庖丁巧解牛
诱学·导入·点拨
材料：19世纪后期，人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当量的CO。有人认为是CO与铁矿石接触时间不够长所造成的。于是英国钢铁企业主耗巨资造成了一座高大的炼铁高炉，用以增加CO与铁矿石的接触时间，结果发现尾气中的CO依然没有减少。
问题设置：为什么高炉尾气中含有相当量的CO气体？能否实现CO的完全转化呢？
导入点拨：实验证明，无论高炉的高度如何，铁矿石与CO气体的接触时间长短，对尾气中CO的含量无影响，这说明CO的含量与接触时间没有任何关系，而是反应具有的一种性质。揭开高炉煤气之谜，需要我们对化学反应做一个全面的了解和认识。这就是本节要学习的主要问题——化学平衡。
知识·巧学·升华
一、可逆反应与不可逆反应 1.溶解平衡
以氯化钠饱和溶液形成过程分析（离子化合物的溶解过程分析）：
+-把氯化钠固体加入到水中，初始状态氯化钠中的钠离子和氯离子不断进入溶液，溶液中Na和Cl浓度
不断增大，氯离子和钠离子又不断结合成晶体，当单位时间内进入溶液的氯化钠和结合成晶体的氯化钠的量相等时，我们说该溶解过程达到平衡。
2.溶解平衡的特点
溶解平衡是一个动态的平衡。即达到溶解平衡时，溶质溶解和结晶并没有停止，而是溶质溶解的速率与结晶的速率相等。
3.可逆反应与不可逆反应
定义:在相同条件下，既可以正向进行，又可以逆向进行的反应，称为可逆反应。 要点提示 可逆反应的前提是“在相同条件下”，如果条件不同，即使可以向逆方向进行，也不是可逆反应。如2H2+O2点燃2H2O；2H2O电解2H2↑+O2↑；因为反应条件不同，不属于可逆反应。
二、化学平衡状态
1.化学平衡状态的建立
以CO+H2O（g）CO2+H2反应为例。
在一定条件下，将0.01 mol CO和0.01 mol H2O(g)通入1 L密闭容器中。 (1)反应刚开始时
反应物的浓度最大，正反应速率最大；生成物的浓度为0，逆反应速率最小（速率为0）。
(2)反应进行中
反应物不断消耗，反应物的浓度不断降低，正反应速率不断减小；生成物不断增多，生成物的浓度不断增加，逆反应速率不断增大。
(3)一段时间以后
正反应速率与逆反应速率大小相等。此时，反应物和生成物的物质的量不再变化，浓度也不再变化，因此正、逆反应速率都不再变化。反应物和生成物的量保持稳定。此时该可逆反应达到平衡状态。
2.化学平衡状态
(1)定义:在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
要点提示 ①化学平衡的研究对象：一定条件下的可逆反应。 ②化学平衡的实质：v(正)=v(逆)≠0。 (2)化学平衡状态的特征 ①“动”，化学平衡是动态平衡，即处于化学平衡状态时，化学反应并没有停止，而是正、逆反应速率相等。
②“定”，由于达到化学平衡状态时的正、逆反应速率相等，所以，该状态下反应混合物中各组分的质量分数保持一定，不再改变。
③“变”，化学平衡是有条件的，即“定”是相对的、暂时的，而“动”则是绝对的。当改变某一个条件（如温度、压强、浓度）时，原有的化学平衡状态会被破坏。
（3）达到化学平衡状态的标志
①v（正）=v(逆):即同一物质的生成速率等于消耗速率;反应放出的热量与吸收的热量相等，体系温度不变。
②各组成成分的百分含量保持不变。 ③各组分的质量分数不变。
④各气体组分的体积分数不变。 ⑤各组分的物质的量分数不变。 ⑥各组分的分子数之比不变。 ⑦各组分的物质的量浓度不变。 ⑧各组分的转化率或产率不变。 ⑨若组分有色，体系的颜色不再改变。 3.化学平衡的移动
(1)化学平衡移动的概念。
一定条件下的化学平衡〔v(正)＝v(逆)，各组分含量保持一定〕
平衡破坏〔v(正)≠v(逆)〕
建立新的平衡状态〔v(正′)＝v(逆′)各组分含量保持一定〕。 (2)影响化学平衡的因素 ①浓度
实验探究:浓度对化学平衡的影响。
-1-1
向盛有5 mL 0.005mol·LFeCl3溶液中滴加5 mL 0.01 mol·L的KSCN溶液，溶液呈红色，依据下表改变外界条件，观察实验现象。
步骤(1)
现象 步骤(2)
现象 结论
滴加饱和FeCl3溶液
红色加深 滴加NaOH溶液
滴加1 mol·L KSCN溶液
红色加深 滴加NaOH溶液
-1
溶液红色变浅，有红色沉淀溶液红色变浅，有红色沉淀
析出 析出
增大反应物浓度或减小生成物浓度都会使平衡向正反应方向移
