第二章化学反应速率和化学平衡 第三节和第四节学案

1、第三节化学平衡一、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. NH3+H2O NH3·H2O 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二、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,一种动态平衡三、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

2、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。注意三点:1前提条件:可逆反应2实质:正反应速率=逆反应速率3标志:反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态四、化学平衡状态的特征(1逆:可逆反应(2动:动态平衡(正逆反应仍在进行(3等:正反应速率=逆反应速率(4定:反应混合物中各组分的浓度保持不变,各组分的含量一定。(5变:条件改变,原平衡被破坏,在新的条件下建立新的平衡。(6“同”:化学平衡的建立与反应途径无关。对同一可逆反应,只要条件相同(温度、浓度、压强,不论从正反应、逆反应或正逆反应同时进行,均能达到同一平衡状态。判断化学平衡状态的标志(1任何情况下均可作为标志

3、的:正=逆(同一种物质各组分含量(百分含量、物质的量、质量、物质的量浓度不随时间变化某反应物的消耗(生成速率:某生成物的消耗(生成速率=化学计量数之比反应物转化率不变(2在一定条件下可作为标志的是对于有色物质参加或生成的可逆反应体系,颜色不再变化。对于有气态物质参加或生成的可逆反应体系,若反应前后气体的物质的量变化不为0,则混合气体平均相对分子质量M和反应总压P不变(恒温恒容。对于恒容绝热体系,体系的温度不再变化。(3不能作为判断标志的是各物质的物质的量或浓度变化或反应速率之比=化学计量数之比。(任何情况下均适用有气态物质参加或生成的反应,若反应前后气体的物质的量变化为0,则混合气体平均相对分

4、子质量M和反应总压P不变(恒温恒容。以xA(g+yB(g zC(g为例,分析化学反应达到平衡状态的标志:1直接:速率:v正=v逆(即任何一种物质的生成速率等于其消耗速率各成分的含量保持不变2间接:混合气体的总压、总体积、总物质的量不随时间的延长而改变(x+yz各物质的物质的量,物质的量浓度不随时间的延长而改变注意(1对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应(如2SO2+O2 2SO3来说,可利用混合气体的总压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。(2对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应:(如H2+I2(g 2HI,不能用此标志判断平衡是否到达,因为在此反

5、应过程中,气体的总压、总体积、总物质的量都不随时间的改变而改变。(3对于不同类型的可逆反应,某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志,取决于该物理量在平衡到达前(反应过程中是否发生变化。若是则可;否则,不行。化学平衡移动可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。研究对象:已建立平衡状态的体系平衡移动的标志:1、反应混合物中各组分的浓度发生改变2、V正V逆一、浓度对化学平衡的影响:Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN3 (硫氰化铁增加Fe3+ 或SCN-的浓度,平衡向生成Fe(SCN3的方向移动,故红色加深。增加反应物的浓度, V正> V逆,平衡向正反应方向移动

6、速率-时间关系图1.结论:在其它条件不变的情况下,增加反应物的浓度(或减少生成物的浓度,平衡向正反应方向移动;反之,增加生成物的浓度(或减少反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动。2.意义:增大成本较低的反应物的浓度,提高成本较高的原料的转化率。思考:1、在二氧化硫转化为三氧化硫的过程中,应该怎样通过改变浓度的方法来提高该反应的程度?增加氧气的浓度2、可逆反应H2O(g+C(s CO(g+H2(g 在一定条件下达平衡状态,改变下列条件,能否引起平衡移动?CO浓度有何变化?增大水蒸气浓度加入更多的碳增加H2浓度3、浓度对化学平衡移动的几个注意点对平衡体系中的固态和纯液态物质,其浓度可看作一个常数,增

7、加或减小固态或液态纯净物的量并不影响V正、V逆的大小,所以化学平衡不移动只要是增大浓度,不论增大的是反应物浓度,还是生成物浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;减小浓度,新平衡状态下的速率一定小于原平衡状态。反应物有两种或两种以上, 增加一种物质的浓度, 该物质的平衡转化率降低, 而其他物质的转化率提高。二、压强对化学平衡的影响:增大压强,正逆反应速率均增大,但增大倍数不一样,平衡向着体积缩小的方向移动1.前提条件:反应体系中有气体参加且反应前后总体积发生改变。2.结论:对于反应前后气体体积发生变化的化学反应,在其它条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动,

