高中化学选修4鲁科版第2章-第2节《化学反应的限度》

第二章化学反应的方向、限度与速率第一节化学反应的限度,知识点一化学平衡状态,栏目链接,1可逆反应。(1)定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。例如：在N2和H2的反应中，无论怎样改变反应条件都不能使N2和H2完全转化为NH3。这是因为在N2和H2生成NH3的同时，NH3也分解生成N2和H2。即：N23H22NH3。,栏目链接,(2)注意：可逆反应的前提：反应物和产物必须同时存在于同一反应体系中，而且在相同条件下，正逆反应都能自发进行；表示方法：在可逆反应的化学方程式中，用“”号来表示；重要的可逆反应：盐类水解、酯的水解等；可逆反应的特征：难以进行到底，存在平衡状态。,栏目链接,2化学平衡状态。如下图所示：(1)定义：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。,栏目链接,(2)注意：前提：一定条件下的可逆反应；实质：“正逆反应速率相等”；标志：反应混合物中各组分的浓度不随时间变化，保持不变。(3)特征：逆：能建立化学平衡的反应一定是可逆反应；动：化学平衡是一种动态平衡，v正v逆0;定：条件不变时，各组分的浓度保持不变；,栏目链接,等：处于化学平衡状态时，v正v逆；变：条件改变时，化学平衡发生移动；同：无论是从正反应开始还是从逆反应开始所建立的化学平衡，只要平衡时各物质的含量相同，所建立的平衡是等效的。,如：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，在温度、体积一定时，以1molN2和3molH2开始建立的平衡状态与2molNH3开始所建立的平衡状态中NH3的体积分数是相同的。,栏目链接,3可逆反应达到平衡状态的标志。(1)本质标志：同一物质的消耗速率与生成速率相等，即v正v逆，各组分的百分含量保持不变(不再随时间而变化)。(2)等价标志：可逆反应的正、逆反应速率不再随时间而发生变化且相等；体系中各组分的含量即物质的量浓度、物质的量分数、体积分数、质量分数等保持不变(但不一定相等);,栏目链接,对同一物质而言，单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等的状态v正(B)v逆(B);对不同物质而言，一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于其化学反应方程式中的化学计量数(系数)之比。,栏目链接,(3)特殊标志：对于aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)类型，反应物和生成物全部都是气体且abcd的可逆反应，若反应混合物体系中混合气体的平均相对分子质量、体系的总压不再随时间而改变，则反应达到平衡状态；但对于abcd，由于，无论反应到达平衡状态与否，、p始终不变，因此无法用、p来判断反应是否处于平衡状态。,栏目链接,对于有气体参加的反应，且反应中气体反应物和气体生成物的化学计量数之和不同的可逆反应(体系中可存在固、液态物质)，当恒温恒压时，若反应体系的体积不变，混合气体的密度不变，则反应处于平衡状态。,由于任何化学反应都伴有能量的变化，因此在其他条件不变的情况下，当总体系的温度一定时，则反应达到平衡状态。,栏目链接,对于有有色物质参加的可逆反应，如H2(g)I2(g)2HI(g)，若体系的颜色不变，则反应达到平衡状态。化学平衡状态的判断方法具体总结如下：,栏目链接,栏目链接,例1一定温度下的密闭容器中，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的同时生成nmolABB容器内的总压强不随时间的变化而变化C单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2D单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolB2,栏目链接,解析：在一定条件下，判断一个反应是否达到平衡，主要看正、逆反应速率是否相等，体系中各组分的浓度(或含量)是否保持不变。A项中生成A2是逆反应，生成AB是正反应，但是v正v逆，没有达到平衡。对于左右两边气体的化学计量数相等的反应来说，B项中压强不随时间的变化而变化，不能说明反应混合物中A2、B2和AB的浓度是否保持一定，v正是否等于v逆。,栏目链接,该反应前后气体总的物质的量保持不变，在其他条件一定时，反应从开始至反应达到平衡就一直保持不变，故压强不变不能说明反应是否达到平衡状态。C项中表明v正v逆，反应已达到平衡状态。