高中化学化学反应原理成套课件人教版选修4二3化学平衡.ppt

化学平衡 一是化学反应速率问题即 如何提高在单位时间内合成氨的产量 如何使h2和n2尽可能多转化为nh3 即反应进行程度 二是化学反应的转化率问题 思考 试根据反应速率理论分析对于n2 3h22nh3反应通过哪些条件下的改变可加快反应速率 化学平衡 化工生产要解决的两个问题 物理学中 力平衡 两个力大小相等方向相反 合力为零热平衡 生物学中 生态平衡 出生率 死亡率 使得种群密度保持恒定 化学中 溶解平衡 已知的 平衡 可逆反应的概念 同一条件下既能向正向进行 同时又能向逆向进行的反应 化学平衡的研究对象是可逆反应 而化学反应速率可以针对任意化学反应 是否所有的化学反应中都存在平衡 可逆反应的特征 不能向一个方向完全进行到底 即 反应物的转化率不能达到100 一 可逆反应与不可逆反应 可逆反应的习惯表示法 与书写形式有关 正逆反应的热效应大小相等 符号相反 2so2 g o2 g 2so3 g h 196 6kj mol2so3 g 2so2 g o2 g h 196 6kj mol 1200 完成反应 2 绘制反应过程中浓度 时间 速率 时间图象起始点的正 逆反应速率如何 反应开始后正 逆反应速率的变化趋势如何 反应到一定程度后 t2 t3 外界条件不变 各组分浓度为什么不再变化 此时速率是否为零 速率又有什么特点 3 条件改变原有的平衡还能保持吗 c始 mol l 0 010 0100ct1 mol l 0 0080 008ct2 mol l 0 0060 006ct3 mol l 0 0060 006t2 t3时各组分n百分含量 0 0020 002 0 0040 004 0 0040 004 30 30 20 20 1 完成表格 二 化学平衡状态 1 化学平衡状态的定义一定条件下 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 条件 对象 本质 现象 各组分的物质的量 质量 质量分数 物质的量分数 气体体积分数 2 化学平衡状态的特征 1 等 v正 逆 不同的平衡对应不同的速率 2 动 v正 v逆 0 动态平衡 3 定 平衡混合物中各组分的浓度不变 恒定 4 变 条件改变 平衡也会发生改变 三 判断化学平衡状态达到的标准 2 间接 相关物理量恒定不变 若反应前后气体物质的量不等 总压强不变 若平衡体系中有有颜色的组分 体系颜色不变 若反应前后气体物质的量有变化或所有组分并非全为气体 混合气体的平均相对分子质量不变 若所有组分并非全为气体 混合气体的密度不变 平衡状态达到的标准 ma nb xc yd1 直接 v正 v逆 化学键断裂 化学键生成 各组分浓度保持不变 1 能够说明n2 3h22nh3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是 容器内n2 h2 nh3三者共存 容器内n2 h2 nh3三者浓度相等 容器内n2 h2 nh3的浓度比恰为1 3 2 tmin内生成1molnh3同时消耗0 5moln2 tmin内生成1moln2同时消耗3molh2 某时间内断裂3molh h键的同时断裂6moln h键 容器内质量不随时间的变化而变化 容器内压强不随时间的变化而变化 容器内密度不再发生变化 容器内的平均摩尔质量不再发生变化 平衡状态判断有关问题 2 在一定的温度下 可逆反应a g 3b g 2c g 达到平衡的标志是c的生成速率与c的分解速率相等单位时间生成nmola 同时生成3nmolb单位时间消耗2nmolc 同时消耗3nmolba b c的分子数之比为1 3 2 3 下列说法中 可以表示反应n2 g 3h2 g 2nh3 g 已达到平衡的是a 1moln n断裂的同时有3molh h键生成b 1moln n断裂的同时有3molh h键断裂c 1moln n断裂的同时有6moln h键生成d 1moln n断裂的同时有6moln h键断裂 ac ad 4 对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应可以说明a g b g c g d g 在恒温下已达到平衡状态的是a 反应容器中压强不随时间而变化b a气体和b气体的生成速率相等c a b c三种气体的生成速率相等d 反应混合气体的密度不随时间而变化 c 5 