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第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
第二節(jié) 化學(xué)平衡
寄語(yǔ)：人生就像騎單車，想保持平衡就得往前走
學(xué)習(xí)目標(biāo)
了解可逆反應(yīng)的含義，知道可逆反應(yīng)在一定條件下能達(dá)到化學(xué)平衡。
能描述化學(xué)平衡狀態(tài)，能判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。
寫出SO2 轉(zhuǎn)化為SO3、工業(yè)合成氨、形成氯水的三個(gè)化學(xué)方程式。
觀察上述方程式，有何共同的特點(diǎn)？
一、可逆反應(yīng)
1．定義：在 下，既能向 方向進(jìn)行，同時(shí)又能向 方向進(jìn)行的反應(yīng)。
2．表示：書寫可逆反應(yīng)的方程式不 用，而用“ ”連接。
3．特點(diǎn)：
雙向性
可逆反應(yīng)分為正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向
雙同性
正、逆反應(yīng)在同一條件下同時(shí)進(jìn)行
共存性
反應(yīng)物與生成物共存，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率小于100%
同一條件
正反應(yīng)
逆反應(yīng)
“===”
閱讀課本32-33頁(yè)
思考可逆反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行到底，那如果給予充足的時(shí)間，
讓 1 mol N2 和 3 mol H2 充分反應(yīng)，其濃度、速率是如何變化的？
二、化學(xué)平衡狀態(tài)
1．化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程

2．化學(xué)平衡狀態(tài)的概念
在一定條件下的可逆反應(yīng)，當(dāng)正、逆反應(yīng)的速率相等時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度均保持不變，即體系的組成不隨時(shí)間而改變，這表明該反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達(dá)到了“限度”，這時(shí)的狀態(tài)我們稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。
3．化學(xué)平衡的基本特征
逆
化學(xué)平衡狀態(tài)的研究對(duì)象是_______反應(yīng)
等
各組分濃度/物質(zhì)的量/百分含量________
動(dòng)
v正 ____ v逆 ____ 0，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡
定
變
外界條件改變時(shí)，原平衡狀態(tài)被破壞，在新條件下建立平衡
可逆
＝ ≠
保持不變
怎么判斷一個(gè)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)呢？
從這兩個(gè)角度入手
4.化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
（1）速率相等：
①同種物質(zhì)—— v正(A) = v逆(A)
②不同物質(zhì)—— v正(A) : v逆(B) = a : b（化學(xué)計(jì)量數(shù)之比）
（2）變量不變：
①各組分的物質(zhì)的量、質(zhì)量、濃度、百分含量等保持不變。
②總壓強(qiáng)、總物質(zhì)的量、混合氣體的r、體系的密度、顏色等，根據(jù)具體情況分析。
注：體系密度（有非氣體參與）；
總壓強(qiáng)和總物質(zhì)的量（反應(yīng)物的氣體計(jì)量數(shù)與生成物的氣體計(jì)量數(shù)不相等） ；
混合氣體的平均摩爾質(zhì)量（能用總壓或密度判斷） 。
B
B
化學(xué)平衡體系中反應(yīng)物濃度與生成物濃度之間有什么關(guān)系呢？
在457.6℃時(shí)，反應(yīng)體系H2(g) + I2(g) 2HI(g)總各物質(zhì)的濃度如下表所示：
三、化學(xué)平衡常數(shù)
（一）化學(xué)平衡常數(shù)
1．化學(xué)平衡常數(shù)的概念
在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)（簡(jiǎn)稱平衡常數(shù)），用符號(hào)K表示。
2．表達(dá)式
對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)，化學(xué)平衡常數(shù)K＝ 。
（二）濃度商的概念與表達(dá)式
1．濃度商的概念
在 ， 與 的比值，稱為濃度商，常用Q表示。
2．表達(dá)式
對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 濃度商Q＝____________
任意時(shí)刻
生成物濃度冪之積
反應(yīng)物濃度冪之積
注：固體或液體純物質(zhì)一般不列入濃度商和平衡常數(shù)
在任意時(shí)刻，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，都為濃度商，而化學(xué)平衡常數(shù)，則是在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的濃度商。
當(dāng)反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)的濃度商等于平衡常數(shù)時(shí)，表明該反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。
濃度商與平衡常數(shù)有什么區(qū)別？
想一想？
