高二化學(xué)教案：《化學(xué)反應(yīng)的方向和限度學(xué)案》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　本文題目：高二化學(xué)教案：化學(xué)反應(yīng)的方向和限度學(xué)案

　　第二單元 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度

　　第1課時(shí)　化學(xué)反應(yīng)的方向

　　[目標(biāo)要求]　1.了解自發(fā)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2.通過(guò)“有序”和“無(wú)序”的對(duì)比，了解熵和熵變的概念。3.初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響，能用焓變和熵變說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的方向。

　　一、化學(xué)反應(yīng)的方向

　　1.化學(xué)反應(yīng)具有方向性，許多化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而其逆反應(yīng)無(wú)法自發(fā)進(jìn)行。

　　2.自發(fā)反應(yīng)：在一定條件下無(wú)需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。

　　二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)

　　1.能量判據(jù)

　　自然界中的自發(fā)過(guò)程，都有由能量較高狀態(tài)向能量較低狀態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向;絕大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行，且反應(yīng)放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應(yīng)越完全。

　　反應(yīng)的焓變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一。

　　2.熵判據(jù)

　　(1)熵

　　用來(lái)度量體系混亂程度的物理量。熵值越大，混亂程度越大。符號(hào)為S。單位：J?mol-1?K-1。

　　(2)熵值大小的比較

　　同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)。

　　(3)熵變：反應(yīng)前后體系熵的變化，符號(hào)為ΔS。

　　若發(fā)生變化后體系的混亂度增大，該過(guò)程的ΔS>0，反之，ΔS<0。

　　(4)熵變與化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性關(guān)系

　　ΔS>0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行;ΔS<0，反應(yīng)不能進(jìn)行�；瘜W(xué)反應(yīng)的ΔS越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

　　3.復(fù)合判據(jù)

　　體系能量降低(ΔH<0)和混亂度增大(ΔS>0)都有促使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的傾向，判斷反應(yīng)的自發(fā)性必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變。在恒溫、恒壓時(shí)：

　　(1)當(dāng)ΔH<0，ΔS>0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

　　(2)當(dāng)ΔH>0，ΔS<0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。

　　(3)當(dāng)ΔH<0，ΔS<0時(shí)，反應(yīng)在較低溫度下自發(fā)進(jìn)行。

　　(4)當(dāng)ΔH>0，ΔS>0時(shí)，反應(yīng)在較高溫度下自發(fā)進(jìn)行。

　　知識(shí)點(diǎn)一　能量判據(jù)

　　1.實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。對(duì)此說(shuō)法的理解正確的是(　　)

　　A.所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的

　　B.所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的

　　C.焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素

　　D.焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的惟一判據(jù)

　　答案　C

　　解析　多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，并不是所有自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，既然說(shuō)“多數(shù)”，必定存在特例，所以只能說(shuō)“焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素，但不是唯一因素”。

　　2.下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來(lái)解釋的是(　　)

　　A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ?mol-1

　　B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ?mol-1

　　C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　 ΔH=-286 kJ?mol-1

　　D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2 kJ?mol-1

　　答案　C

　　解析　從焓變的角度分析，化學(xué)反應(yīng)有由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化、使體系能量降低的趨勢(shì)，表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進(jìn)行。

　　知識(shí)點(diǎn)二　熵判據(jù)

　　3.碳酸銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)的分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說(shuō)法正確的是(　　)

　　A.碳酸銨分解是因?yàn)樯�成了易揮發(fā)的氣體，使體系的熵增大

　　B.碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量

　　C.碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解

　　D.碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解

　　答案　A

　　解析　(NH4)2CO3的分解為吸熱反應(yīng)，而吸熱反應(yīng)不易自發(fā)進(jìn)行;根據(jù)焓變與熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)的共同影響，該反應(yīng)熵值一定增大。

　　4.摩爾熵是單位物質(zhì)的量的物質(zhì)在一定條件下所具有的熵。試比較下列兩組物質(zhì)摩爾熵的大小順序。

　　(1)相同條件下的氣態(tài)甲醇、乙醇、丙醇。

　　(2)氣態(tài)苯、液態(tài)苯、固態(tài)苯。

　　答案　(1)S(氣態(tài)甲醇)

　　解析　一般來(lái)講，組成物質(zhì)的原子種類(lèi)相同時(shí)，一個(gè)分子中的原子數(shù)目越多，其混亂度就越大，熵值也越大;對(duì)于同一種物質(zhì)，S(g)>S(l)>S(s)。根據(jù)以上的規(guī)律可知，對(duì)于(1)，S(氣態(tài)甲醇)

　　知識(shí)點(diǎn)三　復(fù)合判據(jù)

　　5.某反應(yīng)：A===B+C在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，對(duì)該反應(yīng)過(guò)程ΔH、ΔS的判斷正確的是(　　)

　　A.ΔH<0、ΔS<0 B.ΔH>0、ΔS<0

　　C.ΔH<0、ΔS>0 D.ΔH>0、ΔS>0

　　答案　D

　　解析　由題意知：該反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)反應(yīng)，而高溫下能自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)ΔH和ΔS對(duì)反應(yīng)方向的共同影響可推知：ΔH>0，ΔS>0。

　　6.下列反應(yīng)中，常溫常壓下一定不能自發(fā)進(jìn)行的是(　　)

　　A.2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)

　　ΔH=-78.03 kJ?mol-1

　　ΔS=+1 110 J?mol-1?K-1

　　B.CO(g)===C(s，石墨)+12O2(g)

　　ΔH=110.5 kJ?mol-1

　　ΔS=-89.36 J?mol-1?K-1

　　C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)

　　ΔH=-444.3 kJ?mol-1

　　ΔS=-280.1 J?mol-1?K-1

　　D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)

　　ΔH=37.30 kJ?mol-1

　　ΔS=+184.05 J?mol-1?K-1

　　答案　B

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.下列說(shuō)法中正確的是(　　)

　　A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的

　　B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變的反應(yīng)

　　C.自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臈l件下才能實(shí)現(xiàn)

　　D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)

　　答案　C

　　解析　放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過(guò)程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)的;自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大，可能減小，也可能不變;過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體的條件，能量判據(jù)和熵判據(jù)要綜合考慮利用，不能簡(jiǎn)單地單一使用。故選C。

