高二化学课件:化学平衡.pptx
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第三节化学平衡,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,一、可逆反应与不可逆反应,1、溶解平衡的建立,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,在相同条件下,同时向正反应方向和逆反应方向进行的化学反应,叫做可逆反应。
特点:
同一条件,正逆反应同时进行,反应物生成物同时存在;不可能完全转化成生成物,存在平衡状态。
化学反应中,类似于溶解平衡,可逆性非常普遍,那么什么是可逆反应和不可逆反应?
2、可逆反应与不可逆反应,
(1)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?
还需要研究化学反应进行的程度化学平衡,
(2)不可逆反应,在一定条件下,只能向一个反应方向进行的化学反应。
思考:
二、化学平衡状态,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,1、化学平衡的建立,t1,可逆反应中正、逆反应的速率变化,达到平衡V正=V逆0,一定条件下的可逆反应里,当正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分浓度保持不变的状态称化学平衡状态。
概念:
2、化学平衡特征,“逆”-研究的对象为可逆反应。
“等”-平衡时,正反应和逆反应的速率相等。
(对同一物质而言,消耗速率和生成速率相等),“动”-化学平衡是动态平衡,化学反应仍在进行,并未停止。
“定”-平衡时,反应混合物中各组成成分的百分含量保持一定(即不再发生改变)。
“变”-化学平衡是一定条件下的平衡,当反应条件改变时,反应速率和各组分百分含量会发生改变而使平衡被破坏。
3、化学平衡状态的判断标准,
(1)本质:
v正=v逆,
(2)现象:
浓度保持不变,vA耗=vA生vB耗=vB生vC生=vC耗vD生=vD耗,vA耗vB生=mn,A、B、C、D的浓度不再改变。
A、B、C、D的分子数(或物质的量)不再改变。
A、B、C、D的百分含量不再改变。
A、B、C、D的转化率或生成率不再改变。
体系温度不再改变。
若某物质有色,体系的颜色不再改变。
本质,现象,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),对m+np+q的反应(即反应前后气体分子数改变),还可从以下几个方面判断:
体系的分子总数(或气体总物质的量)不再改变。
体系的平均分子量不再改变。
若为恒容体系,体系的压强不再改变。
若为恒压体系,体系的密度不再改变。
注意:
以上几条对m+n=p+q的反应不成立。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),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,一定温度下,可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是。
单位时间内消耗nmolO2,同时生成2nmolNO2单位时间内生成nmolNO,同时生成nmolNO2用NO2、NO、O2浓度变化的表示的反应速率的比为2:
2:
1NO的体积分数不随时间变化混合气体的颜色不再改变NO2的转化率不随时间变化混合气体的压强不再改变容器内气体密度不随时间变化混合气体的平均分子量不再改变,若反应为:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),若反应为:
A(s)+2B(g)C(g)+D(g),【】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,复习,可逆反应中正、逆反应的速率变化,V,t,t1,达到平衡V正=V逆0,V正,V逆,三、影响化学平衡移动的因素,化学平衡的移动,平衡被破坏,V正V逆,各组分浓度保持新的一定,化学平衡的移动:
可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立的过程。
条件改变,化学平衡不移动,V正V逆:
化学平衡逆向移动,V正V逆:
化学平衡正向移动,V正=V逆:
V正V逆:
【实验2-5】重铬酸钾溶液中加入酸、碱的颜色变化?
【实验2-6】硫氰化钾与氯化铁混合溶液中加入氯化铁溶液、硫氰化钾溶液的现象,再加入氢氧化钠溶液呢?
2、浓度对化学平衡的影响,Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+,橙色黄色,黄色红色,1、上述实验中化学平衡状态是否改变?
2、能否推知影响化学平衡状态的影响因素?
结论:
(1)在其他条件不变的情况下:
增大反应物浓度(或减小生成物浓度)化学平衡正向移动减小反应物浓度(或增大生成物浓度)化学平衡逆向移动,增加反应物浓度,正向移动,t2,t3,
(2)浓度对化学平衡影响的v-t图,讨论:
对于该反应达到平衡时,按以上方法分析以下情况,化学平衡将如何移动?
增大生成物浓度减小反应物浓度减小生成物浓度,正向移动,逆向移动,逆向移动,注意:
(1)增大反应物(或生成物)浓度,新旧平衡v比较:
v正=v逆v正=v逆,减小反应物(或生成物)浓度,新旧平衡v比较:
v正=v逆v正=v逆,
(2)固体、纯液体(水)浓度为常数,其量的增减不影响v正、v逆,故平衡不移动。
(不会),思考:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(恒T、V)增大C的用量,平衡会移动吗?
讨论1:
在密闭容器中,给CO和水蒸气混合物加热,800时达到下列平衡:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),若用2molCO和10molH2O互相混合加热,达平衡时,CO2的物质的量为1.66mol,求CO的转化率是多少?
