天津市梅江中学高中化学 化学平衡课件 新人教版选修4.ppt

第三节化学平衡 恩施高中 一碗水里放很多糖 会出现什么情况 具有化学反应限度的反应也总会出现一个平衡状态 溶解平衡状态 一 可逆反应与不可逆反应 1 可逆反应 相同条件下 同时向正 逆两个反应方向进行的反应 2 可逆反应的特征 二 化学平衡状态 1 化学平衡状态的建立 具有反应限度 1 反应刚开始时 反应物浓度 正反应速率 生成物浓度为 逆反应速率为 最大 最大 0 0 2 反应过程中 反应物浓度 正反应速率 生成物浓度 逆反应速率 减小 逐渐减小 增大 逐渐增大 3 一定时间后 必然出现 正反应速率 逆反应速率 t1 正反应速率 逆反应速率 v正 v逆 这时 co h2o的消耗量等于co2 h2反应生成的co h2o的量 反应仍在进行 但是四种物质的浓度均保持不变 处于动态平衡 这就是我们今天要重点研究的重要概念 化学平衡状态 2 化学平衡状态 在一定条件下 可逆反应进行到一定的程度时 正反应速率与逆反应速率相等 化学反应进行到最大限度 反应物和生成物的浓度不再发生变化 反应混合物处于化学平衡状态 简称化学平衡 3 化学平衡状态的特征 逆 动 等 定 变 4 达到化学平衡的标志 正逆反应速率相等和反应混合物各组分浓度保持不变是判断平衡的两大主要标志 直接标志 速率关系 v正 v逆 应用 判断平衡时 要注意用 同 等 逆 的原则 即 同 不同物质表示的反应速率必须转化为相同物质表示的反应速率 等 转化后的反应速率必须相等 逆 反应方向必须对立 含量关系 反应混合物各组分的浓度 质量分数 物质的量 物质的量分数 体积分数 分子数之比保持不变 间接标志 混合气体的总压强 总体积 总物质的量不随时间改变而 适用于 改变 m n p的反应 混合气体的平均相对分子质量 密度不随时间改变而 适用于 改变 m n p的反应 各气体体积 气体分压 各物质的物质的量不随时间改变 特殊标志 对于有色物质参加反应 如果体系颜色不变 反应达到平衡 对于吸热或放热反应 如果体系温度不变 反应达到平衡 气体的总压 气体的总的物质的量 混合气体的平均相对分子质量 混合气体的密度 反应混合物平衡时物质的量之比 在等系数的气体反应中不能作为平衡判据的是 例1 一定条件下 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同时生成nmolabb 单位时间内生成2nmolab同时生成nmolb2c 单位时间内生成nmola2同时生成nmolb2d 单位时间内生成nmola2同时消耗nmolb2 在判断化学平衡时 要注意化学键数与反应物质的物质的量之间的联系 同时要注意成键 断键与反应方向之间的关系 例2 一定条件下 反应n2 3h22nh3达到平衡的标志是a 一个n n键断裂的同时 有三个h h键形成b 一个n n键断裂的同时 有三个h h键断裂c 一个n n键断裂的同时 有六个n h键断裂d 一个n n键断裂的同时 有六个n h键形成 例3 在一定温度下 向al密闭容器中加入1molx气体和2moly气体发生如下反应 x g 2y g 2z g 此反应达到平衡的标志是a 容器内压强不随时间变化b 容器内各物质的浓度不随时间变化c 容器内x y z的浓度之比为1 2 2d 单位时间消耗0 1molx的同时生成0 2molz 练习 在一定温度下 可逆反应a 气 3b 气 2c 气 达到平衡的标志是 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3nmolbc a b c的浓度不再变化d a b c的分子数比为1 3 2 ac 2 下列说法中可以充分说明反应 p 气 q 气 r 气 s 气 在恒温下已达平衡状态的是 a 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 3 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a 固 3b 气 2c 气 d 气 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 4 在一定温度下 下列叙述不是可逆反应a 气 3b 气 2c 气 2d 固 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 三 化学平衡的移动 化学平衡的研究对象是 化学平衡是有条件限制的 平衡 只有在 时才能保持平衡 当外界条件 浓度 温度 压强 改变时 化学平衡会被 