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考點28化學平衡

1．復習重點

1. 建立化學平衡的觀點.

2. 理解化學平衡的特征.

3. 常識性介紹化學平衡常數.

2．難點聚焦

在化學研究和化工生產中,只考慮化學反應的速率是不夠的.

例如:

這是一個可逆反應！（正反應的生成物，是逆反應的反應物。）

特點：（二同）同一條件下；同時進行。

顯然，可逆反應不能進行到底。（即：反應物不能全部轉化為生成物。）

因此，對任一可逆反應來說，都有一個化學反應進行的程度問題。

這就牽涉到化學平衡。

化學平衡主要是研究可逆反應規律的。

如：可逆反應進行的程度，以及各種條件對反應進行的程度的影響等。

（一）化學平衡的建立：

當我們把蔗糖不斷的溶入水中，直至蔗糖不能繼續溶解。

此時，所得溶液為蔗糖的飽和溶液。

在此溶液中,繼續加入蔗糖,蔗糖不再減少.(溫度等其它條件不變時.)

蔗糖真的不能繼續溶解了嗎？

我們做一個小實驗：用一塊中間有凹痕的蔗糖，放入蔗糖的飽和溶液中。過一段時間，我們會看到，凹痕不見了。取出蔗糖，小心稱量，質量未變！

這是怎么回事呢？

原來，在蔗糖的飽和溶液中，蔗糖并非不再溶解，而是蔗糖溶解的同時，已溶解的蔗糖分子又回到晶體表面。而且，溶解的速率和結晶的速率相同。

所以，在蔗糖的飽和溶液中，加入蔗糖晶體。晶體的質量不會減少，但凹痕卻不見了。

這種狀態，叫溶解－結晶平衡狀態。簡稱：溶解平衡狀態。

顯然，溶解平衡狀態是動態平衡狀態。

可逆反應的情形又是怎樣呢？

實驗證明:

在一氧化碳和水蒸汽的反應中:

如果溫度不變,反應無論進行多長時間,容器里混合氣體中各種氣體的濃度都不再發生變化.

正反應,逆反應都在繼續進行!

只是:

正反應速率==逆反應速率

這種狀態,稱化學平衡狀態.簡稱:化學平衡.

化學平衡是動態平衡.

當可逆反應達到平衡狀態時,正反應和逆反應都仍在繼續進行.只是由于在同一瞬間,正反應生成的CO₂和H₂,的分子數,和逆反應所消耗的CO₂和H₂,的分子數相等!

即: 正反應速率==逆反應速率

反應混合物中,各組份的濃度不變!

化學平衡:

化學平衡狀態,是指在一定條件下的可逆反應里,正反應和逆反應的速率相等,反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態.

（二）化學平衡常數：

參見表2-1

分析數據可知:

1. 在一定溫度下,可逆反應無論從正反應開始,還是從逆反應開始,最后都能達到化學平衡.

2. 達到化學平衡后,反應物的濃度之積,比上生成物的濃度之積,是一個常數.---化學平衡常數.

注意:

1.對同一個化學反應來說,溫度不變,化學平衡常數不變!(但不一定是1)

2.化學計量數為濃度的指數.

3.K值越大,反應進行的程度越大.反應物的轉化率也越大.反之亦然.

3．例題精講

例1： H₂(g)+ I₂(g) 2HI(g)已經達到平衡狀態的標志。

①c(H₂)=c(I₂)=c(HI)時

②c(H₂):c(I₂):c(HI)=1:1:2時

③c(H₂)、c(I₂)、c(HI)不再隨時間而改變

④單位時間內生成nmolH₂的同時生成2nmolHI

⑤單位時間內生成nmolH₂的同時生成nmolI₂

⑥反應速率v(H₂)=v(I₂)=v(HI)

⑦一個H-H鍵斷裂的同時有兩個H-I鍵斷裂

⑧溫度和體積一定時，容器內壓強不再變化

⑨溫度和體積一定時，混合氣體的顏色不再變化

⑩溫度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化

⑾條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化

[解析]

①濃度相等，不能說明已達到平衡狀態；

②濃度之比與平衡狀態無必然聯系；

③濃度不變，說明已達平衡。注意不要把濃度不變與①、②兩種情況混淆；

④“生成nmolH₂”指逆反應，“生成2nmolHI”指正反應，且v_正=v_逆，正確；

⑤“生成nmolH₂”、“生成nmolI₂”都指逆反應，不能判斷；

⑥無論是v_正、v_逆，用不同物質表示時，一定和化學計量數成正比，與是否達到平衡狀態無關。

⑦從微觀角度表示v_正=v_逆，正確；

⑧由于Δν(g) = 0，壓強始終不改變；

⑨顏色不變，說明I₂(g)濃度不變，可以判斷；

⑩由于Δν(g) = 0，體積始終不變，且反應混合物總質量始終不變，密度不變，不能判斷是否達到平衡。

⑾反應前后氣體的物質的量、質量均不變，所以平均分子量始終不變，不一定達到平衡狀態。解答：③④⑦⑨

[點評] 此題從多個角度分析平衡態或不平衡態各種相關物理量的變化情況，有助于加深對平衡特點的理解。

[變式] 若反應為：2NO₂（g）2N₂O₄（g）呢？

[ 方法提示]

