第23讲 化学平衡

1、.第23讲 化学反应的方向与限度【课前练习】1. （2011重庆）一定条件下，下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是ACO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s) + H2O(g) H0BCO2(g)+ H2(g)CO(g) + H2O(g) H0CCH3CH2OH(g) CH2=CH2(g) + H2O(g) H0D2C6H5CH2CH3(g) + O2(g)2C6H5CH=CH2(g) + 2 H2O(g) H02.（2011天津）向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示

2、意图如右所示。由图可得出的正确结论是A.反应在c点达到平衡状态B.反应物浓度：a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.t1=t2时，SO2的转化率：ab段小于bc段3. （2011海南）氯气在298K、100kPa时，在 1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。请回答下列问题：该反应的离子方程式为_；估算该反应的平衡常数_（列式计算）；在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，平衡将向_移动；如果增大氯气的压强，氯气在水中的溶解度将_（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡将向_移动。 (水视为纯液体)C起 0.09 00 0C变 0.09 0.03

3、0.03 0.03C平 0.06 0.03 0.03 0.03K=0.00045正反应方向；增大，正反应方向【知识网络】化学反应的方向与限度焓判据熵判据HTS0化学反应方向概念特征：逆、等、动、定、变建立途径：等效平衡化学平衡状态浓度商判据速率判据影响因素：温度、浓度、压强移动原因及方向化学平衡移动mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)K=表达式影响因素：温度应用化学平衡常数判断反应程度、方向；计算(A)=影响因素：温度、浓度应用平衡转化率表达式判断反应程度；计算化学反应限度放热反应放出热量的化学反应反应物的总焓大于生成物总焓，H0吸热反应吸收热量的化学反应反应物的总焓小于生成物总焓，H

4、0分类化石能源包括：石油、煤、天然气缺点：蕴藏量有限、不能再生，利用率低、污染环境H=H（生成物）H（反应物）盖斯定律化学键的键能计算依据热化学方程式新能源包括：太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能、生物能等特点：资源丰富、可以再生、无污染或污染很轻能源影响因素反应体系的物质的量物质的聚集状态反应条件（温度、压强等）反应热意义：表明物质变化情况和反应中的焓变书写注明聚集状态标出H的数值和符号反应焓变必须与化学计量数相对应一、化学反应的方向1自发过程：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程称为自发过程。如：水由高处流向低处的过程、热由高温物体传向低温物质的过程、常温下将

5、金属钠投入水中的反应等。2反应焓变与反应方向思考：热水自发变凉，说明自发过程与什么因素有关呢？反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是惟一因素。例证：多数能自发进行的化学反应是放热反应，如4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3有些吸热反应也能自发进行，如NH4HCO3+CH3COOHCH3COONH4+H2O+CO2有些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如CaCO3CaO+CO23反应熵变与反应方向思考：将一盒火柴打开从空中抛下，会有何变化？说明自发过程与什么因素有关呢？熵与熵变描述一个由大量粒子组成的体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。熵值

6、越大，体系混乱度越大。在同一条件下，不同物质的熵不同；而同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，S(g)S(l)S(s)。化学反应的熵变S，为反应产物总熵与反应物总熵之差。S0的反应，称为熵增加反应；反之，S0的反应，称为熵减小反应。熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是惟一的因素。例证：许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行，如2H2O22H2O+O2NH4HCO3+CH3COOHCH3COONH4+H2O+CO2有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行，如C+H2OCO+H2有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如2Al+Fe2O3Al2O3

7、+2Fe NH3+HClNH4Cl4焓变与熵变对反应方向的共同影响在温度、压强一定的条件下H一TS0反应能自发进行H一TS0反应达到平衡状态H一TS0反应不能自发进行这个判据用文字表述为：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向H一TS0的方向进行，直至达到平衡状态。一般规律：放热的熵增加反应一定能自发进行；吸热的熵减小反应一定不能自发进行；如果反应的焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。放热的熵减小反应在低温时能自发进行；吸热的熵增加反应在高温下能自发进行。二、化学反应的限度可逆反应在相同条件下，同时向正、反两个反应方向进行的化学反应。如：N2+3H2 2NH

