第3章 化学反应速率和化学平衡

.,第3章化学反应速率和化学平衡,.,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,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+np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+np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3amolBA、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),.,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,.,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,1、浓度对化学平衡的影响,二、影响化学平衡的条件,.,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,.,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。,2、压强对化学平衡的影响,.,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,.,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？,2NO2N2O4H0,.,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。,.,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。,.,第3章化学反应速率和化学平衡,第二节化学平衡化学平衡常数,.,平衡常数的推导,48.38,48.61,48.48,根据表中的数据计算出平衡时的值，并分析其中规律。,48.71,.,结论：,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，又不论反应物起始浓度的大小，最后都能达到化学平衡，这时生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值是一个常数。,.,一、化学平衡常数（K）,1、定义,一定温度下，对于已达平衡的反应体系中，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是个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数。,2、平衡常数的数学表达式及其单位,K=,K的单位：,.,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。,二、书写平衡常数关系式的规则,.,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。,K1K2,，K1=K22,二、书写平衡常数关系式的规则,.,1、平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度，估计反应的可能性。因为平衡状态是反应进行的最大限度。,三、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，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。,一般，当K105时，该反应进行得基本完全。