化学平衡.docx

三、化学平衡1可逆反应与不可逆反应可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应的方向进行的反应。SO2+O2 2SO3 正反应方向；v正；此时反应物 SO2 、 O2 。 逆反应方向；v逆；此时反应物 SO3 。事实上，大部分化学反应都是可逆反应。只不过有的逆方向较弱，不太明显；而有的逆方向很强，表现为明显的可逆反应。因此，研究可逆反应的规律具有十分重要的意义。练习：下列为可逆反应的是A 氢气与氧气点燃可化合成水,水电解可生成氢气和氧气,因此氢气与氧气的反应是可逆反应。B 在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫又有分解。C 碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙，因此这二个反应互为可逆反应。思考：可逆反应能进行彻底吗？即2mol SO2与1mol O2在催化剂的作用下最终能得到2mol SO3吗？ 2.化学平衡状态的建立SO2+O2 2SO31 开始时刻各物质浓度，正、逆反应速率如何？c(SO2) 、c(O2)最大，c(SO3)=0 v(正)最大 ,v(逆)=02 随着反应进行又有什么特征？c(SO2)c(O2) c(SO3)； v(正) (逆)3 一段时间后有什么特征？v(正)=v(逆) c(SO2) 、c(O2) 、c(SO3)均不再变化化学平衡状态定义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态。 研究对象：可逆反应平衡前提：c、P、T等条件一定，因为条件如果变化，平衡也就发生相应的移动。平衡特征：等：正反应速率=逆反应速率0定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的百分含量一定。 动：动态平衡（正逆反应仍在进行）变：条件变化，化学平衡状态将被破坏,直到在新的条件下建立新的平衡。例：能够说明N2 + 3H2 2NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是 ：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1:3:2t min内生成1molNH3同时消耗0.5molN2t min内生成1molN2同时消耗3molH2例：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 A. C的生成速率与C的分解速率相等B. 单位时间生成n molA，同时生成3n molB C. A、B、C的物质的量浓度保持不变D. A、B、C的分子数之比为1 ：3 ：2 E. 容器中气体的总压强保持不变F. 混合气体的平均摩尔质量保持不变 5 化学平衡状态的标志：(1) 正 = 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。(2) 各组分的含量保持不变（外部表现）：反应混合物中各组分的浓度、体积分数、物质的量分数、质量分数等不再发生变化。例：下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3 已达平衡状态的是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： 在一定条件下，向一固定容积的容器中投入2molNO2进行反应：2NO2 2NO+O2，一段时间后测得NO2、NO、O2的物质的量可能是(A) 2 mol NO、0.75 mol O2 (B) 1 mol NO2、1.2 mol NO (C) 2 mol NO (D) 0.7 mol O2 例：当可逆反应2SO2+O2 2SO3达平衡时, 通入18O2, 再次平衡时, 18O存在于 A.SO3 O2 B.SO2 SO3 C.SO2 O2 D.SO2 O2 SO36、化学平衡的相关计算基本模式“三行式解法”例： mA + nB pC + qD 起始浓度(mol/L)： a b 0 0平衡浓度(mol/L)： a-mx b-nx px qx 转化浓度(mol/L)： mx nx px qx 基本关系 反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度 生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度 转化率气体的平均分子量 = M=Vm 几点定律恒温恒压下：气体的体积比等于物质的量之比，即=气体的密度比等于摩尔质量之比，即=恒温恒容下：气体的压强比等于物质的量之比，即=例：（差量法）1体积SO2和3体积空气混合后在450以上通过V2O5催化剂发生反应。若同温同压下测得反应前和反应后混合气体的密度比为0.9，则SO2的转化率为 A.90 B.80 C.45 D.10例2: (极端假设法)在一定条件下，可逆反应 A2(g) + B2(g) 2C(g) 达平衡时，各物质的平衡浓度分别为c(A2)=0.5mol/L,c(B2)=0.1mol/L,c(C)= 1.6mol/L若用a、b、c分别表示A2、B2、C的起始浓度，则：a、b的取值范围 0.4mol/La1.3mol/L0mol/Lb0.9mol/L0mol/Lc1.8mol/L（二）化学平衡移动1.化学平衡移动的概念当改变已经达到化学平衡的可逆反应的条件时,平衡状态被破坏,随反应的进行重新达到新平衡的过程叫做化学平衡移动。 勒夏持列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强和温度等），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。其中包含：影响平衡的因素：浓度、压强、温度三种；原理的适用范围：只适用于一项条件发生变化的情况（即温度或压强或一种物质的浓度），当多项条件同时发生变化时，情况比较复杂；平衡移动的结果：只能减弱（不可能抵消）外界条件的变化。、平衡移动：是一个“平衡状态不平衡状态新的平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，可能发生平衡移动。 2从正、逆反应速度是否相等判断：1、浓度对化学平衡的影响（P29）实验26FeCl3 + 3KSCN Fe(SCN)3 + 3KCl（黄色） （无色） （血红色） (无色)现象：溶液变成红色A.加少量FeCl3的红色加深；B.加少量KSCN的红色也加深；思考加少量NaOH溶液颜色有何变化。实验结论在其他条件不变时，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 。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。速率时间关系图： 由以上四图可以得出结论：1） 改变反应物浓度瞬间，只能改变正反应速率；改变生成物浓度瞬间，只能改变逆反应速率。