8、3必须注意“二同”，即相同条件和同时。对于可逆反应来说，在一定条件下反应物不可能全部转化为产物，反应只能进行到一定程度。化学平衡状态概念：在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。特征：逆：只有可逆反应才会有化学平衡状态。等：达到平衡时，必有v(正)v(逆)； v(正)v(逆)时，反应必已建立化学平衡。动：化学平衡是动态平衡，即v(正)v(逆)0。定：平衡状态时，反应混合物中各组分的百分含量一定。变：化学平衡状态是有条件的、暂时的、相对的，如果外界条件变化导致v(正)、v(逆)变化

9、不同，平衡就会发生移动，直到建立新的平衡。化学平衡状态的判断依据反应特点mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)m+n=p+qm+np+q无条件判据v(正)=v(逆)平衡平衡各组分质量或体积分数不变平衡平衡各组分质量或浓度等不变平衡（浓度变化时不一定不平衡）平衡有条件判据总压强不变不一定平衡定温、定容时平衡混合气体不变不一定平衡平衡混合气体密度不变不一定平衡定温、定压时平衡体系温度不变绝热体系平衡绝热体系平衡气体颜色不变有色分子参与的反应平衡有色分子参与的反应平衡气体总体积不变不一定平衡定温、定压时平衡气体总物质的量不变不一定平衡平衡化学平衡常数概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时

10、，生成物浓度系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比值是一个常数，称之为化学平衡常数，用符号K表示。表示方法：以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例：反应中纯固体或纯液体的浓度、稀溶液中进行的反应中水的浓度不必列入表达式中。化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关。升高温度，吸热反应的K值增大，放热反应的K值减小。K值的大小，反映了化学反应可能进行的程度（即反应的限度）。K越大，说明反应进行的越完全。化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应，由于书写的方式不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数的表达式就不同。对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。化学

11、平衡常数的单位与化学方程式的表示形式相对应。 应用判断一个反应是否达到平衡状态对化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)的任意状态，Q称为浓度商，表达式： QK，反应未达到平衡，v(正)v(逆)，反应向逆反应方向进行而达到平衡；QK，反应已达到平衡，v(正)v(逆)；QK，反应未达到平衡，v(正)v(逆)，反应向正反应方向进行而达到平衡。计算平衡后某物质的浓度或平衡转化率三段式mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)起始量 a b 0 0变化量 mx nx px qx平衡量 a-mx b-nx px qx再将各有关量代入相应浓度、含量或反应物的平衡转化率的表达式即可。

12、注意：只有变化量的比值必定等于方程式中的系数之比。【练习】PCl5的热分解反应如下：PCl5(g) PCl3(g)+Cl2 (g) 写出反应的平衡常数表达式。已知某温度下，在容积为10.0 L的密闭容器中充入2.00 mol PCl5，达到平衡后，测得容器内PCl3的浓度为0.150molL1，计算该温度下的平衡常数。答案： K=0.450平衡转化率化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，反应物A的平衡转化率为：(A)=化学平衡的移动及影响因素化学平衡移动由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程，称为化学平衡移动。一定条件下v(正)v(逆)Q

13、= K平衡（）改变条件导致一段时间v(正) v(逆)Q K平衡（）被破坏新的条件下V(正)v(逆)Q = K平衡（）对于一个已达化学平衡状态的可逆反应，如果条件改变：v(正)v(逆)、QK，则平衡正向移动或向右移动，平衡移动的结果使反应产物浓度更大；v(正)v(逆)、QK，则平衡逆向移动或向左移动，平衡移动的结果使反应产物浓度更小；反应条件对化学平衡的影响浓度：在其它条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，都可以使平衡向着正反应方向移动。增大生成物浓度或减小反应物浓度，都可以使平衡向着逆反应方向移动。浓度对化学平衡的影响是通过改变浓度商实现的。在化工生产中，根据以上平衡原理，常常通过

14、增加某一价廉、易得的反应物的浓度来提高另一昂贵、稀缺的反应物的转化率，从而降低生产成本。为了提高产率，生产过程中常常将反应产物及时从体系中移走，使反应所建立的化学平衡不断地向右移动。注意：当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对平衡无影响。压强：对于有气体参加反应且化学方程式中气态物质系数发生变化的可逆反应，若其它条件不变，增大压强，化学平衡向气态物质系数减小的方向移动；反之，减小压强，化学平衡向气态物质系数增大的方向移动。对于化学方程式中气态物质系数不变的反应，增大或减小压强，化学平衡状态不变。压强对化