D项中只说明了逆反应速率，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应在进行，生成A2和B2的物质的量之比始终为11。答案：C,栏目链接,变式训练1在一定条件下体积不变的密闭容器中，反应2A(g)2B(g)3C(g)D(g)达到平衡状态的标志是(A)A单位时间内生成2nmolA，同时生成nmolDB容器内压强不随时间而变化C单位时间内生成nmolB，同时消耗1.5nmolCD容器内混合气体密度不随时间而变化,栏目链接,解析：单位时间内生成2nmolA，同时生成nmolD，则v正v逆，反应达平衡状态，故A项正确；单位时间内生成nmolB，同时消耗1.5nmolC，都是表示的逆反应速率，不能判断反应是否达平衡状态，故B项错误；因为反应前后气体总体积不变，不论反应开始进行还是达到平衡，体系的压强始终不变，故压强不能作为判定依据，故C项错误；该反应是一个气态反应，在恒容条件下，无论起始还是达到平衡，混合气体的密度始终不变，故D项也错误。,知识点二化学平衡常熟,栏目链接,1化学平衡常数的含义及表示方法。(1)含义：在一定的温度下，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(简称为平衡常数)。(2)符号：K。对于一般的可逆反应：aA(g)bB(g)cC(g)dD(g),栏目链接,(纯固体或溶剂参加的反应，它们不列入平衡常数的表达式中)(3)物理意义：平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)；平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越完全。若K平数值在105左右，通常认为反应进行得较完全，若K平数值在105左右，则认为这个反应很难进行。(4)平衡常数是反应的特性常数。K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。,栏目链接,对于可逆反应：H2(g)I2(g)2HI(g)，在698.6K时，,从教材中的表中数据我们可以看出，平衡常数不随物质的起始浓度而改变，仅取决于反应的本性。反应一定，温度一定，平衡常数就是定值。在恒定的温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，最后都能达到同一平衡状态。因此我们说平衡常数是反应的特性常数。,栏目链接,(5)若用任意状态的浓度幂之积的比值(称为浓度商，用Qc表示)与Kc相比较，可判断可逆反应是否达到平衡状态和反应进行的方向，即：，对于反应aAbBcCdD而言：QcKc，可逆反应向左进行；QcKc，可逆反应处于平衡状态；QcKc，可逆反应向右进行。,栏目链接,结论：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，平衡常数表达式就不同。,在书写平衡常数表达式时，要注意以下几点：a在应用平衡常数表达式时，稀溶液中的水分子浓度可不写。因为稀溶液的密度接近于1g/mL。水的物质的量浓度为55.6molL1。在化学反应中，水量的改变对水的浓度变化影响极小，所以水的浓度是一个常数，此常数可归并到平衡常数中去。对于非水溶液中的反应，溶剂的浓度同样是常数。,栏目链接,b当反应中有固体物质参加时，分子间的碰撞只能在固体表面上进行，固体的物质的量浓度对反应速率和平衡均没有影响。因此，固体的“浓度”视为常数，在平衡常数的表达式中，不写固体的浓度。例2抽烟对人体有害。烟草不完全燃烧产生的一氧化碳被吸进肺里跟血液中的血红蛋白(用Hb表示)化合，发生下述反应：COHbO2O2HbCO。实验表明，HbCO的浓度即使只有HbO2浓度的2%，也足以使人的智力受损。试回答：,栏目链接,(1)上述反应的平衡常数表达式为K_。(2)抽烟后，吸入肺部的空气中测得的CO和O2的浓度分别为106molL1和102molL1。已知37时，平衡常数K220，这时HbCO的浓度_HbO2浓度的0.02倍(选填“大于”“等于”或“小于”)。,解析：答案：,栏目链接,变式训练2在0.5升密闭容器中，一定量的氮气与氢气进行如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)HakJmol1，其化学平衡常数K与温度的关系如表：,栏目链接,请回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数的表达式：_，a_0(选填“大于”“小于”或“等于”)。