反应混合物里各组分的含量不断 由于条件变化对正逆反应速率的影响不同 致使v正 v逆 然后在新条件下建立 可逆反应 动态 条件一定 破坏 变化 新平衡 一 化学平衡移动的定义 化学上把这种可逆反应中旧化学平衡的破坏 新化学平衡建立的过程叫做化学平衡的移动 二 化学平衡的移动方向的速率判断 若外界条件变化引起v正 v逆 平衡向正反应方向移动 若外界条件变化引起v正 v逆 平衡向逆反应方向移动 若外界条件变化引起v正 v逆 旧平衡未被破坏 平衡不移动 化学平衡总往反应速率大的方向移动 1 浓度对化学平衡的影响 三 影响化学平衡移动的因素 影响因素 1 浓度对平衡的影响 实验2 5 实验2 6 结论 当其他条件不变时 增大反应物浓度或减小生成物浓度 化学平衡向 反应方向移动 增大生成物浓度或减小反应物浓度 化学平衡向 反应方向移动 正 逆 强调 气体或溶液浓度的改变会引起反应速率的变化 纯固体或纯液体用量的变化不会引起反应速率改变 化学平衡不移动 思考 1 某温度下 反应c s h2o g co g h2 g 达到平衡后 增加或移去一部分碳固体 化学平衡移动吗 为什么 2 实验2 6中 向平衡体系中加入少量氯化钾固体 溶液颜色怎么变 为什么 2 压强对化学平衡的影响 讨论 压强的变化对化学反应速率如何影响 v正和v逆怎样变化 会同等程度的增大或减小吗 n2 g 3h2 g 2nh3 g 反应中 压强变化和nh3含量的关系 结论 压强增大 nh3 增大 平衡向正反应方向移动 即压强增大 v正和v逆同时增大 但改变倍数不同 压强减小 v正和v逆同时减小 但改变倍数不同 压强对化学平衡的影响 aa g bb g cc g 规律 增大压强 化学平衡向 移动 减小压强 化学平衡向 移动 体积相等的气体反应 压强改变 化学平衡 气体体积缩小方向 气体体积扩大方向 不移动 增大压强 气体总物质的量浓度增大 化学平衡向气体总物质的量浓度减小的方向移动 减小压强 气体的总物质的量浓度减小 化学平衡向气体总物质的量增大的方向移动 结论 压强变化不影响体积相等的气体反应的化学平衡 讨论 压强的变化不会影响固体或液体物质的反应速率 压强的变化会使固体或液体反应的化学平衡移动吗 aa g bb g cc g 当a b c时 结论 无气体参加的反应 压强的改变 不能使化学平衡移动 强调 压强变化若没有浓度的变化 化学反应速率 化学平衡 不变 不移动 不变 不变 不移动 减小 逆反应 3 温度对化学平衡的影响 讨论 温度的变化对化学反应速率如何影响 v正和v逆怎样变化 结论 温度升高 v正和v逆同时增大 但改变倍数不同 温度降低 v正和v逆同时减小 但改变倍数不同 问题 温度的变化如何改变不同反应的v正和v逆的倍数 实验2 5 温度对平衡的影响 2no2n2o4 正反应放热 实验现象 温度升高 混合气体颜色加深 平衡向 方向移动 温度降低 混合气体颜色变浅 平衡向 方向移动 no2浓度增大 逆反应 no2浓度减小 正反应 v正 v逆 v正 v逆 t1 t s v moll 1s 1 0 t2升温 v 正 v 逆 v 逆 v 正 温度对化学平衡的影响 改变的条件 平衡移动的方向 平衡移动的结果 增大反应物浓度 减小反应物浓度 增大生成物浓度 减小生成物浓度 增大体系压强 减小体系压强 升高体系温度 降低体系温度 小结 aa g bb g cc g dd g hc d 正反应方向 使反应物浓度减小 逆反应方向 使反应物浓度增大 逆反应方向 使生成物浓度减小 正反应方向 使生成物浓度增大 正反应方向 体系压强减小 逆反应方向 体系压强增大 逆反应方向 体系温度减低 正反应方向 体系温度升高 如果改变影响平衡的一个条件 浓度 温度 压强等 平衡就向能够使这种改变减弱的方向移动 4 化学平衡移动原理 勒夏特列原理 原理 如果改变影响平衡的一个条件 浓度 温度 压强等 化学平衡就向减弱这种改变的方向移动 此原理只适用于已达平衡的体系 平衡移动方向与条件改变方向相反 例如 增大浓度 平衡移向减小这种浓度的方向 增大压强 向减小压强方向移动 说明 减弱 的含义 平衡移动后结果变化的方向不变 但程度减小 例如 增加反应物浓度平衡移动后该反应物浓度仍增加 只是增加的程度比没有平衡移动时要小 若n2的平衡浓度为amol l 其他条件不变时 充入n2使其浓度增大到bmol l后平衡向方向移动 达到新平衡后 n2的浓度为cmol l 则a b c的大小为 若平衡体系的压强为p1 之后缩小反应体系体积使压强增大到p2 此时平衡向 方向移动 达到新平衡后体系的压强为p3 则p1 p2 p3的大小为 若平衡体系的温度为t1 