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2.3 化学平衡


第二章 化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡

勤学,善思;坚强,自信。

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 可逆反应。 可逆反应的特点:(1)条件同一、反应同时、 方向对立 (2)不可能完全转化 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

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,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 溶解 蔗糖晶体 蔗糖溶液
结晶

过程分析:

0 最大 ①、开始时,v溶解 —————,v结晶=———
逐渐减小 ②、然后, v溶解 ————————, 逐渐增大 v结晶 ————————

= ③、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”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+H2O CO2+H2中,将 0.01molCO和0.01mol H2O (g)通入1L密闭 容器中,反应一段时间后,各物质浓度不 变,

最大 1、反应刚开始时: 反应物浓度————,正 最大 0 反应速率———— 生成物浓度为————,逆 0 反应速率为——

减小 2、反应过程中: 反应物浓度————,正反应速 率 逐渐减小 生成物浓度 增大,逆反应速率逐渐增大 。 , 正反应速率=逆反应速率 3、一定时间后,必然出现:
速 率 正反应 速率
v正= v逆

逆反应 速率 t1

时间

这时,CO、H2O的消耗量等于CO2、H2反应生 成的CO、H2O的量,反应仍在进行,但是四种物 质的浓度均保持不变,处于动态平衡,这就是我 们今天要重点研究的重要概念—化学平衡状态

二、化学平衡
1、概念:在一定条件下,可逆反应进行到 一定的程度时,正反应速率与逆反应速率 相等,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

2、化学平衡的性质: ⑴、反应条件: ——一定条件是基础 ——可逆反应是前提 ⑵、研究对象: v ⑶、本质: 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 ⑷、标志: 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 化学平衡研究的对象是可逆反应 ⑴、逆:

化学平衡是动态平衡,虽然达到平衡状 ⑵、动 态,但正反应和逆反应并未停止 ⑶、等:化学平衡时,v正= v逆>0 ⑷、定:反应混合物各组分的浓度保持一定 ⑸、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 在一定条件下,可逆反应不论是从正反应 ⑹、同: 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: 正逆反应速率相等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: ①、速率关系:正逆反应速率等。 即 v正 = v逆 应用:判断平衡时,要注意用“同”、 “等”、“逆”的原则,即
同:不同物质表示的反应速率必须转化为相同 物质表示的反应速率 等:转化后的反应速率必须相等 逆:反应方向必须对立

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 相等 ;A的消 m :p 消耗 耗速率与C的————速率之比等于—————; 生成 B的生成速率与C的——————;速率之比等 n :p 于—————; 消耗 ;速率之比等 A的生成速率与B的—————— 于—————。 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) 达到平衡的标志是

2AB(g)

A、单位时间内生成n mol A2同时生成n molAB B、单位时间内生成2n mol AB 同时生成n mol B2 √

C、单位时间内生成n mol A2 同时生成n mol B2 D、单位时间内生成n mol A2 同时消耗n mol B2 √

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。

例2、一定条件下,反应N2+3H2 的标志是

2NH3达到平衡

√ A、一个N≡N键断裂的同时,有三个H-H键形成
B、一个N≡N键断裂的同时,有三个H-H键断裂 C、一个N≡N键断裂的同时,有六个N-H键断裂



D、一个N≡N键断裂的同时,有六个N-H键形成

②、含量关系:反应混合物各组分的浓度、 质量分数、物质的量、物质的量分数、体 积分数、分子数之比保持不变 ⑵、间接标志: 以反应mA(g)+nB (g) pC(g)为例 ①、混合气体的总压强、总体积、总物质的 改变 量不随时间改变而—————,(适用于 m+n≠p 的反应 —————————————) ②、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+n≠p 的反应 —————————————)

③、各气体体积、气体分压、各物质的物质 的量不随时间改变
⑶、特殊标志: ①、对于有色物质参加反应,如果体系颜色 不变,反应达到平衡 ②、对于吸热或放热反应,如果体系温度 不变,反应达到平衡

⑷、在等系数的气体反应中不能作为平衡判据的是: 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 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1:2:2 D、单位时间消耗0.1molX的同时生成0.2molZ