动
增大反应物浓度，正、逆反应速率都加快，但v(正)＞v(逆)，因此，平衡向正反应方向移动。如下图Ⅰ所示。
规律：增大反应物浓度或减小生成物浓度都会使平衡向正反应方向移动。 ②压强
对于有气体参加的反应，增大压强,平衡向气体体积减小的反应方向移动，减小压强，平衡向气体体积增大的反应方向移动。
例如：N2+3H22NH3，增大压强如图Ⅱ所示
要点提示 改变压强只对有气体参加的反应有影响，对只有固体和液体参加的反应，压强的改变不影响反应速率,因而也不能改变平衡状态。
③温度
无论是吸热反应还是放热反应，升高温度,反应速率都加快，达到化学平衡所需的时间缩短，降低温度，反应速率则减慢，达到化学平衡状态所需时间就长。
升高温度平衡向吸热反应方向移动，降低温度平衡向放热反应方向移动。 例如：N2+3H22NH3+Q，升高温度。如图Ⅲ所示。
v(正′) 知识拓展 催化剂与化学平衡的关系：使用催化剂能同等程度地增大v(正)、v(逆)，因此，在一个可逆反应中使用催化剂时，能缩短反应达到平衡时所需的时间。但由于v(正)仍等于v(逆)，所以，使用催化剂对化学平衡的移动没有影响，不能改变平衡混合物中各组分的百分比组成。 4.勒夏特列原理 (1)原理：如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强或体积等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 (2)适用范围：已达平衡的体系(如溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡等)。勒夏特列原理不适用于未达平衡的体系，如对于一个刚从反应物开始进行的气相可逆反应来说，增大压强，反应总是朝着正反应方向进行，由于未达平衡，也就无所谓平衡移动，因而不遵循勒夏特列原理。 (3)适用的条件：只限于改变影响平衡的一个条件。当有两个或两个以上的条件同时改变时，如果这些条件对平衡移动的方向是一致的，则可增强平衡移动。但如果这些条件对平衡移动的方向影响不一致，则需分析哪一个条件变化是影响平衡移动的决定因素。 (4)“减弱这种改变”是指：外界条件改变是平衡发生移动的结果，是减弱对这种条件的改变，而不是抵消这种改变。也就是说，外界因素对平衡体系的影响占主要方面。 5.等效平衡 (1)概念：在一定条件下（定温、定容或定温、定压），对同一可逆反应，只要起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。 (2)等效平衡的规律 ①在定温、定容条件下，对于反应前后气体分子数不等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一边物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。 ②在定温、定压条件下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一边的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。 三、化学平衡常数 (1)定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物的平衡浓度用化学方程式中的化学计量数作为指数的乘积与反应物的平衡浓度用化学方程式中的化学计量数作为指数的乘积的比值是一个常数，这个常数叫做化学平衡常数，简称平衡常数。用符号K表示。 (2)平衡常数K的表达式： ①对于一般的可逆反应：mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) ②当在一定温度下达到化学平衡时，该反应的平衡常数为： 要点提示 ①c(A)、c(B)、c(C)、c(D)均为平衡时的浓度；②当反应混合物中有固体或纯液体时，它们的浓度看作是一个常数，不写入平衡常数的表达式中，例如，反应在高温下，Fe3O4(s)+4H2 [c(H2O]43Fe(s)+4H2O(g)的平衡常数表达式为：K=；③平衡常数K的表达式与化学方程4[c(H2)]2NH3 式的书写方式有关，例如： N2+3H2 1[]2N2+3[]2H2 [c(NH3]2 K1= 3[c(H2]?[c(N2][c(NH3]NH3 K2= [c(H2]3/2?