对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应可以说明a s 2b g c g d g 在恒温下已达到平衡状态的是a 反应容器中压强不随时间而变化b b的反应速率为c反应速率的2倍c 反应混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化d 反应混合气体的密度不随时间而变化 cd 四 化学平衡的移动 正 逆 改变条件 经过一段时间 正 逆 新平衡 化学平衡的移动 平衡 橙色溶液颜色加深 溶液由橙色变为黄色 c h 增加 平衡向左移动 c cr2o72 增加 c h 降低 平衡向由移动 c cro42 增加 fe3 3scn fe scn 3 血红色 实验2 6 黄色 溶液由黄色变为血红色 血红色溶液颜色加深 血红色溶液颜色加深 有红褐色沉淀生成 溶液红色变浅 有红褐色沉淀生成 溶液红色变浅 c fe3 增加 平衡向右移动 c fe scn 3 增加 c scn 增加 平衡向右移动 c fe scn 3 增加 fe oh 3溶解度很小 滴加naoh溶液后发生反应fe3 3oh fe oh 3 c fe3 降低 平衡向左移动 c fe scn 3 降低 1 浓度对化学平衡的影响 c 生 增加 平衡向逆反应方向移动 c 生 减少 平衡向正反应方向移动 c 反 增加 平衡向正反应方向移动 c 反 减少 平衡向逆反应方向移动 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 增大反应物浓度 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 增大生成物浓度 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 减小反应物浓度 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 减小生成物浓度 浓度改变后正逆反应速率变化规律 2no2n2o4 h 56 9kj mol 红棕色 无色 注意 h表示反应的能量变化 当 h0 则反应为吸热反应 实验2 7 颜色变浅 颜色加深 温度降低 平衡向右 放热方向 移动 红棕色的no2转化为无色的n2o4 温度升高 平衡向左 吸热方向 移动 无色的n2o4转化为无色的no2 t增加 平衡向吸热反应方向移动 t降低 平衡向放热反应方向移动 2 温度对化学平衡的影响 v放 v吸 v吸 v放 0 v t1 t 升高温度 v放 v吸 v吸 v放 0 v t1 t 降低温度 温度改变后正逆反应速率变化规律 3 压强对化学平衡的影响 p增大 平衡向气体v减小方向移动 p减小 平衡向气体v增大方向移动 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 增大压强 减小压强 有气体参加反应 反应前后气体物质的量有变化 条件 压强改变后正逆反应速率变化规律 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 增大压强 减小压强 对于反应前后气体物质的量没变化的反应 改变压强只会同等程度地影响正逆反应速率 平衡没有移动 4 催化剂对化学平衡的影响 催化剂会同等程度的影响可逆反应的正逆反应速率 平衡不移动 v正 v逆 v正 v逆 0 v t1 t 影响平衡的因素包括浓度 压强 温度三种 化学平衡移动原理 勒夏特列原理 如果改变影响平衡的条件之一 如温度 压强 以及参加反应的化学物质的浓度 平衡将向能够减弱这种改变的方向移动 原理的适用范围是只有一项条件变化的情况 温度或压强或一种物质的浓度 当多项条件同时发生变化时 情况比较复杂 平衡移动的结果只能减弱 不可能抵消 外界条件的变化 1 某一温度下 在一带有活塞的体积可变的密闭容器中 可逆反应 n2 3h22nh3达到平衡 若向活塞施加一定的压力 使容器体积减小 则下列叙述正确的是 若保持该容器的体积不变 向该平衡体系中充入氩气 则下列叙述正确的是 de bc a 正增大 逆减少 b 正 逆均不变 d 平衡向右移动 e 正 逆均增大 c 平衡不发生移动 2 已知在氨水中存在下列平衡 nh3 h2o nh3 h2o nh4 oh 1 向氨水中加入mgcl2固体 平衡向移动 oh 浓度 nh4 浓度 2 向氨水中加入浓盐酸 