高中化学 233化学平衡常数等效平衡课件 新人教版选修4.ppt

1 理解化学平衡常数的含义 能够利用化学平衡常数进行简单的计算 2 了解等效平衡的含义 类型和分析方法 3 了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的重要作用 化学平衡常数1 定义在 下 当一个可逆反应达到 状态时 生成物 与反应物 的比值是一个常数 简称平衡常数 用符号 表示 2 表达式对于一般的可逆反应ma g nb g pc g qd g 在一定温度下 k 3 意义 1 k值越大 说明正反应进行的程度 反应物的转化率 反之反应物转化越 转化率就 2 k只受 影响 与反应物或生成物的 无关 答案 1 一定温度化学平衡浓度幂之积浓度幂之积k3 1 越大越大不完全越小 2 温度浓度变化 化学平衡状态的建立与反应途径有没有关系 提示 化学平衡状态的建立与反应途径无关 无论可逆反应是从正反应方向开始 还是从逆反应方向开始 或从中间状态开始 只要起始投入的物质的量相当 则均可达到等效平衡状态 说明 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 平衡常数的表达式就不同 对于有固体 水参加或生成的反应来说 固体 水的浓度视为常数 不应包含在化学平衡常数的表达式中 k只受温度影响 当温度不变时 k值不变 温度升高时 对 h 0的反应 k值变小 h 0的反应 k值增大 如果由于浓度 压强的改变而引起化学平衡的移动 但温度恒定 则k值一定不变 案例精析 例1 已知在448 时 反应h2 g i2 g 2hi g 的平衡常数k1为49 则该温度下反应2hi g h2 g i2 g 的平衡常数k2为 反应h2 g i2 g hi g 的平衡常数k3为 在一定体积的密闭容器中 进行如下化学反应 co2 g h2 g co g h2o g 其化学平衡常数k和温度t的关系如下表所示 回答下列问题 1 该反应的化学平衡常数表达式为k 2 该反应为 反应 填 吸热 或 放热 3 能判断该反应达到化学平衡状态的依据是 a 容器中压强不变b 混合气体中c co 不变c h2 正 h2o 逆d c co2 c co 4 某温度下 平衡浓度符合下式 c co2 c h2 c co c h2o 试判断此时的温度为 5 在800 时 发生上述反应 某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c co2 为2mol l c h2 为1 5mol l c co 为1mol l c h2o 为3mol l 则下一时刻 反应向 填 正向 或 逆向 进行 解析 第2个反应与第1个反应互为正逆反应 平衡常数互为倒数关系 第3个反应的化学计量数与第1个相比 缩小为一半 平衡常数也会发生变化得k3 k1 通过表中k和温度t的关系可知 温度越高 k值越大 反应向正向进行的程度越大 说明正向反应为吸热方向 当c co2 c h2 c co c h2o 时 k 1 此时温度由表中数据可知为830 判断反应进行的方向时 可根据q与k的大小关系判断 此时刻下 所以反应向逆反应方向进行 合成氨反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 在某温度下达平衡时 各物质的物质的量浓度是c n2 3mol l 1 c h2 9mol l 1 c nh3 4mol l 1 求该温度时的平衡常数和n2 h2的起始浓度 解析 由题意知 由平衡时各物质的浓度可求出该温度时的平衡常数 再根据合成氨反应方程式和反应起始浓度可求出n2 h2的起始浓度 n2 g 3h2 g 2nh3 g c起始 mol l 1xy0c转化 mol l 1a3a2ac平衡 mol l 1394 解得a 2 x 5 y 15 答案 该温度下k 7 32 10 3起始时c n2 5mol l 1 c h2 15mol l 1 在密闭容器中 将2 0molco与10molh2o混合加热到800 达到下列平衡 co g h2o g co2 g h2 g 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 n起始 mol2 01000n转化 mol2 0 2 0 2 0 2 0 n平衡 mol2 0 1 10 2 0 2 0 2 0 由题意知 解得 83 答案 co转化为co2的转化率为83 2008 宁夏高考卷 12 将固体nh4i置于密闭容器中 在一定温度下发生下列反应 nh4i s nh3 g hi g 2hi g h2 g i2 g 达到平衡时 c h2 0 5mol l 1c hi 4mol l 1 则此温度下反应 的平衡常数为 a 9b 16c 20d 25 解析 本题考查平衡常数的计算 由h2和hi的平衡浓度可推算出 反应生成的hi和nh3的浓度都为0 5 2 4 5mol l 1 由于nh3没有转化 其平衡浓度仍为5mol