　　2.下列對(duì)熵的理解不正確的是(　　)

　　A.同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大，固態(tài)時(shí)熵值最小

　　B.體系越有序，熵值越小;越混亂，熵值越大

　　C.與外界隔離的體系，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵減小

　　D.25 ℃、1.01×105 Pa時(shí)，2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增的反應(yīng)

　　答案　C

　　解析　體系都有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向，此過(guò)程為熵增過(guò)程，故C錯(cuò)誤。

　　3.在圖中A、B兩容器里，分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開(kāi)(如圖所示)，兩種氣體分子立即都分布在兩個(gè)容器中。這是一個(gè)不伴隨能量變化的自發(fā)過(guò)程。關(guān)于此過(guò)程的下列說(shuō)法不正確的是(　　)

　　A.此過(guò)程為混亂程度小的向混亂程度大的方向變化的過(guò)程，即熵增大的過(guò)程

　　B.此過(guò)程為自發(fā)過(guò)程，而且沒(méi)有熱量的吸收或放出

　　C.此過(guò)程從有序到無(wú)序，混亂度增大

　　D.此過(guò)程是自發(fā)可逆的

　　答案　D

　　解析　根據(jù)題意ΔH=0，ΔS>0，由ΔH-TΔS推知該過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行，氣體擴(kuò)散為熵增過(guò)程，而其逆過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行。

　　4.已知在等溫條件下，化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)為：

　　ΔH-TΔS<0，反應(yīng)能正向自發(fā)進(jìn)行;

　　ΔH-TΔS=0，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài);

　　ΔH-TΔS>0，反應(yīng)能逆向自發(fā)進(jìn)行。

　　(其中ΔH為焓變，ΔS為熵變，T為熱力學(xué)溫度，單位為K)

　　設(shè)反應(yīng)A(s)===D(g)+E(g)　ΔH-TΔS=(-4 500+11T)J?mol-1，要防止反應(yīng)發(fā)生，溫度必須(　　)

　　A.高于409 K

　　B.低于136 K

　　C.高于136 K而且低于409 K

　　D.低于409 K

　　答案　A

　　5.25 ℃和1.01×105 Pa時(shí)，反應(yīng)2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ/mol，自發(fā)進(jìn)行的原因是(　　)

　　A.是吸熱反應(yīng) B.是放熱反應(yīng)

　　C.是熵減少的反應(yīng) D.熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)

　　答案　D

　　練方法技巧

　　6.石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為

　　C(石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51 kJ?mol-1

　　C(金剛石)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41 kJ?mol-1

　　關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法正確的是(　　)

　　A.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程

　　B.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程

　　C.金剛石比石墨更穩(wěn)定

　　D.金剛石比石墨能量低

　　答案　B

　　解析　由熱化學(xué)方程式可知，石墨比金剛石能量低，1 mol石墨轉(zhuǎn)化為1 mol金剛石需吸收1.9 kJ的熱量，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是放熱反應(yīng)，因此金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。物質(zhì)所具有的能量越低越穩(wěn)定。

　　點(diǎn)撥：那些不用借助外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)過(guò)程的共同特點(diǎn)是：體系趨于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部做功或釋放熱量)，這就是所謂的能量判據(jù)。但是自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)反應(yīng)不一定都是由高能狀態(tài)到低能狀態(tài)的過(guò)程，例如，硝酸銨溶于水。因而只使用能量判據(jù)來(lái)確定變化過(guò)程的方向是片面的。對(duì)具體反應(yīng)需應(yīng)用能量判據(jù)和熵判據(jù)綜合進(jìn)行分析，即凡是能夠使體系能量降低、熵增大的方向就是化學(xué)反應(yīng)容易進(jìn)行的方向。

　　7.汽車(chē)尾氣(含烴類(lèi)、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一，治理的辦法之一是在汽車(chē)排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無(wú)毒氣體，其反應(yīng)原理是：2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，ΔH=-113 kJ?mol-1，ΔS=-145 J?mol-1?K-1。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.該反應(yīng)中反應(yīng)物總能量高于生成物的總能量

　　B.該反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要高溫和催化劑條件

　　C.該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，高溫和催化劑條件只是加快反應(yīng)的速率

　　D.汽車(chē)尾氣中的這兩種氣體會(huì)與人體血紅蛋白結(jié)合而使人中毒

　　思路點(diǎn)撥：解答本題要注意以下兩點(diǎn)：

　　(1)利用ΔG=ΔH-TΔS判斷反應(yīng)的方向。

　　(2)注意反應(yīng)發(fā)生的條件。

　　答案　B

　　解析　因?yàn)?NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)，298 K時(shí)，ΔH=-113 kJ/mol，ΔS=-145 J?mol-1?K-1，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且是熵減的反應(yīng)，生成物的總能量低于反應(yīng)物的總能量。常溫時(shí)ΔG=ΔH-TΔS=-113 kJ?mol-1-298 K×(-145×10-3 kJ?mol-1?K-1)=-69.79 kJ?mol-1<0，即該反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行，故A、C、D正確。

　　練綜合拓展

　　8.某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時(shí)，改變某一條件對(duì)反應(yīng)[可用aA(g)+bB(g) cC(g)表示]化學(xué)平衡的影響，得到如圖所示圖象(圖中p表示壓強(qiáng)，T表示溫度，n表示物質(zhì)的量，α表示平衡轉(zhuǎn)化率，φ表示體積分?jǐn)?shù))：

　　分析圖象，回答下列問(wèn)題：

　　(1)在圖象反應(yīng)Ⅰ中，若p1>p2，則此正反應(yīng)為_(kāi)_______(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)，也是一個(gè)氣體分子數(shù)________(填“減少”或“增大”)的反應(yīng)，由此判斷，此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，必須滿(mǎn)足的條件是________。

　　(2)在圖象反應(yīng)Ⅱ中，T1________T2(填“>”、“<”或“=”)，該正反應(yīng)為_(kāi)_______(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

　　(3)在圖象反應(yīng)Ⅲ中，若T1>T2，則該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?

