人教版 (2019)第二节 化学平衡第一课时导学案及答案

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课程目标
1．了解化学平衡的建立过程。
2．掌握化学平衡的特征。
3．理解化学平衡常数的含义、会书写平衡常数表达式。
4．能利用化学平衡常数判断可逆反应是否达到平衡状态及简单计算。
图说考点
必备基础——自学·尝试
[新知预习]
一、化学平衡状态
1．化学平衡的建立
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：
以上过程可用下图表示：
2．化学平衡状态
一定条件下，可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等时，反应物和生成物的________均保持不变的状态。
3．化学平衡的特征
二、化学平衡常数
1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到________时，________浓度幂之积与________浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数。
2．表达式
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)：
K＝________________。
3．特点
K只受________影响，与反应物或生成物的________无关。
4．意义
K值越大，正向反应进行的程度越大，反应物转化率越大；反之，转化率就越小。一般地说，当K>________时，该反应进行得就基本完全了。
三、平衡转化率
1．概念：平衡时已转化了的________的量与转化前该反应物的量之比
2．表达式：
转化率＝×100%
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)
α(A)＝×100%＝×100%
3．特点：一个确定的可逆反应在一定温度时平衡常数一定，但反应物的________因反应物的投料比不同而不同。
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)化学平衡状态时，反应中物质的转化达到了限度。( )
(2)所有的化学反应，均存在化学平衡状态。( )
(3)可逆反应中反应物转化率一定小于100%。( )
(4)达到平衡时，v正＝v逆＝0。( )
(5)反应物、生成物都必须出现在化学平衡常数表达式中。( )
(6)通常K越大，反应进行程度越大。( )
2．在一定条件下，将0.3 ml CO2和0.2 ml H2通入2 L密闭容器中，进行反应：CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是( )
A．反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小
B．随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐增大
C．达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 ml·L－l
D．该反应建立平衡过程中v－t(时间)图像为
3．一定条件下，在恒容密闭容器中，下列能表示反应X(g)＋2Y(g)⇌2Z(g)一定达到化学平衡状态的是( )
①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2 ②X、Y、Z的浓度不再发生变化 ③容器中的压强不再发生变化 ④单位时间内生成n ml Z，同时生成2n ml Y
A．①② B．①④
C．②③ D．③④
4．在一定温度下的定容密闭容器中，充入一定量的A和B，当下列物理量不再改变时，表明反应A(s)＋2B(g)⇌C(g)＋D(g)已达平衡的是( )
A．混合气体的压强
B．混合气体的密度
C．C与D的物质的量之比
D．气体的总物质的量
5．对于3Fe(s)＋4H2O(g)⇌Fe3O4(s)＋4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为( )
A．K＝
B．K＝
C．K＝
D．K＝
核心素养——探究·分享
提升点一 化学平衡状态的判断
例1 可逆反应：2NO2⇌2NO＋O2在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO2
②单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
化学平衡概念中的“V正＝V逆”是针对同一种物质，即该物质的生成与消耗速率是相等的。
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
[提升1] 在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)；(乙)CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)。现有下列状态：
①混合气体的平均相对分子质量不再改变
②恒温时，气体的压强不再改变
③各气体组分浓度相等
④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍
⑤混合气体的密度保持不变
⑥单位时间内，消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量之比为9∶1
⑦同一时间内，消耗水蒸气的物质的量等于消耗氢气的物质的量。
其中能表明(甲)、(乙)容器中的反应都达到平衡状态的是( )
A．①②⑤ B．③④⑥
C．①⑥⑦ D．④⑦
状元随笔 利用相关物质的一些物理量来判断化学反应是否达到平衡时，该“量”一定是“变量”，当“变量”不变时，才说明达到平衡状态。
关键能力
化学平衡状态的判断依据例析
以反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)为例进行说明
状元随笔 绝热体系指与外界没有热交换，容器内温度随反应进行程度而变化。
提升点二 化学平衡常数及应用
