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一、複習預習
回顧上堂課我們共同認識了化學反應速率和影響化學反應速率的因素。本堂課我們將進行深入學習化學反應中的平衡情況。
二、知識講解
化學反應速率討論的是化學反應快慢的問題，但是在化學研究和化工生產中，只考慮化學反應進行的快慢是不夠的，因為我們既希望反應物儘可能快地轉化為生成物，同時又希望反應物儘可能多地轉化為生成物。例如在合成氨工業中，除了需要考慮如何使N2和H2儘快地轉變成NH3外，還需要考慮怎樣才能使更多的N2和H2轉變為NH3，後者所說的就是化學反應進行的程度問題——化學平衡。
考點1 可逆反應與不可逆反應
【複習提問】什麼是可逆反應？在一定條件下2molSO2與1molO2反應能否得到2molSO3？
1、可逆反應定義：
在相同條件下既能向正反應方向進行又能向逆反應方向進行的反應叫做可逆反應。
2、不可逆反應：
有些反應的逆反應進行程度太小因而可忽略，我們把幾乎完全進行的反應叫不可逆反應，用「===」號表示。
例如：Ba2＋＋SO42-===BaSO4↓
【引入】SO2與O2的反應為可逆反應不能進行完全，因此得不到2molSO3。得不到2molSO3，能得到多少摩SO3？也就是說反應到底進行到什麼程度？這就是化學平衡所研究的問題。
考點2 化學平衡的建立、特徵和標誌
1、化學平衡的建立
我們以CO和H2O (g)的反應為例來說明化學平衡的建立過程。
化學平衡狀態：
一定條件下，當正、逆兩個方向的反應速率相等時，反應體系中所有參加反應的物質的質量或是濃度可以保持恆定。
這是的狀態也就是在給定條件下，反應達到了「限度」。
對於可逆反應體系來說，我們稱之為「化學平衡狀態」。
注意：
a、研究對象：可逆反應
b、平衡前提：溫度、壓強、濃度一定
c、原因：v正=v逆（同一種物質）
d、結果：各組成成分的質量分數保持不變。
2、化學平衡的特徵
逆（研究對象必須是可逆反應）
等（正、逆反應速率相等）
定（濃度與質量分數等恆定）
動（動態平衡）
變（條件改變，平衡發生變化）
【思考】
(1)當一個可逆反應達到平衡時，各物質的濃度保持不變，這時反應停止了嗎？
(2)達化學平衡的反應中，如何理解正逆反應速率相等？
【提示】(1)沒有停止，此時v正＝v逆≠0。
(2)正、逆反應速率相等針對同一物質來說：如N2，正反應消耗N2的速率與逆反應生成N2的速率相等。
【問題導思】
①化學平衡的基本標誌是什麼？
【提示】v正＝v逆與各組分的濃度保持不變。
②若反應體系的總壓強不變，該可逆反應一定達平衡了嗎？
【提示】 不一定，對前後氣體體積相等的反應，壓強不變不能作判據。
③若反應體系的氣體密度不變，該可逆反應達平衡了嗎？
【提示】 不一定，若可逆反應前後都是氣體，且體系容積不變不能作判據。
3、化學平衡狀態的標誌
（1）v正＝v逆>0(即同一物質的消耗速率與生成速率相等)。
（2）反應混合物中各組分的含量（質量分數、體積分數、物質的量分數）保持不變。
例如：在一定條件下，反應：2NO＋O22NO2在定容容器中發生，對該反應達到平衡的標誌的描述中，錯誤的是()
①混合氣體的總分子數不再變化 ②混合氣體的顏色不再變化
③容器的總壓強不再變化 ④混合氣體的總質量不再變化
⑤混合氣體的密度不再變化
⑥單位時間內生成n mol的NO，同時消耗n mol的NO2
⑦反應的溫度不再發生變化(絕熱條件)
A．①②③⑦B．④⑤⑥ C．①②④ D．③⑦⑤⑥
【解析】 因為該反應前後都是氣體，故氣體的總質量不能作為達平衡的判據；混合氣體的密度始終不變，也不能做判據；不論什麼時候，總是消耗n mol NO2，生成n mol NO，也不能作達平衡的判據。
【答案】 B
【規律方法】快速判斷某可逆反應是否達平衡狀態的方法
(1)正、逆反應速率：①若在方程式兩邊，都生成或都消耗且各自的量與化學計量數成正比。