l 1 而hi的平衡浓度由题意可知为4mol l 1 则 的平衡常数k1 nh3 平 hi 平 5 4 20 c正确 答案 c 1 概念在一定条件 恒温恒容或恒温恒压 下 同一可逆反应体系 不管是从正反应开始 还是从逆反应开始 在达到化学平衡状态时 任何相同组分的百分含量 体积分数 物质的量分数等 均相同 这样的化学平衡互称为等效平衡 2 概念的理解 1 只要是等效平衡 平衡时同一物质的百分含量 体积分数 物质的量分数等 一定相同 2 外界条件相同 通常可以是 恒温恒容 恒温恒压 3 平衡状态只与始态有关 而与途径无关 如 无论反应从正反应方向开始 还是从逆反应方向开始 投料是一次还是分成几次 反应容器是经过扩大 缩小还是缩小 扩大的过程 在比较时都运用 一边倒 的方法回到起始的状态进行比较 3 等效平衡的分类第一类 对于恒温 恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质 其物质的量与对应组分的起始加入量相同 则建立的化学平衡状态是等效的 例如 恒温恒容下的可逆反应 2so2 o2 2so3 2mol1mol0mol 0mol0mol2mol 0 5mol0 25mol1 5mol上述三种配比 按方程式的计量关系均转化为反应物 则so2均为2mol o2均为1mol 三者建立的平衡状态完全相同 案例精析 例2 在一定温度下 把2molso2和1molo2通入一个一定容积的密闭容器里 发生如下反应 2so2 o22so3 当此反应进行到一定程度时 反应混和物就处于化学平衡状态 现在该容器中 维持温度不变 令a b c分别代表初始加入的so2 o2和so3的物质的量 mol 如果a b c取不同的数值 它们必须满足一定的相互关系 才能保证达到平衡时 反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同 请填写下列空白 1 若a 0 b 0 则c 2 若a 0 5 b 和c 3 a b c取值必须满足的一般条件是 请用两个式子表示 其中一个只含a和c 另一个只含b和c 解析 方法一 化学平衡特点之一 只要条件不变 温度 压强或体积 浓度 无论反应是从正反应开始 还是从逆反应开始 也无论反应物的量是一次加入还是多次加入 达到平衡时 体系中各物质的百分含量与原平衡状态时完全相同 抓住这个特点 此题就迎刃而解 设反应在题设条件 2molso2和1molo2为起始反应物 达化学平衡时so3的物质的量为xmol 则2so2 o2 2so3起始 mol 210平衡 mol 2 x1 0 5xx 设以amolso2和bmolo2 cmolso3为起始反应物达到化学平衡时生成so3的物质的量为ymol 则2so2 o2 2so3起始 mol abc平衡 mol a yb 0 5yc y由于上述两个平衡是等价的 那么可知 若a 0 b 0 代入上式 可得c 2 若a 0 5 代入上式 可得c 1 5 b 0 25 方法二 可从原子守恒角度来分析 在一定条件下 对于同一可逆反应 要达到相同的平衡状态 尽管起始加入的物质的量不同 但起始时物质中所含各种原子的总物质的量一定相同 2so2 o2 2so3初始状态 mol 210状态 1 mol 00c状态 2 mol 0 5bc状态 3 mol abc 1 由硫原子守恒可得 c 2 或由氧原子守恒 得3c 2 2 1 2 2 由硫原子守恒可得 0 5 c 2 c 1 5 由氧原子守恒可得 0 5 2 2b 3c 2 2 2 1 b 0 25 3 由硫原子守恒可得 a c 2 由氧原子守恒可得 2a 2b 3c 2 2 2 1 得2b c 2 答案 1 c 2 2 b 0 25c 1 5 3 a c 22b c 2 一定温度下 在恒容密闭容器中发生如下反应 2a g b g 3c g d g 若反应开始时充入2mola和1molb 达到平衡时c的浓度为amol l 1 若维持容器体积和温度不变 按下列四种配比作为起始物质 达到平衡后 c的浓度仍为amol l 1的是 a 4mola 2molbb 2mola 1molb 3molc 1moldc 3molc 1mold 1molbd 3molc 1mold 解析 对于一般可逆反应 在恒温恒容积条件下 只改变起始加入的情况 只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同 则二平衡等效 假设2mola和1molb能够完全反应 则应生成3molc 1mold 所以如果维持容器体积和温度不变 开始时向容器中加入3molc 1mold 达到平衡时 与原平衡是等效平衡 则c的浓度仍为amol l 1 所以正确答案为d 答案 d 第二类 对于恒温 恒容条件下为反应前后气体体积不变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质 其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同 