化学平衡状态及化学平衡常数.ppt

第二单元 化学反应的方向和限度,化学平衡状态,2019年4月3日星期W,从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量的CO。 100多年前，人们曾认为这是由于 CO与铁矿石 接触间不够的缘故。为使反应进行的完全，当 时曾耗巨资改建高炉，以延长 CO和Fe2O3的接 触时间，结果尾中CO的含量并未减少。你知 道这是为什么吗？,高炉炼铁的主要反应为： Fe2O3+3CO 2Fe +3CO2,反应Fe2O3+3CO 2Fe +3CO2 为什么不能进行到底？,讨论、小结：,反应Fe2O3+3CO 2Fe +3CO2 的特点是高温下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行，是可逆反应。,1.可逆反应,（1）在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称可逆反应。,3H2 + N2 2NH3,2SO2 + O2 2SO3,不可逆反应：在一定条件下，进行得很彻底或可逆程度很小的反应。,可逆反应的概念及其特点,下列说法是否正确： 1. 氢气在氧气中燃烧生成水，水在电解时生成氢气和氧气，H2+ O2 = H2O是可逆反应。 2. 硫酸铜晶体加热变成白色粉末，冷却又变成蓝色，所以无水硫酸铜结合结晶水的反应是可逆反应。 3. 氯化铵加热变成氨气和氯化氢气体，两种气体又自发变成氯化铵，氯化铵的分解是可逆反应。,可逆反应的概念及其特点,(1)可逆反应的普遍性：大部分化学反应都 是可逆反应。 (2)可逆反应的特点： 相同条件下，正反应和逆反应同时发生 反应物、生成物共同存在 可逆反应有一定的限度(反应不能进行到底),2.可逆反应特点,可逆反应的概念及其特点,化学平衡的概念,时间,速率,O,时间,浓度,O,t1,t1,以小组为单位进行P43页的交流与讨论：,反应物,生成物,化学平衡的概念,1.化学平衡状态的定义,指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。,注意,对象,条件,状态,结果,可逆反应,一定条件,v正= v逆,C (B)不变,化学平衡是动态平衡,2.化学平衡状态的特征,动态平衡： v(正) 0； v(逆) 0,v(正) v(逆) 0,c(B) 或 n(B) 或 (B) 一定,条件改变平衡改变,动,等,定,变,逆,化学平衡的研究对象是可逆反应,(1) v正 = v逆 （本质特征） 同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。 不同的物质：速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率。,化学平衡是动态平衡,3.化学平衡状态的标志,(2)反应混合物中各组成成分的含量保持不变（浓度标志）：, 各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。 各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。 若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。 反应物的转化率、产物的产率保持不变。,化学平衡是动态平衡,mA(g) + n B(g) pC(g) +q D(g),平 衡,平 衡,平 衡,不一定,小 结,mA(g) + n B(g) p C(g) +q D(g),不一定,不一定,平 衡,平 衡,小 结,mA(g) + nB(g) pC(g) +qD(g),不一定,不一定,平 衡,平 衡,小 结,不一定,不一定,平 衡,小 结,C(s)+CO2(g) 2CO(g) (一定),N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) (一定),H2(g)+I2(g) 2HI(g) (一定),我们知道，在一定条件下的可逆反应存在化学平衡状态。那么，当达到化学平衡状态是，究竟有多少反应物转化成了生成物，平衡体系中各物质的浓度之间是否有一定的关系？请大家完成 P44页的问题解决。,化学平衡常数,2NO2(g) N2O4(g),1.08,1.71102,1.38,1.72102,1.61,1.70102,3.89,1.70102,可逆反应,如果用不同起始浓度的 NO2或N2O4进行反应 ,平衡后得到以下实验数据。,计算一定条件下，不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，达到平衡后各物质平衡浓度之间的关系。 通过计算同学们是否发现什么规律？其中浓度的指数与化学方程式有何关系？,讨论、小结：,一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比为一常数。,问题：请大家阅读教科书P45页关于平衡常数的 定义，并找出其中的关键词。,如果反应物或生成物不止一种，情况又如何呢？如在一定条件下，可逆反应 H2 + I2(g) 2HI，起始以及平衡时各物质的浓度如下表所示。他们的浓度间存在何种关系？,化学平衡常数K,其中c为各组分的平衡浓度，温度一定，K为定值。,1. K的表达式,大量实验事实表明，对下列可逆反应： aA + bB cC + dD 在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，将各物质的物质的量浓度满足下面关系：,N2+3H2 2NH3,2NH3 N2+ 3H2,根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。,化学平衡常数,分析表2-8和表2-9中的数据，你能得出什么结论？,化学平衡常数,使用平衡常数应注意的问题,化学平衡常数,（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态,（2）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的 快慢，即速率大，K值不一定大,（3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式 中不需表达,如：,一定温度下,（4）在进行K值的计算时，稀溶液中的H2O的浓 度可不表达,一定温度下,化学平衡常数,（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关,K1 = 1/K2 = K32,例如，在某温度下：,N2+3H2 2NH3,2NH3 N2+3H2,化学平衡常数,（6）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态,K K ， v正 v逆，反应向正方向进行,K K ， v正 v逆，反应处于平衡状态,KK ， v正 v逆，反应向逆方向进行,则：,如某温度下，可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：,化学平衡常数,（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态 （2）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的 快慢，即速率大，K值不一定大 （3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达 （4）在进行K值的计算时，稀溶液中的H2O的浓度可不表达 （5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关 （6）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态,小 结,2.使用平衡常数应注意的问题,K值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡时该反应进行的程度（反应的限度）。,（1）K值越大，表明反应进行的程度越大；反之则越小。,（2）K值与浓度无关，随温度变化而变化,3.平衡常数的意义,化学平衡常数,aA + bB cC + dD,平衡转化率,可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率为：,除了化学平衡常数外，还有没有其他方法能用来表示化学反应进行的限度呢？,平衡转化率的意义：能表示在一定温度和一定 起始浓度下反应进行的限度。,【例1】某温度下，向10L真空容器中注入1.00 mol H2(g) 和 1.00 mol I2(g)，反应平衡后I2(g)的浓度为0.020 0 molL-1。试求该温度下 H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数。,平衡常数和转化率的计算,解：据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100molL-1，平衡时c(H2)=c(I2)=0.0200molL-1，生成的c(HI) = 0.160molL-1,H2(g) + I2(g) 2HI(g),起始时各物质的浓度/molL-1,0.100 0.100 0,变化的各物质的浓度/molL-1,平衡时各物质的浓度/molL-1,0.0800 0.0800 0.160,0.0200 0.0200 0.160,K =,(0.160)2,(0.0200)2,= 64.0,c2(HI),c(H2) c(I2),=,答：平衡常数为64.0。,平衡常数和转化率的计算,【例2】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800达到下列平衡： CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.00 若反应开始时CO和H2O的浓度分别为0.200 molL-1 和1.00molL-1，求达到平衡时CO转化为CO2转化率是多少？,平衡常数和转化率的计算,c(平)/molL-1 0.200x 1.00x x x,解得: x = 0.166,解：设平衡时CO2和H2的浓度为x molL-1,CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),c(始) /molL-1 0.200 1.00 0 0,c(变)/molL-1 x x x x,= 1.00,平衡常数和转化率的计算,答:平衡时CO转化