之后将温度升高到t2 此时平衡向 方向移动 达到新平衡后体系的温度为t3 则t1 t2 t3的大小为 正反应 a c b 正反应 p1 p3 p2 逆反应 t1 t3 t2 讨论 反应n2 g 3h2 g 2nh3 g h 0达到化学平衡 改变下列条件 根据反应体系中的变化填空 即 平衡移动的结果是减弱改变而不是抵消改变 5 催化剂对化学平衡的影响 讨论 催化剂怎样改变v正和v逆 小结 同步 等倍数改变v正和v逆 结论 催化剂不能使化学平衡发生移动 不能改变反应混合物含量 但可以改变达到平衡的时间 课堂练习 1 已建立化学平衡的某可逆反应 当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时 下列有关叙述正确的是 生成物的百分含量一定增加 生成物的产量一定增加 反应物的转化率一定增大 反应物浓度一定降低 正反应速率一定大于逆反应速率 使用了合适的催化剂a b c d b 2 恒温下 反应ax g by g cz g 达到平衡后 把容器体积压缩到原来的一半且达到新平衡时 x的物质的量浓度由0 1mol l增大到0 19mol l 下列判断正确的是 a a b cb a b cc a b cd a b c a 在一定温度下 可逆反应无论从正反应开始 还是从逆反应开始 也无论反应物起始浓度的大小 最后达到平衡时 尽管每种物质的浓度在各个体系中并不一致 但各种生成物浓度的系数次方的乘积除以各反应物浓度的系数次方的乘积所得的之比却是恒定值 请仔细阅读教材p29表格 从中你能获得什么信息 k 四 化学平衡常数 实验测得 同一反应 如 aa bbcc dd 在某温度下达到的化学平衡状态 平衡体系中各物质的浓度满足下面关系 其中c为各组分的平衡浓度 温度一定 k为定值 即化学平衡常数只与温度有关 而与反应物或生成物的浓度无关 一 化学平衡常数表达式 一定温度下 可逆反应处于平衡状态时 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 化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志 表示在一定温度下 可逆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 说明平衡时生成物的浓度越大 反应物的浓度越小 反应程度越大 反应物转化率也越大 反之则转化率越低 2 k值与浓度无关 随温度变化而变化 化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现 二 化学平衡常数意义 三 使用平衡常数应注意的问题 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 反应物或生成物中有固体和纯液体存在时 由于其浓度可看做常数 1 而不代入公式 表达式中不需表达 一定温度下 如 一定温度下 4 平衡常数的表达式与方程式的书写有关 k1 1 k2 k32 某温度下 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数 若反应方向改变 则平衡常数改变 若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小 尽管是同一个反应 平衡常数也会改变 5 利用k值可判断某状态是否处于平衡状态 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 q k v正 v逆 反应向正方向进行 q k v正 v逆 反应处于平衡状态 q k v正 v逆 反应向逆方向进行 则 现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应 2so2 o22so3 知c so2 始 0 4mol l c o2 始 1mol l经测定该反应在该温度下的平衡常数k 19 试判断 1 当so2转化率为50 时 该反应是否达到平衡状态 若未达到 哪个方向进行 2 达平衡状态时 so2的转化率应为多少 例2 五 有关化学平衡的计算 起始量 变化量 平衡量的计算关系 在反应aa g bb g cc g dd g 中 计算关系为 aa g bb g cc g dd g n1 n2 0 0 ax bx cx dx n1 ax n2 bx cx dx 单位统一 已知条件 计量系数之比 加 减计算 物质浓度的变化关系 反应物 平衡浓度 起始浓度 变化浓度 生成物 平衡浓度 起始浓度 变化浓度 