2） 改变浓度瞬间，若v(正)v(逆)，平衡向正反应方向移动；若v(逆)v(正)，平衡向逆反应方向移动。3） 新旧平衡速率比较： 增大浓度，新平衡速率大于旧平衡速率；减小浓度，新平衡速率小于旧平衡速率。意义：增大成本较低的反应物的浓度，提高成本较高的原料的转化率。结论：在其他条件不变，增大反应物浓度，平衡朝正反应方向移动；减小反应物浓度，平衡朝逆反应方向移动。 在其他条件不变，减小生成物浓度，平衡朝正反应方向移动；增大生成物浓度，平衡朝逆反应方向移动。注意：影响化学平衡移动的浓度，而不是质量、物质的量或体积；对于溶液中进行的离子反应，改变不参加反应的离子浓度，化学平衡一般不移动；浓度的改变不一定会引起化学平衡的移动；如：FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl，增加c (K+)或c (Cl-)，不会影响化学平衡。如:对气体分子数不变的反应,同等程度地增大或减小各物质的浓度,化学平衡不移动。练习已知在氨水中存在下列平衡：NH3 + H2ONH3 H2ONH4+ + 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 。练习：可逆反应H2O(g) + C(s) 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浓度小结：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。2、压强对化学平衡的影响实验探究 2NO2(气) N2O4(气)(2体积，红棕色) (1体积，无色)现象：A.加压混和气体颜色先深后浅；B.减压混和气体颜色先浅后深。结论在其它条件不变的情况下： A：增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动； B：减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。讨论 对于反应2NO2(气) N2O4(气)试比较以下三种状态下的压强关系： 改变压强前混和气体压强P1；改变压强后瞬时气体压强P2；改变压强达新平衡后混和气体压强P3； 加压： ； 减压： 。 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。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；例：对如下平衡 A(气) B (气) 2C (气) D (固) 对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)速率时间图：练习1.下列反应达到化学平衡时，增大压强，平衡是否移动？向哪个方向移动？2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)H2O(g) + CO(g) CO2(g) + H2(g)H2O(g) + C(s) CO(g) + H2(g)CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)H2S(g) H2(g) + S(s)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？练习2.一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但达到平衡时，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的体积分数增加温度对化学平衡的影响2NO2(气) N2O4(气) H= -56.9kJ/mol(红棕色) (无色)讨论A：混和气体受热颜色变深，说明 NO2浓度增大 ； 平衡向逆反应方向移动 。 B：混和气体遇冷颜色变浅，说明 NO2浓度减小 ； 平衡向正反应方向移动 。分析A：混和物受时，速率均增大，但(吸) (放) ，故平衡向吸热反应方向移动； B：混和物遇冷，速率均减少，但(吸) k，V正V逆，未达平衡，逆向进行。QC = k, V正=V逆 ，达平衡，平衡不移动。 QC k, V正V逆 ,未达平衡，正向移动。6、有关化学平衡常数的计算对于反应: aA + bB cC + dD 达到平衡后各物的浓度变化关系，在计算中注意：（1） 反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度；反应物A: c平(A)=c0(A) - c(A) （2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度生成物D: c平(D) = c0(D) +c(D)（3）各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。c(A):c(D)=a:d平衡转化率用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率来表示反应限度。对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示： (1)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率例题1：在某温度下，将H2(g)和I2(g)各0.10mol混合物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得c(H2)=0.0080mol/L，求：(1)反应的平衡常数(2)其它条件不变，充入的H2(g)和I2(g)各0.20mol,求达平衡时各物质的平衡浓度。注：温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。（2）知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。例题3:在2L的容器中充入 1mol CO和 1mol H2O(g),发生反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800时反应达平衡,若k=1.求：（1）CO的平衡浓度和转化率。（2）若温度不变，上容器中充入 的是1mol CO和 2mol H2O(g)， CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（3）若温度不变，上容器中充入 的是2mol CO和 4mol H2O(g)， CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（4）若温度不变，要使CO的转化率达到90%，在题干的条件下还要充入 H2O(g) 物质的量为多少。(3)已知平衡转化率和初始浓度求平衡常数例4:反应SO2(g)+ NO2(g) SO3(g)+NO(g) ,若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率