课后练习: 【1】 在一定温度下,可逆反应 A(气)+3B(气) 2C(气)达到平衡的标志是( AC )

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3nmolB C. A、B、C的浓度不再变化 D. A、B、C的分子数比为1:3:2 【2】 下列说法中可以充分说明反应:
P(气)+Q(气) R(气)+S(气) , 在恒温下已达平 衡状态的是( B ) A.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

【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(固)+3B(气) 2C(气)+D(气)已达平 衡状态的是 ( BC ) 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

【4】 在一定温度下,下列叙述不是可逆反应 A(气)+3B(气) 2C(气)+2D(固)达到平衡的标 志的是 (② ⑧ ) ①C的生成 速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB ③A、B、C的浓度不再变化 ④A、B、C的分压强不再变化

⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的物质的量不再变化 ⑦单位时间内消耗amolA,同时生成 3amolB ⑧A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2

课内攻关
一定温度下,可逆反应2NO2 2NO + O2在体积固定的 密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是 1,4,5,6,7 。
1.单位时间内生成nmol O2 ,同时生成2nmolNO2

2.单位时间内生成nmol O2 ,同时生成2nmolNO
3.用NO2、NO、 O2的物质的量浓度变化表示的反应速率 的比为2 :2 :1 4.混合气体的压强不再改变 5.混合气体的颜色不再改变

6.混合气体的平均分子质量不再改变
7.单位时间内断裂0.2molN≡O同时形成0.1molO=O键 若反应为: C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) ?

能够说明 N2 + 3H2 2NH3反应在密闭容器 中已达到平衡状态的是 : ( ⑤ ⑥ ⑧ ⑩) ①容器内N2、H2、NH3三者共存 ②容器内N2、H2、NH3三者浓度相等 ③ 容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2 ④t min内生成1molNH3同时消耗0.5molN2

平 衡 状 态 的 判 断

⑤t min内,生成1molN2同时消耗3mol H2
⑥ 某时间内断裂3molH-H键的同时,断裂6molN-H键 ⑦容器内质量不随时间的变化而变化 ⑧容器内压强不随时间的变化而变化 ⑨容器内密度不再发生变化

⑩容器内的平均摩尔质量不再发生变化

22

小结: 1、化学平衡 2、化学平衡状态的特征 3、判断化学平衡状态的标志: 在一定条件下的可逆反应里,一个随 化学反应的进行而改变的物质量不再 随时间的延续而变化时,该可逆反应 必处于平衡状态。

请仔细阅读教材P29表格,从中你能获得 什么信息? 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,也无论反应物起始 浓度的大小,最后达到平衡时,尽管每种物质 的浓度在各个体系中并不一致,但各种生成 物浓度的系数次方的乘积除以各反应物浓度 的系数次方的乘积所得的之比却是恒定值。

化学平衡常数 —— K
一定温度下,可逆反应处于平衡状态时,生成物浓 度的系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积 之比为一常数

一、表达式
实验测得,同一反应(如:aA+bB cC+dD)在 某温度下达到的化学平衡状态,平衡体系中各物质的 浓度满足下面关系: c d

c (C ) ? c ( D) K? a b c ( A) ? c ( B)

其中c为各组分的平衡浓度,温度一定,K为定值。即化 学平衡常数只与温度有关,而与反应物或生成物的浓度无 关。

化学平衡常数
二、意义

c (C ) ? c ( D) K? a c ( A) ? c b ( B)
c d

化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。 表示在一定温度下,可逆反应达到平衡时该反应进 行的程度(反应的限度)。 (1)K值越大,说明平衡时生成物的浓度越大,反应 物的浓度越小,反应程度越大,反应物转化率也越大; 反之则转化率越低。
反应物的起始浓度-反应物的平衡浓度 转化率(? )= ?100% 反应物的起始浓度

(2)K值与浓度无关,随温度变化而变化。 化学平衡 常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定 量体现。

三、使用平衡常数应注意的问题
(1)必须指明温度,反应必须达到平衡状态 (2)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 (3)在进行K值的计算时,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“1”而不代入 公式,表达式中不需表达 如:Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+
一定温度下

K?

2 c 2 ( CrO4 ? ) ? c 2 ( H ? )

c( Cr2O7
高温

2?

