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化学反应原理,2019年6月14日星期五,第二章化学反应速率和化学平衡,第三节 化学平衡 (第一课时),主要研究可逆反应的规律、程度(反应物的转化率)、反应条件的影响等。,一、可逆反应与不可逆反应,1、什么是可逆反应?,在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应。,注意:可逆反应总是不能进行到底, 得到的总是反应物与生成物的混合物。,2、什么是饱和溶液?,在一定温度下,在一定量的溶剂里,不能再溶解某种溶质的溶液,叫做这种溶质的饱和溶液。,饱和溶液中溶质的溶解过程完全停止了吗?,没有!,?,开始:溶解速率 结晶速率,一段时间后:溶解速率= 结晶速率,达到溶解平衡,形成硫酸铜饱和溶液,达到溶解平衡后,溶解与结晶没有停止,只是速率相等。溶解平衡是一种动态平衡。,3、溶解平衡的建立,4、溶解平衡状态的特征,(3)动:动态平衡(溶解、结晶仍在进行),(5)变:条件改变,原溶解平衡被破坏,在新的条件下建立新的平衡。,(2)等:溶解速率=结晶速率,(4)定:溶液中溶质浓度保持不变。,(1)逆:可逆过程;,同:溶解平衡的建立与途径无关,只要条件相同,均可形成同一溶解平衡状态。,二、化学平衡状态,CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),起始浓度mol/L,0.01,0.01,0,0,平衡浓度mol/L,0.01-x,0.01-x,x,x,t1,V正,V逆,化学平衡状态,反应仍在进行,但是四种物质的浓度均保持不变,达到动态平衡,这就是我们今天要重点研究的重要概念化学平衡状态,1、定义:,化学平衡状态,就是指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,反应体系中所有反应物和生成物的质量(或浓度)保持不变的状态。,强调三点,前提: 实质: 标志:,一定条件、可逆反应 V正=V逆0 反应混合物中各组分浓度(百分含量)保持不变。,2、化学平衡状态的特征,(3)动:动态平衡(正逆反应仍在进行),(5)变:条件改变,原平衡被破坏,在新的条件下建立新的平衡。,(2)等:正反应速率=逆反应速率,(4)定:反应混合物中各组分的浓度保持不变,各组分的含量一定。,(1)逆:可逆反应;,同:化学平衡的建立与途径无关,只要条件相同,某一可逆反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始,最终均可达到同一平衡状态。,浓度/molL-1,时间/s,0.00,1.00,2.00,1.58,0.21,浓度/molL-1,t2,HI,H2或I2,0.00,1.00,2.00,1.58,0.21,t1,时间/s,HI,H2或I2,从正反应开始,从逆反应开始,1molH21mol I2,2mol HI,相当于,在425时,在1L密闭容器中进行反应: H2+I2 2HI,达到平衡,分别说明下列各图所示的涵义。,速率:v正=v逆 (即任何一种物质的生成速率等于 其消耗速率) 各组分的含量保持不变,以xA(g)+yB(g) zC(g)为例,分析 化学反应达到平衡状态的标志:,3、可逆反应达到化学平衡状态的标志,混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的延长而改变(x+yz) 混合气体的颜色、密度、平均摩尔质量不随时间的延长而改变,以xA(g)+yB(g) zC(g)为例,分析 化学反应达到平衡状态的标志:,3、可逆反应达到化学平衡状态的标志,注意:某一可变物理量不再随时间改变而改变即表明达到平衡状态。,【例】 在一定温度下,可逆反应: A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( ) A. C的生成速率与C分解的速率相等 B. 单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB C. A、B、C的浓度不再变化 D. A、B、C的分子数比为1:3:2,AC,【例2】 下列说法中可以充分说明反应: P(g) + Q(g) R(g) + S(g) , 在恒温下已达平衡状态的是( ) 反应容器内压强不随时间变化 B. P和S的生成速率相等 C. 反应容器内P、Q、R、S四者共存 D. 反应容器内总物质的量不随时间而变化,B,【例3】可以证明反应N2+3H2 2NH3 已达平衡状态的说法是( ),AC,A.1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成,B.1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂,C.1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂,D.1个NN键断裂的同时,有6个NH键形成,【例4】在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应: A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g) 已达平衡状态的是 ( ) A.混合气体的压强 B.混合气体的密度 C.B的物质的量浓度 D.