若用2molCO和20molH2O互相混合加热,达平衡时,H2的物质的量为1.818mol,CO的转化率是多少?
结论:
应用:
在生产上往往采用增大容易取得的或成本较低的反应物浓度的方法,使成本较高的原料得到充分利用。
增大,减小,
(1)10mL0.01mol/LFeCl3+10mL0.01mol/LKSCN,
(2)10mL0.01mol/LFeCl3+10mL0.01mol/LKSCN+10mLH2O,(3)10mL0.01mol/LFeCl3+10mL1mol/LKSCN,(4)20mL0.01mol/LFeCl3+20mL0.01mol/LKSCN,以上四组溶液颜色由深到浅的顺序为。
(3)(4)=
(1)
(2),讨论2:
讨论3:
试用“浓度对化学平衡的影响”来解释“用排饱和食盐水法收集Cl2可以抑制Cl2的溶解”。
分析:
Cl2溶解于水,存在溶解平衡。
溶解的部分Cl2能与水反应:
Cl2+H2OH+Cl-+HClO,A、CO、H2的浓度都比原平衡时小B、CO、H2的浓度都比原平衡时大C、H2O(g)、H2的浓度都比原平衡时大D、H2O(g)、CO的浓度都比原平衡时大,C,总结:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),恒T、V,若CACcCc呢,3、压强对化学平衡的影响,讨论:
压强的变化对化学反应速率如何影响?
v正和v逆怎样变化?
压强增大,v正和v逆同时增大,压强减小,v正和v逆同时减小。
问题:
压强的变化如何改变不同反应的v正和v逆的倍数?
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。
(1)有气体参加的反应,在其他条件不变的情况下:
增大压强,使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动;减小压强,使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。
规律:
注意:
对只有固态或液态物质参与的反应,压强改变对平衡无影响。
(2)压强对化学平衡影响的v-t图,加压:
v正=v逆v正=v逆,减压:
v正=v逆v正=v逆,若m+np+q时,加压正向移动,减压逆向移动,若m+np+q时,加压逆向移动,减压正向移动,若m+n=p+q时,不移动,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?
说明:
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,讨论:
压强的变化不会影响固体或气体物质的反应速率,压强的变化会使固态或液态反应的化学平衡移动吗?
结论:
无气体参加的反应,压强的改变,不能使化学平衡移动,总结:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),若m+np+qP平衡正向移动新旧平衡比较:
CA、CB、CC、CD,A的转化率B的转化率,A%、B%、C%、D%,讨论1:
向盛有N2、H2的反应器中充入氦气
(1)若为恒温、恒容,充入氦气后平衡如何移动?
(2)若为恒温、恒压,充入氦气后平衡如何移动?
不移动,逆向移动,增大,增大,结论:
恒容条件下,在可逆反应中若气态反应物的浓度均按比例改变,视为加压或减压。
1L,1L,1L,加入1molN23molH2,再加入1molN23molH2,虚拟状态,1L,2L,达平衡状态1,达平衡状态3,1、在一密闭恒容容器中充入1molNO2,建立如下平衡:
,测得NO2的转化率为a%。
在该条件下,再充入1molNO2,待新平衡建立时,又测得NO2的转化率为b%。
a、b的大小关系为_。
a%b%,2、在体积可变的密闭容器中,反应mA(气)+nB(固)pC(气)达到平衡后,压缩容器的体积,发现A的转化率随之降低。
下列说法中,正确的是()A(m+n)必定小于pB(m+n)必定大于pCm必定小于pDn必定大于p,C,4、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?
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?
【实验2-7】,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,
(1)在其他条件不变的情况下:
升高温度,化学平衡向吸热方向移动;降低温度,化学平衡向放热方向移动。
H0,
(2)温度对化学平衡影响的v-t图,升温逆向移动,降温正向移动,H0,升温正向移动,降温逆向移动,D,总结:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)(正反应是放热反应),若T平衡逆向移动新旧平衡比较:
CA、CB、CC、CD,A的转化率B的转化率,A%、B%、C%、D%,B,BD,图像问题,看面-看线-看点,讨论2:
放,先拐先平,数值大,AB,讨论4:
右图中的曲线是表示其他条件一定,2NO+O22NO2(正反应是放热反应)反应中NO的转化率与温度的关系曲线,图中标有a、b、c、d四点,其中表示未达到平衡状态,且v正v逆的点是(),C,讨论5:
可逆反应:
aX(s)+bY(g)cZ(g)+dW(g)达到平衡,混合物中Y的体积分数随压强(P)与温度T(T2T1)的变化关系如图示。
1、当压强不变时,升高温度,Y的体积分数变,平衡向方向移动,则正反应是热反应。
2、当温度不变时,增大压强,Y的体积分数变,平衡向方向移动,则化学方程式中左右两边的系数大小关系是。
小,正反应,吸,大,逆反应,b(c+d),讨论5:
化学反应2()2()2()(H0),达到平衡状态时,图212中各曲线符合平衡移动原理的是(),A、C,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。
b曲线对a曲线而言,达平衡的时间缩短,但转化率不变,b使用了催化剂。
(1)在其他条件不变的情况下:
增大反应物浓度(或减小生成物浓度)化学平衡正向移动减小反应物浓度(或增大生成物浓度)化学平衡逆向移动,
(2)在其他条件不变的情况下:
增大压强,会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动减小压强,会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动,(3)在其它条件不变的情况下:
升高温度,化学平衡向吸热方向移动降低温度,化学平衡向放热方向移动,6、勒夏特列原理:
如果改变影响平衡的一个条件(如:
浓度、压强或温度等)平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
注意:
(1)化学平衡移动只能削弱外界条件的改变,而不能完全抵消这种改变。
颜色突然加深,然后逐渐变浅,但比原平衡状态时深。
讨论:
反应2NO2(g)N2O4(g),达平衡后迅速压缩活塞,可观察到什么现象?