3.化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素
化學(xué)平衡常數(shù)是表明化學(xué)反應(yīng)限度的一個(gè)特征值，通常情況下只受________影響。
4.化學(xué)平衡常數(shù)的意義
（1）通常，K越大，說明平衡體系中_生成物_______所占的比例越大，_正__反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，即該反應(yīng)進(jìn)行得越完全，平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；反之，K越小，該反應(yīng)進(jìn)行得越不完全，平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越小。
（2）一般來(lái)說，當(dāng)K＞_105_時(shí)，該反應(yīng)就進(jìn)行得基本完全了。
溫度
5.平衡常數(shù)與方程式的關(guān)系
（1）對(duì)于同一可逆反應(yīng)，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)；
（2）若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)都擴(kuò)大或縮小至原來(lái)的n倍，則化學(xué)平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的 n 次冪或 1/n 次冪。
（3）若干方程式相加，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積；若干方程式相減，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之商。
6.平衡常數(shù)的應(yīng)用
(1)判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度
K值越大，說明正向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，反應(yīng)進(jìn)行得越完全，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大；反之，反應(yīng)進(jìn)行得越不完全，轉(zhuǎn)化率就越小。
(2)判斷反應(yīng)的方向
對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，其濃度商Q＝
則：①當(dāng)Q＝K時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，v正＝v逆
②當(dāng)Q＜K時(shí)，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v正＞v逆
③當(dāng)Q＞K時(shí)，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，v正＜v逆
(3)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)
【拓展】平衡常數(shù)的計(jì)算模板——三段式法
2.計(jì)算過程中三個(gè)常用量
當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，如果改變濃度、壓強(qiáng)、溫度等條件，化學(xué)平衡狀態(tài)是否會(huì)發(fā)生變化？如何變化？
逆
化學(xué)平衡狀態(tài)的研究對(duì)象是_______反應(yīng)
等
各組分濃度/物質(zhì)的量/百分含量________
動(dòng)
v正 ____ v逆 ____ 0，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡
定
變
外界條件改變時(shí)，原平衡狀態(tài)被破壞，在新條件下建立平衡
可逆
＝ ≠
保持不變
（一）化學(xué)平衡的移動(dòng)
1．定義：在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，如果改變反應(yīng)條件，平衡狀態(tài)被破壞，平衡體系的物質(zhì)組成也會(huì)隨著改變，直到達(dá)到新的平衡狀態(tài)。
這種由原有的平衡狀態(tài)達(dá)到新的平衡狀態(tài)的過程叫做化學(xué)平衡的移動(dòng)。
小楊老師 楊 sir 化學(xué)
15521324728
某條件下平衡(Ⅰ)
不平衡
新條件下平衡(Ⅱ)
改變條件
一定時(shí)間
v正 = v逆
各組分含量保持不變
v正 ≠ v逆
各組分含量發(fā)生變化
v'正 = v'逆
各組分含量又保持不變
化學(xué)平衡移動(dòng)
四、影響化學(xué)平衡的因素
2．化學(xué)平衡移動(dòng)的方向：
（1）v正＞v逆，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）v正＜v逆，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）v正＝v逆，化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)。
不同的外界條件改變，對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響分別是怎樣的呢？
（二）影響化學(xué)平衡的因素
閱讀課本36頁(yè)【實(shí)驗(yàn)2-1】
1、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響
Fe3＋ ＋ 3SCN－ Fe(SCN)3
淺黃色　 無(wú)色 　　　 紅色
【實(shí)驗(yàn)原理】
【實(shí)驗(yàn)操作】
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