)

但:Fe3O4(s) + 4H2(g)
一定温度下

3Fe(s) + 4H2O(g)

c 4 ( H 2O ) K ? 4 c ( H2 )

(4)平衡常数的表达式与方程式的书写有关 c 2 ( NH 3 ) 某温度下 N2+3H2 K1 ? 2NH3 c( N 2 ) ? c 3 ( H 2 )

2NH3 1/2N2+3/2H2

N2+3H2

c( N 2 ) ? c 3 ( H 2 ) K2 ? c 2 ( NH3 )
c( NH 3 ) c1 / 2 ( N 2 ) ? c 3 / 2 ( H 2 )

NH3 K 3 ?

K1 = 1/K2 = K32
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。

(5)利用K值可判断某状态是否处于平衡状态
如某温度下,可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)

平衡常数为K,若某时刻时,反应物和生成物的浓度关系如下:

c p (C ) ? c q ( D) Q? m n c ( A) ? c ( B)

则:
Q=K ,V正=V逆,反应处于平衡状态 Q<K ,V正>V逆,反应向正方向进行 Q>K ,V正<V逆,反应向逆方向进行

例2
现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应: 2SO2+O2 2SO3

知c(SO2)始=0.4mol/L,c(O2)始=1mol/L经测定该反 应在该温度下的平衡常数K≈19,试判断, (1)当SO2转化率为50%时,该反应是否达到平衡 状态,若未达到,哪个方向进行? (2)达平衡状态时, SO2的转化率应为多少?

起始量、变化量、平衡量的计算关系 四、有关化学平衡的计算: 在反应aA(g)+bB (g) cC (g)+ dD (g)中,计算关系为: cC (g)+ dD (g) 已知条件 0 0 cx dx 计量系数之比 加、减计算 cx dx aA(g)+ bB (g) 起 n1 n2 变 ax bx 平 n1-ax n2-bx

单位 统一

⑴、物质浓度的变化关系: 起始浓度-变化浓度 ①、反应物:平衡浓度= ———————————————— 起始浓度+变化浓度 ②、生成物:平衡浓度= ———————————————— 化学计量系数之比 ③、各物质的变化浓度之比= ———————————————— ⑵、反应物的转化率:反应物转化为生成物的百分率

反应物变化浓度 反应物转化率? )= ( ? 100% 反应物起始浓度

例1、将6mol A气体和5mol B气体混合放入4L密闭容器中,发生 下列反应:3A (g) + B (g) 2C (g) + xD (g) ,经过5min达到化 学平衡,此时生成C为2mol,测得D的反应速率为0.1mol/L· min, 计算:①、x的值;②、平衡时B的转化率;③、A的平衡浓度。 解:∵ 3A (g) + B (g) 2C (g) + xD (g) 起 6 mol 变 3 平 3 5 1 0 0 2 0.1×5×4 2 2

4

①、 ∵2 : x = 2 : (0.1×5×4) x = 2 ∴

nB变 1 ②、?B ? ? 100%= ? 100%=20% nB起 5
③、C mol ?A? ? nA平 = 34L =0.75 mol L V

例2、加热N2O5时,发生下列两个分解反应: N2O5 N2O3+O2 , N2O3 N2O+O2;在1L密闭容器中加 热4mol N2O5达到化学平衡时O2的浓度为4.50 mol/L, N2O3的浓 度为1.62 mol/L,求其他各物质的平衡浓度。 解析:这是一个连续平衡的计算,计算思路为:第一个反应的 平衡量作为第二个反应的起始量 解: N2O5 起 4 mol 变 x 平 4 mol - x N2O3+O2 0 x x 解得: 0 x x N2O3 x y x - y N2O+O2 x 0 y y y x +y

