高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡精品课件1 新人教版选修4.ppt

第三节化学平衡 第二章化学反应速率与化学平衡 复习 1外界条件对化学反应速率影响的规律 浓度 压强 温度 催化剂 是影响化学反应速率的四大因素 此外还有光 超声波 激光 放射性 电磁波 反应物的颗粒的大小 扩散速率 溶剂效应等也影响了反应速率 导入 1 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 2 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 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 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 可逆反应达到化学平衡状态的标志 1 直接标志 正反应速率等于逆反应速率 各组分的百分含量不随时间改变而改变间接标志 各组分的浓度不随时间改变而改变 各物质的物质的量不随时间改变而改变 各气体的压强不随时间改变而改变 气体的颜色不随时间改变而改变 气体的密度或平均相对分子质量不随时间改变而改变 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 例4 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 例5 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 思考与练习 1 混合气体的颜色不再改变 2 混合气体的平均相对分子质量不变 3 混合气体的密度不变 4 混合气体的压强不变 5 单位时间内消耗2nmolno2的同时生成2nmolo2 6 o2气体的物质的量浓度不变 复习 化学平衡所研究的对象是什么 化学平衡是一种静止的平衡状态吗 决定可逆反应形成化学平衡状态的因素是什么 注意 v正 v逆是指同一种物质的生成速率和分解速率 如果我们改变一个已经达到平衡状态的可逆反应的条件 该反应还能继续保持平衡吗 经过一段时间以后呢 化学平衡的移动 一定条件下的化学平衡 v正 v逆 条件改变 原化学平衡被破坏 v正 v逆 一定时间后 v正 v逆 根据化学反应速率的知识 你认为哪些因素可以使化学平衡发生移动 定义 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 一 浓度对化学平衡的影响 已知铬酸根和重铬酸根离子间存在如下平衡 替代实验 一 浓度对于化学平衡的影响 fecl3溶液与kscn溶液的反应 实验中溶液颜色加深说明什么 从化学反应速率的角度来分析 其原因是什么 用v t图来表示上述变化 增大反应物浓度 结论 增大反应物浓度 化学平衡向正反应方向移动 增大生成物浓度 结论 增大生成物浓度 化学平衡向逆反应方向移动 思考 如果增大生成物的浓度 化学平衡向什么方向移动 减小生成物浓度 结论 减小生成物浓度 化学平衡向正反应方向移动 思考 如果减小生成物的浓度 化学平衡向什么方向移动 减小反应物浓度 结论 减小生成物浓度 化学平衡向逆反应方向移动 思考 如果减小反应物的浓度 化学平衡向什么方向移动 总结 增大反应物浓度 减小生成物浓度 增大生成物浓度 减小反应物浓度 化学平衡向逆反应方向移动 化学平衡向正反应方向移动 思考 化学平衡的移动能完全抵消浓度改变给可逆反应所带来的影响吗 增大反应物浓度 总的来说 化学平衡的移动能削弱浓度改变给可逆反应所带来的影响 但并不能完全抵消 结果增大压强 氨气含量增加 平衡向右移动 6000c 反应2so3 g 2so2 g o2 g 的实验数据 二 压强对于化学平衡的影响 增大压强 结论 增大压强 化学平衡向体积减小 即气体分子数减少 的方向移动 减小压强 结论 减小压强 化学平衡向体积增大 即气体分子数增大 的方向移动 思考 如果减小压强化学平衡向什么方向移动 总结 增大压强 减小压强 化学平衡向体积增大的方向移动 化学平衡向体积减小的方向移动 总的来说 化学平衡的移动能削弱压强改变给可逆反应所带来的影响 但并不能完全抵消 练习 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 小结 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 2 根据图2 21的数据 分析温度改变是如何影响合成氨的平衡的 n2 3h22nh3 0 三 温度对化学平衡的影响 三 温度对化学平衡的影响 升高温度 结论 升高温度 化学平衡向吸热的方向移动 降低温度 结论 降低温度 化学平衡向放热的方向移动 思考 如果降低温度化学平衡向什么方向移动 总结 升高温度 降低温度 化学平衡向放热的方向移动 化学平衡向吸热的方向移动 总的来说 化学平衡的移动能削弱温度改变给可逆反应所带来的影响 但并不能完全抵消 四 催化剂对化学平衡的影响 催化剂降低了反应的活化能 正反应的活化能降低 逆反应的活化能也降低 正反应的活化分子百分数增加几倍 逆反应的活化分子百分数也增加几倍 正逆反应速率增加的倍数相等 加催化剂 不能使平衡发生移动 只影响到达平衡的时间 n2 g 3h2 g 2nh3 g 92 4kj mol 1 已知n2与h2反应合成nh3是一个可逆反应 