浓度如何变化?
若改为H2+I22HI呢?
颜色加深,
(2)原理的适用范围:
已达平衡的可逆反应。
适用条件:
一个能影响平衡移动的外界条件。
(3)平衡移动方向与条件改变方向相反。
讨论:
反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,达到化学平衡,改变下列条件,根据反应体系中的变化填空:
若N2的平衡浓度为amol/L,其他条件不变时,充入N2使其浓度增大到bmol/L后平衡向方向移动,达到新平衡后,N2的浓度为cmol/L,则a、b、c的大小为;若平衡体系的压强为P1,之后缩小反应体系体积使压强增大到P2,此时平衡向方向移动,达到新平衡后体系的压强为P3,则P1、P2、P3的大小为;若平衡体系的温度为T1,之后将温度升高到T2,此时平衡向方向移动,达到新平衡后体系的温度为T3,则T1、T2、T3的大小为。
正反应,acb,正反应,P1P3P2,逆反应,T1T3T2,阅读课本29表格,你能得出什么结论?
一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,生成物浓度幂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平衡常数。
1、定义:
四、化学平衡常数:
2、表达式及单位:
可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),浓度的单位为molL-1K的单位为(molL-1)n;,其中c为各组分的平衡浓度,3、特点:
K只与温度有关,而与反应物或生成物的浓度无关。
4、注意:
(1)表达式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度,反应中有固体和纯液体参加,不带入计算。
例:
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),K=c(CO2),
(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。
例:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K1=1.601051/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K2=3.87102,K1K2,K1=K22,(3)多重平衡规则:
若干方程式相加(减),总反应的平衡常数等于分步平衡常数之积(商),例:
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)K12NO2(g)N2O4(g)K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)K=K1K2,5、平衡常数的意义,
(1)K的数值大小可以判断反应进行的程度,估计反应的可能性。
例如:
N2(g)+O2(g)2NO(g)K=110-30(298K)298K时,N2和O2基本上没有进行反应,反之平衡时NO几乎全部分解为N2和O2。
K值越大,正向反应进行的程度越大。
(2)平衡常数数值大小,只能大致反映一个可逆反应的正向反应进行的最大程度,并不能预示反应达到平衡所需要的时间。
例如:
2SO2(g)+O22SO3(g)298K时K很大,但由于速度太慢,常温时,几乎不发生反应。
一般:
K105,认为正反应进行得较完全K10-5认为正反应很难进行(逆反应较完全)10-5K105认为是可逆反应,(3)判断某状态是否处于平衡状态,QcK,V正V逆,向正方向进行,QcK,V正V逆,处于平衡状态,QcK,V正V逆,向逆方向进行,则:
如某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)若某时刻时,反应物和生成物的浓度关系如下:
(4)判断反应的热效应,若升高温度,K增大,则正反应为吸热反应;,若升高温度,K减小,则正反应为放热反应。
6、平衡常数和转化率的计算,教材P2930【例题1、2】,BD,1、高炉炼铁中发生的基本反应如下:
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)H0。
(1)其平衡常数可表达为:
_
(1)已知1100,K=0.263若反应向右进行,高炉内CO2和CO的体积比值_,平衡常数K值_(填“增大”“减小”或“不变”)
(2)1100时,测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L,c(CO)=0.1mol/L,在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”),此时化学反应速率是V正_V逆(填“大于”、“小于”或“等于”),其原因是。
增大,不变,否,大于,c(CO2)/c(CO)0.250.263,说明不是平衡状态,且向正反应方向进行,K=c(CO2)/c(CO),一、等效平衡,定义:
化学平衡的建立与反应途径无关,可逆反应在相同状况下,不论从正反应开始还是从逆反应开始,或者正逆反应同时进行,只要初始时有关物质的量“相当”,它们即可以达到相同平衡状态,称为“等效平衡”。
此时,等效平衡中各物质的百分含量相等。
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