人教版高中化学选修4第二章第三节《化学平衡》课件.ppt

化学平衡,一、化学反应速率问题 即：如何提高在单位时间内合成氨的产量。,如何使H2和N2 尽可能多转化为NH3，即反应进行程度,二、化学反应的转化率问题,化工生产要解决的两个问题,试根据反应速率理论分析对于 N2 + 3H2 2NH3反应通过哪些条件下的改变可加快反应速率 ？,思考：,化学平衡,物理学中： 力平衡 两个力大小相等方向相反，合力为零 热平衡 生物学中： 生态平衡出生率 = 死亡率，使得种群密度保持恒定 化学中： 溶解平衡 溶解平衡过程溶解和结晶两过程是否停止？ 在饱和溶液中，升温或加入溶剂对原状态有何影响？ 其它条件变，原平衡破坏，建立新平衡,已知的“平衡”,平衡研究的对象是双方面或双方面以上 “平衡”在于 “等”,动态平衡,可逆反应的概念： 同一条件下既能向正向进行，同时又能向逆向进行的反应。 （化学平衡的研究对象是可逆反应；而化学反应速率可以针对任意化学反应）,是否所有的化学反应中都存在平衡？,可逆反应的特征： 不能向一个方向完全进行到底 （即：反应物的转化率不能达到100%）,一、化学平衡的研究对象,可逆反应,可逆反应的习惯表示法：,与书写形式有关,正逆反应的热效应大小相等、符号相反： 2SO2+O2=2SO3 + 196.6 KJ 2SO3=2SO2+O2 196.6KJ,1200完成反应：,2、绘制反应过程中浓度时间、速率时间图象 起始点的正、逆反应速率如何？ 反应开始后正、逆反应速率的变化趋势如何？ 反应到一定程度后（t2 、t3），外界条件不变，各组分浓度为什么不再变化？此时速率是否为零，速率又有什么特点？ 3、条件改变原有的平衡还能保持吗？,C始（mol/L) 0.01 0.01 0 0 Ct1（mol/L) 0.008 0.008 Ct2（mol/L) 0.006 0.006 Ct3（mol/L) 0.006 0.006 t2、t3时各组分 n百分含量,0.002 0.002,0.004 0.004,0.004 0.004,30% 30% 20% 20%,1、完成表格,- ,二、化学平衡是动态平衡,化学平衡状态的定义： 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(或%)保持不变的状态。,平衡特征： 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，反应混合物中各组分的浓度、百分含量保持不变 条件改变，平衡发生改变,条件、前提、本质、现象,三、判断化学平衡状态的标准,达到平衡状态的标准：mA+ nB xC + yD 1、直接： V正=V逆 化学键断裂=化学键生成 各组分的浓度、百分含量保持不变,1、在一定的温度下，可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g) ,达到平衡的标志是: C的生成速率与C的分解速率相等 单位时间生成n mol A，同时生成 3n molB A、B、C的浓度不再变化 A、B、C的分子数之比为1：3：2,平衡状态判断有关问题,2、下列说法中，可以表示反应N (g) +3H (g) 2NH (g)已达到平衡的是 、摩断裂的同时有摩键生成 、摩断裂的同时有摩键断裂 、摩断裂的同时有摩键生成 、摩断裂的同时有摩键断裂,AC,AD,4、对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应可以说明（气）（气） （气） （气）在恒温下已达到平衡状态的是 、反应容器中压强不随时间而变化 、气体和气体的生成速率相等 、三种气体的生成速率相等 、反应混合气体的密度不随时间而变化,3、下列叙述表示可逆反应N (g) +3H (g) 2NH (g)一定处于平衡状态的是： A 、N2、H2、NH3的百分含量相等 、单位时间消耗摩2的同时消耗A摩 、单位时间内消耗摩的同时生成A摩 、一定体积的密闭容器中，温度一定时，压强不随时间改变,平衡状态判断有关问题,CD,C,5、在2NO2 (红棕) N2O4 (无色)在可逆反应中，下列状态说明达到平衡状态的标志是（当条件一定）： A、NO2与N2O4浓度相等的状态 B、N2O4处于不再分解状态 C、混合气体的相对平均分子质量保持不变的状态。 