15、学平衡的影响也是通过改变浓度商实现的。对于只涉及固体或液体的反应，压强对平衡体系的影响极其微弱，可以不予考虑。注意：恒容时，通入稀有气体，总压强增大，但原平衡混合物的浓度均不变，反应速率不变，平衡不移动；恒压时，通入稀有气体，容器体积变大，原平衡混合物的浓度均减小，相当于减压，平衡向气态物质系数增大的方向移动。恒容时，当改变平衡混合物中某一气态物质的浓度时，虽然同时引起压强改变，但判断平衡移动的方向时，应仍从浓度影响的角度去考虑；若同等程度地改变平衡混合物中各气态物质的浓度，则应从压强的角度考虑。温度：其它条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。

16、温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数实现的。化学平衡移动过程中反应物的转化率一定发生变化，各组分的百分含量一定改变。对于一个给定的可逆反应来说，浓度、压强改变时，化学平衡不一定发生移动，但温度改变时，化学平衡一定发生移动。催化剂只能加快化学反应速率，对化学平衡无影响，不能改变化学平衡常数和平衡转化率。勒夏特列原理平衡移动原理在封闭体系中，如果仅改变平衡体系的一个条件(如温度、浓度、压强)，平衡将向减弱这个改变的方向移动。6等效平衡含义：在一定条件（恒温、恒容或恒温、恒压）下，对同一可逆反应，只是起始时加入物质的物质的量（即投料）不同，而达到化学平衡时，任何相同组分的体积分数、物质的量分数或质

17、量分数等均对应相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。在等效平衡中，还有一类特殊的平衡，不仅任何相同组分的体积分数、物质的量分数或质量分数等均对应相等，而且相同组分的物质的量或质量等也均对应相等，这类等效平衡又互称为等同平衡。等同平衡是等效平衡的特例。判断方法及类型：判断方法极端假设法：对于不同的起始状态，假定反应沿某一方向进行完全（即通过可逆反应化学方程式中的系数比换算成同一半边的物质），将所得各物质的物质的量与参照状态进行对比。类型：恒温、恒压或恒温、恒容下，极端假设后，若投料相同，即为等同平衡；恒温、恒压下，极端假设后，若投料成正比，即为等效平衡；恒温、恒容下，对于反应前后气态物质系数不变的

18、反应，极端假设后，若投料成正比，即为等效平衡。【练习】在一个盛有催化剂、容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：N23H22NH3。已知编号始态的物质的量/mol平衡时NH3的物质的量/molN2H2NH3140a0.52.5110.5a1.560mg(g4m)【练习】在一固定体积的密闭容器中，保持一定温度进行以下反应H2(g)I2(g) 2HI(g)。已知编号起始状态物质的量/mol平衡时HI(g)的物质的量/molH2(g)I2(g)HI(g)120a0.51.5124010.5amg(2m)7. 化学平衡图像分析步骤先看图像：一看面（纵坐标与横坐标的意义）；二看线（线的

19、走向和变化趋势等）；三看点（起点、终点、拐点、交点等）；四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线）；五看量的变化（如浓度变化、温度变化等）。再想规律：联想温度、浓度和压强等反应条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。后作判断：根据图像中呈现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。技巧“先拐先平条件高”：在含量(或转化率)时间图像中，先出现拐点的则先达到平衡，即反应速率大，说明该曲线表示的温度较高或压强较大等。“定一议二法”：在含量(或转化率)温度/压强图像中，往往有三个变量，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系（因为平衡移动原理只适用于“单因素”的改变），即确定横坐标所表示的量后

20、（作辅助线），讨论纵坐标与曲线的关系（或确定纵坐标所表示的量后，讨论横坐标与曲线的关系）。【练习】对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，以下图像分别说明什么？ 【高考真题】【题1】（2011山东）研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理有重要意义。NO2可用水吸收，相应的化学方程式为_。利用反应6NO2+8NH3 7N2+12H2O也可以处理NO2。当转移1.2mol电子时，消耗的NO2在标准状况下是_L。已知：2SO2(g)+ O2 (g)2SO3 (g)H =196.62NO(g)+ O2 (g) 2NO2 (g)H =113.0则反应NO2(g)+ SO2 (g) SO3 (g) +NO(g)的H =_一定条件下，将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明