②若在方程式同側，一個生成，則另一個消耗且各自的量與化學計量數成正比。
(2)①像H2(g)＋I2(g)2HI(g)，氣體化學計量數前後相等的反應，混合氣體的總物質的量，壓強、總體積密度不變不能作為達平衡的判據。
②像A(s)＋2B(g)2C(g)，密度可作判據，但氣體總體積，氣體總物質的量，氣體總壓強仍不能作判據。
【思考】某密閉容器中發生如下反應A(g)＋B(g)2C(g)。
(1)該反應達平衡的基本標誌是什麼？
(2)若改變條件，使化學反應速率發生變化，化學平衡是否移動？若各成分的百分含量發生變化，平衡是否移動？
【提示】 (1)v正＝v逆或各組分的濃度不變。
(2)若v正與v逆同時改變，但v正′＝v逆′，則平衡不移動；若v正′≠v逆′，則平衡移動；
但只要各成分的百分含量變，則平衡一定發生移動。
考點3 化學平衡移動原理
1、化學平衡移動實質：
化學平衡移動是由於濃度、溫度、壓強的變化使可逆反應從一種平衡狀態變為另一平衡狀態的過程。平衡移動的實質因為條件的變化打破了正反應逆反應速率相等的關係。υ(正) ＞υ(逆)，正向移動；υ(正)<υ(逆)，平衡逆向移動。對可逆反應：mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)
條件變化
反應特點
υ(正)
υ(逆)
υ正 υ逆
移動方向
說明
反應物濃度增大
增
不變
υ正 ＞υ逆
向右
固體或純液體濃度視為固定不變的
生成物濃度減小
不變
減
反應物濃度減小
減
不變
υ正＜ υ逆
向左
生成物濃度增大
不變
增
升高溫度
正反應吸熱
增
增
υ正 ＞υ逆
向右
升高或降低溫度，υ正 υ逆增加或減小程度不同
正反應放熱
增
增
υ正＜ υ逆
向左
降低溫度
正反應吸熱
減
減
υ正＜ υ逆
向左
正反應放熱
減
減
υ正 ＞υ逆
向右
壓縮體積
增大壓強
m+n＞p+q
增
增
υ正 ＞υ逆
向右
反應物產物都是固體或液體，壓強對平衡無影響。
m+n=p+q
增
增
υ正= υ逆
不移動
m+n＜p+q
增
增
υ正＜ υ逆
向左
容積不變，充入He
不變
不變
υ正= υ逆
不移動
分壓不變
壓強不變
充入He
m+n＞p+q
減
減
υ正＜ υ逆
向左
相當於減壓
m+n=p+q
減
減
υ正= υ逆
不移動
m+n＜p+q
減
減
υ正 ＞υ逆
向右
【思考】T℃時，將一定量的混合氣體在密閉容器中發生反應
aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，平衡後測得B氣體的濃度為0.6mol/L，恆溫下，將密閉容器的容積擴大1倍，重新達到平衡後，測得B氣體濃度為0.4mol/L，下列敘述正確的是( )
A．重新達到平衡時，D的體積分數減小
B．a+b<c+d
C．平衡向右移動
D．重新達到平衡時，A氣體濃度增大
【解析】若平衡不移動，容積擴大1倍，B濃度應為0.3mol/L，說明平衡逆向移動。
答案為A。
考點4 化學平衡的常見圖像問題
1．速率-時間圖 此類圖像定性揭示了v正、v逆隨時間(含條件改變對速率的影響)而變化的規律，體現了平衡的「動、等、定、變」的基本特徵，以及平衡移動的方向等。
例如：N2+ 3H22NH3建立平衡後加熱對速率的影響如圖1。
2．濃度-時間圖 此類圖像能說明各平衡體系組分(或某一成分)在反應過程中的變化情況。
例如：A+BAB反應情況如圖2，此類圖像要注意各物質曲線的折點(達平衡)時刻相同，各物質濃度變化的內在聯繫及其比例符合化學方程式中的係數關係。
3．全程速率~時間圖
例如：Zn與足量鹽酸的反應，反應速率隨時間的變化出現如下情況如圖3，
【解析】AB段（v漸增），因反應為放熱反應，隨反應的進行，溫度漸增，導致反應速率的漸增；BC段（v漸小），則主要因為隨反應的迸行，溶液中 C[H+]減小，導致反應速率的減小。
【反思】分析圖像問題時要抓住各階段的主要矛盾，認真探究。
4．含量~時間~溫度(壓強)圖