a試管中溶液呈紅色，b試管溶液紅色變淺，c試管中溶液紅色變深
【實(shí)驗(yàn)解釋】
（1）鐵粉與Fe3＋反應(yīng)使其濃度減小，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）加入KSCN溶液使SCN-的濃度增大，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
【理論分析】
在其他條件不變的情況下，增大反應(yīng)物的濃度或減小生成物的濃度，都可以使平衡向_________方向移動(dòng)；
在其他條件不變的情況下，增大生成物的濃度或減小反應(yīng)物的濃度，都可以使平衡向_________方向移動(dòng)。
正反應(yīng)
逆反應(yīng)
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
增大反應(yīng)物濃度
v (正)
v (逆)
若 t1 時(shí)刻增大反應(yīng)物濃度，正、逆反應(yīng)速率瞬間怎么變化？后續(xù)又如何變化？
試著畫出減小反應(yīng)物濃度、增大生成物濃度、減小生成物濃度的 v – t 圖
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
閱讀課本38頁(yè)【實(shí)驗(yàn)2-2】
2、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響
2NO2(g) N2O4(g)
紅棕色
【實(shí)驗(yàn)原理】
【實(shí)驗(yàn)操作】
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
（1）氣體顏色先變深，后變淺，最終比原來(lái)深
（2）氣體顏色先變淺，后變深，最終比原來(lái)淺
【實(shí)驗(yàn)解釋】
壓縮體積使壓強(qiáng)增大時(shí)，c(NO2)瞬間變大后又變小，平衡向右移動(dòng)
增大體積使壓強(qiáng)減小時(shí)，c(NO2)瞬間變小后又變大，平衡向左移動(dòng)
用50 mL注射器抽入20 mL NO2和N2O4混合氣體，將細(xì)管端用橡膠塞封閉
（1）將針筒活塞迅速推至10 mL處(壓強(qiáng)增大)
（2）將針筒活塞從10mL處迅速拉至 40 mL處(壓強(qiáng)減小)
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
【理論分析】
在其他條件不變的情況下，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，平衡向氣體物質(zhì)的量增大的方向移動(dòng)。
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
v (正)
v (逆)
若 t1 時(shí)刻增大壓強(qiáng)（壓縮體積），正、逆反應(yīng)速率瞬間怎么變化？后續(xù)又如何變化？
壓強(qiáng)改變只影響有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)。
2NO2(g) N2O4(g) n氣、反＞ n氣、生
試著畫出減小壓強(qiáng)（增大體積）的 v – t 圖
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
2NO2(g) N2O4(g) n氣、反＞ n氣、生
若換一個(gè)合成HI的反應(yīng)，試著畫出增大壓強(qiáng)（減小體積）、減小壓強(qiáng)（增大體積）的 v – t 圖
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
閱讀課本39頁(yè)【實(shí)驗(yàn)2-3】
3、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響
2NO2(g) N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ·mol-1
紅棕色
【實(shí)驗(yàn)原理】
【實(shí)驗(yàn)操作】
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
熱水中混合氣體顏色變深；冰水中混合氣體顏色變淺
【實(shí)驗(yàn)解釋】
混合氣體受熱顏色變深，說明NO2濃度增大，即平衡向逆方向移動(dòng)；
混合氣體受熱顏色變淺，說明NO2濃度減小，即平衡向正方向移動(dòng)。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
【理論分析】
在其他條件不變的情況下，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)；
降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)。
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
v (正)
v (逆)
若 t1 時(shí)刻降低溫度，正、逆反應(yīng)速率瞬間怎么變化？后續(xù)又如何變化？
2NO2(g) N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ·mol-1
試著畫出升高溫度的 v – t 圖
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
2NO2(g) N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ·mol-1
4、催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響
使用正催化劑，正、逆反應(yīng)速率同時(shí)增大，且增大的倍數(shù)相同，化學(xué)平衡不移動(dòng)。
【理論分析】
0
v
t
t1
v(正)
v(逆)
v (正)= v (逆)
（三）勒夏特列原理
