高二化学选修四化学反应原理第二章第第三节化学平衡全.ppt

化学反应原理 新课标人教版选修四 江苏省淮安中学张正飞2020年1月21日星期二 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 一 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 更多资源 二 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 以蔗糖溶解于水为例 蔗糖分子离开蔗糖表面扩散到水中的速率与溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成为晶体的速率相等 即 溶解速率 结晶速率达到了溶解的平衡状态 一种动态平衡 那么 可逆反应的情况又怎样呢 开始时c CO c H2O 最大 c CO2 c H2 0 随着反应的进行 正反应速率逐渐减小 逆反应速率逐渐增大 c CO2 c H2 逐渐增大 进行到一定程度 总有那么一刻 正反应速率和逆反应速率的大小不再变化 c CO c H2O 逐渐减小 且正反应速率 逆反应速率 正反应速率 逆反应速率 相等 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 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 三 化学平衡状态定义 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 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 强调三点 前提条件 可逆反应 实质 正反应速率 逆反应速率 标志 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 四 化学平衡状态的特征 2 动 动态平衡 正逆反应仍在进行 3 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 5 变 条件改变 原平衡被破坏 在新的条件下建立新的平衡 1 逆 可逆反应 以xA g yB g zC g 为例 分析化学反应达到平衡状态的标志 例 在一定温度下 可逆反应A 气 3B 气 2C 气 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 判断可逆反应达到平衡状态 重要题型 例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 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 下列说法可以证明反应N2 3H22NH3已达平衡状态的是 AC A 1个N N键断裂的同时 有3个H H键形成 B 1个N N键断裂的同时 有3个H H键断裂 C 1个N N键断裂的同时 有6个N H键断裂 D 1个N N键断裂的同时 有6个N H键形成 注意 1 对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应 如2SO2 O22SO3 来说 可利用混合气体的总压 总体积 总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡 2 对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应 如H2 I2 g 2HI 不能用此标志判断平衡是否到达 因为在此反应过程中 气体的总压 总体积 总物质的量都不随时间的改变而改变 3 对于不同类型的可逆反应 某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志 取决于该物理量在平衡到达前 反应过程中 是否发生变化 若是则可 否则 不行 化学反应原理 新课标人教版选修四 江苏省淮安中学张正飞2020年1月21日星期二 第二章化学反应速率和化学平衡 第三节化学平衡 第二课时 平衡移动 复习回忆 化学平衡状态的特征 1 逆 可逆反应 2 动 动态平衡 3 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 变并定 看其在反应过程中变不变 如果是变化的 则当其一定就是达到平衡状态的标志 练习一 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 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 练习二 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 2A B C D A 5 变 条件改变 原平衡被破坏 在新的条件下建立新的平衡 可见 化学平衡只有在一定的条件下才能保持 当外界条件改变 旧的化学平衡将被破坏 并建立起新的平衡状态 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 化学平衡移动的概念 研究对象 已建立平衡状态的体系 平衡移动的标志 1 反应混合物中各组分的浓度发生改变 2 V正 V逆 一 浓度对化学平衡的影响 增加Fe3 或SCN 的浓度 平衡向生成Fe SCN 3的方向移动 故红色加深 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 原因分析 增加反应物的浓度 V正 V逆 平衡向正反应方向移动 当减小反应物的浓度时 化学平衡将怎样移动 并画出速率 时间关系图 讨论 1 结论 在其它条件不变的情况下 增加反应物的浓度 或减少生成物的浓度 平衡向正反应方向移动 反之 增加生成物的浓度 或减少反应物的浓度 