高中化学（情景导入+课前导读+知识解惑+课堂演练）第二章 第2节 化学反应的限度课件 鲁科版选修4.ppt

第2节化学反应的限度 化学反应的方向 限度与速率 在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与铁矿石的接触时间不长所造成的 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co的含量仍然没有减少 为什么 1 在同一条件下既能发生 同时又能发生 这类反应属于可逆反应 2 当可逆反应达到平衡状态时 正反应速率 逆反应速率 但是正 逆反应都 当外界条件不变时 反应物和生成物的含量 向正反应方向进行的反应 向逆反应方向进行的反应 等于 没有停止 保持不变 3 化学平衡常数的定义是在一定 下 当一个 达到 时 生成物 幂之积与反应物 的幂之积的 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 用符号 表示 对于化学反应 aa bb cc dd如果反应物和生成物均为气体 平衡常数的表达式为 温度化学反应平衡状态物质的量浓度的物质的量浓度比值k 说明 1 k越大 说明平衡体系中 所占的比例越大 它的正向反应进行的程度越大 即该反应进行得越 反应物 越 反之 就越不完全 转化率就越小 k只受 影响 与反应物或生成物的浓度变化无关 2 平衡常数表达式与 的书写方式有关 对于同一化学反应 由于 不同 各 生成物的 不同 平衡常数的表达式就不同 1 产物彻底所占比例小温度 2 化学反应方程式书写方式反应物化学计量数 4 除了化学平衡常数外 还可以运用 表示一定温度下某反应的限度 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可表示为 5 化学平衡的移动 化学平衡研究的对象是可逆反应 化学平衡是有条件的动态平衡 在一定条件下才能保持平衡状态 当影响化学平衡的条件 浓度 压强 温度 改变时 原平衡就会被破坏 反应混合物里 会随之改变 引起v正 v逆 然后在新条件下重新建立平衡 这种可逆反应中旧化学平衡的破坏 新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动 平衡转化率 100 各组分的含量 1 化学平衡移动的原因 化学平衡移动的原因是反应条件的改变 移动的结果是正 逆反应速率发生变化 平衡混合物中各组分的含量发生相应的变化 2 化学平衡移动的标志 从反应速率来看 如有v正 v逆到v正 v逆 再到v v这样的过程表明化学平衡发生了移动 从混合物组成来看 各组分的含量从保持一定状态到条件改变时含量发生变化 最后在新条件下保持新的一定状态 同样表明化学平衡发生了移动 3 化学平衡移动的方向 若外界条件改变 引起v正 v逆 此时正反应占优势 化学平衡向正反应方向 右 移动 若外界条件改变 引起v正 v逆 此时逆反应占优势 化学平衡向逆反应方向 左 移动 若外界条件改变v正和v逆都发生变化 如果v正和v逆仍保持相等 化学平衡就没有发生移动 6 外界条件对化学平衡的影响 1 温度对化学平衡的影响研究发现 升高温度 化学平衡向 方向移动 降低温度 化学平衡向 方向移动 2 浓度对化学平衡的影响温度一定时 增大反应物的浓度或减小生成物的浓度都可以使平衡向 移动 增大生成物的浓度或减小反应物的浓度 都可以使平衡向 移动 左 吸热 放热 右 3 压强对化学平衡的影响在一定温度下 增大压强 会使化学平衡向着气态物质计量数 的方向移动 减小压强 会使化学平衡向着气态物质计量数 的方向移动 7 勒 夏特列原理 如果改变影响化学平衡的一个条件 如温度 浓度或压强 平衡就向着能够 这种改变的方向移动 减弱 减小 增大 化学平衡状态 1 可逆反应 1 定义 在同一条件下 既能向正反应方向进行 又能向逆反应方向进行的反应 例如 在n2和h2的反应中 无论怎样改变反应条件都不能使n2和h2完全转化为nh3 这是因为在n2和h2生成nh3的同时 nh3也分解生成n2和h2 即 n2 3h22nh3 2 注意 可逆反应的前提 反应物和产物必须同时存在于同一反应体系中 而且在相同条件下 正逆反应都能自发进行 表示方法 在可逆反应的化学方程式中 用 号来表示 重要的可逆反应 盐类水解 酯的水解等 可逆反应的特征 难以进行到底 存在平衡状态 2 化学平衡状态如图 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 2 注意 前提是一定条件下的可逆反应 实质 正逆反应速率相等 标志 反应混合物中各组分的浓度不随时间变化 保持不变 3 特征 逆 能建立化学平衡的反应一定是可逆反应 动 化学平衡是一种动态平衡 v正 v逆 0 定 条件不变时 