各物质的变化浓度之比 化学计量系数之比 反应物的转化率 反应物转化为生成物的百分率 解 mol 2 0 1 5 4 1 3 3 4 2 2 2 x 2 0 1 5 4 x 2 解析 这是一个连续平衡的计算 计算思路为 第一个反应的平衡量作为第二个反应的起始量 解 起 变 平 4mol 0 0 x x x 4mol x x x x 0 x y y y x y y x y x y 1 62 x y 4 50 解得 x 3 06mol y 1 44mol 故 c n2o5 4 3 06 mol 1l 0 94mol l c n2o 1 44mol 1l 1 44mol l 解 n n 0 x 2x 2x n x n 2x 2x 由题意可知 n x n 2x 2x x 0 4n 解题的一般步骤 列出三栏数据 根据题意列方程 求解 气体反应计算时经常使用的推论 例4教材p29例1 3 计算 1 2 问条件下h2 i2的转化率 通过比较你有什么想法 不同的起始条件能达到相同的平衡状态 4 在上述温度下 该容器中若通入0 1molh2 0 2moli2 试计算h2 i2的转化率 通过分别与 1 2 的转化率比较 你能得出什么结论 增加反应物之一的浓度 可以提高其他反应物的转化率 而自身的转化率降低 六 化学平衡图像问题 1 浓度 时间图 可用于 1 写出化学反应方程式 2 求反应物的转化率 a 2b3c a的转化率 33 3 b的转化率 66 7 1 写出化学反应方程式 2 求反应物的转化率 例 练 5a3b 2c a的转化率 62 5 2 速度 时间图 可用于 1 已知引起平衡移动的因素 判断反应是吸热或放热 反应前后气体体积的变化 2 已知反应 判断引起平衡移动的因素 引起平衡移动的因素是 平衡将向方向移动 增大反应物浓度 正 引起平衡移动的因素是 平衡将向方向移动 减小生成物浓度 正 2 速度 时间图 已知对某一平衡改变温度时有如下图变化 则温度的变化是 升高或降低 平衡向反应方向移动 正反应是热反应 升高 正 吸 2 速度 时间图 对于ma g nb g pc g qd g 改变压强时有如下图变化 则压强变化是 增大或减小 平衡向反应方向移动 m n p q 增大 逆 3 某物质的转化率 或百分含量 时间 温度 或压强 图 对于反应ma g nb g pc g qd g 正反应吸热 m n p q 正反应放热 m n p q 3 某物质的转化率 或百分含量 时间 温度 或压强 图 例 对于反应ma g nb g pc g qd g m n p q 正反应吸热 练习 对于反应ma g nb g pc g 有如图所示的关系 则 p1 p2 t1 t2 m n p 该反应正反应为 反应 放热 p1 p2p增大c 增大平衡右移体积缩小 t1 t2t降低c 增大平衡右移正反应放热 4 某物质的转化率 或百分含量 温度 或压强 图 对于反应ma g nb g pc g qd g 正反应放热m n p q 正反应放热m n p q 4 某物质的转化率 或百分含量 温度 或压强 图 对于反应ma g nb g pc g qd g 正反应吸热m n p q 正反应吸热m n p q 恒定温度讨论压强 压强增大 d 增大 正反应气体体积缩小 恒定压强讨论温度 温度升高 d 减小 逆反应为吸热反应 放热 5 其它 正反应吸热 正反应吸热 正反应放热 m n p q 对于反应ma g nb g pc g qd g 解答时遵守两个原则 定一议二 先拐先平 对于ma g nb g pc g q有如图所示的变化 则 p1与p2的关系是 m n与p的关系是 t1与t2的关系是 q与0的关系是 p2 p1 t2 t1 m n p 0 q 练习一 练习二 对于2a g b g c g 3d g 正反应吸热 有如下图所示的变化 图中y轴可能表示 a b物质的转化率b 正反应的速率c 平衡体系中的a d 平衡体系中的c a d 广东18 右图曲线a表示放热反应x g y g z g m g n s 进行过程中x的转化率随时间变化的关系 若要改变起始条件 使反应过程按b曲线进行 可采取的措施是 a 升高温度b 加大x的投入量c 加催化剂d 减小体积 练习三 下图是在其它条件一定时 反应2no o22no2 q q 0 中no的最大转化率与温度的关系曲线 图中坐标有a b c d e5点 其中表示未达平衡状态且v正 v逆的点是 c点 练习四 年江苏 18 在容积固定的密闭容器中存在如下反应 a g 3b g 2c g h 0某研究小组研究了其他条件不变时 改变某一条件对上述反应的影响 