高中化学第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡课件选修四.ppt

第二章化学反应速率和化学平衡 邵东一中高二化学备课组 2020年3月5日星期四 第三节化学平衡 第一课时 复习 什么叫可逆反应 可逆反应有哪些特点 在相同条件下 既能向正反应方向进行 同时 又能向逆反应方向进行的化学反应 叫做可逆反应 思考 化学反应速率研究反应的快慢 研究一个化学反应还需要讨论哪些内容 可逆反应的特点 同一条件 同时反应 方向对立 不可能完全转化 还需要研究化学反应进行的程度 化学平衡 第三节化学平衡 讨论 可逆反应为什么有 度 的限制 度 是怎样产生的 分析 在一定温度下 将一定质量的蔗糖溶于100ml水的过程 如右图 蔗糖在溶解时 一方面 蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水中 另一方面 溶液中的蔗糖分子又不断在未溶解的蔗糖表面聚集成为晶体 蔗糖晶体蔗糖溶液 溶解 结晶 过程分析 开始时 v溶解 v结晶 然后 v溶解 v结晶 最大 0 逐渐减小 逐渐增大 最后 v溶解 v结晶 建立溶解平衡 形成饱和溶液 即溶解的蔗糖的质量与结晶的蔗糖质量相等 固体质量不再减少了 讨论 在一定条件下 达到溶解平衡后 蔗糖晶体的质量和溶液的浓度是否变化 溶解和结晶过程是否停止 晶体质量和溶液的浓度不会发生改变 但溶解和结晶过程并未停止 v溶解 v结晶 蔗糖溶解多少则结晶多少 度 限度 的产生 消耗量等于生成量 量上不再变化 一 化学平衡的建立过程 在反应co h2oco2 h2中 将0 01molco和0 01molh2o g 通入1l密闭容器中 反应一段时间后 各物质浓度不变 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 逐渐减小 逐渐减小 逐渐增大 逐渐增大 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 3 一定时间后 必然出现 v正反应速率 v逆反应速率 4 t1时刻后 v正 v逆 即正反应消耗的反应物的量与逆反应生成的反应物的量相等 反应物和生成物的浓度不再发生变化 化学平衡 二 化学平衡 1 概念 在外界条件不变的情况下 可逆反应进行到一定的程度时 v正反应速率 v逆反应速率 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 反应条件 2 化学平衡的性质 温度 压强 浓度等不变 可逆反应 不可逆反应一般不会出现平衡状态 条件不变是基础 研究对象 可逆反应是前提 本质 v正 v逆即同一物质消耗速率与生成速率相等 速率相等是实质 现象 反应混合物组成成分的浓度保持不变 浓度不变是标志 注意 平衡时 反应混合物各组成成分的物质的量浓度 百分含量恒定 但不相等 同时 平衡状态下 反应体系的压强恒定 反应混合气体的相对分子质量恒定 3 化学平衡的特征 逆 动 等 定 变 同 逆 研究的对象是可逆反应 动 化学平衡是动态平衡 虽然达到平衡状 但正反应和逆反应并未停止 是一个动态平衡 等 达到化学平衡时 v正 v逆 0 定 反应混合物各组分的浓度保持一定 变 化学平衡建立在一定条件下 条件改变时 平衡就会被破坏 变为不平衡 并在新条件下建立新的平衡 同 在一定条件下 可逆反应不论是从正反应还是逆反应开始 还是正逆反应同时开始 只要起始浓度相当 均可以建立相同的化学平衡 即平衡的建立与途径无关 4 达到化学平衡的标志 v正 v逆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 同 同一种物质的v正和v逆才能比较 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 摩尔分数 体积分数 分子数之比保持不变 以反应ma g nb g pc g 为例 达到平衡的标志为 a的消耗速率与a的生成速率 a的消耗速率与c的 速率之比等于 b的生成速率与c的 速率之比等于 a的生成速率与b的 速率之比等于 相等 消耗 m p 生成 n p 消耗 m n 异边同向 同边异向 比例计量 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 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 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 间接标志 以反应ma g nb g pc g 为例 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 课堂练习 在一定温度下 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 g q g r g s g 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 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 s 3b g 2c g d g 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 g 3b g 2c g 2d s 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 a b c d的分子数之比为1 3 2 2a b c d a 第二章化学反应速率和化学平衡 邵东一中高二化学备课组 2020年3月5日星期四 第三节化学平衡 第二课时 影响化学平衡的条件 思考 反应条件改变是如何影响化学平衡 一定条件下的化学平衡v正 v逆 反应混合物中各组分的含量恒定 条件改变 反应速率改变 且变化量不同 非平衡状态平衡被破坏v正 v逆 反应混合物中各组分的含量不断变化 一定时间后 新条件下的新化学平衡v 正 v 逆 反应混合物中各组分的含量恒定 平衡状态 平衡状态 化学平衡的移动 一 化学平衡的移动 总结 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 发生变化 新的平衡 1 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 2 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 二 影响化学平衡的条件 1 浓度对化学平衡的影响 实验2 5 实验2 6 结论 增大任何一种反应物浓度使化学平衡向 反应方向移动 正 移动方向 速率变化 减小反应物浓度 减小生成物浓度 增大生成物浓度 增大反应物浓度 平衡移动原因 浓度变化对反应速率的影响 v正首先增大 v逆随后增大 且v 正 v 逆 正反应方向 v逆首先增大 v正随后增大 且v 逆 v 正 逆反应方向 v逆首先减小 v正随后减小 且v 正 v 逆 正反应方向 v正首先减小 v逆随后减小 且v 逆 v 正 逆反应方向 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 思考 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 结论 平衡不移动 因为固体或纯液体的浓度是常数 其用量的改变不会影响v正和v逆 化学平衡不移动 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 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 