各组分的浓度保持不变 等 处于化学平衡状态时 v正 v逆 变 条件改变时 化学平衡发生移动 同 无论是从正反应开始还是从逆反应开始所建立的化学平衡 只要平衡时各物质的含量相同 所建立的平衡是等效的 如 n2 g 3h2 g 2nh3 g 在温度 体积一定时 以1moln2和3molh2开始建立的平衡状态与2molnh3开始所建立的平衡状态中nh3的体积分数是相同的 3 可逆反应达到平衡状态的标志 1 本质标志 同一物质的消耗速率与生成速率相等 即v正 v逆 各组分的百分含量保持不变 不再随时间而变化 2 等价标志 可逆反应的正 逆反应速率不再随时间而发生变化且相等 体系中各组分的含量即物质的量浓度 物质的量分数 体积分数 质量分数等保持不变 但不一定相等 对同一物质而言 单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等的状态 vb正 vb逆 对不同物质而言 一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于其化学反应方程式中的化学计量数 系数 之比 3 特殊标志 对于aa g bb g cc g dd g 类型 反应物和生成物全部都是气体且a b c d的可逆反应 若反应混合物体系中混合气体的平均相对分子质量 体系的总压不再随时间而改变 则反应达到平衡状态 但对于a b c d 由于 无论反应到达平衡状态与否 p始终不变 因此无法用 p来判断反应是否处于平衡状态 对于有气体参加的反应 且反应中气体反应物和气体生成物的化学计量数之和不同的可逆反应 体系中可存在固 液态物质 当恒温恒压时 若反应体系的体积不变 混合气体的密度不变 则反应处于平衡状态 由于任何化学反应都伴有能量的变化 因此在其他条件不变的情况下 当总体系的温度一定时 则反应达到平衡状态 对于有有色物质参加的可逆反应 如h2 g i2 g 2hi g 若体系的颜色不变 则反应达到平衡状态 化学平衡状态的判断方法具体总结如下 一定温度下的密闭容器中 反应a2 g b2 g 2ab g 达到平衡的标志是 a 单位时间内生成nmola2的同时生成nmolabb 容器内的总压强不随时间的变化而变化c 单位时间内生成2nmolab的同时生成nmolb2d 单位时间内生成nmola2的同时生成nmolb2 解析 在一定条件下 判断一个反应是否达到平衡 主要看正 逆反应速率是否相等 体系中各组分的浓度 或含量 是否保持不变 a项生成a2是逆反应 生成ab是正反应 但是v 正 v 逆 没有达到平衡 对于左右两边气体的化学计量数相等的反应来说 b项压强不随时间的变化而变化 不能说明反应混合物中a2 b2和ab的浓度是否保持一定 v 正 是否等于v 逆 该反应前后气体总的物质的量保持不变 在其他条件一定时 反应从开始至反应达到平衡就一直保持不变 故压强不变不能说明反应是否达到平衡状态 c项表明v 正 v 逆 反应已达到平衡状态 d项只说明了逆反应速率 没有说明正反应速率 且不管平衡是否建立 只要反应在进行 生成a2和b2的物质的量之比始终为1 1 答案 c 化学平衡常数 化学平衡常数的含义及表示方法 1 在一定的温度下 当一个可逆反应达到化学平衡时 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 简称为平衡常数 2 符号 k对于一般的可逆反应 aa g bb g cc g dd g 纯固体或溶剂参加的反应 它们不列入平衡常数的表达式中 3 化学平衡常数的物理意义 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度 即反应限度 平衡常数的数值越大 说明反应可以进行得越完全 若k平数值在105左右 通常认为反应进行得较完全 若k平数值在10 5左右 则认为这个反应很难进行 4 平衡常数是反应的特性常数 k只受温度影响 与反应物或生成物的浓度变化无关 对于可逆反应 h2 g i2 g 2hi g 在698 6k时 k 54 5 从教材中的表中数据我们可以看出 平衡常数不随物质的起始浓度而改变 仅取决于反应的本性 反应一定 温度一定 平衡常数就是定值 在恒定的温度下 可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始 最后都能达到同一平衡状态 因此我们说平衡常数是反应的特性常数 5 若用任意状态的浓度幂之积的比值 称为浓度商 用qc表示 与kc相比较 可判断可逆反应是否达到平衡状态和反应进行的方向 即 qc 对于反应aa bb cc dd而言 qc kc 可逆反应向左进行 qc kc 可逆反应处于平衡状态 qc kc 可逆反应向右进行 结论 对于一个可逆反应 浓度平衡常数的表达式不是唯一的 它与化学反应方程式的书写有关 