常見形式有如下幾種。 (C%指產物百分數；B%指某反應物百分數)(在其他條件不變時，改變任一條件如：使用催化劑或溫度升高或壓強增大，都能縮短到達平衡的時間)，這種圖像的折點反映了速率大小——T (P)高低；水平線高低對應平衡移動方向。
5．恆壓(溫)線
該類圖的縱坐標為物質的平衡濃度(c)或反應物的轉化率(α)，橫坐標為溫度(T)或壓強(P)，常見類型有：
6．速率——溫度(壓強)圖
這類圖有兩種情況，一是不隱含時間因素的速率——時間圖，
二是隱含時間變化的速率——時間圖。
例如：以2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；△H<0為例，v-t(P)圖如圖6。
7．其它如圖
在一定條件下，將X、Y按不同的物質的量比放入密閉容器中反應，平衡後測得X和Y的轉化率(α)與起始兩物質的物質的量之比[n(X)/n(Y)]的關係如圖7，據此可推知X、Y的反應式係數比為3:1。
如圖8曲線是其它條件不變時，某反應物的最大轉化率 (α)與溫度(T)的關係曲線，圖中標出的1、2、3、4四個點，表示v(正)>v(逆)的點是3，表示v(正)<v(逆)的點是1，而2，4點表示v(正)=v(逆)。
【練習】在容積可變的密閉容器中存在如下反應：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH<0，下列分析中不正確的是()
A．圖Ⅰ研究的是t0時升高溫度對反應速率的影響
B．圖Ⅱ研究的是t0時增大壓強(縮小容積)或使用催化劑對反應速率的影響
C．圖Ⅲ研究的是催化劑對化學平衡的影響，且甲使用了催化劑
D．圖Ⅲ研究的是溫度對化學平衡的影響，且乙的溫度較高
【解析】 本題考查的是化學反應速率及化學平衡圖像的認識。由於這是一個體積可變的放熱反應，所以t0時溫度升高，平衡向左移動，此時逆反應速率大於正反應速率，A正確；該反應是反應前後氣體物質的量不變的反應，增大壓強，可同等程度地加快正、逆反應速率，平衡不移動，使用催化劑，不影響平衡，但反應速率加快，B正確；如果圖Ⅲ中考慮的是使用催化劑的話，則由圖可知乙條件下先達平衡，所以應該是乙使用了催化劑且平衡時甲、乙兩條件下的CO轉化率應相等，C錯誤；如果圖Ⅲ研究的是溫度對平衡的影響，同樣應該是乙條件下溫度高於甲條件，那麼從甲升溫到乙，平衡向左移動，CO的轉化率下降，D正確。
【答案】C
考點5 化學平衡常數 、轉化率
1、 在一定溫度下，達到平衡的可逆反應，其平衡常數用生成物平衡濃度(氣體平衡分壓)的方次之積與反應物平衡濃度(氣體平衡分壓)的方次之積的比值來表示，這時的平衡常數稱為濃度平衡常數(壓強平衡常數)，用Kc(Kp)表示。
對:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),
（1）書寫平衡常數關係式的規則
①同一化學反應，可以用不同的化學反應式來表示，每個化學方程式都有自己的平衡常數關係式及相應的平衡常數。平衡常數及單位必須與反應方程式的表示一一對應。
②如果反應中有固體或純液體參加，它們的濃度不應寫在平衡關係式中，因為它們的濃度是固定不變的，化學平衡關係式中只包括氣態物質和溶液中各溶質的濃度。
③稀溶液中進行的反應，如有水參加，水的濃度也不必寫在平衡關係式中。
如：下列可逆反應的濃度平衡常數的數學表達式
（2）平衡常數K的性質和意義
①.平衡常數K與溫度有關，與濃度和壓強無關。
②.平衡常數K的大小，可推斷反應進行的程度。
K越大，表示反應進行的程度越大，反應物的轉化率越大；
K越小，表示反應進行的程度越小，反應物的轉化率越小。
一般來說，反應的平衡常數K≥105認為正反應進行得較完全；
K≤10-5認為這個反應的正反應很難進行(逆反應較完全)
③.平衡常數表達式表明在一定溫度條件下達成平衡的條件。
在某溫度下，某時刻反應是否達平衡，可用該時刻產物的濃度商Qc與Kc比較大小來判斷。