　　答案　(1)放熱　減少　低溫　(2)>　放熱　(3)能自發(fā)進(jìn)行

　　解析　本題涉及圖象的分析及化學(xué)平衡的移動(dòng)和反應(yīng)進(jìn)行的方向等知識(shí)點(diǎn)。反應(yīng)Ⅰ中恒壓下溫度升高，α(A)減小，即升高溫度平衡向左移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0;由p1>p2知恒定溫度時(shí)壓強(qiáng)越大，α(A)越大，即增大壓強(qiáng)平衡向右移動(dòng)，說(shuō)明此反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)(a+b>c)，即為熵減反應(yīng)，ΔS<0。放熱、熵減反應(yīng)只能在低溫下自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)Ⅱ中T1溫度下反應(yīng)先達(dá)到平衡狀態(tài)，說(shuō)明T1>T2;溫度越高，平衡時(shí)C的物質(zhì)的量越小，即升高溫度平衡

　　向左移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。反應(yīng)Ⅲ中在恒溫下壓強(qiáng)變化對(duì)α(A)沒(méi)有影響，說(shuō)明壓強(qiáng)變化不能影響平衡，此反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)(a+b=c)，反應(yīng)過(guò)程中熵變很小，ΔS≈0，若T1>T2，恒壓下溫度越高α(A)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向左移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，則ΔH-TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。

　　9.已知，一個(gè)可逆反應(yīng)，若正反應(yīng)為自發(fā)過(guò)程，則其逆反應(yīng)為非自發(fā)過(guò)程，反之，亦然。

　　(1)已知2CO(g) CO2(g)+C(s)，T=980 K時(shí)ΔH-TΔS=0。當(dāng)體系溫度低于980 K時(shí)，估計(jì)ΔH-TΔS____0(填“大于”、“小于”或“等于”，下同);當(dāng)體系溫度高于980 K時(shí)，估計(jì)ΔH-TΔS____0。

　　(2)電子工業(yè)中清洗硅片上的SiO2(s)的反應(yīng)為

　　SiO2(s)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(g)

　　ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ?mol-1

　　ΔS(298.15 K)=-75.8 J?mol-1?K-1，設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變化，則此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度是________________________________________________________________________。

　　答案　(1)小于　大于　(2)小于1 240 K

　　解析　(1)C(s)+CO2(g)??2CO(g)的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0，則2CO(g)??CO2(g)+C(s)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，且該反應(yīng)ΔS<0，則當(dāng)T<980 K時(shí)，ΔH-TΔS<0，T>980 K時(shí)，ΔH-TΔS>0。

　　(2)由題給信息，要使反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，須有ΔH-TΔS<0，

　　即-94.0 kJ?mol-1-T×(-75.8 J?mol-1?K-1)×10-3 kJ?J-1<0則

　　T<94.0 kJ?mol-175.8 J?mol-1?K-1×10-3kJ?J-1=1.24×103 K。

　　10.在298 K時(shí)，下列反應(yīng)的ΔH依次為：

　　C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH1=-1 366.8 kJ?mol-1

　　C(石墨)+O2(g)===CO2(g)　ΔH2=-393.5 kJ?mol-1

　　H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l)　ΔH3=-285.8 kJ?mol-1

　　乙醇(C2H5OH)、氫氣、石墨和氧氣的熵值分別為：

　　161.0 J?mol-1K-1、130.6 J?mol-1K-1、5.74 J?mol-1K-1、205.3 J?mol-1K-1，則298 K時(shí)，由單質(zhì)生成1 mol乙醇的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS分別為多少?

　　答案　-277.6 kJ?mol-1　-344.93 J?mol?L-1?K-1　-174.8 kJ?mol-1

　　解析　ΔH=2ΔH2+3ΔH3-ΔH1

　　=2×(-393.5 kJ?mol-1)+3×(-285.8 kJ?mol-1)-(-1 366.8 kJ?mol-1)=-277.6 kJ?mol-1

　　ΔS=161.0 J?mol-1K-1 -3×130.6 J?mol-1K-1 -2×5.74 J?mol-1K-1 -1/2×205.3 J?mol-1K-1

　　=-344.93 J/(mol?K)

　　ΔG=ΔH-TΔS

　　=-277.6 kJ?mol-1-298 K×(-344.93×10-3 kJ?mol-1?K-1)=-174.8 kJ?mol-1

　　第2課時(shí)　化學(xué)平衡狀態(tài)

　　[目標(biāo)要求]　1.了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性，了解可逆反應(yīng)的概念、特點(diǎn)。2.理解化學(xué)平衡建立的過(guò)程。3.理解化學(xué)平衡的特征。

　　一、可逆反應(yīng)

　　1.概念

　　在一定條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。如：N2+3H2 2NH3。

　　2.特點(diǎn)

　　(1)同一條件下，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時(shí)發(fā)生、同時(shí)存在。

　　(2)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，反應(yīng)物不能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。

　　(3)反應(yīng)體系中，與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)同存于同一反應(yīng)體系。

　　(4)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí)，反應(yīng)仍在進(jìn)行，沒(méi)有停止。

　　二、化學(xué)平衡狀態(tài)

　　1.含義

　　在一定條件下，當(dāng)正、逆兩個(gè)方向的反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量或濃度可以保持恒定。

　　2.特征

　�、倌妫嚎赡娣磻�(yīng)�、诘龋簐正=v逆�、鄱ǎ何镔|(zhì)恒定

　　④動(dòng)：動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)沒(méi)停止�、葑儯簵l件變，平衡移動(dòng)

　　三、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

　　1.看v(正)與v(逆)是否相等。

　　2.看體系中的各物質(zhì)是否保持恒定。

　　知識(shí)點(diǎn)一　可逆反應(yīng)

　　1.下列反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)的是(　　)

　　A.H2和O2點(diǎn)燃生成H2O的反應(yīng)與H2O電解生成H2和O2的反應(yīng)

　　B.CuSO4吸水形成晶體藍(lán)礬與藍(lán)礬加熱失去水分生成CuSO4

　　C.Cl2溶于水

　　D.Na2O溶于水

　　答案　C

　　解析　A、B項(xiàng)的反應(yīng)不是在同一條件下進(jìn)行，不屬于可逆反應(yīng);D項(xiàng)反應(yīng)能進(jìn)行到底，不屬于可逆反應(yīng);同一條件下，Cl2與水反應(yīng)生成HCl和HClO，同時(shí)，HCl和HClO反應(yīng)生成Cl2與水，屬于可逆反應(yīng)。