(2)400时，2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数为_，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，该反应的v正(N2)_v逆(N2)(选填“大于”“小于”或“等于”)。,栏目链接,解析：(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)HakJmol1，平衡常数Kc2(NH3)/c(N2)c3(H2)，表中平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正反应为放热反应。(2)400N2(g)3H2(g)2NH3(g)的K0.5，则400时，2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数K1/K1/0.52；测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，浓度为6mol/L，,栏目链接,4mol/L，2mol/L，Qc1.12，说明平衡正向进行，v正(N2)v逆(N2)。答案：(1)c2(NH3)/c(N2)c3(H2)小于(2)2大于,知识点三平衡转换率,栏目链接,1定义。平衡转化率是指用平衡时已转化了的某反应物的量与反应前(初始时)该反应物的量之比来表示反应在该条件下的反应限度。对于反应aAbBcCdD，反应物A的转化率可以表示为：,栏目链接,2经验总结。(1)可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系。反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。(2)转化率的推导公式。转化率(),栏目链接,(3)产品的产率。,例3在密闭容器中，将2.0molCO与10molH2O混合加热到800，达到平衡：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，且K1.0。求CO转化为CO2的转化率。解析：设CO转化为CO2的转化率为，则：,栏目链接,解得83.3%答案：CO转化为CO2的转化率为83.3%。,栏目链接,变式训练3将CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)。将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭反应器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。,栏目链接,解析：设CH4的初始物质的量为xmol，则CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)初始浓度/molL100平衡浓度/molL1K27解得：x0.11转化率100%91%,栏目链接,答案：CH4的平衡转化率为91%。80时，将0.40mol的N2O4气体充入容积为2L的恒容密闭容器中，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表：,栏目链接,下列说法正确的是()A反应在2040s之间的平均速率v(N2O4)0.0020molL1B保持其他条件不变，将温度升高至t时的平衡常数为2.0，则反应的H0C保持其他条件不变，向平衡体系中再充入0.20molN2O4，则反应达到新平衡时N2O4的转化率增大D相同温度下，将0.40mol的N2O4充入容积为1L的恒容密闭容器中，反应达平衡时，c(NO2)0.6molL1,栏目链接,解析：A项中，在20s时n(N2O4)0.28mol，v(N2O4)(0.12mol/2L)/20s0.0030mol/(Ls)，故A错误；B项中，由表中数据可知反应在80s时达到平衡，平衡时c(N2O4)0.05molL1，c(NO2)0.3molL1，平衡常数KNO22/N2O4(0.3mol/L)2/(0.05mol/L)1.8mol/L，升高温度平衡常数增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，故B错误；C项中，,栏目链接,原平衡N2O4(g)2NO2(g)起始浓度/(mol/L)0.20变化浓度/(mol/L)0.150.3平衡浓度/(mol/L)0.050.3N2O4转化率为(0.15)/0.20.75，再加入N2O4后，设平衡时N2O4转化率为x，N2O4(g)2NO2(g)起始浓度/(mol/L)0.30变化浓度/(mol/L)0.3x0.6x平衡浓度/(mol/L)0.30.3x0.6x,栏目链接,KNO22/N2O4(0.6x)2/(0.30.3x)1.8mol/Lx0.686K，平衡左移，则c(NO2)K，平衡逆向移动，Z的平衡浓度比原来的一半小，故B错误；,栏目链接,再加入0.5molX和0.5molZ，Qc(Z)/c(X)2c(Y)(0.030.1)mol/L/(0.04mol/L0.1mol/L)20.07mol/L94.75(mol/L)2K，平衡正向移动，Y的转化率增大，故C错误；若降低温度，Z的体积分数增大，说明平衡正向进行，正反应是放热反应a小于0，故D正确。