第二章化学反应速率与化学平衡221化学平衡状态222化学平衡常数课件-高二上学期化学人教版选择性必修1

1.结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡的特征，发展“变化观念与平衡思想”的学科核心素养。2.知道化学平衡状态的特征，判断反应是否达到化学平衡状态。学习目标重点难点

第二章化学反应速率与化学平衡第二节化学平衡第1课时化学平衡状态

体会可逆反应存在限度，判断反应是否达到化学平衡状态工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。如果你准备开一家合成氨的工厂，从化学角度你应该考虑哪些问题来提高生产效益？多快好省反应物的转化率多化学反应速率快效益好，日产量高节省成本化学平衡化学反应速率化学反应速率与化学平衡综合运用合成氨工厂写出合成氨的化学方程式，分析反应的特点？一、可逆反应

在相同条件下能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。1、定义：

N2+3H22NH3

2、可逆反应的特点：①双向性：反应物

生成物③共存性：反应物和生成物同时存在。②双同性：正逆反应是在同一条件下进行的；思考：H2＋O2

2H2O与2H2O

2H2↑＋O2↑互为可逆反应吗？不是。反应条件不同ABD课堂练习1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的程度，这就是该化学反应在这个条件下所能达到的限度。即无论进行多长时间，反应物都不可能100％地全部转化为生成物。1.

25℃时，合成氨反应的热化学方程式为：N2(g)

＋3H2(g)

2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol在该温度时，取1molN2和3molH2放在密闭容器中，在催化剂存在下进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4kJ。其原因是___________该反应是可逆反应，1molN2和3molH2不能完全化合生成2molNH3，所以，反应放出的热量总是小于92.4kJ。课堂练习22.将0.2mol·L－1KI溶液和0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2”的是(

)A.①和②

B．②和④

C．③和④

D．①和③实验编号实验操作实验现象①滴入KSCN溶液溶液变红②滴入AgNO3溶液有黄色沉淀生成③滴入K4[Fe(CN)6]溶液有蓝色沉淀生成④滴入淀粉溶液溶液变蓝D

N2+3H22NH3

2NH3

N2+3H2思考1：以1mol/LN2和3mol/LH2或2mol/LNH3为起始反应物在一定条件下发生反应。以时间为横坐标，浓度为纵坐标绘制反应过程中浓度随时间变化的示意图。思考2：其他条件一定，结合浓度与速率的关系，以时间为横坐标，速率为纵坐标绘制反应过程中v正、v逆随时间变化的示意图。反应速率v

(正)v

(逆)t1时间（t）0v(正)=v(逆)化学平衡状态化学平衡状态1．一定条件下，向某密闭容器中投入一定量的X和Y，发生反应，反应过程中正、逆反应速率v

随时间t

的变化情况正确的是（）

A．B．

C．D．0v正v逆vt0v逆v正vt0v正v逆vt0v逆v正vtD课堂练习3适用对象：可逆反应内在本质：v(正)=v(逆)≠0外在标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变适用条件：一定条件

一定条件下，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。1.化学平衡状态概念二、化学平衡状态2.化学平衡状态特征：逆：可逆反应（或可逆过程）等：

v正=v逆(不等于零)动：正逆反应均未停止，只是速率相等,是动态平衡定：平衡时，各组分的浓度保持不变变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。平衡移动怎么判断反应是否达到化学平衡状态？①反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；②反应特点，反应前后气体的物质的量是否改变③特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。正逆相等，变量不变相等消耗生成n:p消耗m:n例:反应mA(g)+nB(g)=pC(g),达到平衡的标志为：①、A的消耗速率与A的生成速率

②、A的消耗速率与C的速率之比等于③、B的生成速率与C的速率之比等于④、A的生成速率与B的速率之比等于m:p(1)正逆相等3.化学平衡状态的判断依据：第一类：mB、nB、CB、质量分数WB、转化率αB、颜色、绝热容器内的温度等不再变化时，可以证明反应达到了平衡状态。第二类：某种气体的体积分数（即物质的量分数）不再变化时，要具体分析：（2）变量不变其中的B指的是反应体系中的某一种物质，不是整体量绝大多数情况下，体积分数不变，可以作为判断平衡的依据，个别情况例外。请试着分析此反应中B、C的体积分数变化A(s)B(g)+C(g)从反应开始起，B、C的体积分数均为1/2，始终没有改变，不是变量，不能作为判断平衡状态的依据。这些都不是某一种物质的数据，而是所有气体的整体量。对于这三个量，若反应前后气体系数不相等，则可以作为判断依据第三类:气体的总物质的量n、体积V、压强P,要具体分析：A(g)+B(g)2C(g)A(g)+B(g)C(g)气体的总物质的量恒温恒容时的压强P减少不变不变减少不变减少恒温恒压时的体积V恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变第四类：恒温恒容时，气体的密度ρ不再变化时，要具体分析ρ=m总v不会变气体质量增加对于反应：A(s)+B(g)C(g)mA+mB=mC