例2 硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)催化剂,△2SO3(g) ΔH<0。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________，升高温度，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 ml SO2和1.0 ml O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。
状元随笔 化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数就不变。
[提升2] (Ⅰ)已知在448 ℃时，反应H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)的平衡常数K2为________；反应H2(g)＋I2(g)⇌HI(g)的平衡常数K3为________。
(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示：
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。
(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
A．容器中压强不变
B．混合气体中c(CO)不变
C．v正(H2)＝v逆(H2O)
D．c(CO2)＝c(CO)
(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________ ℃。
(4)在800 ℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 ml·L－1，c(H2)为1.5 ml·L－1，c(CO)为1 ml·L－1，c(H2O)为3 ml·L－1，则下一时刻，反应将________(填“正向”或“逆向”)进行。
状元随笔 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，即确定系数的化学反应的平衡常数，方程式的计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
关键能力
化学平衡常数“三点”应用
1．判断反应进行的程度
K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。
2．计算转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。
3．判断平衡移动方向
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，在一定的温度下的任意时刻，浓度商(Q)表达式为：Q＝。浓度商与平衡常数有如下关系：
当Q＝K时，反应处于平衡状态，v正＝v逆；
当Qv逆；
当Q>K时，反应向逆反应方向进行，v正提升点三 化学平衡常数与转化率的计算
例3 一定条件下，在密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。SO2的起始浓度是，O2的起始浓度是1 ml·L－1，当SO2的转化率为80%时，反应达到平衡状态。
(1)求在该温度下该反应的平衡常数(保留2位有效数字)。
(2)若将平衡时体系中SO2和SO3的浓度都增加0.08 ml·L－1，试利用平衡常数及有关计算判断平衡将如何移动。
破题思路：
[提升3] 已知可逆反应：M(g)＋N(g)⇌P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝，c(N)＝；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)；
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝，c(N)＝；达到平衡后，c(P)＝，a＝________；
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)＝c(N)＝，达到平衡后，M的转化率为________。
关键能力
应用“三段式”法解化学平衡计算类题
1．化学平衡的计算一般涉及化学平衡常数、各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量等，通过写出化学方程式，先列出相关量(起始量、转化量、平衡量)，然后根据已知条件建立关系式进行解题。
2．可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a ml、b ml，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx ml。
(1)模式
mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)
起始量/ml ab 0 0
转化量/ml mxnxpxqx
平衡量/ml a－mxb－nxpxqx
对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转)
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)
则有①平衡常数K＝。
②平衡时A的物质的量浓度：
c(A)＝ ml·L－1。
③平衡时A的转化率：α(A)＝×100%，
A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。
④平衡时A的体积分数：
φ(A)＝×100%。
⑤平衡时和开始时的压强比：
＝。
⑥混合气体的密度：
ρ(混)＝ g·L－1。
⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：
＝ g·ml－1。
(2)基本步骤
①确定反应物和生成物的初始加入量；
②确定反应过程的转化量；
③确定平衡量。
素养形成——自测·自评
1．[2022·河北张家口一中期中]反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在密闭容器中进行一段时间后，达到平衡状态。下列说法正确的是( )
A．N2、H2不再化合
B．N2、H2、NH3的浓度不再变化
C．N2、H2、NH3的质量相等
D．改变条件，N2、H2、NH3的浓度也不再变化
2．(双选)一定条件下，3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)⇌Si3N4(s)＋12HCl(g) ΔH＝－Q(Q>0)在密闭恒容的容器中进行，下列能表示反应达到化学平衡状态的是( )