,知识点四反应条件对化学平衡的影响规律,栏目链接,1温度对化学平衡的影响。,栏目链接,2浓度对化学平衡的影响。,栏目链接,3.压强对化学平衡的影响。,栏目链接,例5现有反应aA(g)bB(g)pC(g)，达到平衡后，当升高温度时，B的转化率变大；当减小压强时，混合体系中C的质量分数也减小，则：(1)该反应的逆反应是_热反应，且ab_p(选填“”“”或“”)。(2)减压时，A的质量分数_(选填“增大”“减小”或“不变”，下同)，正反应速率_。,栏目链接,(3)若加入B(体积不变)，则A的转化率_，B的转化率_。(4)若升高温度，平衡时B、C的浓度之比将_。(5)若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量_。(6)若B是有色物质，A、C均为无色物质，则加入C(体积不变)时混合物的颜色_，而维持容器内气体的压强不变，充入氖气时，混合物的颜色_(选填“变浅”“变深”或“不变”)。,栏目链接,解析：升高温度，B的转化率变大，说明此反应的正反应为吸热反应；减小压强，混合体系中C的质量分数变小，说明减小压强时平衡向逆反应方向移动，则abp；催化剂对化学平衡无影响；若B为有色物质，体积不变时加入C，平衡向逆反应方向移动，生成更多的B而使混合物的颜色加深；如维持容器内压强不变，充入氖气可使容器体积增大，,栏目链接,虽然平衡向逆反应方向移动，B的物质的量增加，但B的浓度比原平衡时小，因而混合物的颜色变浅。答案：(1)放(2)增大减小(3)增大减小(4)减小(5)不变(6)变深变浅,栏目链接,变式训练5在一定温度下，密闭容器中AB2C类型的反应达到了平衡。(1)当增加或减少A物质时，平衡不移动，则A物质的状态为_。(2)升高温度时，平衡向右移动，此正反应为_反应，升高温度时，正反应速率_，逆反应速率_(选填“增大”或“减小”)。(3)若B物质为气态，增大压强时平衡不移动，则A物质为_态物质，C物质为_态物质。,栏目链接,解析：(1)固态或纯液态物质在反应中可视为浓度不变，其量的增减对Q与K的关系无影响，平衡不发生移动。(2)升高温度，平衡向吸热的方向移动，故该反应的正反应为吸热反应，温度升高，v正、v逆均增大。(3)增大压强，平衡不移动，说明反应前后气体的体积不变，又因B为气态，只有A、C均为气态，才能满足上述条件。答案：(1)固态或纯液态(2)吸热增大增大(3)气气,知识点五化学平衡的有关图像,栏目链接,化学平衡的有关图象1常见有关图象类型。(1)物质的“量”(浓度、物质的量或百分含量)时间(温度、压强)图象。,栏目链接,栏目链接,(2)反应某时刻的物质的“量”温度(压强)图象。如对于化学反应mA(g)nB(g)qC(g)pD(g),栏目链接,(3)平衡时物质的“量”温度(压强)图象。如反应mA(g)nB(g)qC(g)pD(g),栏目链接,(4)平衡转化率时间(温度、压强)图象。如对于化学反应mA(g)nB(g)qC(g)pD(g),栏目链接,(5)速率温度(压强)图象。,栏目链接,2图象题的解答思路。(1)看图象。“一看”面(即纵坐标与横坐标的意义)；“二看”线(即线的走向和变化趋势)；“三看”点(即起点、折点、交点、终点)；“四看”辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)；“五看”量的变化(如浓度变化、温度变化等)。,栏目链接,(2)想规律。联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。(3)作判断。根据图象中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。例6可逆反应：mA(g)nB(g)xC(g)HQkJmol1在不同温度、压强下反应物A的转化率的变化情况如下图所示。下列对于反应的热效应Q和反应方程式A、B、C的系数的判断中，正确的是(),栏目链接,AQ0，mnxBQ0，mnxCQ0，mnxDQ0，mnx,栏目链接,解析：由左图可知，压强为p1时达到平衡所用的时间比较短，即p1p2，选择两压强下的平衡状态，由p2、p1的大小比较和A的转化率可知，增大压强，平衡正向移动，故mnx；由右图可知，升高温度，A的转化率下降，即升高温度，平