，NO2為0.40mol，則T°C時(shí)I的平衡常數(shù)為

。[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算什么是分壓？①在氣相環(huán)境中，若存在兩種氣體A和B，即pA+pB=p總氣體A的分壓pA=(nA/n總)×p總[例]空氣中O2占總氣體的比例(體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))約為21%

其分壓為0.21×p大氣壓

=0.21atm②由濃度換算，根據(jù)理想氣體方程pAV=nART則pA=cART

通過(guò)該式可以理解，氣體的分壓與濃度成正比，將分壓代入類似的表達(dá)式中，也可得到一常數(shù)——分壓平衡常數(shù)Kp[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例4]體系中存在反應(yīng)N2H4(g)?N2(g)+2H2(g)I3N2H4(g)?4NH3(g)+N2(g)II一開始往反應(yīng)體系中充入N2H4，若某溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)N2H4、NH3、H2的體積分?jǐn)?shù)分別為10%、12%、50%，平衡時(shí)總壓強(qiáng)為p0，請(qǐng)寫出該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)的化簡(jiǎn)表達(dá)式Kp

Kp

=0.7p02[三]化學(xué)平衡常數(shù)的求算[例5]乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)維持體系總壓強(qiáng)p恒定，在溫度T時(shí)，物質(zhì)的量為n、體積為V的乙苯蒸汽發(fā)生催化脫氫