其热化学方程式为 合成氨的工艺流程如图2 24所示 在工业生产中 可以通过以下途径来提高合成氨的产率 请利用有关知识分析采取这些措施的原因 1 向反应器中注入过量n2 2 采用适当的催化剂 3 在高压下进行反应 4 在较高温度下进行反应 思考并完成下列表格2so2 g o2 g 2so3 g 正反应为放热反应 向右 即o2浓度减小的方向 向右 即so3浓度增大的方向 so3浓度较原平衡小 o2浓度较原平衡大 减弱这种改变 向左 即温度降低的方向 向右 即压强减小方向 不能抵消这种改变 平衡温度比旧平衡高 总压强比原平衡大 法国 勒夏特列原理 平衡移动原理 如果改变影响平衡的一个条件 如浓度 压强或温度等 平衡就向能够减弱这种改变的方向移动 1 适用范围 适用于任何动态平衡体系 如 溶解平衡 电离平衡等 未平衡状态不能用此来分析 2 适用条件 一个能影响化学平衡的外界条件的变化 3 平衡移动的结果是 减弱 外界条件的影响 而不能消除外界条件的影响 a 练习 bd d a a bc d 加压c a bc d 减压 b 练习 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 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 该反应在一定条件下是不可能进行完全的 即存在一定的限度 而反应的限度的大小对于生产和生活实际有着直接影响 因此仅研究化学反应的方向是不够的 还需要关注化学反应的限度问题 怎样定量描述化学反应的限度呢 化学反应中反应物的转化率受到哪些因素的影响 什么叫化学平衡状态 化学平衡有哪些特点 在研究了大量实验的基础上 人们发现可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度 一 化学平衡常数 平衡常数的推导 54 5 54 6 54 45 54 33 根据表中的数据计算出平衡时的值 并分析其中规律 c hi 2 c h2 c i2 其它平衡体系的数据进行分析 都有类似的关系 在一定温度时 当一个可逆反应达到平衡状态时 生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数 这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数 平衡常数一般有浓度平衡常数kc和压强平衡常数kp两种 1 定义 在一定温度下 当一个可逆反应达到平衡状态时 生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数 这个常数称是该反应的化学平衡常数 简称平衡常数 用符号k表示 由于该常数是以浓度幂之积的比值表示 故又称浓度平衡常数 用kc表示 一 化学平衡常数 符号为k 2 数学表达式 3 平衡常数的单位 浓度的单位为mol l 1 k的单位为 mol l 1 n 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 co2 g h2 g co g h2o l 4 书写平衡常数关系式的规则 一 化学平衡常数 符号为k kc c co2 kc c co c co2 c h2 再如 稀溶液中进行的反应 如有水参加 水的浓度也不必写在平衡关系式中 如 cr2o72 h2o 2cro42 2h kc c cro42 2c h 2 c cr2o72 又如 非水溶液中的反应 如有水生成或有水参加反应 此时水的浓度不可视为常数 必须表示在平衡关系式中 如酒精和醋酸的液相反应c2h5oh ch3cooh ch3cooc2h5 h2ok c ch3cooc2h5 c h2o c c2h5oh c ch3cooh 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 4 书写平衡常数关系式的规则 一 化学平衡常数 符号为k 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 例题 2no g o2 g 2no2k12no2 g n2o4k22no g o2 g n2o4 g k k1 k2 4 书写平衡常数关系式的规则 一 化学平衡常数 符号为k 在某温度下 某时刻反应是否达平衡 可用该时刻产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积的比即浓度商qc与kc比较大小来判断 qc kc 未达平衡 逆向进行 qc kc 达平衡 平衡不移动 qc kc 未达平衡 正向移动 5 引入平衡常数kc的意义 概念理解 平衡转化率 用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观 常用平衡转化率 来表示反应限度 反应物a的平衡转化率 该条件最大转化率 可表示 等效平衡 在同温同压下达到下述三个平衡 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 例1 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 练习 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 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