如果改變影響平衡的一個(gè)條件（如溫度、壓強(qiáng)及參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度），平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)，該結(jié)論就是勒夏特列原理。
舉個(gè)例子
原平衡（100℃）
升溫到200℃
減弱（降溫）
吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)
減弱但不抵消
新平衡（溫度介于100-200℃之間）
知識(shí)點(diǎn)都掌握了嗎？來(lái)做幾道題檢測(cè)下~
B
2.(2023·普洱一中高二月考)某反應(yīng)充分反應(yīng)前后如圖所示，圖中涉及物質(zhì)均為
　氣體，關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中不正確的是(　　)
C
3.寫出下列反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)：
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) K = _________________________
4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) K = _________________________
H2(g) + I2(g) 2HI(g) K = _________________________
C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) K = _________________________
6.下列關(guān)于平衡常數(shù)的說法正確的是(　　)
A.在平衡常數(shù)表達(dá)式中，反應(yīng)物濃度用起始濃度，生成物濃度用平衡濃度
B.在任何條件下，化學(xué)平衡常數(shù)都是一個(gè)定值
C.平衡常數(shù)的大小只與溫度有關(guān)，而與濃度、壓強(qiáng)、催化劑等無(wú)關(guān)
D.從平衡常數(shù)的大小可以推斷一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行的快慢
C
C
8.工業(yè)上用CO2和H2催化合成甲醇存在如下反應(yīng)：
(1)在相同時(shí)間內(nèi)，測(cè)得甲醇產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖所示。溫度為470 K時(shí)，圖中P點(diǎn)________(填“處于”或“不處于”)平衡狀態(tài)。
不處于
(2)某溫度下，達(dá)平衡時(shí)容器中CH3OH的物質(zhì)的量為c mol, CO的物質(zhì)的量為
d mol。則此條件下CO2的轉(zhuǎn)化率為________________(列式表示，下同)；甲醇
的選擇性(指轉(zhuǎn)化為甲醇的CO2占發(fā)生反應(yīng)的CO2的百分比)為_______________；此條件
下副反應(yīng)的平衡常數(shù)為_____________________________。
D
D
A
C
C
14.符合圖像(縱坐標(biāo)表示反應(yīng)速率，橫坐標(biāo)表示壓強(qiáng))的反應(yīng)為(　　)
B
A
A
C
C
D
D
A.該反應(yīng)的ΔH<0
B.a為n(H2O)隨溫度的變化曲線
C.向平衡體系中充入惰性氣體，平衡不移動(dòng)
D.向平衡體系中加入BaSO4，H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大
C
C
A.ΔH>0
B.氣體的總物質(zhì)的量：na>nc
C.a點(diǎn)平衡常數(shù)：K>12
D.反應(yīng)速率：va正C
BC
0.43
5.(2022·全國(guó)乙卷節(jié)選)油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有的硫化氫，需要回收處理并加以利用。已知H2S熱分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)的ΔH＝170 kJ/mol。
　回答下列問題：
　(1)在1 470 K、100 kPa反應(yīng)條件下，將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時(shí)混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉(zhuǎn)化率為________，平衡常數(shù)Kp＝________ kPa。
50%
4.76
(2)在1 373 K、100 kPa反應(yīng)條件下，對(duì)于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S－Ar混合氣，熱分解反應(yīng)過程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉(zhuǎn)化率____________，理由是_____________
________________________________________________________________。
②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對(duì)應(yīng)圖中曲線_________，計(jì)算其在0～0.1 s之間，H2S分壓的平均變化率為__________ kPa·s－1。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分壓越小，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，H2S平衡轉(zhuǎn)化率越高
越高
d
24.9

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