化学平衡经典课件.ppt

第二章化学反应速率和化学平衡,第三节化学平衡,【复习】可逆反应,1.定义：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。,2.常见的可逆反应：,N2+H2；NH3+H2O；SO2+H2O；SO2+O2；Cl2+H2O；H2+I2;酯化,3.可逆反应的特点：正、逆反应均不能进行到底反应中，体系各组分浓度一定不为0可逆反应具普遍性,化学反应不能完全进行到底，必然存在反应限度，这个限度是如何产生的呢？,一、化学平衡的建立过程,N2+3H22NH3,1mol,3mol,起：,（1）反应开始，v正、v逆的值如何？,（2）这一瞬间导致反应物和生成物的浓度如何变化？对下一刻的速率带来什么样的影响？,（3）随反应的进行，反应物和生成物的浓度如何变？正、逆反应速率如何变？,（4）如此进行下去，最终正、逆反应速率及各组分的浓度将如何？,v正=v逆化学平衡,一、化学平衡的建立过程,N2+3H22NH3,1mol,3mol,起：,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=v逆，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应达到限度的状态，即化学平衡,2、化学平衡的特征：,逆、等、动、定、变,逆：,研究的对象是可逆反应。,动：,等：,v正v逆,定：,反应混合物各组分的浓度或质量保持一定。,变：,平衡状态下，条件改变时，平衡就会被破坏，并在新条件下建立新的平衡。,v正0;v逆0,对于aA(g)+bB(g）cC(g)+dD(g),若a+bc+d，混合物总物质的量，混合气体总压，混合气体平均分子量保持不变,v正v逆,各组分的含量保持不变.如:各物质的物质的量、各物质的物质的量浓度、体积分数、质量分数、反应物的转化率。,-本质特征,-外部特征,若有颜色的气体参与或生成，颜色不再变化；若反应为放热或吸热反应，体系温度不变。,3、达到化学平衡的标志：,mA(g)+nB(g)pC(g),思考：对于该反应，下面各情况下是否能判断为平衡状态？（1）体系中各组分的浓度不变（2）当m+n不等于p时，体系总压强不变（3）当m+n等于p时，体系总压强不变（4）当A有颜色（B、C都无色）时，体系的颜色和深浅不变,例1.对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)，在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应，下列说法正确的是（）A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为21B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差C.正、逆反应速率的比值是恒定的D.达平衡时，正、逆反应速率相等,例2、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3、一定条件下，反应N2+3H22NH3达到平衡的标志是A、一个NN键断裂的同时，有三个HH键形成B、一个NN键断裂的同时，有三个HH键断裂C、一个NN键断裂的同时，有六个NH键断裂D、一个NN键断裂的同时，有六个NH键形成,课堂练习,1.可逆反应：2HI(g)H2(g)+I2(g)在恒容密闭容器中进行反应，达到平衡状态的标志是()A.混合气体的压强B.反应物HI的分解率C.混合气体的颜色D.混合气体的平均摩尔质量,BC,2.在一定温度下，可逆反应：A(g)+3B(g)2C(g)+D(s)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是：_。a.C的生成速率与C的消耗速率相等b.单位时间内消耗3amolB，同时生成2amolCc.A、B、C的浓度不再变化d.反应物的转化率不再变化e.混合气体的压强不再变化f.(A)耗(B)耗(C)生=132g.混合气体的密度不再变化h.A、B、C、D的分子数之比为1322,a、c、d、e、g,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.H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是_。,c(H2)=c(I2)=c(HI)时；c(H2)c(I2)c(HI)=112时；c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变；单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI；单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2；反应速率(H2)=(I2)=1/2(HI)；一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂；温度和体积一定时，容器内压强不再变化；温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化；条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化,三、平衡移动,1、化学平衡状态的移动,(1)图示,v正=v逆,条件改变,化学平衡1,平衡破坏,v正v逆,一定时间后,v正=v逆,化学平衡2,破坏旧平衡,建立新平衡,平衡移动,三、平衡移动,1、化学平衡状态的移动,(2)定义,通过改变反应条件，而使平衡状态发生变化的现象，叫化学平衡状态的移动，简称平衡移动。