當Qc>kc，υ(正)<υ(逆),未達平衡，反應逆向進行；
當Qc<kc，υ(正)>υ(逆),未達平衡，反應正向進行；
當Qc=kc，υ(正)=υ(逆),達到平衡，平衡不移動。
④平衡常數數值的大小，只能大致告訴我們一個可逆反應的正向反應所進行的最大程度，並不能預示反應達到平衡所需要的時間。
如2SO2(g)+O22SO3(g) 298K時Kp＝3.6×1024很大，但由於速度太慢，常溫時，幾乎不發生反應。
2、平衡轉化率
對於可逆反應: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)。 反應物A的平衡轉化率（該條件最大轉化率）可表示：
例如：已知可逆反應CO + H2O(g)CO2 + H2，達到平衡時。
（1）830K時，若起始時：c (CO) = 2 mol/L，c (H2O) = 3 mol/L，平衡時CO的轉化率為60%，水蒸氣的轉化率為________；K值為________。
（2）830K，若只將起始時c (H2O)改為6 mol/L，則水蒸氣的轉化率為______。
（3）若830K時，起始濃度c (CO) = a mol/L，c (H2O) = b mol/L，H2的平衡濃度
c (H2) = c mol/L，①a、b、c之間的關係式是____________________ ；
②當a = b時，a = _____c。
三、例題精析
【例題1】
【題幹】一定條件下的密閉容器中有如下反應：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－905.9 kJ·mol－1，下列敘述正確的是()
A．4 mol NH3和5 mol O2反應，達到平衡時放出熱量為905.9 kJ
B．平衡時v正(O2)＝(4/5)v逆(NO)
C．平衡後減小壓強，混合氣體平均摩爾質量增大
D．平衡後升高溫度，混合氣體中NO含量降低
【答案】D
【解析】A項，由於該反應是可逆反應，故達到平衡時反應物不能全部轉化為生成物，放出熱量小於905.9 kJ，不正確；B項，反應速率之比等於反應方程式前的計量數之比，所以平衡時的正逆反應速率關係應為v正(O2)＝(4/5)v逆(NO)，故不正確；C項，減小壓強，化學平衡向正反應方向移動，氣體總質量不變，而氣體總的物質的量增大，則平均摩爾質量減小，不正確；D項，正反應是放熱反應，升溫，化學平衡逆向移動，NO含量降低，正確。
【例題2】
【題幹】反應N2O4(g)2NO2(g)ΔH＝＋57 kJ·mol－1，在溫度為T1、T2時，平衡體系中NO2的體積分數隨壓強的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是 ()
A．a、c兩點的反應速率：a>c
B．a、c兩點氣體的顏色：a深，c淺
C．由狀態b到狀態a，可以用加熱的方法[來源:zzstep.com]
D．a、c兩點氣體的平均相對分子質量：a>c
【答案】C
【解析】c點壓強大於a點壓強，故反應速率a<c，A錯誤；反應是吸熱的，升高溫度平衡正向移動，NO2的體積分數增大，C正確；增大壓強平衡逆向移動，氣體平均相對分子質量是增大的(a<c)，D錯誤。
【例題3】
【題幹】某溫度下，在一個2 L的密閉容器中加入4 mol A和2 mol B進行如下反應：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋D(g)，反應2 min後達到平衡，測得生成1.6 mol C，下列說法正確的是()
A．前2 min D的平均反應速率為0.2 mol·L－1·min－1
B．此時，B的平衡轉化率是40%
C．增大該體系的壓強，平衡不移動，化學平衡常數不變
D．增加B，平衡向右移動，B的平衡轉化率增大
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