x – y = 1.62 x +y = 4.50

x = 3.06 mol y = 1.44 mol

故:c (N2O5) = (4 – 3.06) mol / 1L=0.94 mol/L

c (N2O ) = 1.44 mol / 1L=1.44 mol/L

例3、在密闭容器中,用等物质的量的A和B发生下列反应: A (g) + 2B (g) 2C (g) 反应达到平衡时,若混合气体中A 和B 的物质的量之和与C的物质的量相等,求B的转化率 A (g) + 2B (g) 2C (g) 解: 起 n n 0 变 x 2x 2x 平 n n 2x 2x 由题意可知: n x x + n - 2x = x = 0.4n 2 n变 x 0.8n ?B ? ? 100% ? ? 100% ? 80% n起 n 根据题意列方程 求解 解题的一般步骤: 列出三栏数据 气体反应计算时经常使用的推论: ?、恒温恒容时 : P 1 ? n1 P 2 n2 V 1 n1 m总 m总 ?、恒温恒压时 : ? ?、? ? ?、M ? V 2 n2 V总 n总

例4 教材P29例1

(3)计算(1)、 (2)问条件下H2、I2的转化率,通过比较你有 什么想法?
不同的起始条件能达到相同的平衡状态。 (4)在上述温度下,该容器中若通入0.1molH2、0.2molI2, 试计算H2、I2的转化率,通过分别与(1)、 (2)

的转化率比较,你能得出什么结论?
增加反应物之一的浓度,可以提高其他反应物的转化率, 而自身的转化率降低。

第三节

影响化学平衡的条件

思考:化学平衡是有条件的平衡,那么哪些 条件的改变会破坏化学平衡状态呢?这些反 应条件的改变又将如何影响化学平衡呢?
化学平衡发生移动

一定条件下 非平衡状态 条件改变 一定时间后 的化学平衡 平衡破坏 v正= v逆,反 反应速率改变, v正≠ v逆,反 应混合物中 且变化量不同 应混合物中 各组分的含 各组分的含 量恒定 量不断变化 平衡状态Ⅰ

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Ⅱ

一、化学平衡的移动 总结:化学平衡的研究对象是——————,化 可逆反应 学平衡是有条件限制的————平衡,只有在— 动态 条件一定 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— 破坏 变化 ,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———— 新平衡

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:
⑴、若外界条件变化引起v正> v逆: 平衡向正反应方向移动 ⑵、若外界条件变化引起v正< v逆: 平衡向逆反应方向移动 ⑶、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

巧记: 化学平衡总往反应速率大的方向移动

二、影响化学平衡的条件 1、浓度对化学平衡的影响 【实验】FeCl3与KSCN的反应
实验结论: 增加 增加FeCl3或增加KSCN,生成物浓度——— 正 —,平衡向—— 反应方向移动,减小Fe3+的 浓度,平衡向 逆 反应方向移动。
请从不同的角度解释该实验结论。

1)、从化学反应速率角度解释

V(mol· -1S-1) L

, V正

增 大 反 应 物 浓 度

V”正 = V”逆 V正 V正= V逆 V’逆 平衡状态Ⅱ

平衡状态Ⅰ
V逆

0

t1

t2

t3

t(s)

浓度变 化对反 应速率 的影响 平衡移动 增大反应物 增大生成物 原因 浓度 浓度 减小生成物 减小反应物 浓度 浓度

v正首先增大 速率变化 v逆随后增大 且v’正> v’逆 移动方向 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

2)、从化学平衡常熟角度来解释

对于Fe3++3SCN平衡浓度(mol/L) a

Fe(SCN)3,反应达平衡状态时,

Fe3++3SCNb

Fe(SCN)3
c

c [ Fe( SCN )3] c K? ? 3? 3 ? c ( Fe ) ? c ( SCN ) a ? b 3
当增加Fe3+的浓度xmol/L时

c [ Fe( SCN)3] c Q? ? 3? 3 ? c ( Fe ) ? c ( SCN ) ?a ? x ?? b 3
即:增加Fe3+的浓度,平衡正向移动。

<K

结论:当其他条件不变时,增大反应物浓度或 正 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 逆 平衡向————反应方向移动。 思考:1、某温度下,反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)达到平衡后,增加或移去一部分碳 固体,化学平衡移动吗?为什么? 2、实验2—6中,向平衡体系中加入少量氯化钾 固体,溶液颜色怎么变?为什么?