平衡向逆反应方向移动 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 一 浓度对化学平衡的影响 2 意义 思考 1 在二氧化硫转化为三氧化硫的过程中 应该怎样通过改变浓度的方法来提高该反应的程度 2 可逆反应H2O g C s CO g H2 g 在一定条件下达平衡状态 改变下列条件 能否引起平衡移动 CO浓度有何变化 增大水蒸气浓度 加入更多的碳 增加H2浓度 增加氧气的浓度 3 浓度对化学平衡移动的几个注意点 对平衡体系中的固态和纯液态物质 其浓度可看作一个常数 增加或减小固态或液态纯净物的量并不影响V正 V逆的大小 所以化学平衡不移动 只要是增大浓度 不论增大的是反应物浓度 还是生成物浓度 新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态 减小浓度 新平衡状态下的速率一定小于原平衡状态 反应物有两种或两种以上 增加一种物质的浓度 该物质的平衡转化率降低 而其他物质的转化率提高 二 压强对化学平衡的影响 NH3 随着压强的增大而增大 即平衡向正反应的方向移动 实验数据 解释 说明 增大压强 正逆反应速率均增大 但增大倍数不一样 平衡向着体积缩小的方向移动 加压 体积缩小 浓度增大 正反应速率增大逆反应速率增大 V正 V逆 平衡向正反应方向移动 1 前提条件 2 结论 对于反应前后气体体积发生变化的化学反应 在其它条件不变的情况下 增大压强 会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动 减小压强 会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动 体积缩小 即气体分子数目减少体积增大 即气体分子数目增多 说明 V molL 1S 1 0 t2 V 正 V 逆 V 逆 V 正 增大压强 3 速率 时间关系图 速率 时间关系图 V 正 V 逆 增大压强 正逆反应速率均增大 但增大倍数一样 V 正 V 逆 平衡不移动 t2 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 移动的根本原因是什么 2NO g O2 g 2NO2 g CaCO3 s CaO s CO2 g H2O g C s CO g H2 g H2O g CO g CO2 g H2 g H2S g H2 g S s 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 化学反应原理 新课标人教版选修四 江苏省淮安中学张正飞2020年1月21日星期二 第二章化学反应速率和化学平衡 第三节化学平衡 第三课时 平衡移动 复习回忆 浓度对化学平衡的影响 压强对化学平衡的影响 三 温度对化学平衡的影响 在其它条件不变的情况下 升高温度 平衡向吸热反应方向移动 降低温度 平衡向放热反应方向移动 1 结论 2 原因分析 在其它条件不变的情况下 升高温度 不管是吸热反应还是放热反应 反应速率都增大 但吸热反应增大的倍数大于放热反应增大的倍数 故平衡向吸热反应的方向移动 t2 V 正 V 逆 V 逆 V 正 升高温度 正反应是放热反应 3 速率 时间关系图 2NO2N2O4 四 催化剂对化学平衡的影响 同等程度改变化学反应速率 V 正 V 逆 只改变反应到达平衡所需要的时间 而不影响化学平衡的移动 V 正 V 逆 催化剂对可逆反应的影响 可见 要引起化学平衡的移动 必须是由于外界条件的改变而引起V正 V逆 平衡移动的本质 化学平衡为动态平衡 条件改变造成V正 V逆 平衡移动原理 勒沙特列原理 如果改变影响平衡的条件 如浓度 压强 或温度 等 平衡就向能减弱这种改变的方向移动 课堂练习 下列事实中不能用平衡移动原理解释的是 A 密闭 低温是存放氨水的必要条件 B 实验室用排饱和食盐水法收集氯气 C 硝酸工业生产中 使用过量空气以提高NH3的利用率 D 在FeSO4溶液中 加入铁粉以防止氧化 D 课堂练习 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 再见 等效平衡 江苏省淮安中学高二化学组2020年1月21日星期二 热烈欢迎各位老师莅临指导 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 但达到化学平衡时 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 A B 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 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不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 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 各组分百分量 c相同 n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6 在一个1L的密闭容器中 加2molA1molB 发生下述反应 达到平衡时 C的浓度为1 2mol L C的体积分数为a 维持容器的压强和温度不变 按下列配比作为起始物质 达到平衡后 C的浓度仍是1 2mol L 或C的体积分数仍是a 的是A 3molC 1molDB 1molA 0 5molB 1 5molC 0 5molDC 1molA 0 5molB 1 5molCD 4molA 2molB ABD 练习7 在恒温 恒压的条件下 向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB 发生如下反应 3A 气 2B 气 xC 气 yD 气 