,三、平衡移动,1、化学平衡状态的移动,(3)平衡移动方向,v正=v逆,条件改变,化学平衡,v正、v逆发生改变,v正v逆,v正v逆,平衡向正反应方向移动,v正P1)，图形将如何改变？,P1,P2,注意:对反应前后气态物质总体积无变化的可逆反应，压强改变对正、逆反应速率改变倍数相同，因此，平衡不发生移动。压强的不同只改变了反应达平衡的时间。,思考：向充有N2、H2的反应器中加入氦气(1)若为恒温、恒容，通入氦气后平衡如何移动？(2)若为恒温、恒压，通入氦气后平衡如何移动？,不移动,逆向移动,练习1一定质量的混合气体在密闭容器中发生如下可逆反应：xA(g)+yB(g)zC(g)。达到平衡后，测得A(g)的浓度为0.5mol/L。当在恒温下将密闭容器的容积扩大到原来的2倍，再达到平衡后，测得A(g)的浓度为0.3mol/L。则下列叙述正确的是()A.平衡向正反应方向移动B.x+yzC.气体C的体积分数降低D.反应物B的转化率提高,BC,练习2在体积可变的密闭容器中，反应：mA(g)+nB(s)pC(g)达到平衡后，压缩容器的体积，发现A的转化率随之降低。下列说法中，正确的是()A.(m+n)必定小于pB.(m+n)必定大于pC.m必定小于pD.n必定大于p,C,练习3反应：aA(s)+bB(g)cC(g)+dD(g)，相同温度下，等量的A和B在不同压强下反应达到平衡，试判断P1和P2、a+b和c+d的大小关系,P1P2,bP2,b=c+d,a+bc+d,练习4下列两幅图分别表示的是一个可逆反应达到平衡后增大压强时的情况,有关判断正确的是：,A.图(1)研究的反应可能是4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)B.图(1)研究的反应可能是2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)C.图(2)研究的反应可能是H2(g)+I2(g)2HI(g)D.图(2)研究的反应可能是CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s),BC,3、温度对化学平衡的影响,思考1：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？,思考2：温度的变化对v正和v逆的影响程度相同吗？情况如何？,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,【实验2-7】,2NO2N2O4H0,例1：可逆反应：2A(g)2B(g)+C(g)H0。达平衡时，要使正反应速率降低，A的浓度增大，应采取的措施是()A.增大压强B.减小压强C.减小C的浓度D.降低温度,D,例2：1molH2(g)和1molI2(g)置于某1L密闭容器中，在一定温度下发生反应：H2(g)I2(g)2HI(g)H0，,达到平衡HI的体积分数w(HI)随时间变化如图()所示。若改变反应条件，w(HI)的变化曲线如图()所示，则改变的条件可能是A恒温恒容条件下，加入适当催化剂B恒温条件下，扩大反应容器体积C恒容条件下，降低温度D恒温条件下，再加入1molHe,C,例3：可逆反应：3A(气)3B(?)C(?)(正反应为吸热反应)随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是(),AB和C可能都是固体BB和C一定都是气体C若C为固体，则B一定是气体DB和C可能都是气体,CD,进行相关操作且达到平衡后（忽略体积改变所做的功），下列叙述正确的是A恒容时，加入A物质，B的转化率增大B恒压时，通入C物质，容器中温度降低C恒压时，通入惰性气体，C的物质的量变大D恒容时，通入Z物质，X的物质的量减小,例4：在一个绝热的密闭容器中，同时发生两个反应：A(s)2B(g)2C(g)H10；X(g)Y(g)3Z(g)H20,C,步步高p99第10题,4、催化剂对化学平衡的影响,催化剂同步、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。,猜猜看下列V-t图表示的是哪种条件改变对速率和平衡的影响。,新平衡,【思考与交流】,熟练准确的完成下列填空：（1）增大反应物的浓度，化学平衡向移动；（2）减小反应物的浓度，化学平衡向移动；（3）增大生成物的浓度，化学平衡向移动；（4）减小生成物的浓度，化学平衡向移动；对于可逆反应：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）H0（5）增大压强，化学平衡向方向移动；（6）减小压强，化学平衡向方向移动；（7）升高温度，化学平衡向方向移动；（8）降低温度，化学平衡向方向移动；,【知识落实】,练1：在一定条件下，下列可逆反应达到化学平衡。H2(g)+I2(g)2HI(g)HB平衡时Z的转化率：C平衡后若在中再加入0.1molY，则X的物质的量将减少D平衡后若在中再加入2molZ，则X的物质的量变大,D,练5：可逆反应2A(g)B(g)；H0从开始至平衡后改变某一外界条件使平衡发生了移动至重新平衡，该过程中各物质的量浓度（用c表示）随时间变化情况如图，试分析各图，指出导致平衡移动的因素和平衡移动的方向。