强调:气体或溶液浓度的改变会引起反应速 率的变化,纯固体或纯液体用量的变化不会 引起反应速率改变,化学平衡不移动

2、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?会同等程度的增大或减小吗? N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)反应中,压强变化和 NH3含量的关系
压强(MPa) NH3 % 1 2.0 5 9.2 10 16.4 30 35.5 60 53.6 100 69.4

结论:压强增大, NH3%增大,平衡向正反应方向移动。 即压强增大, v正和 v逆同时增大,但改变倍数不同; 压强减小,v正和 v逆同时减小,但改变倍数不同。

请从平衡常数的角度解释之。

mA(g) + nB(g)
平衡浓度(mol/L) a b

pC(g) + qD(g)
c d

c p (C ) ? c q ( D) c p ? d q K? m ? m n n c ( A) ? c ( B) a ? b
增大压强为原来的2倍时:

mA(g) + nB(g)
2a
q p

pC(g) + qD(g)
2c
q p q

浓度(mol/L)
p

2b

2d
p?q

c (C ) ? c ( D) ?2c ? ? ?2d ? c ?d ?2 Q? m ? ? m n m?n m n n c ( A) ? c ( B) ?2a ? ? ?2b ? a ?b ? 2

Q ? K ? 2 p ? q ?? m ? n ?
如p+q>m+n,则Q>K,平衡逆向移动 如p+q<m+n,则Q<K,平衡正向移动 如p+q=m+n,则Q=K,平衡不移动

规律:增大压强,化学平衡向————————— 气体体积缩

小方向 ———————移动;减小压强,化学平衡向——
气体体积扩大方向 ————————————————移动;体积相等的

气体反应,压强改变,化学平衡———————。 不移动
增大压强,气体总物质的量浓度增大,化学平 衡向气体总物质的量浓度减小的方向移动; 减小压强,气体的总物质的量浓度减小,化学 平衡向气体总物质的量增大的方向移动。

速率-时间关系图: 增大压强
aA(g)+bB(g)
V(molL-1S-1)

cC(g)+dD(g) a+b > c+d
V‘正 V”正 = V”逆

V正

V正= V逆

V’逆

V逆

0

t1

t2

t(s)

压 强 对 化 学 平 衡 的 影 响:

aA(g)+bB(g)

cC(g)

aA(g)+bB(g)
v

cC(g) 当a+b=c时
v’正= v’逆

v正= v逆

t

结论:压强变化不影响体积相等的气体反 应的化学平衡 讨论:压强的变化不会影响固体或液体物质 的反应速率,压强的变化会使固体或液体反 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 讨论:在N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g)密闭反 应体系中,充入He气体:⑴容积不变时, 不变 不变 反应物质浓度—————,反应速率————, 不移动 化学平衡——————;⑵气体压强不变时, 减小 气体总物质的浓度—————,化学平衡向—— 逆反应 方向移动 ————
强调:压强变化若没有浓度的变化,化学 不移动 反应速率——————,化学平衡——————。 不变

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,但 改变倍数不同;温度降低,v正和 v逆同时减 小,但改变倍数不同; 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2-5】温度对平衡的影响: 2NO2 N2O4(正反应放热)
实验现象:温度升高,混合气体颜色加深,—— NO2浓度增大 逆反应 ————————,平衡向—————— 方向移动;温度 降低,混合气体颜色变浅, NO2浓度减小 正反应 ————————————,平衡向—————— 方向移动
V(molL-1S-1) V’逆 V”正 = V”逆

V正

V正= V逆 V‘正 T2升温

0

V逆 t 1

t(s)

温度对化学平衡的影响:

小结: aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g) △H<0 a+b > c+d 平衡移动的结果
使反应物浓度减小
使反应物浓度增大 使生成物浓度减小 使生成物浓度增大 体系压强减小 体系压强增大 体系温度减低

改变的条件 平衡移动的方向 正反应方向 增大反应物浓度 逆反应方向 减小反应物浓度 逆反应方向 增大生成物浓度 正反应方向 减小生成物浓度
增大体系压强
正反应方向 逆反应方向 逆反应方向 正反应方向

减小体系压强 升高体系温度 降低体系温度

体系温度升高

如果改变影响平衡的一个条件(浓度、温度、压强等), 平衡就向能够使这种改变减弱的方向移动。

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

说明:

⑴、此原理只适用于已达平衡的体系 ⑵、平衡移动方向与条件改变方向相反,例如: 增大浓度,平衡移向减小这种浓度的方向;增大 压强,向减小压强方向移动。 ⑶、“减弱”的含义:平衡移动后结果变化的方 向不变,但程度减小。例如,增加反应物浓度平 衡移动后该反应物浓度仍增加,只是增加的程度 比没有平衡移动时要小。

讨论:反应N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g)△H<0达到化学平 衡,改变下列条件,根据反应体系中的变化填空:
①若N2的平衡浓度为a mol/L,其他条件不变时,充入 正反应 N2使其浓度增大到b mol/L后平衡向——————方向移动, 达到新平衡后, N2的浓度为c mol/L,则a、b、c的大小 为———————;②若平衡体系的压强为P1 ,之后缩小反 a< c < b 正反应 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 P1 < P3< P2 的大小为——————————;③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, 逆反应 达到新平衡后 体系的温度为T3 ,则T1 、 T2、 T3 的大 T1 < T 3 < T2 小为——————————。

即:平衡移动的结果是减弱改变而不是抵消改变。

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
v
v正= v逆
含量

v’正= v’逆

t

t1 t2

t

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含量;但可以改变达 到平衡的时间

课堂练习
1.已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件 使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关 叙述正确的是 B ? ① 生成物的百分含量一定增加② 生成物的产 量一定增加③ 反应物的转化率一定增大④ 反 应物浓度一定降低⑤ 正反应速率一定大于逆 反应速率⑥ 使用了合适的催化剂 ? A ① ② (B) ② ⑤ (C) ③ ⑤ (D) ④ ⑥

2.恒温下, 反应aX(g) bY(g) +cZ(g)达到平 衡后, 把容器体积压缩到原来的一半且达到 新平衡时, X的物质的量浓度由0.1mol/L增 大到0.19mol/L, 下列判断正确的是: A A. a>b+c B. a<b+c C. a=b+c D. a=b=c

一.等效平衡 ⑴、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,只要初始时有 关物质的物质的量浓度“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

⑵、等效平衡的解法 — 极值转换法 无论平衡从哪个方向建立,在判断时都可根 据题给条件和反应计量系数把生成物全部推 算为反应物或把反应物全部推算成生成物再 与原平衡加入的物质的量相比较,若物质的 量“相当”,则为等效平衡,推算式为:某 反应物的物质的量(mol)+变成生成物而消耗 的该反应物的物质的量(mol)=原来该反应物 的物质的量(mol)

二.等效平衡的分类 ①恒温恒容时,只要反应物和生成物的量相 当(反应物换算成生成物或生成物换算成反 应物后与原起始量相同)则为等效平衡
1.将2mol SO2气体和2mol SO3气体混合于固定体积的密 闭容器中,在一定条件下发生反应: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) .达到SO3平衡时为n mol .在相同温度下,分别按 下列配比在相同密闭容器中放入起始物质,平衡时SO3等 于n mol的是( B ) A.1.6molSO2+0.3molO2+0.4molSO3 B.4molSO2+1molO2 C.2molSO2+1molO2+2molSO3 D.3molSO2+1molO2+1molSO3

2、在一个固定容积的密闭容器中,加入2molA和1molB, 发生 2A(g)+B (g) 3C(g) +D(g) ,达到化学平衡时, C的浓度为wmol/L。若保持温度容积不变,改变起始物 质的用量,达到平衡后,C的浓度仍为wmol/L的是: A.4molA+2molB √B.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD C.3molC+1molD+1molB D.3molC+1molD √

3、在一定温度下,将2molN2和6molH2充入 固定容积的密闭容器中,发生N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),达到化学平衡后,若保持 温度不变,令a、b、c分别为N2、H2、NH3 的物质的量,重新建立平衡,混合物中个物 质的量仍和上述平衡相同,填空 4 ⑴、若a=0,b=0,则c=——— 3 ⑵、若a=1, c =2,则 b =———— ⑶、若a、 b 、 c取值必须满足的一般条件 为(用两个式子表示,一个只含a和c,一个 2b+3c = 12 只含b和c 2a+c = 4 ————————、 ————————