达到平衡时 C的体积分数为m 若维持温度压强不变 将0 6LA 0 4LB 4LC 0 8LD作为起始物质充入密闭容器中 达到平衡时C的体积分数仍为m 则X Y的值分别为 Ax 3y 1Bx 4y 1Cx 5y 1Dx 10y 2 CD 等效平衡小结 投料换算成相同物质表示时量相同 两次平衡时各组分百分量 n c均相同 投料换算成相同物质表示时等比例 两次平衡时各组分百分量相同 n c同比例变化 投料换算成相同物质表示时等比例 两次平衡时各组分百分量 c相同 n同比例变化 练习8 在一固定容积的密闭容器中充入2molA和1molB 发生反应 2A 气 B 气 xC 气 达到平衡后 C的体积分数为W 若维持容器体积和温度不变 按0 6molA 0 3molB和1 4molC为起始物质 达到平衡后 C的体积分数仍为W 则x值为 A 1B 2C 3D 4 BC 练习9恒温 恒压下 在一个可变容积的容器中发生如下发应 A 气 B 气 C 气 1 若开始时放入1molA和1molB 到达平衡后 生成amolC 这时A的物质的量为 2 若开始时放入3molA和3molB 到达平衡后 生成C物质的量为mol 3 若开始时放入xmolA 2molB和1molC 到达平衡后 A和C的物质的量分别是ymol和3amol 则x mol y mol 3a 1 a mol 2 3 3a 练习10 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 2 恒定T P 1 若X 0 Y 0 则Z 2 若X 0 75 则Y Z 3 X Y Z应满足的一般条件是 0 2 25mol 0 Y 3X Z 0 练习11 某温度下 在一容积可变的容器中 反应2A g B g 2C g 达到平衡时 A B和C的物质的量分别为4mol 2mol和4mol 保持温度和压强不变 对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整 可使平衡右移的是A 均减半B 均加倍C 均增加1molD 均减少1mol C 概念的理解 1 一定条件下 通常可以是 同T同V 同T同P 2 平衡状态 终态 只与始态有关 而与途径无关 如 无论反应从什么方向开始 投料是一次还是分成几次 只要起始浓度相当 就达到等效平衡状态 概念的理解 3 体积分数相同 即平衡混合物各组分的百分含量对应相同 但各组分的物质的量 浓度可能不同 概念的理解 恒温恒容 化学反应原理 新课标人教版选修四 江苏省淮安中学张正飞2020年1月21日星期二 第二章化学反应速率和化学平衡 第三节化学平衡 第四课时 化学平衡常数 复习回忆 平衡移动原理 勒沙特列原理 如果改变影响平衡的条件 如浓度 压强 或温度 等 平衡就向能减弱这种改变的方向移动 课堂练习 在高温下 反应2HBr g H2 g Br2 g 正反应吸热 达到平衡 要使混气颜色加深 可采取的方法是A 减压B 缩小体积C 升温D 增大H2浓度 B C 密闭容器中mA g nB g pC g 反应达到平衡 经测定增大压强P时 A的转化率随P而变化的曲线如下图 则 1 增大压强 A的转化率 平衡向移动 达到平衡后 混合物中C的浓度 2 上述化学方程式中的系数m n p的正确关系是 3 当降低温度时 C的浓度减小 正反应是 热反应 增大 m n p 增大 吸 A的转化率 P 正反应方向 阅读课本 31表格 你能得出什么结论 结论 一定温度下 对于已达平衡的反应体系中 生成物以它的化学计量数为乘幂的浓度之积除以反应物以它的化学计量数为乘幂的浓度之积是个常数 一 化学平衡常数定义 这个常数叫做该反应的化学平衡常数 浓度的单位为mol L 1 K的单位为 mol L 1 n 二 平衡常数的数学表达式及单位 对于一般的可逆反应mA nB pC qD 1 如果反应中有固体和纯液体参加 它们的浓度不应写在平衡关系式中 因为它们的浓度是固定不变的 化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度 如 CaCO3 s CaO s CO2 g K CO2 CO2 g H2 g CO g H2O l K CO CO2 H2 三 书写平衡常数关系式的规则 例N2 g 3H2 g 2NH3 g K1 1 60 10 51 2N2 g 3 2H2 g NH3 g K2 3 87 10 2K1 K2 K1 K22 2 同一化学反应 可以用不同的化学反应式来表示 每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数 3 多重平衡规则若干方程式相加 减 则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积 商 例1 2NO g O2 g 2NO2K12NO2 g N2O4K22NO g O2 g N2O4 g K K1 K2 例2 C s CO2 g 2CO g KC s H2O g CO g H2 g K1CO g H2O g CO2 g H2 g K2K K1 K2 平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度 估计反应的可能性 因为平衡状态是反应进行的最大限度 如 N2 g O2 g 2NO g Kc 1 10 30 298K 这意味着298K时 N2和O2基本上没有进行反应 反之NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行 平衡时NO实际上全部分解为N2和O2 四 平衡常数的意义 2 平衡常数数值的大小 只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度 并不能预示反应达到平衡所需要的时间 如 2SO2 g O2 2SO3 g 298K时K很大 但由于速度太慢 常温时 几乎不发生反应