(质量守恒）找固体，若方程式中有固体，则气体总质量会变化找固体看气体系数第五类：混合气体的平均摩尔质量M,不再变化时，要具体分析M=m总n总A(g)+B(g)2C(g)A(g)+B(g)C(g)A(S)+B(g)C(g)m总n总M不变不变不变不变变变变变不变A正逆相等，变量不变课堂练习4课堂小结化学平衡状态可逆反应概念逆、等、动、定、变判断依据正逆相等变量不变研究对象特征：1.知道化学平衡常数的含义，能书写平衡常数表达式，能进行化学平衡常数、转化率的简单计算。2.通过化学平衡常数对化学平衡进行“定量”计算和判断化学平衡进行的程度及平衡移动方向。学习目标重点难点

第二章化学反应速率与化学平衡第二节化学平衡第2课时化学平衡常数通过化学平衡常数对化学平衡进行“定量”计算和判断化学平衡进行的程度及平衡移动方向。（密闭容器457.6℃）序号起始时浓度mol/L平衡时浓度mol/L平衡时H2I2HIH2I2HI10.011970.0694400.0056170.00059360.0127020.011350.0090400.003560.001250.0155930.012010.0084030.00.004580.00097330.014864000.015200.0016960.0016960.011815000.012870.0014330.0014330.010006000.037770.0042130.0042130.02934H2(g)+I2(g)⇋2HI(g)48.3848.6149.5448.4848.7148.81上节课，我们通过“正逆相等，变量不变。”能定性判断反应是否达到化学平衡状态。这节课，我们将从定量的角度判断反应是否达到化学平衡状态。【课本P32表2-1】平均值48.71思考1：分析上表，你得出什么结论？结论2：结论1：这个常数和反应的起始浓度大小无关是个常数这个常数与正向建立还是逆向建立平衡无关,即与平衡建立的过程无关。结论3：查阅文献一、化学平衡常数1、概念

在一定温度下，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，这个常数叫做该反应的化学平衡常数2、表达式例如：mA+nB⇋pC+qDK=生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)3、单位∴K的单位为(mol·L-1)

n；

n=(p+q)-(m+n)∵浓度的单位为mol·L-1

一般不写单位！其中c为各组分的平衡时浓度练习1：写出下列反应的平衡常数K的表达式①C(s)+H2O(g)⇋CO(g)+H2(g)②FeO(s)+CO(g)⇋Fe(s)+CO2(g)③2KClO3(s)⇋KCl(s)+3O2(g)注意1：反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数不代入公式。④Cr2O72-+H2O⇋2CrO42-+2H+练习2：写出下列反应的平衡常数K的表达式①N2(g)+3H2(g)⇋2NH3(g)②N2(g)+

H2(g)⇋NH3(g)③2NH3(g)⇋N2(g)+3H2(g)注意1：观察三者之间的关系！K1=1/K3=K22注意2：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。练习3：下列三个反应的平衡常数K之间有什么关系2NO(g)+O2(g)⇋2NO2(g)

K1

2NO2(g)

⇋N2O4(g)K22NO(g)+O2(g)

⇋N2O4(g)K3

K3=K1K2注意3：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)4、意义a、K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大b、一般当K＞105时，该反应进行得基本完全K=生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积K只受温度的影响，与其他条件无关，换句话说K只是温度的函数下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数：化学方程式平衡常数KF2+H2