A．v逆(N2)＝3v正(H2)
B．v正 (HCl)＝4v正(SiCl4)
C．混合气体密度保持不变
D．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)保持不变
3．对于反应3Fe(s)＋4H2O(g)⇌Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常数K，下列说法正确的是( )
A．K＝
B．K＝
C．增大c(H2O)或减小c(H2)，会使该反应平衡常数减小
D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化
4．某温度下，反应SO2(g)＋O2(g)⇌SO3(g)的平衡常数K1＝50，在相同温度下，反应2SO3(g)⇌2SO2(g)＋O2(g)的平衡常数K2为( )
A．2 500 B．100
C．4×10－4 D．2×10－2
5．在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热发生反应：CO(g)＋H2O(g)⇌H2(g)＋CO2(g)。在500 ℃时，平衡常数K＝9。若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02 ml·L－1，则在此条件下CO的转化率为( )
A．25% B．50%
C．75% D．80%
6．698 K时，向某体积为V的密闭容器中充入2 ml H2(g)和2 ml I2(g)，发生反应：H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g) ΔH＝，测得各物质的物质的量浓度与时间的变化关系如图所示：
请回答下列问题：
(1)V＝________。
(2)0～5 s内HI的平均反应速率为________。
(3)该反应达到平衡状态时，________(填“吸收”或“放出”)的热量为________。
练后感悟
平衡状态判断“3”关注
(1)关注反应条件：是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器。
(2)关注反应特点：等体积还是非等体积反应。
(3)关注特殊情况：反应中是否有固体参加或生成，或固体的分解。
第二节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数
必备基础
新知预习
一、
1．零 减小 减小 增大 零 增大 ＝ 保持不变
2．浓度
3．可逆 相等 定值 动态 改变
二、
1．化学平衡 生成物 反应物
2. eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）)
3．温度 浓度
4．105
三、
1．某反应物
3．转化率
1．答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√
2．解析：由于该反应从逆反应开始进行，反应刚开始时，生成物浓度最大，正反应速率最小，A项正确；随着反应的进行，生成物浓度逐渐减小，逆反应速率逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，正反应速率逐渐增大，B项错误；该反应不能进行彻底，故平衡时CO2的浓度不可能是0 ml·L－1，C项错误；该反应建立平衡的过程中，逆反应速率大于正反应速率，且逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，达到平衡时正、逆反应速率相等，D项错误。
答案：A
3．解析：X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2是该可逆反应进行到一定程度的特殊情况，不能表示反应达到化学平衡状态，①错误；可逆反应中，反应物和生成物的浓度均不再变化，说明反应已达到化学平衡状态，②正确；该反应为气体分子数减小的反应，随着反应的进行，容器中压强逐渐减小，若压强不再变化，说明反应已达到化学平衡状态，③正确；根据化学方程式可知，单位时间内生成n ml Z，同时生成2n ml Y，表示正、逆反应速率不相等，说明该反应未达到化学平衡状态，④错误。综上，C项符合题意。
答案：C
4．解析：两边气体的化学计量数相等，所以容器中混合气体的压强始终不变，所以不能作为平衡状态的标志，故A错误；混合气体的密度不变，说明气体的质量不变，正逆反应速率相等，反应达平衡状态，B正确；该反应中C与D的物质的量之比一直不变，为1∶1，故C错误；方程式两边气体的化学计量数相等，气体的总物质的量一直不变，D错误。
答案：B
5．解析：反应中Fe(s)和Fe3O4(s)的浓度是常数，不写入表达式中，平衡常数应为平衡时生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积之比，D正确。
答案：D
核心素养
例1 解析：依据v正＝v逆≠0判断：①单位时间内生成n ml O2的同时必生成2n ml NO2，①能说明反应已达到平衡；②描述的均是正反应速率，无法判断；③无论反应是否达到平衡，均有此关系；④NO2(红棕色)为有颜色的气体，颜色不变能说明反应体系中NO2浓度一定，反应已达到平衡；⑤因ρ＝，反应前后，m、V均不变，ρ也不变，不能说明反应达到平衡；这是一个反应前后气体分子数发生改变的反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡。
答案：A
提升1 破题思路：
——
解析：(甲)容器中，碳为固态，该可逆反应属于反应前后气态物质体积不相等的反应；(乙)容器中，该可逆反应属于反应前后气态物质体积相等的反应，故(乙)容器中混合气体的平均相对分子质量、密度、压强都始终保持不变，①②⑤错误；各气体组分浓度相等，不能判断反应是否达到了平衡状态，③错误；断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍，即氢氧键的断裂速率等于氢氧键的生成速率，④正确；消耗水蒸气与生成氢气是同一反应方向，⑥错误；消耗氢气的物质的量等于消耗水蒸气的物质的量，即消耗氢气的物质的量等于生成氢气的物质的量，⑦正确。
答案：D
例2 解析：(1)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向左移动，故K值减小。