　　2.在密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)：X2(g)+Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol?L-1、0.3 mol?L-1、0.2 mol?L-1，在一定條件下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度有可能是(　　)

　　A.Z為0.3 mol?L-1

　　B.X2為0.2 mol?L-1

　　C.Y2為0.4 mol?L-1

　　D.c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.55 mol?L-1

　　答案　A

　　解析　可逆反應(yīng)中，反應(yīng)體系中各物質(zhì)一定共存，如果B、C選項(xiàng)中的數(shù)據(jù)存在，則Z的濃度為0，這是不可能的，A選項(xiàng)符合題意;又因?yàn)樵摲磻?yīng)是總體積不變的反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，不論X2、Y2、Z怎么變化，總物質(zhì)的量不會(huì)改變，總濃度也不會(huì)改變，即：c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6 mol?L-1。

　　知識(shí)點(diǎn)二　化學(xué)平衡狀態(tài)的判定

　　3.能夠說(shuō)明一個(gè)可逆反應(yīng)H2(g)+I2(g) 2HI(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是(　　)

　　A.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有1 mol H—I鍵形成

　　B.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有2 mol H—I鍵形成

　　C.1 mol I—I鍵斷裂的同時(shí)有2 mol HI鍵形成

　　D.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有1 mol I—I鍵形成

　　答案　D

　　解析　斷裂反應(yīng)物的化學(xué)鍵和形成生成物的化學(xué)鍵都表示正反應(yīng)，斷裂生成物的化學(xué)鍵和形成反應(yīng)物的化學(xué)鍵都表示逆反應(yīng)，只要抓住反應(yīng)方向相反和物質(zhì)的生成和消耗量符合反應(yīng)方程式，問(wèn)題便可解決。

　　4.在一定條件下，反應(yīng)：2NO+O2 2NO2在定容容器中發(fā)生，對(duì)該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志的描述中，錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.混合氣體的總分子數(shù)不再變化

　　B.混合氣體的顏色不再變化

　　C.容器的總壓強(qiáng)不再變化

　　D.混合氣體的總質(zhì)量不再變化

　　答案　D

　　解析　該反應(yīng)為物質(zhì)的量改變的反應(yīng)，在定容容器中，建立平衡的過(guò)程會(huì)有壓強(qiáng)的改變、總分子數(shù)的改變、顏色的改變，一旦這些可變量不變了，則證明平衡建立了，而總質(zhì)量在任何情況下都不發(fā)生變化。

　　5.在一定溫度下，反應(yīng)A2(g)+B2(g) 2AB(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是(　　)

　　A.單位時(shí)間生成n mol的A2，同時(shí)生成n mol的AB

　　B.容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化

　　C.單位時(shí)間生成2n mol的AB同時(shí)生成n mol的B2

　　D.平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化而變化

　　答案　C

　　解析　該反應(yīng)是等體積反應(yīng)，壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，不能證明為平衡狀態(tài)。平均式量不隨時(shí)間變化也不能證明為平衡狀態(tài)。如果不是等體積反應(yīng)，則這兩種情況都能證明為平衡狀態(tài)。

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.在密閉容器中，充入SO2和18O原子組成的氧氣，在一定條件下開(kāi)始反應(yīng)，在達(dá)到平衡后，18O存在于(　　)

　　A.只存在于氧氣中

　　B.只存在于SO3中

　　C.只存在于SO2和SO3中

　　D.SO2、SO3、O2中都存在

　　答案　D

　　解析　該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，正反應(yīng)、逆反應(yīng)同時(shí)存在;化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡，正反應(yīng)發(fā)生時(shí)，18O存在于SO3中，逆反應(yīng)發(fā)生時(shí)，SO3中的18O又可以轉(zhuǎn)化到SO2中。

　　2.可逆反應(yīng)aA(g)+bB(g) cC(g)的正、逆反應(yīng)速率可用各反應(yīng)物或生成物濃度的變化來(lái)表示。下列各關(guān)系式中能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是(　　)

　　A.av正(A)=bv正(B) B.bv正(A)=av逆(B)

　　C.av正(C)=cv正(A) D.av正(A)=bv逆(B)

　　答案　B

　　解析　當(dāng)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。正、逆反應(yīng)速率相等有以下幾種表現(xiàn)形式：若用同一物質(zhì)表示：v正=v逆;若用不同物質(zhì)表示v逆∶v正=化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。根據(jù)化學(xué)方程式中A、B、C間的計(jì)量關(guān)系，可知上述四個(gè)選項(xiàng)中，只有bv正(A)=av逆(B)表示正、逆反應(yīng)速率相等。

　　3.可逆反應(yīng)2HI(g) H2(g)+I2(g)在密閉容器中進(jìn)行，下列能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是(　　)

　　A.容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化

　　B.混合氣體總分子數(shù)不隨時(shí)間變化而變化

　　C.混合氣體的顏色不再改變

　　D.c(H2)與c(I2)保持相等

　　答案　C

　　解析　該反應(yīng)為體積不變的反應(yīng)，總分子數(shù)不變、壓強(qiáng)不變不證明平衡已建立，H2、I2都是生成物且計(jì)量數(shù)相等，二者濃度相等也不能證明平衡已建立。

　　4.可逆反應(yīng)：2NO2 2NO+O2在恒容密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是(　　)

　　①單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO2�、趩挝粫r(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO　③用NO2、NO、O2的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為2∶2∶1的狀態(tài)�、芑旌蠚怏w的顏色不再改變的狀態(tài)�、莼旌蠚怏w的密度不再改變的狀態(tài)　⑥混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)

　　A.①④⑥ B.②③⑤

　　C.①③④ D.①②③④⑤⑥

　　答案　A

　　5.3 mol H2和1 mol N2放入密閉容器中，使用催化劑發(fā)生反應(yīng)：N2+3H2 2NH3，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡過(guò)程中，不可能出現(xiàn)的是(　　)