并根据实验数据作出下列关系图下列判断一定错误的是a 图i研究的是不同催化剂对反应的影响 且乙使用的催化剂效率较高b 图 研究的是压强对反应的影响 且甲的压强较高c 图 研究的是温度对反应的影响 且甲的温度较高d 图 研究的是不同催化剂对反应的影响 且甲使用的催化剂效率较高 七 等效平衡问题 浓度 mol l 1 时间 s 0 00 1 00 2 00 1 58 0 21 浓度 mol l 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 1molh2 1moli2 2molhi 相当于 在425 时 在1l密闭容器中进行反应 h2 i22hi 达到平衡 分别说明下列各图所示的涵义 由图中的事实可以说明化学平衡具有哪些特征 在一定条件下 可逆反应只要起始浓度相当 无论经过何种途径 达到化学平衡时 只要同种物质的体积分数相同 这样的平衡称为等效平衡 一 等效平衡的概念 等效平衡建成条件探究一 在一定温度下 一个容积固定的密闭容器中发生反应 2a g b g 3c g d g 根据下表有关数据分析恒温 恒容下等效平衡建成的条件 恒温恒容 1 恒温 恒容下对于气态物质反应前后分子数变化的可逆反应等效平衡的判断方法是 使用极限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物 然后观察有关物质的物质的量是否对应相等 二 等效平衡的建成条件 判断方法及产生结果 归纳总结 产生结果 各组分百分量 n c均相同 练习1 在一个1l的密闭容器中 加入2mola和1molb 发生下述反应 达到平衡时 c的体积分数为a 维持容器的体积和温度不变 按下列配比作为起始物质 达到平衡后 c的体积分数为a 是a 3molc 1moldb 1mola 0 5molb 1 5molc 0 5moldc 1mola 0 5molb 1 5molcd 4mola 2molb ab 练习2 某温度下 向某密闭容器中加入1moln2和3molh2 使之反应合成nh3 平衡后测得nh3的体积分数为m 若t不变 只改变起始加入量 使之反应平衡后nh3的体积分数仍为m 若n2 h2 nh3的加入量用x y z表示应满足 1 恒定t v 1 若x 0 y 0 则z 2 若x 0 75 y z 3 x y z应满足的一般条件是 2mol 2 25mol 0 5mol x z 2 1 y 3z 2 3 恒温恒容 等效平衡建成条件的探究二 在恒温恒容时下列能与下图达到等效平衡的是 a 2molhib 2molh2 2moli2c 1molh2 1moli2 2molhid 0 5molh2 0 5moli2 1molhi 110 220 220 110 abcd 极限转化 等效平衡建成条件的探究二 2 恒温 恒容下对于气态物质反应前后分子数相等的可逆反应等效平衡的判断方法是 使用极限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物 然后观察有关物质的物质的量比是否相等 归纳总结 产生结果 各组分百分量相同 n c同比例变化 二 等效平衡的建成条件 判断方法及产生结果 练习3 对于h2 i2 g 2hi 在恒温 恒容下 按下列不同量反应等效的有 1 2 3 4 5 或 练习4 在固定体积的密闭容器内 加入2mola 1molb 发生反应 a 气 b 气 2c 气 达到平衡时 c的质量分数为w 在相同 t v 条件下 按下列情况充入物质达到平衡时c的质量分数仍为w的是a 2molcb 3molcc 4mola 2molbd 1mola 2molc cd 练习5 在一个1l的密闭容器中 加入2mola和1molb 发生下述反应 达到平衡时 c的浓度为1 2mol l 维持容器的体积和温度不变 按下列配比作为起始物质 达到平衡后 c的浓度仍为1 2mol l的是a 0 3molc 0 1moldb 1 6mola 0 8molb 0 6molc 0 2moldc 3molc 1mold 1molbd 4mola 2molb b 在一定温度下 一个压强恒定的密闭容中发生反应2a g b g 3c g d g 根据下表有关数据分析恒温 恒压下等效平衡建成的条件 等效平衡建成条件的探究三 恒温恒压 平衡状态 与可逆反应气态物质的化学计量数无关 使用极限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物 然后观察有关物质的物质的量比是否相等 3 恒温 恒压下等效平衡的判断方法是 归纳总结 产生结果