8、减小压强,会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。体积缩小:即气体分子数目减少体积增大:即气体分子数目增多3.速率-时间关系图思考:对于反应H2O+CO H2+CO2如果增大压强,反应速率是否改变,平衡是否移动?增大压强,正逆反应速率均增大,但增大倍数一样,V正= V逆,平衡不移动。三、温度对化学平衡的影响1.结论:在其它条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动。降低温度,平衡向放热反应方向移动2.原因:在其它条件不变的情况下, 升高温度,不管是吸热反应还是放热反应,反应速率都增大,但吸热反应增大的倍数大于放热反应增大的倍数,故平衡向吸热反应的方向移动.3.速率-时间关系图四、催化剂

9、对化学平衡的影响:催化剂对可逆反应的影响:同等程度改变化学反应速率,V正= V逆,只改变反应到达平衡所需要的时间,而不影响化学平衡的移动。可见,要引起化学平衡的移动,必须是由于外界条件的改变而引起V正V逆平衡移动的本质:化学平衡为动态平衡,条件改变造成V正V逆平衡移动原理(勒沙特列原理:如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、或温度等,平衡就向能减弱这种改变的方向移动。等效平衡一、等效平衡原理:在相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始都可以建立同一平衡状态,也就是等效平衡,还可以从中间状态(既有反应物也有生成物开始,平衡时各物质的浓度对应相等。由于化学平衡状态与条件有关

10、,而与建立平衡的途径无关,因而,同一可逆反应,从不同状态开始,只要达到平衡时条件(温度,浓度,压强等完全相同,则可形成等效平衡。二、等效平衡规律:等效平衡的广泛定义:只因投料情况的不同,达到平衡后,各组分的物质的量(或能转化为物质的量分数相等的平衡状态,互为等效平衡状态。在定温,定容条件下,对于反应前后气体分子数改变的可逆反应只改变起始加入物质的物质的量,如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。简言之,定温,定容下,归零后,等量即为等效平衡在定温,定容条件下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物的物质的量的比值与原平衡相同,两

11、平衡等效。简言之,定温,定容下,归零后,等比例即为等效平衡在定温,定压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数,换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效. 简言之,定温,定容下,归零后,等比例即为等效平衡化学平衡常数一定温度下,对于已达平衡的反应体系中,生成物以它的化学计量数为乘幂的浓度之积除以反应物以它的化学计量数为乘幂的浓度之积是个常数,这个常数叫做该反应的化学平衡常数二、平衡常数的数学表达式及单位:对于一般的可逆反应:mA+ n B p C + q D 。其中m 、n 、p 、q 分别表示化学方程式中个反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到

12、化学平衡时,这个反应的平衡常数可以表示为: k=n m qp B A D C 浓度的单位为mol ·L-1K 的单位为(mol ·L-1n三、书写平衡常数关系式的规则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(sCaO(s+CO2(gK =CO2CO2(g+H2(gCO(g+H2O(lK =CO/(CO2H22、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。例 N2 (g + 3 H2 (g 2NH3

13、(gK1 = 1.60 10 -51/2N2 (g + 3/2 H2 (g NH3 (gK2 = 3.87 10 -2K1 K2 , K1 = K223、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.平衡转化率平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。第四节化学反应进行的方向一、化学反应原理的重要组成部分反应的快慢程度化学反应原理 化学反应的限度反应进行的方向如何判断反应能否发生?化学反应进行的方向是一个复杂问题,如果反应已经发生了,方向其实也已确定;但如果反应还没有发生,我们则要通过互相关联的能量(H 判据(力图使自身能量趋于最低和熵

14、判据(由有序变为无序的现象。自发过程:在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程二、反应焓变与反应方向日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律能量判据体系趋向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外做功或者释放热量H 0。多数能自发进行的化学反应是放热反应,如常温、常压下,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的,反应放热4Fe(OH2(s+2H2O(l+O2(g= 4Fe(OH3(s;H=-444.3KJ/mol但是,有不少吸热反应也能自发进行,如NH4HCO3(s+CH3COOH(aq=CO2(g+CH3COONH4(aq+H2O(l;H(298K=+37.3KJ/mol还有一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运用焓判据主要依据反应焓变,而焓变(H的确是一个与反应能否自发进行的因素,但不是决定反应能否自发进行的唯一因素三、反应熵变与反应方向1、在密闭条件下,体系由有序自发地转变为无序的倾向称为熵。由大量粒子组成的体系中,用熵来描述体系的混乱度,2、符号用S表示。3、熵值越大,体系混乱度越大。同一物质,S(gS(lS(s。4、熵变和熵增原理(1熵变(S化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化,因此存在着熵变。S=S反应产物-S反应物产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值(S >0