　　A.2 mol NH3 B.0.5 mol NH3

　　C.0.9 mol N2 D.H2和NH3物質(zhì)的量相等

　　答案　A

　　解析　可逆反應(yīng)不可能進(jìn)行到底。當(dāng)生成2 mol NH3時(shí)，N2和H2的物質(zhì)的量均為0，這種情況不可能出現(xiàn)。

　　練方法技巧

　　6.在一定溫度下的剛性密閉容器中，當(dāng)下列哪些物質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí)，表明下述反應(yīng)：

　　A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)(　　)

　　①混合氣體的壓強(qiáng)�、诨旌蠚怏w的密度�、跙的物質(zhì)的量濃度　④氣體的總物質(zhì)的量�、莼旌蠚怏w的平均相對(duì)分子質(zhì)量�、尬镔|(zhì)C的百分含量�、吒鳉怏w的物質(zhì)的量

　　A.②③⑤⑥⑦ B.①②③⑥⑦

　　C.②③④⑤⑥ D.①③④⑤⑦

　　思路點(diǎn)撥：解答本題需要注意以下兩點(diǎn)：

　　(1)判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志是v(正)=v(逆)和反應(yīng)混合物中各組成成分的百分含量不變。

　　(2)物質(zhì)的狀態(tài)及反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之間的關(guān)系。

　　答案　A

　　解析　A(s)+2B(s) C(g)+D(g)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，不管是否平衡，混合氣體的壓強(qiáng)始終不變，氣體的總物質(zhì)的量也不變，不是判斷是否達(dá)到平衡的標(biāo)志。

　　7.某體積可變的密閉容器，盛有適量的A和B的混合氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A+3B 2C。若維持溫度和壓強(qiáng)不變，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為V L，其中C氣體的體積占10%。下列推斷正確的是(　　)

　�、僭�混合氣體的體積為1.2V L�、谠�混合氣體的體積為1.1V L�、鄯磻�(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體A消耗掉0.05V L ④反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氣體B消耗掉0.05V L

　　A.②③ B.②④ C.①③ D.①④

　　答案　A

　　解析　設(shè)起始A和B的體積分別為a、b

　　A　　+　　3B　 ??　2C

　　起始的體積(L) a b 0

　　轉(zhuǎn)化的體積(L) 0.05V 0.15V 10%V

　　平衡時(shí)體積(L) a-0.05V b-0.15V 10%V

　　a-0.05V+b-0.15V+10%V=V

　　a+b=1.1V

　　8.已知汽車(chē)尾氣無(wú)害化處理反應(yīng)為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)　ΔH<0

　　下列說(shuō)法不正確的是(　　)

　　A.升高溫度可使該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率降低

　　B.反應(yīng)達(dá)平衡后，CO的反應(yīng)速率保持不變

　　C.使用高效催化劑可有效提高正、逆反應(yīng)速率

　　D.單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和N2的物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡

　　答案　A

　　解析　此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，但平衡逆移，故A錯(cuò);加入催化劑，能同等程度地提高正、逆反應(yīng)速率，故C正確;平衡時(shí)，各成分的反應(yīng)速率保持不變，但不為0，故B正確;消耗CO為v(正)，消耗N2為v(逆)，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和N2的物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí)，均換算為CO的反應(yīng)速率，得v(正)=v(逆)，達(dá)平衡，故D正確。

　　練綜合拓展

　　9.在200 ℃時(shí)，將a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到體積為V L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：I2(g)+H2(g) 2HI(g)。

　　(1)反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，由于c(H2)=______，c(I2)=______，而c(HI)=______，所以化學(xué)反應(yīng)速率____________最大，而________最小(為零);

　　(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)混合物中各組分濃度的變化趨勢(shì)為c(H2)______，c(I2)________，而c(HI)__________，從而化學(xué)反應(yīng)速率v正____________，而v逆________;

　　(3)當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到v正與v逆________時(shí)，此可逆反應(yīng)就達(dá)到了平衡，若保持外界條件不變時(shí)，反應(yīng)混合物中各組分的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和生成物的產(chǎn)率及體系的總壓強(qiáng)(或各組分的分壓)都將________。

　　答案　(1)aV mol?L-1　bV mol?L-1　0　v正　v逆

　　(2)減小　減小　增大　減小　增大

　　(3)相等　保持不變

　　10.有A、B、C三種氣體，若起始時(shí)取1 mol A與2 mol B發(fā)生反應(yīng)：A+2B 2C，達(dá)到平衡時(shí)，c(A)、c(B)、c(C)之比等于v(A)、v(B)、v(C)之比，則達(dá)到平衡時(shí)A的物質(zhì)的量是__________。

　　答案　0.5 mol

　　解析　根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式知，v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶2∶2，則c(A)∶c(B)∶c(C)=1∶2∶2，此時(shí)可判斷c(B)=c(C)，因?yàn)榇朔磻?yīng)中B的消耗量等于C的生成量，又等于B的剩余量，則B消耗了原來(lái)的一半，即1 mol，同時(shí)A消耗了0.5 mol。

　　11.將一定量的SO2和含0.7 mol氧氣的空氣(忽略CO2)放入一定體積的密閉容器中，550 ℃時(shí)，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：2SO2+O2 2SO3(正反應(yīng)放熱)。反應(yīng)達(dá)到平衡后，將容器中的混合氣體通過(guò)過(guò)量NaOH溶液，氣體體積減少了21.28 L;再將剩余氣體通過(guò)焦性沒(méi)食子酸的堿性溶液吸收O2，氣體的體積又減少了5.6 L(以上氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)。(計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù))

　　請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

　　(1)判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是________。(填字母)

　　a.SO2和SO3濃度相等

　　b.SO2百分含量保持不變

　　c.容器中氣體的壓強(qiáng)不變

　　d.SO3的生成速率與SO2的消耗速率相等

　　e.容器中混合氣體的密度保持不變

　　(2)欲提高SO2的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是

　　________________________________________________________________________。

　　(填字母)

　　a.向裝置中再充入N2

　　b.向裝置中再充入O2

　　c.改變反應(yīng)的催化劑

　　d.升高溫度

　　(3)求該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率(用百分?jǐn)?shù)表示)。

　　(4)若將平衡混合氣體的5%通入過(guò)量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克?