气体的总物质的量,BC,【例5】 在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是( ) C的生成 速率与C的分解速率相等 单位时间内生成amolA,同时生成3amolB A、B、C的浓度不再变化 A、B、C的分压强不再变化 混合气体的总压强不再变化 混合气体的物质的量不再变化 单位时间内消耗amolA,同时生成 3amolB A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2,A. 混合气体的颜色不再改变 ( ),B. 混合气体的平均相对分子质量不变( ),C. 混合气体的密度不变( ),D. 混合气体的压强不变( ),E. 单位时间内消耗2nmolNO2的同时生成2nmolO2 ( ),F. O2气体的物质的量浓度不变( ),在固定体积的的密闭容器中发生反应: 2NO2 2NO + O2 该反应达到平衡的标志是,思考与练习,【例6】在一定温度下,把2摩SO2和1摩O2通入一个一定容积的密闭的容器里,发生如下反应:2SO2+O2 2SO3 当此反应进行到一定程度时,反应混和物就处于化学平衡状态.现在该容器中,维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(摩).如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同.请填写下列空白: (1)若a=0,b=0,则c= 。,2,(2)若a=0.5,则b= c=,(3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c):,a+c=2,b+c/2=1,0.25,1.5,小结,、化学平衡状态的定义,前提条件,实质,标志,2、化学平衡状态的特征,逆、等、动、定、变,3、达到平衡状态的标志,影响化学平衡的条件,第三节 化学平衡,(第2-3课时),【复习】化学平衡状态的定义:(化学反应的限度) 一定条件下,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。,化学平衡的特征: 逆 等 动 定 变,可逆反应(或可逆过程) V正 =V逆(不同的平衡对应不同的速率) 动态平衡。达平衡后,正逆反应仍在进行(V正=V逆0) 平衡时,各组分浓度、含量保持不变(恒定) 条件改变,平衡发生改变,定义:可逆反应中,旧化学平衡的破坏,新化学平衡建立过程叫做化学平衡的移动。,V正V逆,V正=V逆0,条件改变,平衡1 不平衡 平衡2,建立新平衡,破坏旧平衡,V正=V逆0,一定时间,化学平衡的移动,【思考与交流】,有哪些条件能改变化学平衡呢?,在其他条件不变时, 增大反应物或减小生成物的浓度 化学平衡向正反应方向移动 减小反应物或增大生成物的浓度 化学平衡向逆反应方向移动,向右移动,向左移动,原因分析:,运用浓度对化学反应速率的影响以及化学平衡的建立等知识,解释浓度对化学平衡的影响,1、浓度对化学平衡的影响,t2,V”正 = V”逆,V逆,V,正,t3,V正= V逆,V正,V逆,t1,V(molL-1S-1),0,平衡状态,平衡状态,增大反应物浓度,速率-时间关系图:,增加反应物的浓度, V正 V逆,平衡向正反应方向移动;,速率-时间关系图,注意: 改变浓度一般通过改变物质的量来实现,但改变固体物质和纯液体的量,不影响平衡。 对于离子反应,只能改变实际参加反应的离子的浓度才能改变平衡。 对于一般的可逆反应(有两种反应物),增大一种反应物的浓度,会提高另一种反应物的转化率,而本身的转化率降低。 在生产上,往往采用增大容易取得或成本较低的反应物浓度的方法,使成本较高的原料得到充分的利用。,2SO2 + O2 2SO3,1、已知在氨水中存在下列平衡:,NH3 + H2O,NH3 H2O,NH4+ + OH-,(1)向氨水中加入MgCl2固体,平衡向 移动, OH-浓度 ,NH4+浓度 。,(2)向氨水中加入浓盐酸,平衡向 移动, 此时溶液中浓度减小的粒子有 。,(3)向氨水中加入少量NaOH固体,平衡向 .移动,此时发生的现象是 。,正反应方向,减小,增大,正反应方向,OH-、NH3H2O、NH3,逆反应方向,有气体放出,课堂练习,2、可逆反应C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)在一定条件下达到平衡状态,改变下列条件,能否引起平衡移动?CO的浓度有何变化?,增大水蒸气浓度 加入更多的碳 增加H2浓度,平衡正向移动,CO浓度增大,平衡不移动,CO浓度不变,平衡逆向移动,CO浓度减小,解析:增加固体或纯液体的量不能改变其浓度,也不能改变速率,所以V(正)仍等于V(逆),平衡不移动。,3、已知氯水中存在如下平衡: Cl2+H2O HCl+HClO。常温下,在一个体积为50mL的针筒内吸入40mL氯气后,再吸入10mL的水。写出针筒中可能观察到的现象。若将此针筒长时间放置,又可以看到何种变化?试用平衡的观点加以解释。,增大压强,体积减小,浓度同等程度增大,颜色变深,但平衡不移动.,2、压强对化学平衡的影响,注意 对于反应前后气体总体积相等的反应,改变压强对平衡无影响;,平衡混合物都是固体或液体的,改变压强不能使平衡移动; 压强的变化必须改变混合物浓度(即容器体积有变化)才能使平衡移动。,增大压强对下列两个化学平衡的影响图象分析,t1,t2,t3,t2,大的大增、小的小增;大的大减、小的小减,t1,2NO2(g) N2O4(g),(2体积,红棕色),(1体积,无色),讨论1当加压气体体积缩小时,混合气体颜色先变深是由于 , 后又逐渐变浅是由于 ; 当减压气体体积增大时,混合气体颜色先变浅是由于 , 后又逐渐变深是由于 。