D、体系的颜色不再发生改变的状态,CD,三、判断化学平衡状态达到的标准,2、间接： （相关物理量恒定不变） 若A、B、C、D为气体，且m+n x+，压强恒定 若A、B、C、D中有有色物质，体系颜色不变 混合气体的平均分子量相等（ m+n x+或四种非全为气体） 密度 ,平衡态达到的标准：mA+ nB xC + yD 1、直接： V正=V逆 化学键断裂=化学键生成 各组分浓度保持不变,容器内N2、H2、NH3三者共存 容器内N2、H2、NH3三者浓度相等 容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2 t min内生成1molNH3同时消耗0.5molN2 t min内，生成1molN2同时消耗3molH2 某时间内断裂3molH-H键的同时，断裂6molN-H键 容器内质量不随时间的变化而变化 容器内压强不随时间的变化而变化 容器内密度不再发生变化 容器内的平均摩尔质量不再发生变化,平衡状态的判断,能够说明 N2 + 3H2 2NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是 ：,5 6 8 10,注意： 在特定条件下，浓度可用物质的量或气体的体积来代替计算,对于某反应物的转化率计算,平衡状态的有关定量计算,1、将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合在一定条件下发生如下反应：2A(g)+B(g) 2C(g)若经过2秒后测得C的浓度为0.6mol/L，现有下列几种说法： 用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol.L-1.s-1 用物质B表示的反应的平均速率0.6mol.L-1.s-1 2秒时物质A的转化率为70% 2秒时物质B的浓度为0.7mol.L-1 其中正确的是： A、1、3 B、1、4 C、2、4 D、3、4,B,2、X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应：X + 2Y 2Z。 达到平衡时，若它们的物质的量满足n(X)+n(Y)=n(Z),则Y的转化率为：,平衡状态的有关定量计算,4、某N2和H2的混合气体的平均分子量是氢气的4.25倍，保持高温高压时有部分反应，达到平衡后，混合气体的密度比反应前增加了1/4（设反应前后同温同压）。 问： N2的转化率是多少？,3、一定T下，向盛有催化剂的一定体积的密闭容器中，通入一定量的SO3气体，发生分解并达到平衡，测得SO3的分解率为50%，下列说法错误的是： 平衡混合气体的平均分子量为64 平衡后压强为起始压强的1.25倍 混合气体的密度自始至终不变 混合气体的平均分子量自始至终不变,D,40%,等效平衡,同一可逆反应，当外界条件不变时，反应无论是 从正反应开始 从逆反应开始 从中间状态开始 都可以建立相同的平衡状态。,判断方法：（同T、同P；同T、同V时）极限转化法 如：N2+3H2=2NH3 1 3 0 从正反应开始 0 0 2 从逆反应开始 0.5 1.5 1 从中间态开始 其他中间态,例1：在一密闭容器中加入 4mol A和 2mol B，发生反应 2A(g) + B(g) 3C(g) + D(g) , 达到平衡时 C的物质的量浓度为w mol/L。 若保持V、T不变，按下列四种配比投料， 达平衡后C的物质的量浓度仍为w mol/L 的是： （A） 6 molC 、2molD （B）2mol A 、1mol B 、3mol C 、 1mol D （C）3mol C 、1mol D 、1mol B （D）3 mol A 、 1.5mol B 、1.5mol C 、 0.5mol D,等效平衡,A B D,令A、B、C分别代表初始加入的SO2、O2、SO3的物质的量，若A=0.5, B=_, C=_,0.25 1.5,A+C=2 ; 2B+C=2,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）,例2：若反应2SO2+O2 2SO3中，起始时SO2 和 O2物质的量分别为2mol和1mol，则在同温、同体积条件下，下列各组能达到同一化学平衡状态的是：,等效平衡,化学平衡常数,定义： 一定温度下，生成物浓度的乘积除以反应物浓度的乘积所得的比值是个常数化学平衡常数 数学表达式 mA+nB pC+qD,定量的衡量化学反应进行的程度,影响因素：对于同一反应 1、K只是温度的函数，相同T时，K值相同；不同T时，K值不同。 