　　答案　(1)bc　(2)b　(3)消耗氧氣的物質(zhì)的量：

　　0.7 mol-5.6 L22.4 L?mol-1=0.45 mol

　　反應(yīng)的n(SO2)=0.45 mol×2=0.9 mol，生成的n(SO3)=0.9 mol

　　SO2和SO3的物質(zhì)的量之和：21.28 L22.4 L?mol-1=0.95 mol

　　反應(yīng)前SO2的物質(zhì)的量為：0.95 mol

　　SO2的轉(zhuǎn)化率：0.9 mol0.95 mol×100%=94.7%

　　(4)在給定條件下溶液呈強(qiáng)酸性，不會(huì)產(chǎn)生BaSO3沉淀，因此m(BaSO4)=0.90 mol×5%×233 g?mol-1=10.5 g

　　解析　(1)由定義判斷b正確;由于恒溫恒容下的非等體積反應(yīng)，壓強(qiáng)不變說(shuō)明氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡，c正確;由ρ=mV中m和V都是定值，故ρ也始終不變，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡，e錯(cuò)誤;SO2和SO3的濃度大小關(guān)系不能作為平衡判定標(biāo)志，a錯(cuò);d中SO3的生成速率和SO2的消耗速率任意時(shí)間點(diǎn)都相等，d錯(cuò)。

　　(2)由化學(xué)平衡的影響因素可知：恒容下充入N2不改變反應(yīng)混合物各成分濃度，平衡不移動(dòng);充入O2則增大了反應(yīng)物O2的濃度，提高了SO2的轉(zhuǎn)化率;催化劑不改變平衡，無(wú)法影響SO2的轉(zhuǎn)化率;升高溫度會(huì)使平衡逆向移動(dòng)，降低SO2的轉(zhuǎn)化率。

　　(3)由信息知消耗氧氣的物質(zhì)的量：0.7 mol-5.6 L22.4 L?mol-1=0.45 mol;②反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)SO2和SO3的總物質(zhì)的量為：21.28 L22.4 L?mol-1=0.95 mol，因?yàn)镾O2和SO3的消耗和生成關(guān)系為1∶1，所以初始SO2的總量也是0.95 mol;③反應(yīng)的n(SO2)=0.45 mol×2=0.9 mol，生成的n(SO3)=0.9 mol。

　　所以α(SO2)=0.9 mol0.95 mol×100%=94.7%。

　　(4)在給定條件下，溶液呈強(qiáng)酸性，BaSO3不會(huì)沉淀，因此m(BaSO4)=0.9 mol×5%×233 g?mol-1=10.5 g。

　　第3課時(shí)　化學(xué)平衡常數(shù)

　　[目標(biāo)要求]　1.知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義。2.能運(yùn)用化學(xué)平衡常數(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的判斷。3.能利用化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

　　一、化學(xué)平衡常數(shù)

　　1.表達(dá)式

　　對(duì)于一般的可逆反應(yīng)：aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，當(dāng)在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，平衡常數(shù)的表達(dá)式為：K=cc?C??cd?D?ca?A??cb?B?。

　　2.意義

　　(1)K值越大，說(shuō)明正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大;反之就轉(zhuǎn)化越不完全，轉(zhuǎn)化率就越小。

　　(2)K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無(wú)關(guān)。

　　二、反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率

　　1.定義

　　物質(zhì)在反應(yīng)中轉(zhuǎn)化量與起始量的比值。

　　2.表達(dá)式

　　α=Δnn始×100%=Δcc始×100%。

　　3.意義

　　反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率表示在一定溫度和一定起始濃度下反應(yīng)進(jìn)行的限度。

　　知識(shí)點(diǎn)一　化學(xué)平衡常數(shù)

　　1.關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)的敘述，正確的是(　　)

　　A.只與化學(xué)反應(yīng)方程式本身和溫度有關(guān)

　　B.只與反應(yīng)的溫度有關(guān)

　　C.與化學(xué)反應(yīng)本身和溫度有關(guān)，并且會(huì)受到起始濃度的影響

　　D.只與化學(xué)反應(yīng)本身有關(guān)，與其他任何條件無(wú)關(guān)的一個(gè)不變的常數(shù)

　　答案　A

　　解析　大量實(shí)驗(yàn)證明，化學(xué)平衡常數(shù)決定于兩個(gè)方面的因素：化學(xué)反應(yīng)的本身和反應(yīng)體系的溫度，與起始濃度等其他外界條件沒(méi)有任何關(guān)系。

　　2.1 000 K時(shí)反應(yīng)C(s)+2H2(g) CH4(g)的K=8.28×107，當(dāng)各氣體物質(zhì)的量濃度分別為H2 0.7 mol?L-1、CH4 0.2 mol?L-1時(shí)，上述反應(yīng)(　　)

　　A.正向移動(dòng) B.逆向移動(dòng) C.達(dá)到平衡 D.不一定

　　答案　A

　　解析　Q=0.2?0.7?2=0.408

　　Q

　　知識(shí)點(diǎn)二　轉(zhuǎn)化率

　　3.在某溫度下，將2 mol A和3 mol B充入一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：aA(g)+B(g) C(g)+D(g)，5 min后達(dá)平衡。已知各物質(zhì)的平衡濃度關(guān)系為c(A)a?c(B)=c(C)?c(D)。若在溫度不變的情況下，將容器的容積擴(kuò)大為原來(lái)的10倍，A的轉(zhuǎn)化率不發(fā)生變化，則B的轉(zhuǎn)化率為(　　)

　　A.60% B.24% C.12% D.40%

　　答案　D

　　4.在一定條件下，SO2和O2發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。

　　(1)寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=________。

　　(2)降低溫度，該反應(yīng)的K值________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率________，化學(xué)反應(yīng)速率________。

　　答案　(1)c2?SO3?c2?SO2??c?O2?　(2)增大　增大　減小

　　解析　(1)化學(xué)平衡常數(shù)是指在一定溫度下，達(dá)到平衡的可逆反應(yīng)里生成物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積之比，故K=c2?SO3?c2?SO2??c?O2?。