,NO2浓度增大,NO2浓度减小,平衡向正反应方向移动,平衡向逆反应方向移动,压强对化学平衡的影响,思考与交流,2NO2(g) N2O4(g),(2体积,红棕色),(1体积,无色),思考与交流,P2 P3 P1,P1 P3 P2,讨论2 试比较以下三种状态下的压强关系: 改变压强前混合气体压强P1; 改变压强后瞬时气体压强P2; 改变压强达新平衡后混合气体压强P3。 加压: ; 减压: 。,正向移动,不移动,逆向移动,逆向移动,不移动,思考:对于反应和,增大压强时,平衡没有移动,但正逆反应速率有无变化?如何变化?,课堂练习,5、一定量的混合气体在密闭容器中发生反应: m A (g) + n B (g) p C (g),达到平衡后,温度不变,将气体体积缩小到原来 的1/2,达到平衡时,C的浓度为原来的1.8倍,则下列说法正确的是( ),A、m + n p B、A 的转化率降低 C、平衡向正反应方向移动 D、C的体积分数增加,B,课堂练习,不移动,逆向移动,6、向平衡体系中3H2 (g) +N2 (g) 2NH3 (g) 恒容时,充入Ne ,则平衡_; 恒压时,充入Ne ,则平衡_。,3、温度对化学平衡的影响(P30),实验探究(实验27) 2NO2(g) N2O4(g) H=-56.9kJ/mol,(红棕色),(无色),结论:在其它条件不变的情况下,升高温度,平衡向着吸热反应方向移动;降低温度,平衡向着放热反应方向移动。,t2,V”正 = V”逆,V逆,V正,升高温度,速率 | 时间关系图,温度对化学平衡的影响,升温对吸热反应有利、降温对放热反应有利,(红棕色),(无色),思考与交流,讨论 试比较以下三种状态下的温度关系: 改变温度前混合气体温度T1; 改变温度后瞬时气体温度T2; 改变温度达新平衡后混合气体温度T3。 升温: ; 降温: 。,T2 T3 T1,T1 T3 T2,催化剂能够同等程度的改变正逆反应的速率,所以使用催化剂不能使平衡发生移动,但可以改变达到平衡所需要的时间。,V正= V逆,V正= V逆,催化剂对化学平衡的影响,如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。,(1)适用范围,适用于任何动态平衡体系(如:溶解平衡、电离平衡等),未平衡状态不能用此来分析。,(2)适用条件,一个能影响化学平衡的外界条件的变化,(3)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不能消除外界条件的影响。,勒夏特列原理(平衡移动原理),7、对任何一个平衡体系,采取下列措施一定引起平衡移动的是( ),A、加入一种反应物 B、增加体系的压强 C、升高温度 D、使用催化剂,C,课堂练习,8、可逆反应2XY Z(g)(正反应为放热反应)达到平衡。升高温度后混合气体的平均相对分子质量减小,则下列情况正确的是( ) AX和Y可能都是固体 BX和Y一定都是气体 CX和Y可能都是气体 DX和Y至少有一种为气体,CD,DE,BC,A.正增大、逆减少,B.正、逆均不变,D.平衡向右移动,E.正、逆均增大,C.平衡不发生移动,课堂练习,10、下列不能用勒夏特列原理解释的是( ) 棕红色NO2加压后颜色先变深后变浅 Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深 氯水宜保存在低温、避光条件下 SO2催化氧化成SO3的反应,往往加入过量的空气 打开易拉罐有大量气泡冒出 加催化剂,使氮气和氢气在一定条件下转化为氨气,课堂练习,第三节化学平衡,第二章 化学反应速率与化学平衡,(第4课时) 化学平衡常数,【学习目标】,1、化学平衡常数的概念,3、运用化学平衡常数进行计算,2、运用化学平衡常数对化学反应进行的程度判断,平衡常数的推导,54.5,54.6,54.45,54.33,根据表中的数据计算出平衡时 的值,并分析其中规律。,c (HI),2,c(H2) c(I2),1、定义:,在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,生成物浓度幂之积与反应物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(简称平衡常数),2、表达式:,四、化学平衡常数,(1)K值越大,表示反应进行的程度越大,反应物转化率也越大。,3、化学平衡常数的意义:,定量的衡量化学反应进行的程度,(2)一般当K105时,该反应进行得基本完全。,4、判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行,(1)QCK ,反应向正方向进行,(2)QCK ,反应处于平衡状态,(3)QCK ,反应向逆方向进行,5、利用可判断反应的热效应,()若升高温度,值增大,则正反应为吸热反应,()若升高温度,值减小,则正反应为放热反应,6、使用平衡常数应注意的几个问题:,(2)在平衡常数表达式中:水(l)的浓度、固体物质的浓度不写,(3)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关,例如:N2+3H2 2NH3的K1值 与1/2N2+3/2H2 NH3的K2值不一样,(1)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关,仅取决于反应的本性。一定的反应,只要温度一定,平衡常
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