则建立的化学平衡是等效的 例如 恒温恒容条件下 对于可逆反应 h2 g i2 g 2hi g 1mol1mol0mol 2mol2mol1mol 上述两种配比 按方程式中化学计量关系均转化为反应物 两种情况下h2与i2 g 的物质的量比均为1 1 因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的 案例精析 例3 在一个固定容积的密闭容器中 保持一定温度进行以下反应 h2 g br2 g 2hbr g 已知加入1molh2和2molbr2时 达到平衡后生成amolhbr 见表已知项 在相同条件下 且保持平衡时各组分的体积分数不变 对下列编号 的状态 填写表中的空白 解析 本题中的反应式左右两边气体的分子数相等 压强变化 平衡不移动 因此只要保持 等价转换 后物质的物质的量之比相等 就可以使平衡时各组成成分的百分含量保持不变 明确该思路就容易推出此题的答案 1 按题设 此时h2和br2作为起始反应物 即反应从正反应开始 h2和br2的物质的量都是 已知 条件起始量的2倍 因此平衡时hbr的物质的量也应为 已知 平衡状态的2倍 即2amol 2 状态 2 题目给出此状态平衡时hbr物质的量为0 5amol 因此如果起始反应物只有h2和br2 它们的物质的量应分别为0 5mol和1mol 就与 已知 条件相当 但事实状态 2 并不是由h2和br2起始的 而是由h2 br2和hbr的混合气体起始的 其中n hbr 1mol 这就相当于反应向正反应方向进行 h2和br2都减少了0 5mol 因此起始时 n h2 0 5mol 0 5mol 0 n br2 1mol 0 5mol 0 5mol 3 状态 3 按 已知 状态 若由h2和br2作起始反应物 则物质的量之比为1 2 平衡后各组分的质量分数与 已知 状态相当 设 3 起始时hbr为xmol 平衡时hbr为ymol 则状态 3 起始时相当于h2的物质的量为 m 0 5x mol br2的物质的量为 n 0 5x mol hbr为0mol 得如下关系式 答案 1 2a 2 0 0 5 3 2 n 2m n m a 点评 此题为等效平衡题 是在一定t v的条件下的等效平衡 只要符合按化学计量数转化后 起始量成比例即可 因为反应为 h2 br2 2hbr 反应前后气体的总体积不变 2005 江苏 18 一定温度下 在恒容密闭容器中发生如下反应 2a g b g 3c g 若反应开始时充入2mola和2molb 达平衡后a的体积分数为a 其他条件不变时 若按下列四种配比作为起始物质 平衡后a的体积分数大于a 的是 a 2molcb 2mola 1molb和1molhe 不参加反应 c 1molb和1molcd 2mola 3molb和3molc 解析 本题主要考查有关化学平衡的相关问题 由于在等温等容的条件下 对于气体总体积不变的反应2a g b g 3c g 充入任意物质的量的c 按化学计量关系转化为反应物a和b后 只有n a n b 1 1 反应达平衡后 a的体积数等于a 若n a n b 1 1 则反应达到平衡后 a的体积分数大于a 若n a n b 1 1 则反应达到平衡后 a的体积分数小于a 答案 ab 第三类 对于恒温 恒压条件下的任何气体参加的可逆反应 无论反应前后气体体积可变或不变 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质 其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同 则建立的化学平衡是等效的 例如 恒温 恒压条件下 对于可逆反应 n2 3h22nh3 1mol3mol0mol 2mol6mol1mol 0mol0mol0 5mol上述三种配比 按方程式中化学计量关系均转化为反应物 三种情况下 n2与h2的物质的量比均1 3 因此上述三种情况建立的化学平衡状态是等效的 案例精析 例4 在一个盛有催化剂 容积可变的密闭容器中 保持恒温恒压 发生反应n2 3h2 2nh3 已知加入1moln2和4molh2时 达到平衡后生成amolnh3 若在恒温恒压下保持平衡时各组分的体积分数不变 请完成下表 解析 起始状态n n2 n h2 1 4 且n n2 1mol 平衡时n nh3 amol 状态中n n2 n h2 1 4 但此时n n2 1 5mol 故平衡时n nh3 1 5amol 状态中将1molnh3极端转化 得0 5moln2和1 5molh2 因平衡时n nh3 0 5amol 则起始状态n n2 0 又需满足n n2 n h2 1 4 故起始状态n h2 0 5mol 状态中要注意m g 1 4 所以由起始状态n nh3 0得平衡时n nh3 mamol为错误答案 正确解法为 设起始nh3的物质的量为x 极端转化为n2和h2分别为0 5x 1 5x 此时应满足 0 5x m 1 5x