平衡向移动 此时溶液中浓度减小的粒子有 3 向氨水中加入少量naoh固体 平衡向移动 此时发生的现象是 正反应方向 减小 增大 正反应方向 oh nh3 h2o nh3 逆反应方向 有气体放出 3 可逆反应h2o g c s co g h2 g 在一定条件下达到平衡状态 改变下列条件 能否引起平衡移动 co的浓度有何变化 增大水蒸气浓度 加入更多的碳 增加h2浓度 平衡正向移动 co浓度增大 平衡不移动 co浓度不变 平衡逆向移动 co浓度减小 注意 增加固体或纯液体的量不能改变其浓度 也不能改变速率 所以v 正 仍等于v 逆 平衡不移动 2no2 气 n2o4 气 4 a 当迅速加压气体体积缩小时 混和气体颜色如何变化 为什么 b 当迅速减压气体体积增大时 混和气体颜色如何变化 为什么 原因是在加压瞬间no2浓度迅速增大 所以颜色加深 然后平衡向正反应方向移动 颜色逐渐变浅 先变深后又逐渐变浅 原因是在减压瞬间no2浓度迅速减小 所以颜色变浅 然后平衡向逆反应方向移动 颜色逐渐加深 先变浅后又逐渐变深 练习5 一定量的混合气体在密闭容器中发生反应 ma g nb g pc g 达到平衡后 温度不变 将气体体积缩小到原来的1 2但达到平衡时 c的浓度为原来的1 8倍 则下列说法正确的是 a m n p b a的转化率降低 c 平衡向正反应方向移动 d c的体积分数增加 b 练习6 对任何一个平衡体系 采取下列措施一定引起平衡移动的是 a 加入一种反应物 b 增加体系的压强 c 升高温度 d 使用催化剂 c 7 已知工业合成氨气的反应为 n2 g 3h2 g 2nh3 g h o 以下措施能用勒夏特列原理解释的是 a 加入催化剂 b 增大反应容器的压强 50mpa c 升高反应的温度 5000c d 设法分离产生的氨气 bd 8 在一定条件下 发生反应 a g b g 红棕色 c d g h qkj mol 达到化学平衡后 降低温度或增大压强混合物的颜色都变浅 下列有关反应的说法中不正确的是a q ob c不可能为气体c 降温后a的转化率增大d 降温后d的产率减小 d 五 化学平衡常数 1 定义 在一定温度下 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 简称平衡常数 用符号k表示 ma g nb g pc g qd g 例如 在一定温度下的反应 k 2 影响因素 k与温度有关 与反应物 生成物或体系的压强无关 对于同一反应 相同t k值相同 不同t k值不同 3 书写平衡常数表达式要注意 平衡常数表达式各物质的浓度均为平衡时的物质的量浓度 反应中的固体和纯液体物质不出现在表达式中 平衡常数的表达式与方程式的写法有关 4 平衡常数的意义 k值越大 说明平衡体系中生成物所占的比例越大 它的正方向反应进行的程度越大 即该反应进行得越完全 反应物转化率越大 反之 就越不完全 转化率越小 某个指定反应物的转化率 该反应物的起始浓度 该反应物的平衡浓度 该反应物的起始浓度 x100 物质的量 质量 相同条件下气体的体积 一般当k 105时 认为该反应就进行完全了 5 平衡常数的作用 1 与平衡常数相关的计算 通过平衡时各组分的浓度求平衡常数 已知起始各组分浓度和平衡常数求平衡时各组分浓度或转化率 练习 在密闭容器中 将1 0molco与1 0molh2o混合加热到800 发生下列反应 co g h2o g co2 g h2 g 一段时间后该反应达到平衡 测得co的物质的量为0 5mol 请回答 平衡时co的转化率为 该反应的化学平衡常数为 如果继续向该平衡体系中通入1 0mol的h2o g 相同条件下反应达到新的平衡状态 则co的转化率将 填 增大 减小 不变 预计co的转化率为 427 时该反应的平衡常数为9 4 请结合 中的计算结果判断该反应的 h0 填 50 1 增大 66 7 2 判断可逆反应进行的方向 ma g nb g pc g qd g k 当 反应达平衡状态 k 当 反应向正反应方向进行 k 当 反应向逆反应方向进行 六 等效平衡 1 概念 在一定条件下 只是起始情况不同的同一可逆反应达到平衡后 任何相同组分的百分含量均相同的化学平衡互称等效平衡 3 百分含量 可以是体积分数 质量分数或物质的量分数 各组分百分含量相同 但物质的量 浓度可能不同 1 一定条件 恒温 恒容 同t同v 恒温 恒压 同t同p 2 起始情况 反应可以从正反应 