2、T一定，K是常数，与反应的途径无关。,K值的意义： 1、K值越大，正反应进行的程度越大，转化率越大。 2、判断该温度下是否反应已达平衡。即代入平衡关系式，计算所得数据Kt是否为K平。 如果KtK平 反应向正向进行； Kt K平反应向逆向进行。,思考：对一个 可逆反应而言，正反应的K值与逆反应的K值是否相等，有无关系？,mA+nB pC+qD,注意事项： 1、在平衡常数表达式中：水(L)的浓度、固体物质的浓度不写 如：Cl2+H2O=HCl+HClO CaO+2HCl=CaCl2+H2O 2、化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。 如：N2+3H2 2NH3的K1值与1/2N2+3/2H2 NH3的K2值不一样,1、下列关于化学平衡常数K的说法正确的是 （ ） A、不同的反应K值不同，同一反应K值一定相同 B、同一反应，K越大，反应物的转化率越大 C、K值随浓度的改变而改变，也随温度的改变而改变 D、K值越大，达到平衡时生成物的浓度一定越大,2、一定温度下，反应H2+I2 2HI，平衡常数为4，在该温度下2L的容器中充入2molH2、2mol I2。 1）达到平衡时I2和H2的转化率是多少？ 2）向平衡体系中充入H2，可逆反应向什么方向进行？ 3）若I2起始物质的量改为4mol，则I2、H2的转化率如何变化？,平衡常数在解题中应用,化学平衡类似于能量，也是状态函数 同一可逆反应，当外界条件不变时，反应无论是从正反应开始从逆反应开始从中间状态开始都可以建立相同的平衡状态。,2、恒T、P，有“相当”的物质的量平衡关系 成一定的比例关系,建立平衡的条件等效平衡,0 0 2 从逆反应开始 0 0 4 从逆反应开始,0.5 1.5 1 从中间态开始 0.3 0.9 3 从中间态开始 ,如：N2+3H2 2NH3 1 3 0 从正反应开始 2 6 0 从正反应开始 m 3m 0 从正反应开始,例3.已知：一定T、P下，在容积为VL的密闭容器内充有1mol A和1mol B。保持T、P不变，使反应A+B C达到平衡时，C的体积分数为40%。 在上述密闭容器中充入2molA和2molB，则反应达到平衡时，C的体积分数为：_, 容器的容积为：_,建立平衡的条件等效平衡,3、特殊情况 恒T、V（或 T、P），对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，有“相当”的物质的量平衡关系,例：在一个固定容积的密闭容器里，保持一定温度， 在一定条件下进行如下反应： A(g)+2B(g) 3C (g)，已知起始时加入1molA和3molB，达到平衡后，C的体积分数为W%。相同实验条件下，若在同一容器中改为开始时加入2molA和8molB，达平衡时，要求C在混合物中体积分数也为W%，则开始时还需加入C多少mol？,建立平衡的条件等效平衡,3、特殊情况 恒T、V（或 T、P），对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，有“相当”的物质的量平衡关系,2、在等T、V条件下有下列气体反应：2A+2B C+3D。现分别从两个途径建立平衡：I、A和B的起始浓度均为2mol/L； 、C和D的起始浓度分别为2mol/L和6mol/L。下列叙述正确的是： A、两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的体积分数相同。 B、 两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的体积分数不同。 C、达平衡时，I 途径的反应速率等于途径 D、达平衡时，I途径混合气体的密度是途径混合气体密度的1/2。,1：在相同的A、B密闭容器中分别充入2mol的SO2和1molO2，使它们在一定温度下反应，并达新平衡： 2SO2+O2 2SO3（g）。若A容器保持体积不变，B容器保持压强不变。当A中SO2的转化率为25%时，B中SO2的转化率为： A、25% B、大于25% C、小于25% D、无法判断,建立平衡的条件等效平衡,4、利用等效平衡的方法解决不等效平衡的问题,2、已知700K时，N2+3H2 2NH3 +Q ，现有甲、乙两个容积相等的密闭容器。保持700K条件下，向密闭容器甲中通入1molN2和3molH2，达