===2HF6.5×1095Cl2+H2

===2HCl2.57×1033Br2+H2

===2HBr1.91×1019I2+H2

⇋2HI8.67×102反应进行程度的定量依据平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关注意4：平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的快慢，即速率大，K值不一定大。(2)判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行QC＜K，反应向正方向进行QC＝K，反应处于平衡状态QC＞K，反应向逆方向进行比较浓度商(Qc)和平衡常数(K)的大小K=生成物浓度(平衡时)幂之积反应物浓度(平衡时)幂之积Qc=生成物浓度(某时刻)幂之积反应物浓度(某时刻)幂之积＜①当说明某时刻的反应程度没有平衡时大，也就说明某时刻并没有达到平衡，且会继续向正反应方向进行达到平衡。K=生成物浓度(平衡时)幂之积反应物浓度(平衡时)幂之积Qc=生成物浓度(某时刻)幂之积反应物浓度(某时刻)幂之积＞②当说明某时刻的反应程度超过平衡时的反应程度，那么反应会向逆反应方向进行，“消除超过的部分”以达到平衡。5、应用(1)衡量化学反应进行的程度对于同类型的化学反应，K越大，反应进行的程度越大，一般：K≥105，正反应进行得基本完全练习4：高炉炼铁中发生的基本反应如下:

FeO(s)+CO(g)⇋Fe(s)+CO2(g)(条件省略)已知1100℃，K=0.263，某时刻测得高炉中c(CO2)=0.025mol·L-1，c(CO)=0.1mol·L-1在这种情况下：(1)该反应是否处于平衡状态_____(填“是”或“否”)；(2)此时反应会向______进行？（填“正向”或“逆向”）；(3)此时化学反应速率是ν正_____ν逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。否正向大于Qc=

c(CO2)c(CO)=

0.025mol·L-10.1mol·L-1=0.25QC＜K，反应向正方向进行(3)利用K可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则反应程度增大，则正反应为吸热反应；反应正向进行若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则反应程度减小，则正反应为放热反应。反应逆向进行若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。只有温度变化导致的平衡移动才会使K值变化！练习5：在一定体积密闭容器中，进行如下反应CO2(g)+H2(g)⇋CO(g)+H2O(g),其平衡常数Ｋ和温度t的关系如下：t/ºC70080083010001200k0.60.91.01.72.6(1)k的表达式为：

；(2)该反应为

反应（“吸热”或“放热”）；(3)若c(CO2)

·c(H2)=c(CO)·c(H2O),此时温度为

；(4)在上述温度下,______℃时,反应物转化率最大。c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)吸热830℃1200练习6：在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示:t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6问题思考:(1)该反应的化学平衡常数K的表示式是什么?

(2)该反应ΔH>0还是ΔH<0?(3)700℃,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K是多少?c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)提示:K=

提示:ΔH>0。该反应为吸热反应(因K随温度升高而增大)。提示:该反应平衡常数与题目中反应的平衡常数互为倒数，K=

。(4)在800℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2mol·L-1,c(H2)为1.5mol·L-1,c(CO)为1mol·L-1,c(H2O)为3mol·L-1,则下一时刻,反应向哪个方向进行?提示:逆向。判断反应进行的方向时,可根据Qc与K的大小关系判断,此时刻下,Qc==1>0.9,所以反应向逆反应方向进行。c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)起始: a

b

0

0转化: mx

nx

px

qx平衡: a-mx

b-nx

pxqx(1)转化量与化学方程式中各物质的计量数成比例。(2)这里a、b可指物质的量、浓度等。6、与平衡常数有关的计算有关化学平衡计算的基本模式——“三段式法”对于可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意：（1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度；反应物A:C（A）=c0(A)-△c(A)（2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度生成物D:C（D）=c0(D)+△c(D)（3）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。△c(A):△c(D)=a:d解(1)根据题意有:K=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25

H2+I22HIC(始)/mol.L-1

∆C/mol.L-1

C(平)/mol.L-1

0.0100.01000.00200.00200.00400.00800.00800.0040练习7：在某温度下,将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得C(H2)=0.0080mol/L.(1)求该反应的平衡常数(2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20mol.试求达到化学平衡状态时各物质的浓度.解(2)设H2的消耗浓度为x

H2+I22HIC(始)/mol.L-1

0.0200.0200∆C/mol.L-1

Xx2xC(平)/mol.L-1

0.020-x0.020-x2xK=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25=(2x)2(0.020-x)2X=0.0040mol/LC(H2)=c(I2)=0.016mol/LC(HI)=0.0080mol/L【课本P32例1】7、平衡转化率

用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：转化率越大，反应越完全！