g 1 4 解得x 2 g 4m 因此平衡时n nh3 g 3m amol 答案 1 5a 0 0 5 2 g 4m g 3m a由此可见 恒温恒压条件下 对于同一可逆反应 由极端假设法按化学计量数换算成同一边的物质的物质的量 若比值与原平衡相同 则达到平衡后与原平衡等效 恒温 恒压下 在一个可变容积的容器中发生如下反应 a g b g c g 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 mol 2 若开始时放入3mola和3molb 到达平衡后 生成c的物质的量为 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 y 平衡时 b的物质的量 选填一个编号 甲 大于2mol 乙 等于2mol 丙 小于2mol 丁 可能大于 等于或小于2mol作出此判断的理由是 4 若在 3 的平衡混合物中再加入3molc 待再次到达平衡后 c的物质的量分数是 若维持温度不变 在一个与 1 反应前起始体积相同 且容积固定的容器中发生上述反应 5 开始时放入1mola和1molb到达平衡后生成bmolc 将b与 1 小题中的a进行比较 选填一个编号 甲 a b 乙 a b 丙 a b 丁 不能比较a和b的大小作出此判断的理由是 解析 1 由反应a g b g c g 知 反应达到平衡后 若有amol的c生成 则必有amol的a物质消耗 此时剩余a的物质的量为 1 a mol 2 在恒温 恒压下 若投放3mola和3molb 则所占有的体积为 1 中体积的3倍 由于a b的投放比例与 1 相同 所达到的平衡状态与 1 相同 c的物质的量为 1 的3倍即3amol 3 由于达平衡时c的物质的量为3amol 说明所达到的平衡状态与 2 中平衡为同一平衡 则若把c的起始量完全转化为a和b a b的物质的量应与 2 完全相等 a g b g c g 起始 x2mol1mol将c完转化为a bx 1mol3mol0平衡后 y 3 3a mol3amol 根据题意有 x 1mol 3molx 2moly 3 3a mol 显然平衡时 b的物质的量亦为 3 3a mol 若投入a b c三种物质后 平衡不移动 c的物质的量不变 即3a 1mol时 b的物质的量为 3 3a mol 2mol 若平衡向右移动 则3a 1mol b的平衡量小于2mol 若平衡向左移动 则3a 1mol b的平衡量大于2mol 4 在 3 的平衡中 再加入3molc 所达到的平衡状态与 1 2 3 皆为等效状态 因此c的物质的量分数为 5 因此时容器的容积不变 而 1 中容器的容积缩小 5 小题中容器相当于在 1 的基础上减小压力 使所给平衡向逆反应移动 故反应达到平衡后a b 答案 1 1 a 2 3a 3 23 3a 丁 若3a 1 b的物质的量小于2mol 若3a 1 b的物质的量等于2mol 若3a 1 b的物质的量大于2mol 5 乙 因为 5 小题中容器容积不变 而 1 小题中容器的容积缩小 所以 5 小题的容器中的压力小于 1 小题容器中的压力 有利于逆向反应 故反应达到平衡后a b 有关化学平衡的基本计算及规律1 可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系例如ma g nb g pc g qd g 1 反应物 平衡浓度 起始浓度 转化浓度 2 生成物 平衡浓度 起始浓度 转化浓度 3 各物质的转化浓度之比等于它们的化学方程式中相应的化学计量数之比即 c a c b c c c d m n p q 2 反应物的转化率 4 反应物的转化率与浓度变化的关系 1 对于多种物质参加的反应 如 x g 2y g z g 3w g 增大x g 的浓度 y的转化率一定增大 x g 的转化率一般是减小 2 对于分解反应 要具体分析反应前后各物质的化学计量数的关系 对于反应前后化学计量数的和不变的反应 如2hi g h2 g i2 g 不论如何改变hi的浓度 hi的转化率都不变 对于反应前后化学计量数的和不相等的反应 如2nh3 g n2 g 3h2 g 增加氨的浓度 氨的转化率减小 5 平衡混合气体平均相对分子质量的计算 平 m a a m b b m c c m d d 其中m a m b 为各组分气体相对分子质量 a b 为各组分气体体积百分组成 或根据质量守恒由 平 m 总 n 总 式中m 总 为总质量 n 总 为平衡混合气总物质的量 由此可导出下列三种情况 均为气体时 6 计算模式 说明 计算中在建立了模式 找出相应的三个量后 据题意列方程 要联想运用阿佛加德罗定律 常用的关系有 例1 如右图所示 当关闭k时 向a中充入4molx 14moly 向b中充入2molx 7moly 起始时va vb al 在相同温度和有催化剂存在的条件下 两容器各自发生下列反应 2x g 2y g z g 2w g h 0 达到平衡 时 b中密度为原来的 试回答 1 b中x