1．判斷是否達到平衡狀態式可抓住以下標志：

①

⑴直接標志 ②各組分的m、n不變（單一量）

③通過濃度（或百分含量）：各組分的濃度（或百分含量）不變

①通過總量：對Δn(g) 0的反應，n_總(或恒溫恒壓下的V_總，恒溫恒容下的P_總)不變；

⑵間接標志 ②通過復合量：()、ρ()，需具體分析關系式中上下兩項的變化。

③其它：如平衡體系顏色等（實際上是有色物質濃度）

例2 把6molA氣體和5molB氣體混合放入4L密閉容器中，在一定條件下發生反應：

3A（氣）+B（氣） 2C（氣）+（氣）經達到平衡，此時生成C為，測定D的平均反應速率為0.1mol/L•min，下列說法中錯誤的是（）

A.x = 2 B. B的轉化率為20%

C. 平衡時A的濃度為0.8mol/L D. 恒溫達平衡時容器內壓強為開始時的85%

[解析]

本題是一道有關化學平衡的基礎計算題，解題的關鍵是弄清各量的含義。

因

，所以。

3A（氣）+B（氣） 2C（氣）+2D（氣）

起始量（mol） 6 5 0 0

變化量（mol） 3 1 2 2

平衡量（mol） 3 4 2 2

B的轉化率為：

平衡時A的濃度：

，所以

[答案]C、D

例3一定條件下，可逆反應A₂（g） + B₂(g) 2 C(g)達到平衡時，各物質的平衡濃度為：

c（A₂）= 0.5mol/L；c（B₂）= 0.1mol/L； c（C）= 1.6mol/L。若用a、b、c分別表示A₂、B₂、C的初始濃度（mol/L）,則：

（1）a、b應滿足的關系是；

（2）a的取值范圍是。

[解析] (1)設轉化過程中，A₂（g）轉化濃度為xmol/L，則B₂（g）轉化濃度也為xmol/L。平衡濃度： a?x = 0.5 b?x = 0.1 則有：a = b +0.4

（2）考慮兩種極端情況：①A₂、B₂為起始物質；②A₂、C為起始物質。

A₂（g） + B₂(g) 2 C(g)

物質的平衡濃度（mol/L） 0.5 0.1 1.6

①A₂、B₂為起始物質 0.5+0.8 0.1+0.8 0

②A₂、C為起始物質 0.5-0.1 0 1.6+0.2

故a的取值范圍為0.4≤ b ≤1.3。

[答案] （1）a = b +0.4 (2) 0.4≤ b ≤1.3

[點評]

本題重點考查可逆反應的特點，由此可得B₂的取值范圍為：0<b≤0.9,C的取值范圍為： 0< C ≤1.8。

[ 方法提示]

有關化學平衡的基本計算：

　　可逆反應mA＋nBpC+qD達到平衡時：

① 用各物質表示的反應速率之比等于化學方程式中的化學計量數之比．

即：vA．∶vB．∶vC．∶vD．=m∶n∶p∶q

　　②各物質的變化量（變化濃度）之比等于化學方程式中相應化學計量數之比

　　③反應物的平衡量（或濃度）=起始量（或濃度）-消耗量（或濃度）

　　生成物的平衡量（或濃度）=起始量（或濃度）+增加量（或濃度）

　　⑤阿伏加德羅定律的兩個重要推論

　　⑥混合氣體平均式量的計算（由A、B、C三種氣體混合）

　　其中M(A)、M(B)、M(C)分別表示A、B、C的相對分子質量；a％、b％、c％分別表示這3種氣體的體積（或質量）分數．

例4:某容積可變的密閉容器中放入一定量的A和B的混合氣體，在一定條件下發生反應：。若維持溫度和壓強不變，當達到平衡時，容器的體積為V，此時氣體C的體積占40%，則下列判斷正確的是（）

A. 原混合氣體的體積為1.1V

B. 原混合氣體的體積為0.9V

C. 反應達到平衡時，氣體A消耗了0.2V

D. 反應達到平衡時，氣體B消耗了0.2V

[解析] 本題可直接結合反應方程式和題中給出的條件計算，方程式的特征是反應掉的A的量就是總體積的減少量。可由C直接求出氣體A消耗了0.2V，所以總體積為1.2V，氣體B消耗了0.4V。

[答案] C

[點評] 本題可以改為考查某物質的轉化率、體積分數的計算等等。

4．實戰演練

一、選擇題

1．下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是：（）

A．工業生產硫酸的過程中使用過量的氧氣，以提高二氧化硫的轉化率　

B．合成氨工廠通常采用20MPa～50MPa壓強，以提高原料的利用率；

C．在實驗室里,可用碳酸鈣粉末和稀硫酸制得二氧化碳氣體;

D．實驗室用排飽和食鹽水的方法收集氯氣。

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