②、恒温恒容时,反应前后气体体积不变 (等计量系数)的可逆反应,只要反应物 (或生成物)的物质的量比例与起始状态相 等,则二平衡等效。
1.在一定温度下,把1molCO和2molH2O通入一个密闭 容器中,发生如下反应:CO(g)+H2O (g) CO2(g)+H2(g),一定时间后达到平衡,此时,CO的含 量为p%,若维持温度不变,改变起始加入物质的物质 的量,平衡时CO的含量仍为p%的是( BDE) A.1molCO2 、2molH2 B. 0.2molCO2、0.2molH2 、0.8molCO 、1.8molH2O C.1molCO2、1molH2O D.1molCO2、1molH2 、1molH2O E. 1.2molCO2、1.2molH2、0.8molCO、2.8molH2O

③、恒温恒压的条件下,改变起始加入量, 只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同 一边物质的量之比与原状态相同,则二平衡 等效。
3、温度压强不变时,将1molN2和4molH2充入一个装有 催化剂容积可变的密闭容器中,发生N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),达到化学平衡后生成amol的NH3,在相同温度 和压强下,保持平衡时各组分的体积分数不变,填表:
已知 编号 ① 起始物质的量(mol) N2 H2 NH3 1 4 0 1.5 6 0 0 0.5 1 m n(n≥4m) 2(n-4m) 平衡时NH3 的量 mol a 1.5a

② ③

0.5a (n-3m)a

2. (98全国)体积相同的甲、乙两个容器 中,分别都充有等物质的量的SO2和O2, 在相同温度下发生反应:2SO2+O2 2SO3,并达到平衡。在这过程中,甲容 器保持体积不变,乙容器保持压强不变, 若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容 器中SO2的转化率( B ) A、等于p% B、大于p% C、小于p% D、无法判断

3.某温度下,在一容积可变的容器中,反 应2A(g)+B(g) 2C(g)达到平衡时,A、 B和C的物质的量分别为4mol、2mol和 4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合 物中三者的物质的量做如下调整,可使平 衡右移的是( C ) A.均减半 B.均加倍 C.均增加1mol D.均减少1mol

化学平衡图像问题解题方法:
一、四要点法:看清起点、拐点、终点,看 清曲线的变化趋势。 二、三步法:一要看坐标 ,二要看点 ,三 要看变化趋势(即看线的走向 ) 三、先拐先平:先出现拐点的曲线先达到平 衡,先达到平衡的代表温度高、浓度大、压 强高 。 四、定一议二:当图像中有三个量时,先确 定一个量不变在讨论另外两个量的关系。

一、浓度 - 时间图: 可用于:
例: c
C A B

1)写出化学反应方程式: A+2B 3C 2)求反应物的转化率:
t A的转化率=33.3% B的转化率=66.7%

练:

c 0.4
0.3 0.2 0.1

B
A C

1)写出化学反应方程式: 5A 3B+2C 2)求反应物的转化率: A的转化率=62.5%

t

可用于: 二、速度-时间图:

1) 已知引起平衡移动的因素,判断反应是 吸热或放热,反应前后气体体积的变化。 2) (已知反应)判断引起平衡移动的因素。 v v正 ?引起平衡移动的因素是 增大反应物浓度,平衡 v逆 将向 正 方向移动。 t t1 t2 v ?引起平衡移动的因素是 v正 减小生成物浓度,平衡 v逆 将向 正 方向移动。 t t1 t2

二、速度-时间图:
?已知对某一平衡改变温度时有如下图变化, 则温度的变化是 升高 (升高或降低),平衡 向 正 反应方向移动,正反应是 吸 热反应。 v

v正 v逆
t1 t2

t

二、速度-时间图:
?对于mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),改变压强 时有如下图变化,则压强变化是 增大 (增 大或减小),平衡向 逆 反应方向移动,m+n < (>、<、=)p+q。 v v逆 v正
t1 t2

t

三、某物质的转化率(或百分含量)-时间温度(或压强)图:
?对于反应mA(g)+nB(g)
A 的 转 化 率

T1 T2

B 的 转 化 率

pC(g)+qD(g)
P1 P2

?正反应吸热 t
A%
T1 T2

?m+n<p+q t
C%
P1 P2

t ?正反应放热

?m+n=p+q

t

三、某物质的转化率(或百分含量)-时间温度(或压强)图:
例:对于反应mA(g)+nB(g)
B%
T2P2 T1P2 T1P1

pC(g)+qD(g)