　　(2)降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，故K值增大，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，但化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的降低而減小。(有關(guān)化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)下節(jié)介紹)

　　知識(shí)點(diǎn)三　化學(xué)平衡計(jì)算

　　5.在一定溫度下，一定體積的密閉容器中有如下平衡：H2(g)+I2(g) 2HI(g)。已知H2

　　和I2的起始濃度均為0.1 mol?L-1，達(dá)到平衡時(shí)，HI的濃度為0.16 mol?L-1。若H2和I2的起始濃度變?yōu)?.2 mol?L-1，則平衡時(shí)H2的濃度(mol?L-1)是(　　)

　　A.0.16 B.0.08 C.0.04 D.0.02

　　答案　C

　　解析　由于開(kāi)始時(shí)HI的濃度為0，平衡時(shí)HI的濃度為0.16 mol?L-1，故反應(yīng)中H2和I2的濃度都減小了0.08 mol?L-1，H2、I2、HI的平衡濃度分別為0.02 mol?L-1、0.02 mol?L-1、0.16 mol?L-1，則H2+I2 2HI的化學(xué)平衡常數(shù)為：K=0.1620.02×0.02=64，若H2和I2的起始濃度變?yōu)?.2 mol?L-1，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)H2的濃度減少了x mol?L-1，則：

　　H2　+　I2　??　2HI

　　開(kāi)始濃度(mol?L-1)　0.2　 　0.2　　　　0

　　變化濃度(mol?L-1)　x　　　　x　　　　2x

　　平衡濃度(mol?L-1)　0.2-x　0.2-x　　2x

　　將平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式：?2x?2?0.2-x?2=64，解得x=0.16 mol?L-1，故平衡時(shí)H2的濃度是0.2 mol?L-1-0.16 mol?L-1=0.04 mol?L-1。

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.對(duì)于3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2(g)，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為(　　)

　　A.K=c?Fe3O4??c?H2?c?Fe??c?H2O? B.K=c?Fe3O4??c4?H2?c?Fe??c4?H2O?

　　C.K=c4?H2O?c4?H2? D.K=c4?H2?c4?H2O?

　　答案　D

　　解析　平衡常數(shù)是生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，但固體濃度視為1，不寫(xiě)入平衡常數(shù)計(jì)算式中。

　　2.在可逆反應(yīng)中，平衡常數(shù)與反應(yīng)進(jìn)行的限度關(guān)系正確的是(　　)

　　A.K越大，反應(yīng)程度越大

　　B.K越大，反應(yīng)程度越小

　　C.K的大小與反應(yīng)程度無(wú)關(guān)

　　D.升高溫度，K增大

　　答案　A

　　解析　對(duì)于給定的可逆反應(yīng)體系，化學(xué)平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，A項(xiàng)正確;化學(xué)平衡常數(shù)與溫度升降的關(guān)系視具體反應(yīng)而定，對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小;對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度越高，K越大。

　　3.2 000 K時(shí)，反應(yīng)CO(g)+12O2(g) CO2(g)的平衡常數(shù)為K，則相同溫度下反應(yīng)

　　2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)的平衡常數(shù)K′為(　　)

　　A.1K B.K2 C.1K2 D.1K12

　　答案　C

　　解析　平衡常數(shù)與化學(xué)方程式的寫(xiě)法有關(guān)，對(duì)于以上兩個(gè)反應(yīng)：K=c?CO2?c?CO??c12?O2?，K′=c2?CO??c?O2?c2?CO2?，所以K′=1K2。

　　4.298 K時(shí)，各反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：

　�、貼2(g)+O2(g) 2NO(g)，K=1×10-30;

　�、�2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)，K=2×1081;

　�、�2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)，K=4×10-92

　　則常溫下，NO、H2O、CO2這三個(gè)化合物分解放氧的傾向最大的是(　　)

　　A.① B.② C.③ D.無(wú)法判斷

　　答案　A

　　解析　要判斷NO、H2O、CO2這三個(gè)化合物分解放氧的傾向，則必須求出各個(gè)分解放氧反應(yīng)的平衡常數(shù)，然后比較大小即可。由計(jì)算可知：

　�、�2NO(g) N2(g)+O2(g)，K=1×1030

　�、�2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)，K=5×10-82

　�、�2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)，K=4×10-92

　　平衡常數(shù)越大，表示反應(yīng)進(jìn)行得越徹底，因此反應(yīng)①即NO分解放氧的傾向最大。

　　練方法技巧

　　5.已知可逆反應(yīng)：M(g)+N(g) P(g)+Q(g)　ΔH>0，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

　　(1)在某溫度下，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(M)=1 mol?L-1，c(N)=2.4 mol?L-1。達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為60%，此時(shí)N的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______;

　　(2)若反應(yīng)溫度升高，M的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”、“減小”或“不變”);

　　(3)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(M)=4 mol?L-1，c(N)=a mol?L-1;達(dá)到平衡后，c(P)=2 mol?L-1，a=________。

　　(4)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度為：c(M)=c(N)=b mol?L-1，達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。

　　思路點(diǎn)撥：解答本題要把握以下兩點(diǎn)：

　　(1)運(yùn)用三段式求出平衡轉(zhuǎn)化率。

　　(2)溫度不變平衡常數(shù)不變。

　　答案　(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41.4%

　　解析　　　M(g)　+　N(g) P(g)　+　Q(g)

　　起始濃度?mol?L-1?　　1　　　　2.4　　　 0　 　　0

　　轉(zhuǎn)化濃度?mol?L-1?　1×60%　1×60%　1×60%　 1×60%

　　平衡濃度?mol?L-1?　　0.4　　 　1.8　　　0.6　 　0.6

　　N的轉(zhuǎn)化率為0.6 mol?L-12.4 mol?L-1×100%=25%。

　　(2)由于該反應(yīng)正反應(yīng)吸熱，溫度升高，K增大，平衡右移，則M的轉(zhuǎn)化率增大。

　　(3)溫度不變，平衡常數(shù)不變，K=0.6×0.60.4×1.8=2×2?4-2?×?a-2?=12，a=6。

　　(4)根據(jù)(3)的結(jié)果，設(shè)M的轉(zhuǎn)化率為x，則K=bx×bxb?1-x?×b?1-x?=12，則x1-x=12，x=41.4%。