,练6：下图是可逆反应A+2B2C+3D的化学反应速率与化学平衡随外界条件改变（先降温后加压）而变化的情况，由此可推断,A若A、B是气体，则D是液体或固体BA、B、C、D均为气体C逆反应是放热反应D达平衡后，v(A)正=2v(C)逆,A,练7：下列说法正确的是A.在恒容容器中加入反应物，平衡向正向移动B.氢气与碘蒸气反应，增加压强，该反应平衡不移动，反应速率不改变C.改变温度，对吸热反应方向速率影响更大D.FeCl3溶液中加入KSCN溶液，溶液变红，加入KCl固体，红色变浅,5、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。,移动的结果只能是减弱外界条件的该变量，但不能抵消。,注意：,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。,讨论：反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0，达到化学平衡，改变下列条件，根据反应体系中的变化填空：,正反应,acb,正反应,P1P3P2,逆反应,T1T3T2,例2：对于反应2NO2N2O4，对其进行加压，其现象是。,例3：在一体积可变的容器中充入SO2和O2各1mol，待反应达到平衡后，对反应体系加压，下列说法错误的是A反应速率加快BSO2的转化率变大C平衡时O2的物质的量浓度变小D平衡时O2的物质的量变小,C,加压瞬间，红色加深，然后红色逐渐变浅，但最后平衡时仍比加压前深。,1.“速率()时间”图此类图像定性地揭示了(正)、(逆)随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向。,“化学平衡图像问题的解题方法”,例题1对于反应A(g)+2B(g)C(g)H3B.p13C.p1p2，n=3,B,3.可逆反应：A(g)+B(g)2C(g)在不同温度下经过一定时间，混合物中C的体积分数(C%)与温度的关系如图所示，回答下列问题：(1)由T1向T2变化时，(正)_(逆)(填“”、“”、“,T3,放,K时，反应向逆移动,当QC0。在三种不同条件下进行，其中NO、O2的起始浓度都为0molL1，实验、反应温度相同，NO2的浓度(molL1)随时间(min)的变化如图所示。请回答下列问题：(1)请在图中标上对应的反应温度(800或850)。实验隐含的反应条件是_。(2)若实验中达到平衡后，再向密闭容器中通入1molNO2与1molNO混合气体(保持温度不变)，则平衡将_(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。,不移动,四、等效平衡,1、概念,在一定条件(恒温恒压或恒温恒容)下，可逆反应不管从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从正、逆反应两个方向同时开始，当达到平衡状态时，各组分的(百分)含量(物质的量分数、质量分数、同温同压下的气体体积分数)均相同，这样的平衡互称为等效平衡。,只要按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，只要成比例，则建立的化学平衡状态是等效的。,（1）恒T、恒P条件下的等效平衡,例：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起4mol1mol0起8mol2mol0,结果：达到平衡后，各组分的(百分)含量、c相同，但各组分的n、N、m等不一定相同。,例题在一个盛有催化剂的密闭容器中，保持一定温度和压强进行下列反应：O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)。已知加入1molO2、3molSO2，达到平衡时生成amolSO3，在相同温度和压强下，保持平衡时各组分的含量不变，填写下表：,0.5,2(n-3m),3x+0.5y,2.对于恒T、恒V条件下的气体体积(或气体分子数)有改变的可逆反应,结果：两次平衡时各组分的(百分)含量、n、c、m、N均相等。,如果按方程式的化学计量数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完全相同(必定为等效平衡)，此时也称为“全等平衡”。,例：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起4mol1mol0起8mol2mol0,例如：以下事例为恒T、恒V条件下的等效平衡,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起2mol1mol0起002mol起0.5mol0.25mol1.5mol起0.4mol0.2molx起amolbmolcmol,解决方法：“一边倒法”,a、b、c取值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=2,2b+c=2,例题1在一个固定容积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生下列可逆反应：2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)达到平衡时，C的浓度为amol/L。