[c(N2]1/2 但K1、K2表示的含义是相同的。 (3)平衡常数K值的特征 ①K值的大小与浓度、压强和是否使用催化剂无关。即对于一个给定的反应，在一定温度下，不论起始浓度(或压强)和平衡浓度(或压强)如何，也不论是否使用催化剂，达平衡时，平衡常数均相同。 ②K值随温度的变化而变化。对于一个给定的可逆反应，温度不变时，K值不变(而不论反应体系的浓度或压强如何变化)；温度不同时。K值不同。因此，在使用平衡常数K值时，必须指明反应温度。 (4)平衡表达式K值的意义： ①判断可逆反应进行的方向。对于可逆反应：mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，如果知道在一定温度下的平衡常数，并且知道某个时刻反应物和生成物的浓度，就可以判断该反应是否达到平衡状态，如果没有达到平衡状态，则可判断反应进行的方向。 将某一时刻的生成物的浓度用化学方程式中相应的化学计量数为指数的乘积，与某一时刻的反应物的浓度用化学方程式中相应的化学计量数为指数的乘积之比值，叫做浓度商，用Q表示。即 [c(C)]p?[c(D)]q=Qmn[c(A)]?[c(B)] 要点提示 当Q＝K时，体系达平衡状态；当Q＜K时，反应自左向右(正反应方向)进行；当Q＞K时，则反应自右向左(逆反应方向)进行。 ②表示可逆反应进行的程度。K值越大，正反应进行的程度越大(平衡时生成物的浓度大，反应物的浓度小)，反应物的转化率越高；K值越小，正反应进行的程度越小，逆反应进行的程度越大，反应物的转化率越低。 问题·思路·探究 问题1 解答化学平衡图象习题的关键是什么？ 导思:化学反应速率和化学平衡中的图象，蕴含了整章的基础知识和基本原理。解有关化学平衡图象题，先要抓住点、线、面，认识图象。 探究:1.看面 首先看清直角坐标系平面中，两坐标轴所表示的物理量,一般纵坐标可以是某物质的百分含量,反应物的转化率,产物的产率,混合气体的平均摩尔质量,反应速率等；横坐标一般为反应时间、温度、压强等。弄清曲线所代表的物理含义,揭示出物理量随外界条件变化的函数关系,便于整体理解、把握。 2.找点 重点抓住图象中的特殊点,理解其含义,判断反应的特征或所处的状态。 (1)原点。根据曲线是否经过原点,可判断反应起始特征。如图Ⅰ中反应物生成物浓度随时间的变化曲线，图Ⅱ中正、逆反应速率随时间的变化曲线都经过原点O，说明反应都是从正反应开始的。 (2)拐点。曲线一般是连续光滑的，但出现拐点，说明反应到了一个新的状态，或反应时，外界条件发生了改变。如图Ⅰ中，A、B两点为拐点，从其开始曲线变成平行于横坐标的直线，说明反应此时起已达到平衡。 图Ⅲ表示反应物的转化率随时间变化曲线。A、B两点为拐点，A点表示为ta时已达平衡状态，B点表示tb时改变条件使平衡正向移动，导致反应物转化率继续增大。 （3）交点：两曲线的交点。表示在交点对应的条件下，纵坐标对应的物理量相等。如图Ⅱ中正、逆反应速率的交点P。表示在tP时间时，正、逆反应速率相等，反应达平衡。图Ⅳ表示某反应两反应物A、B的转化率与两物质物质的量之比的关系曲线；交点M说明在对应物质的量之比时，两物质的转化率相等，隐含着M处对应的原料配比，即为化学方程式中两原料的化学计量数比。 （4）线外的点：在有些图象中，曲线上的点均表示平衡状态，而线外的点即表示非平衡状态。如图ⅤA、C两点均表示对应温度下原料的平衡转化率，而线上方的点B，应使平衡逆向移动，才能重新达平衡，此时vB（正） 3.察线 主要观察线的函数增减性，线的斜率，长短高低及线的连续性。 （1）增减性 如图Ⅵ表示某反应物的百分含量随温度的变化关系曲线是减函数，说明温度升高，反应物的百分含量减小，平衡正向移动，可判断该反应的正反应是吸热反应。 （2）斜率 如图Ⅶ中，正反应速率随压强变化的曲线比逆反应速率随压强变化的曲线斜率大，说明压强增大时，正反应速率的增幅比逆反应速率的增幅大，可判断该反应的正反应为气体体积缩小的反应。 （3）线的长短、高低 如图Ⅷ表示在不同温度下、转化率随时间变化的曲线，OA对应的线段OA′比OB对应的线段OB′短，说明T1温度时，OA达平衡的时间短，反应速率快，则有T1>T2，再根据达平衡后T2线高于T1线，判断出温度低，反应物转化率高，该反应的正反应为放热反应。
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