　　6.某溫度下，將H2和I2各0.1 mol的氣態(tài)混合物充入10 L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c(H2)=0.008 mol?L-1。

　　(1)求該反應(yīng)的平衡常數(shù)。

　　(2)在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.2 mol，試求達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度。

　　答案　(1)平衡常數(shù)為0.25

　　(2)c(H2)=c(I2)=0.016 mol?L-1，c(HI)=0.008 mol?L-1

　　解析　(1)依題意可知，平衡時(shí)c(H2)=0.008 mol?L-1，消耗c(H2)=0.002 mol?L-1，生成c(HI)=0.004 mol?L-1

　　H2　+　I2　??　2HI

　　起始時(shí)各物質(zhì)濃度(mol?L-1)　0.01　　0.01　　　 0

　　平衡時(shí)各物質(zhì)濃度(mol?L-1)　0.008　 0.008　　0.004

　　K=c2?HI?c?H2??c?I2?=?0.004?2?0.008?2=0.25。

　　(2)依題意可知，c(H2)=0.02 mol?L-1，c(I2)=0.02 mol?L-1。

　　設(shè)H2的消耗濃度為x，則：

　　H2　+　I2　 ??2HI

　　平衡時(shí)物質(zhì)濃度(mol?L-1)　0.02-x　0.02-x　　2x

　　因?yàn)镵不隨濃度發(fā)生變化，只與溫度有關(guān)，則有：

　　K=c2?HI?c?H2??c?H2?=?2x?2?0.02-x?2=0.25，

　　解得x=0.004 mol?L-1。

　　平衡時(shí)c(H2)=c(I2)=0.016 mol?L-1，

　　c(HI)=0.008 mol?L-1。

　　7.合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在某溫度下達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度是c(N2)=3 mol?L-1，c(H2)=9 mol?L-1，c(NH3)=4 mol?L-1，求：

　　①該溫度時(shí)的平衡常數(shù);②N2、H2的起始濃度。

　　答案�、貹=7.32×10-3

　�、赾(N2)=5 mol?L-1　c(H2)=15 mol?L-1

　　解析　K=c2?NH3?c?N2??c3?H2?=423×93=7.3×10-3

　　N2　　+　　3H2　　??　　 2NH3

　　起始　x　　　　　　y　　　　　 　　0

　　平衡　3 mol?L-1　9 mol?L-1　 　　4 mol?L-1

　　Δc　　x-3 mol　　y-9 mol?L-1　　4 mol?L-1

　　x-34=12　x=5 mol?L-1

　　y-94=32　y=15 mol?L-1

　　8.在一個(gè)容積為500 mL的密閉容器中，充入5 mol H2和2 mol CO。在一定溫度和一定壓強(qiáng)下，發(fā)生如下反應(yīng)：

　　2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)，經(jīng)過(guò)5 min后達(dá)到平衡狀態(tài)。若此時(shí)測(cè)得CH3OH蒸氣的濃度為2 mol?L-1，求：

　　(1)以H2的濃度變化表示的該反應(yīng)的速率;

　　(2)達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率;

　　(3)該溫度下的K。

　　答案　(1)v(H2)=0.8 mol?L-1?min-1

　　(2)50%

　　(3)0.028L2?mol-2

　　解析　設(shè)CO反應(yīng)的濃度為x，則H2反應(yīng)的濃度為2x，由題意可得：

　　c(起始H2)=5 mol/0.5 L=10 mol?L-1，

　　c (起始CO)=2 mol/0.5 L=4 mol?L-1，

　　2H2(g)　+CO(g)??CH3OH(g)

　　起始濃度：10 mol?L-1 4 mol?L-1　0

　　反應(yīng)濃度：2x x 2 mol?L-1

　　平衡濃度：10-2x 4-x 2 mol?L-1

　　解得：x=2 mol?L-1

　　10-2x=6 mol?L-1

　　4-x=2 mol?L-1

　　(1)v(H2)=Δc(H2)/t=4 mol?L-1/5 min

　　=0.8 mol?L-1?min-1

　　(2)α(CO)=c(反應(yīng)CO)/c(起始CO)×100%

　　=2 mol?L-1/4 mol?L-1×100%=50%

　　(3)K=c?CH3OH?c?CO??c2?H2?=22×62L2?mol-2=0.028 L2?mol-2

　　練綜合拓展

　　9.氨是重要的氮肥，合成原理為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ?mol-1�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

　　(1)寫(xiě)出平衡常數(shù)K的表達(dá)式_______________________________________________，

　　如果降低溫度，該反應(yīng)K值____________，化學(xué)反應(yīng)速率______，N2的轉(zhuǎn)化率______。(填“增大”、“減小”或“不變”)

　　(2)在500℃、20 MPa時(shí)，將N2、H2置于一個(gè)容積為2 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示，回答下列問(wèn)題：

　�、� 10 min內(nèi)以NH3表示的平均反應(yīng)速率為

　　________________________________________________________________________

　　________________。

　�、谠�10～20 min內(nèi)，NH3濃度變化的原因可能是(　　)

　　A.使用了催化劑 B.縮小容器體積

　　C.降低溫度 D.增加NH3物質(zhì)的量

　　③第1次平衡的時(shí)間為：____________，第2次平衡的時(shí)間為：____________，第1次平衡：平衡常數(shù)K1=________________________________________________________

　　(帶數(shù)據(jù)的表達(dá)式)，第2次平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)__________;

　�、茉诜磻�(yīng)進(jìn)行至25 min時(shí)，曲線(xiàn)發(fā)生變化的原因：

　　________________________________________________________________________

　　________________，達(dá)第二次平衡時(shí)，新平衡的平衡常數(shù)K2______K1(填“大于”、“小于”或“等于”)。

　　答案　(1)K=c2?NH3?c?N2??c3?H2?　增大　減小　增大

　　(2)①0.005 mol?L-1?min-1�、贏

　�、�20～25 min　35～40 min　?0.15?20.125×?0.075?3　45.5%

　�、芤谱�0.1 mol NH3　等于