?m+n<p+q ?正反应吸热

t

练习:对于反应 mA (g) + nB (g) pC (g) 有如
PT→ 1 1 → P2TP增 2 T 大C% 降低 C%增 增大平 衡右移 大平 体积缩 衡右 小 移正 T2 反应 P T2 放热 1 P1 T2 P1 t

图所示的关系,则:
> ⑴、P1< ____ P2 ;T1 ____ T2 ;

⑵、m+n

> ———

p ;

放热 ⑶、该反应正反应为———— 反应

C%

四、某物质的转化率(或百分含量)-温度 (或压强)图:
?对于反应mA(g)+nB(g)
A 的 转 化 率

pC(g)+qD(g)
A%
500℃ 200℃

1.01*107Pa 1.01*106Pa 1.01*105Pa

T

P

?正反应放热 m+n>p+q

?正反应放热 m+n<p+q

四、某物质的转化率(或百分含量)-温度 (或压强)图:
?对于反应mA(g)+nB(g)
C%

pC(g)+qD(g)
A%
200℃ 300℃

1.01*106Pa 1.01*105Pa 1.01*104Pa

T

P

?正反应吸热 m+n>p+q

?正反应吸热 m+n=p+q

反应 mA (g) + nB (g) pC (g) + qD (g)有如图所示的关系,则反应 > 中:⑴、 m + n———— p + q (填 >、=、<) ⑵、正反应为———— 反应(填吸 放热 热、放热)(已知:P1<P2<P3)

D%

P1

P2

P3

恒定温度讨论压强:压强增大,D%增大,
→正反应气体体积缩小

T

恒定压强讨论温度:温度升高, D%减 小,←逆反应为吸热反应

五、其它: 对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) v v v正 v逆 v正
v逆
T1 T2

?正反应吸热
C%

T

?正反应吸热
A%

T

450℃

?正反应放热

T

P1

?m+n<p+q

P

练习一:
对于 m A (g) + n B (g) 则: ①p1与 p2 的关系是 p C (g) + Q 有如图所示的变化, P2 > P 1



C% ②m + n 与p的关系是 m + n > p ; ③T1 与 T2的关系是 T2 < T 1 0<Q ;
T2 P2 T1 P2

④Q与 0 的关系是



T1 P1 0

t

解答时遵守两个原则:①定一议二;②先拐先平。

练习二
?对于2A(g)+B(g) C(g)+3D(g)(正反应吸热)有 如下图所示的变化,图中Y轴可能表示: A、B物质的转化率 Y B、正反应的速率 C、平衡体系中的A% 300℃ D、平衡体系中的C%
200℃ 100℃

P

A、D

练习三

(2004年广东18).右图曲线a表示放 热反应X(g)+Y(g) Z(g)+M(g)+N(s)进 行过程中X的转化率随时间变化的关系。 若要改变起始条件,使反应过程按b曲 线进行,可采取的措施是( ) A.升高温度 B.加大X的投入量 C.加催化剂 D.减小体积

练习四
下图是在其它条件一定时,反应2NO+O2 2NO2+ Q (Q>0)中NO 的最大转化率与温度的关系曲线。图中坐 标有A、B、C、D、E 5点,其中表示未达平衡状态且V正>V 。 逆的点是 C点
NO 转 化 率

B C

A
E D

(2004年 江苏 )18.在容积固定的密闭容器中存在如下反 应: A(g)+3B(g) 2C(g); △H<0某研究小组研究了 其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,并根据 实验数据作出下列关系图下列判断一定错误的是 A.图I研究的是不同催化剂对反应的影响,且乙使用的催化 剂效率较高 B.图Ⅱ研究的是压强对反应的影响,且甲的压强较高 C.图Ⅱ研究的是温度对反应的影响,且甲的温度较高 D.图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响,且甲使用的催 化剂效率较高



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