逆反应或从中间状态开始 投料可以是一次或者分成几次 i类 恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应 即 n 0的体系 等效转化后 即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量 对应各组分起始投料的物质的量与原平衡起始态相同 两平衡等效 2 等效平衡的判断及处理 例1 在一固定密闭容器中加入2mola和1molb 发生反应2a g b g 3c g d g 达到平衡时 c 为wmol l 若保持v t不变 按下列四种配比投料 达平衡后 c 仍然为wmol l的是 a 4 2b 2 1 3 1c 1 0 5 3 1d 3 1ababcdabcdcd d 例2 在一定温度和一个固定容积的容器中 发生反应2so2 g o2 g 2so3 g 下表为起始投料的情况 根据已知数据填表 使得达到平衡时反应混合物中三种气体的体积分数完全相同 0 0 1 1 1 5 0 75 0 4 1 2 令a b c分别代表初始加入的so2 o2和so3的物质的量a b c必须满足的一般条件是 请用两个方程式表示 其中一个只含a和c 另一个只含b和c a c 2 b c 2 1 ii类 恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应 即 n 0的体系 等效转化后 各组分物质的量的比例与原平衡起始态相同 两平衡等效 例2 恒温 恒容 在一密闭容器中充入1molhi 建立平衡2hi g h2 g i2 g 测得hi的转化率为a 在其他条件不变时 再通入1molhi 待新平衡建立时 又测得hi的转化率为b 问a b的大小关系 b a 1molhi 1molhi pvt 等效 压缩 先恒压后恒容 平衡不移动 等效 pvt 例3 在一个固定容积的密闭容器里 保持一定温度 在一定条件下进行如下反应 a g 2b g 3c g 已知起始时加入1mola和3molb 达到平衡后 c的体积分数为w 相同实验条件下 若在同一容器中改为开始时加入2mola和8molb 达平衡时 要求c在混合物中体积分数也为w 则开始时还需加入c多少mol a g 2b g 3c g 13 28x 2 x 3 8 2x 3 1 3 x 6 例4 在等t v条件下有下列气体反应 2a 2bc 3d 现分别从两个途径建立平衡 i a和b的起始浓度均为2mol l ii c和d的起始浓度分别为2mol l和6mol l 下列叙述正确的是 a 两途径最终达到平衡时 体系内混合气体的体积分数相同b 两途径最终达到平衡时 体系内混合气体的体积分数不同c 达平衡时 i途径的反应速率等于 途径d 达平衡时 i途径混合气体的密度是 途径混合气体密度的1 2 ad iii类 恒温恒压下对于气体体系 n 0和 n 0均可 等效转化后 只要各组分的物质的量的比例与原平衡起始态相同 两平衡等效 如 n2 3h22nh3130 从正反应开始260 从正反应开始m3m0 从正反应开始002 从逆反应开始004 从逆反应开始0 51 51 从中间态开始0 30 93 从中间态开始 等效 例5 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 若x 0 y 0 则z 若x 0 75 y z x y z应满足的一般条是 2 恒定t p 若x 0 y 0 则z 若x 0 75 则y z x y z应满足的一般条件是 2 2 25 0 5 x z 2 1 y 3z 2 3 0 2 25 0 x y 1 3 z 0 或x y 0 z 0 例6 已知 在t p下 在一容积可变的密闭容器内充有1mola和1molb 此时体积为vl 保持t p不变 使反应a bc达到平衡时 a b c均为气体 c的体积分数为50 在上述密闭容器中充入2mola和2molb 则反应达到平衡时 c的体积分数为 容器的容积为 50 4v 3 1 可逆反应h2 g i2 g 2hi g 在一定的条件下反应混合物中各组分的浓度 mol l 1 与时间t min 的变化曲线如图所示 根据图示 回答 1 时间t1的意义是 2 在时间0至t1的间隔里 v i2 3 此平衡状态下 h2的转化率为 1 达到平衡所用的时间 2 0 2 t1mol l 1 min 1 3 50 i2 2 右图表示在密闭容器中