化学反应方程式的书写不同 各反应物 生成物的化学计量数不同 平衡常数表达式就不同 在书写平衡常数表达式时 要注意以下几点 a 在应用平衡常数表达式时 稀溶液中的水分子浓度可不写 因为稀溶液的密度接近于1g ml 水的物质的量浓度为55 6mol l 1 在化学反应中 水量的改变对水的浓度变化影响极小 所以水的浓度是一个常数 此常数可归并到平衡常数中去 对于非水溶液中的反应 溶剂的浓度同样是常数 b 当反应中有固体物质参加时 分子间的碰撞只能在固体表面上进行 固体的物质的量浓度对反应速率和平衡均没有影响 因此 固体的 浓度 视为常数 在平衡常数的表达式中 不写固体的浓度 抽烟对人体有害 烟草不完全燃烧产生的一氧化碳被吸进肺里跟血液中的血红蛋白 用hb表示 化合 发生下述反应 co hb o2 o2 hb co 实验表明 hb co的浓度即使只有hb o2浓度的2 也足以使人的智力受损 试回答 1 上述反应的平衡常数表达式为k 2 抽烟后 吸入肺部的空气中测得的co和o2的浓度分别为10 6mol l 1和10 2mol l 1 已知37 时 平衡常数k 220 这时hb co的浓度 hb o2浓度的0 02倍 填 大于 等于 或 小于 平衡转化率 1 定义 平衡转化率是指用平衡时已转化了的某反应物的量与反应前 初始时 该反应物的量之比来表示反应在该条件下的反应限度 对于反应aa bb cc dd反应物a的转化率可以表示为 2 经验总结 1 可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系 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 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 2 转化率的推导公式 3 反应物量的改变对平衡转化率的影响 1 如果反应物只有一种 如aa g bb g cc g 在容器的体积不变时 增加a的量 平衡向正反应方向移动 但该反应物a的转化率的变化与气体物质的化学计量数有关 若a b c a的转化率不变 若a b c a的转化率增大 若a b c a的转化率减小 2 如果反应物不止一种 如aa g bb g cc g dd g 若只增加a的量 平衡向正反应方向移动 a的转化率减小 b的转化率增大 若按原比例同倍数增加反应物a和b的量 则平衡向正反应方向移动 而反应物转化率与气体反应物的化学计量数有关 若a b c d a b的转化率都不变 若a bc d a b的转化率都增大 在密闭容器中 将2 0molco与10molh2o混合加热到800 达到平衡 co g h2o g co2 g h2 g 且k 1 0 求co转化为co2的转化率 解析 设co转化为co2的转化率为 co g h2o g co2 g h2 g 初始状态 mol2 01000已转化 mol2 0 2 0 2 0 2 0 平衡状态 mol2 0 1 10 2 0 2 0 2 0 反应条件对化学平衡的影响规律 1 浓度对化学平衡的影响当其他条件保持不变时 增大反应物浓度或减小生成物浓度 平衡向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 平衡向逆反应方向移动 注意 固体或纯液体 改变其用量化学平衡不移动 2 压强对化学平衡的影响 1 体积改变的反应增大压强 平衡向气体体积缩小的方向移动 减小压强 平衡向气体体积增大的方向移动 2 体积不变的反应改变压强 化学平衡不移动 注意 对于无气体参加的可逆反应 改变压强时化学平衡不移动 对于aa g bb g cc g 且a b c的可逆反应 对于aa g bb g cc g 且a b c的可逆反应 如下图 新 v 正 v 逆 旧 v正 v逆 新 v 正 v 逆 旧 v正 v逆 3 在容积不变的密闭容器中 气体反应已达平衡 若向该容器中充入一种不能发生化学反应的气体 化学平衡不移动 原因是气态反应物 生成物的浓度未变化 例如可逆反应2so2 g o2 g 2so3 g 达到平衡后 在温度和气体体积不变的条件下充入n2 因c so2 c o2 和c so3 均未发生变化 故化学平衡不移动 4 在容积可变的恒压容器中 充入一种不反应的气体 这时尽管总压强不变 但各气态物质的浓度发生了变化 故应考虑化学平衡发生移动的问题 相当于其他条件不变时 减小压强 3 温度对化学平衡的影响其他条件保持不变时 升温 平衡向吸热反应方向移动 降温 平衡向放热反应方向移动 对于aa bb cc dd h 0的反应 4 催化剂对化学平衡的影响催化剂的作用 使用催化剂不影响化学平衡 由于使用催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的程度是等同的 