若维持容器容积和温度不变，按下列四种方法改变起始物质的用量，达到平衡时，C的浓度仍为amol/L的是()A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molDC.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD,D,例题2在一个固定容积的密闭容器中，加1molN2和3molH2，发生反应，到达平衡时，NH3的浓度是amol/L。若维持温度和容器的体积不变，按下列的配比作为起始物质，达到平衡后，NH3的浓度仍为amol/L的是()A.2molNH3B.2molN2和6molH2C.0.5molN2+1.5molH2+1molNH3D.1molN2+3molH2+2molNH3,AC,2.对于恒T、恒V条件下的气体体积(或气体分子数)没有改变的可逆反应,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，只要成比例，则建立的化学平衡状态是等效的(也称为等比平衡)。,结果：达到平衡后，各组分的(百分)含量相同，但各组分的c、n、N、m等不一定相同。,例：H2(g)+I2(g)2HI(g)起1mol1mol0起2mol2mol0,例题在一个固定体积的密闭容器中，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(见表中的“已知”项)，在相同条件下，且保持平衡时各组分的含量不变，对下列编号(1)(3)的状态，填写表中的空白。,0.5,2(n-2m),练习向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O(g)，发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是()A.0.5molCO+2molH2O(g)+1molCO2+1molH2B.1molCO+1molH2O(g)+1molCO2+1molH2C.0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.4molCO2+0.4molH2D.0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.5molCO2+0.5molH2,B,三、三种等效平衡间的对比,在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应A(g)+2B(g)3C(g)，已知加入1molA和3molB且达平衡后生成amolC。问：(1)平衡时C在反应混合气体中的体积分数是_(用字母a表示)。(2)在相同的实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和6molB，达平衡后，C的物质的量为_。(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和8molB，若要求平衡后C在反应混合气中的体积分数不变，则还应加入C_mol。(4)在同一容器中加入nmolA和3nmolB，在平衡时C的物质的量为mmol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m2m间变化，那么n与m的关系应是_(用字母m、n表示)。,a/4,2amol,6,n2m/3,练习1、在一个固定容积的密闭容器中，加入1molN2和3molH2，发生反应，到达平衡时，NH3的浓度是amol/L。若维持温度和容器的体积不变，按下列的配比作为起始物质，达到平衡后，NH3的浓度仍为amol/L的是（）2molNH32molN2和6molH20.5molN2+1.5molH2+1molNH3D.1molN2+3molH2+2molNH3,AC,练习2：在恒容密闭容器中发生2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始时，SO2和O2的物质的量分别为20mol和10mol，达平衡时，SO2的转化率为89%。若从SO3开始反应，相同条件下，欲使达平衡时各组分的浓度与前平衡完全相同，则起始时SO3的物质的量及平衡时SO3的转化率为（）A、10mol11%B、20mol11%C、20mol89%D、10mol89%,B,练习3、在一个容积可变的密闭容器中，加入1molN2和3molH2，发生反应，到达平衡时，NH3的浓度是amol/L。若维持温度和压强不变，按下列的配比作为起始物质，达到平衡后，NH3的浓度仍为amol/L的是（）2molNH3B.1molN2和6molH20.5molN2+1.5molH2+2molNH3D.1molN2+2molH2+2molNH3,AD,练习4、体积相同的甲、乙两个容器中，分别都充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应并达到平衡。在此过程中甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率（）A、等于p%B、大于p%C、小于p%D、无法确定,B,课堂练习：,1.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