2024届高考化学一轮复习专题7第34讲化学平衡状态和平衡常数基础学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题7第34讲化学平衡状态和平衡常数基础学案，共33页。
1．了解可逆反应的定义及其特征。 2．了解化学平衡状态的建立、特征及判定。 3．理解化学平衡常数(K)的表达式及有关计算。
可逆反应与化学平衡状态
1．可逆反应
2．化学平衡
(1)过程
在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：
(2)v­t图：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v ­t图为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立，还可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。
(3)含义：一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明反应中物质的转化达到了“限度”。
(4)特征
判断化学平衡状态的两种方法
①动态标志：v正＝v逆≠0
a．同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
b．不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，eq \f(v正A,v逆B)＝eq \f(a,b)时，反应达到平衡状态。
②静态标志：“变量”不变
a．各物质的质量、物质的量或浓度不变。
b．各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
c．温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
d．有固体或纯液体参加的反应，混合物密度、平均摩尔质量不变。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)2H2＋O2eq \(,\s\up9(点燃),\s\d8(电解))2H2O为可逆反应。( )
(2)一定条件下，1 ml N2与足量H2充分反应可生成2 ml NH3。( )
(3)可逆反应达到平衡时反应物与生成物的浓度相等。( )
(4)对于aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)反应，若v(A)∶v(B)＝a∶b，则反应达到平衡状态。( )
(5)从正反应建立平衡时，平衡前v正>v逆。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
[答案] (1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
可逆反应判定的实验设计
1．某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度。取5 mL 0.1 ml/L KI溶液于试管中，滴加0.1 ml/L FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。为证明该反应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验：
①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀(AgI)，证明反应物没有反应完全；
②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到I2，即有I2生成。综合①②的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。
(1)老师指出他们上述实验中①不合理，你认为是_____________________
_______________________________________________________________；
在不改变反应物用量的前提下，改进的方法是_______________________
_______________________________________________________________。
(2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是___________________________________。
[解析] (1)实验①中，n(KI)＝0.1 ml/L×0.005 L＝0.000 5 ml，n(FeCl3)＝0.1 ml/L×0.002 L＝0.000 2 ml，该反应中KI过量，不能直接检验是否含I－判断反应的可逆性，实验①不合理。在不改变反应物用量的前提下，要证明反应有一定的限度，应检验反应后的溶液中是否含Fe3＋，改进的方法是：取少量反应液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明还有Fe3＋未完全反应，证明反应具有可逆性。(2)检验I2，可以用淀粉溶液。
[答案] (1)该反应中KI过量，故不能直接检验是否存在I－ 取少量反应液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明还有Fe3＋未完全反应 (2)取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝，则说明生成了I2
化学反应具有可逆性的实验设计关键
实验时取一定量的两反应物，让一种反应物过量，然后充分反应，最后用特效试剂检验少量的那种反应物是否剩余，可以确定反应是否可逆。
化学平衡状态的定量关系
2．在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 ml·L－1、0.2 ml·L－1、0.2
ml·L－1，当反应达到平衡时，不可能出现的数据是( )
A．c(SO3)＝0.4 ml·L－1
B．0.1 ml·L－1t1，A正确；B.K越大，反应正向进行的程度越大，转化率越高，则相同条件下发生反应，平衡时 F2 、 Cl2 、 Br2 、 I2 的转化率逐渐降低，B正确；C.K越小，反应正向进行的程度越小，说明生成物越不稳定，越易分解，随着核电荷数增大，K减小，则相同条件下， HF 、 HCl 、 HBr 、 HI 的稳定性逐渐减弱，C正确；D.反应的剧烈程度与K大小无关，D错误。]
2．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①、②与③可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH________0(填“>”或“”“＝”或“12
D．反应速率：va正v(正)
D．若改变温度为T2，且T2>T1，则eq \f(k正,k逆)>0.8
D [由容器Ⅰ中反应可知：
2NO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(g))2NO(g)＋O2(g)
起始/eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ml·L－1)) 0.6 0 0
变化/eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ml·L－1)) 0.4 0.4 0.2
平衡/eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ml·L－1)) 0.2 0.4 0.2
可以求出平衡常数K＝eq \f(0.42×0.2,0.22)＝0.8，平衡时气体的总物质的量为1.6 ml，其中NO占0.8 ml，所以NO的体积分数为50%，eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO2)))＝1。在平衡状态下，v正＝v(NO2)消耗＝v逆＝v(NO)消耗，所以k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)c(O2)，进一步求出eq \f(k正,k逆)＝K＝0.8。A.由分析可知，若容器Ⅰ两分钟达到平衡，则0～2 min反应速率veq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO2))＝eq \f(0.4,2) ml·L－1·min－1＝0.2 ml·L－1·min－1，A错误；B.若容器Ⅱ中投料后恰好达到平衡，则容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比0.8∶(0.3＋0.5＋0.2)＝4∶5；由于容器Ⅱ中Q＝eq \f(0.2×0.52,0.32)≈0.560.8，D正确。]
6．臭氧是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。臭氧可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生如下反应①：O3O2＋[O] ΔH>0，平衡常数为Ka，反应②：[O]＋O32O2 ΔH＜0，平衡常数为Kb，总反应：2O33O2 ΔH＜0，平衡常数为K。下列说法错误的是( )
A．降低温度，K减小
B．K＝Ka·Kb
C．适当升温，可提高消毒效率
D．压强增大，Kb不变
A [A.由总反应：2O33O2 ΔH”“v正(t＝∞ min)＝v逆(t＝∞ min)。(3)设A的转化率为α，
A(aq)B(aq)
起始/(ml·L－1) c 0
转化/(ml·L－1) cα cα
平衡/(ml·L－1) c－cα cα
K＝eq \f(cα,c－cα)＝eq \f(α,1－α)，温度一定时，K是常数，则增加A的起始浓度，A在t＝∞ min时转化率将不变。(4)由表知，该温度下，A在t＝∞ min时转化率为75%，则平衡常数K＝eq \f(cα,c－cα)＝eq \f(α,1－α)＝eq \f(75%,1－75%)＝3；在相同条件下，若反应开始时只加入B，B的起始浓度也为a ml·L－1，设B的浓度变化为x ml·L－1，则
A(aq)B(aq)
起始/(ml·L－1) 0 a
转化/(ml·L－1) x x
平衡/(ml·L－1) x a－x
则K＝eq \f(a－x,x)＝3，得x＝0.25a，平衡时B的转化率为eq \f(0.25a,a)×100%＝25%。
[答案] (1)0.45a (2)> (3)不变 (4)3 25%Qv逆
Q＝K
反应处于化学平衡状态，v正＝v逆
Q>K
反应向逆反应方向进行，v正