所以平衡不移动 但应注意 虽然催化剂不使化学平衡移动 但使用催化剂可影响可逆反应达到平衡的时间 对于任意化学反应 双选题 对于密闭容器中进行的反应n2 3h2 2nh3 达到平衡时 如果温度保持不变 增加n2的浓度 a 正反应速率先增大b 逆反应速率先减小c 化学平衡常数增大d 化学平衡常数不变 解析 在温度和其他条件不变时 增大反应物的浓度 化学反应速率增大 增大n2的浓度 正反应速率加快 随着反应的进行 nh3浓度逐渐增大 逆反应速率逐渐加快 如下图所示 故a选项正确 b选项错误 在温度一定时 平衡常数k与浓度无关 故d选项正确 c选项错误 答案 ad 已知常温下气体no2和气体n2o4之间存在如下平衡 2no2 n2o4 h 0 红棕色 无色 如图所示 烧杯甲中盛放100ml6mol l 1的hcl溶液 烧杯乙中盛放100ml冷水 现向烧杯甲的溶液中放入25gnaoh固体 同时向烧杯乙中放入25gnh4no3固体 搅拌使之溶解 1 a瓶中气体的颜色 简述理由 2 b瓶中气体的颜色 简述理由 答案 1 变深naoh溶解放热 中和反应的发生也放热 甲中溶液及a中气体温度升高 2no2 n2o4 h 0 平衡向左移动 no2浓度增大 颜色加深 2 变浅nh4no3溶解吸热 乙中溶液及b中气体温度降低 2no2 n2o4 h 0 平衡向右移动 no2浓度减小 颜色变浅 等效平衡原理及其应用 1 等效平衡的含义化学平衡状态与条件息息相关 而与建立平衡的途径无关 对于同一可逆反应 在一定条件 恒温 恒容或恒温 恒压 下 以不同投料方式 即从正反应 逆反反或从中间状态开始 进行反应 只要达到平衡时各混合物中的百分数 体积分数 物质的量分数或质量分数 相等 这样的化学平衡即互称为等效平衡 2 等效平衡的分类 1 恒温恒容条件下的等效平衡第一类 对于在恒温恒容条件下的可逆反应 只改变起始物质的加入情况 只要通过可逆反应的化学计量数比换算为同一边的物质 其物质的量与原平衡相同 则平衡体系中各组分的百分含量和浓度均相同 简称为 恒温恒容量相等 例如 2so2 o2 2so3a 2mol1mol0b 002molc 0 5mol0 25mol1 5mola 从正反应开始b 从逆反应开始c 正逆反应同时开始上述三种配比 按方程式的计量关系均转化为反应物 则so2为2mol o2均为1mol 三者建立的平衡状态完全相同 第二类 恒温恒容时 对于反应前后气体分子数不变的可逆反应 不同的投料方式 如果根据化学方程式中化学计量数之比换算成同一边物质时 反应物 或生成物 中各组分的物质的量的比例相同 则互称为等效平衡 各组分的百分含量相同 但各组分的浓度不一定相同 例如 h2 g i2 g 2hi g a 1mol1mol0b 003molc 2mol2mol1molb c配比经转化后 都满足n h2 n i2 1 1 则a b c为等效平衡 2 对于恒温恒压下的可逆反应如果根据方程式中化学计量数比换算到同一边时 只要反应物 或生成物 中各组分的物质的量比例相同 即为等效平衡 归纳为 恒温恒压比相等 例如 恒温恒压时n2 3h2 2nh3平衡时nh3的物质的量a 1mol3mol0 xmolb 002molxmolc 004mol2xmold 1mol3mol2mol2xmola b c d达到的平衡为等效平衡 都换算到左边时符合 即按比例投料 故为等效平衡 密闭容器中 保持一定温度 进行如下反应 n2 气 3h2 气 2nh3 气 已知加入1moln2和3molh2 在恒压条件下 达到平衡时生成amolnh3 见表中编号 1 的一行 在恒容条件下 达到平衡时生成bmolnh3 见表中编号 4 的一行 若相同条件下 达到平衡时混合物中各组分的百分含量不变 请填空 解析 这是典型的等效平衡问题 对于n2 g 3h2 g 2nh3 g 的反应 恒容下的等效平衡是向一边倒后 所得的量与原起始物必须相同 而恒压下的等效平衡是向一边倒后 所得的量之比与原起始物的量之比相同即可 恒压下 n2 g 3h2 g 2nh3 g 平衡时n nh3 1 1mol3mol0molamol 2 3moly1mol0molwmol 3 x2moly2mol0 2mol0 5amol 恒压下一边倒后所得的量之比与原起始物量之比相同 故有 此时 2 中的n nh3 是 1 中的3倍 故w 3a 对于 3 一边倒之后 故x2 0 4 y2 1 2 据恒压下等效平衡时的条件知 y 3x 且x 0 y 0 或z 0 x y z不同时为0 恒容下 n2 g 3h2 g 2nh3 g 平衡时n nh3 4 1mol3mol0molbmol 5 0mol0molz1molbmol 6 x3mol2 25molz2molbmol 恒容时 x y z需满足的条件是 2x z 2 2y