结论 压强增大 v正和v逆同时增大 压强减小 v正和v逆同时减小 问题 压强的变化如何改变不同反应的v正和v逆的倍数 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 增大压强 平衡向气体体积缩小方向移动 减小压强 平衡向气体体积增大方向移动 思考 对于等体积的气体反应 压强改变将怎样影响化学平衡 结论 由于压强变化同时 同步 等倍数影响正 逆反应速率 v 正 v 逆 化学平衡不移动 但反应速率改变 例 在反应i2 g h2 g 2hi g 中增大压强 讨论 压强的变化不会影响固体或气体物质的反应速率 压强的变化会使固态或液态反应的化学平衡移动吗 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 讨论 在n2 g 3h2 g 2nh3 g 密闭反应体系中 充入he气体 容积不变时 反应物质浓度 反应速率 化学平衡 气体压强不变时 容器的体积 各气体的浓度 反应速率 化学平衡向 方向移动 不变 不变 不移动 减小 增大 逆反应 减小 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 温度降低 v正和v逆同时减小 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 7 2no2n2o4 h 0 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 结论 升高温度化学平衡向 移动 吸热反应方向 降低温度化学平衡向 移动 放热反应方向 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 ps 移动的结果只能是减弱外界条件的该变量 但不能抵消 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 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 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的百分含量 但可以改变达到平衡的时间 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 3 容积固定的密闭容器中存在已达平衡的可逆反应2a g 2b c h 0 若随着温度升高 气体平均相对分子质量减小 则下列判断正确的是 a b和c可能都是液体b b和c肯定都是气体c b和c可能都是固体d 若c为固体 则b一定是气体 d 第二章化学反应速率和化学平衡 邵东一中高二化学备课组 2020年3月5日星期四 第三节化学平衡 第三课时 三 化学平衡常数 化学平衡常数 是指在一定温度下 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 最后都能达到平衡 这时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比值 它是个常数 用k表示 例如 ma nbpc qd 化学平衡常数同阿伏加德罗常数以及物理中的万有引力常数一样都是一个常数 只要温度不变 对于一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值 1 使用化学平衡常数应注意的问题 1 化学平衡常数只与温度有关 与反应物或生成物的浓度无关 2 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 3 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 2 化学平衡常数的应用 1 化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志 它能够表示出可逆反应进行的完全程度 一个反应的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 反应物转化率也越大 可以说 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 2 可以利用平衡常数的值做标准 判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡 如 对于可逆反应ma g nb g pc g qd g 在一定温度的任意时刻 反应物与生成物的浓度如下关系 qc 叫做该反应的溶液商 qc k 反应向正反应方向进行qc k 反应处于平衡状态qc k 反应向逆方向进行 3 利用k可判断反应的热效应 若升高温度 k值增大 则正反应为吸热反应 若升高温度 k值减小 则正反应为放热反应 四 有关化学平衡的计算 起始量 变化量 平衡量的计算关系 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 反应式计量系数之比 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 mol 4 0 0 x x x 4 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 cn2o5 4 3 06 mol 1l 0 94mol l cn2o 1 44mol 1l 1 44mol l 第二章化学反应速率和化学平衡 邵东一中高二化学备课组 2020年3月5日星期四 第三节化学平衡 第四课时 一 等效平衡 定义 化学平衡的建立与反应途径无关 可逆反应在相同状况下 不论从正反应开始还是从逆反应开始 或者正逆反应同时进行 只要初始时有关物质的量 相当 它们即可以达到相同平衡状态 称为 等效平衡 此时 等效平衡中各物质的百分含量相等 无论平衡从哪个方向建立 在判断时都可根据题给条件和反应计量系数把生成物全部推算为反应物或把反应物全部推算成生成物再与原平衡加入的物质的量相比较 若物质的量 相当 则为等效平衡 推算式为 某反应物的物质的量 mol 变成生成物而消耗的该反应物的物质的量 mol 原来该反应物的物质的量 mol 等效平衡的解法 极值转换法 二 等效平衡的分类 恒温 恒容时 只要反应物和生成物的量相当 反应物换算成生成物或生成物换算成反应物后与原起始量相同 则为等效平衡 例1 在一定温度下 将2moln2和6molh2充入固定容积的密闭容器中 发生n2 g 3h2 g 2nh3 g 达到化学平衡后 若保持温度不变 令a b c分别为n2 h2 nh3的物质的量 重新建立平衡 混合物中个物质的量仍和上述平衡相同 填空 若a 0 b 0 则c 若a 1 c 2 则b 若a b c取值必须满足的一般条件为 用两个式子表示 一个只含a和c 一个只含b和c 4 3 a c 2 2 b 3c 2 6 例2 在一个固定容积的密闭容器中 加入2mola和1molb 发生2a g b g 3c g d g 达到化学平衡时 c的浓度为wmol l 若保持温度容积不变 改变起始物质的用量 达到平衡后 c的浓度仍为wmol l的是 a 4mola 2molbb 1mola 0 5molb 1 5molc 0 5moldc 3molc 1mold 1molbd 3molc 1mold 恒温 恒容时 反应前后气体体积不变 等计量系数 的可逆反应 只要反应物 或生成物 的物质的量比例与起始状态相等 则二平衡等效 恒温 恒压时 改变起始加入量 只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的量之比与原状态相同 则二平衡等效 例3 温度压强