(2)①由题图可知，0.10 MPa时，
2SO2(g) ＋ O2(g)⇌ 2SO3(g)
起始量 2 ml 1 ml 0
转化量 2 ml×80%＝1.6 ml 1.6 ml× 1.6 ml
平衡量 0.4 ml 0.2 ml 1.6 ml
则平衡时c(SO2)＝＝0.04 ml·L－1，c(O2)＝＝0.02 ml·L－1，c(SO3)＝＝0.16 ml·L－1。
K＝＝＝800。
②由A到B，温度不变，只增大体系压强，K值不变。
答案：(1) 减小
(2)①800 ②＝
提升2 解析：(Ⅰ)第2个反应与第1个反应互为逆反应，平衡常数互为倒数关系，第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为一半，平衡常数也会发生变化，得K3＝。
(Ⅱ)当c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)时，K＝1，此时温度由表中数据可知为830 ℃。判断反应进行的方向时，可根据Qc与K的大小关系判断，此时刻下Qc＝＝＝1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。
答案：(Ⅰ) 7
(Ⅱ)(1) (2)BC (3)830 (4)逆向
例3 解析：(1)反应达到平衡时SO2的转化浓度为0.4 ml·L－1×80%＝0.32 ml·L－1
2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)
起始浓度/(ml·L－1) 0.4 1 0
转化浓度/(ml·L－1) 0.32 0.16 0.32
平衡浓度/(ml·L－1) 0.08 0.84 0.32
平衡常数K＝＝≈19。
(2)Qc＝＝≈7.4，即Qc答案：(1)19 (2)平衡向正反应方向移动
提升3 解析：(1)M转化的物质的量浓度为0.6 ml·L－1，则N转化的物质的量浓度也是，所以N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，M的转化率增大。
(3)M(g)＋N(g)⇌P(g)＋Q(g)
①起始L－1) 1 2.4 0 0
转化L－1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡L－1) 0.4 1.8 0.6 0.6
②起始L－1) 4 a0 0
转化L－1) 2 2 2 2
平衡L－1) 2 a－2 2 2
＝，解得a＝6。
(4)设M转化的物质的量浓度为＝，解得x＝0.41b，故M的转化率为41%。
答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
素养形成
1．解析：达到平衡时，正、逆反应仍在进行，只是正、逆反应速率相等，A项错误；达到平衡时，各组分的质量或浓度不再发生变化，但它们的质量或浓度不一定相等，B项正确，C项错误；化学平衡是动态平衡，若条件改变引起平衡移动时，N2、H2、NH3的浓度会随之改变，D项错误。
答案：B
2．解析：v逆(N2)和v正(H2)表示不同方向的反应速率，但反应速率之比不等于化学计量数之比，故不能说明反应达到平衡状态，A项错误；v正(HCl)和v正(SiCl4)表示同一方向的反应速率，无论是否达到平衡状态，v正(HCl)＝4v正(SiCl4)均成立，B项错误；由于生成物中Si3N4为固体，正反应为气体质量减少的反应，当气体的密度不变时，表明反应达到平衡状态，C项正确；N2和H2是反应物，HCl是生成物，若c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)保持不变，说明混合物中各物质的浓度均不变，表明反应达到平衡状态，D项正确。
答案：CD
3．解析：K的表达式中不包括固体和纯液体反应物、生成物的浓度，故A错误，B正确。一个既定的化学反应，其K值大小与温度有关，而与反应物、生成物的浓度变化无关，故C、D错误。
答案：B
4．解析：某温度下，反应SO2(g)＋O2(g)⇌SO3(g)的平衡常数K1＝50，则相同温度下，反应2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)的平衡常数K＝＝502＝2 500，故相同温度下，反应2SO3(g)⇌2SO2(g)＋O2(g)的平衡常数K2＝＝＝4×10－4。
答案：C
5．解析：设反应达到平衡时CO的转化浓度为x ml·L－1，则
CO(g) ＋ H2O(g)⇌ H2(g)＋CO2(g)
起始浓度/(ml·L－1) 0.02 0.02 0 0
转化浓度/(ml·L－1) xxxx
平衡浓度/(ml·L－1) 0.02－x 0.02－xxx
根据平衡常数表达式可知K＝，解得x＝0.015，则在此条件下CO的转化率＝×100%＝75%，C项正确。
答案：C
6．解析：(1)由图像可知，反应开始时，c(H2)＝c(I2)＝1 ml·L－1，而加入的反应物的物质的量均为2 ml，所以容器体积V＝＝2 L。(2)0～5 s内v(HI)＝＝0.316 ml·L－1·s－1。(3)平衡时生成的n(HI)＝1.58 ml·L－1×2 L＝3.16 ml，故放出的热量为×3.16 ml＝41.87 kJ。
答案：(1)2 L (2)0.316 ml·L－1·s－1 (3)放出 41.87 kJ
可能的情况举例
是否已
达平衡
体系中
各成分
的含量
各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
是
各物质的质量或各物质的质量分数一定
是
各气体的体积或体积分数一定
是
总体积、总压强或总物质的量一定
不一定
正、逆反应
速率的关系
在单位时间内消耗了m ml A，同时生成了m ml A
是
在单位时间内消耗了n ml B，同时消耗了p ml C
是
v(A)∶v(B)∶v(C)∶c(D)＝m∶n∶p∶q
不一定
在单位时间内生成了n ml B，同时消耗了q ml D
不一定
压强
m＋n≠p＋q时，总压强不变(其他条件一定)
是
m＋n＝p＋q时，总压强不变(其他条件一定)
不一定
混合气体的
平均相对分
子质量
当m＋n≠p＋q时，不变
是
当m＋n＝p＋q时，不变
不一定
气体的密度
密度不变
不一定
颜色
反应体系内有色物质的颜色保持不变
是
温度
绝热体系内温度不变
是
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6