高中化学 2.3《化学平衡》课件1 新人教版选修4

第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡 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＋H2ONH3·H2O特点：①相同条件、同时反应、②反应物与生成物共存例：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 问题二、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，一种动态平衡那么，可逆反应的情况又怎样呢？此时产生了“度”（限度）—消耗量等于生成量，量上不再变化 在一定条件下，2molSO2与1molO2反应能否得到2molSO3？不能，因这是个可逆反应，而可逆反应是不能进行到底的。故此对于任何一个可逆反应都存在一个反应进行到什么程度的问题。 开始时c(CO)、c(H2O)最大，c(CO2)、c(H2)=0随着反应的进行c(CO2)、c(H2)逐渐增大进行到一定程度，总有那么一刻，正反应速率和逆反应速率的大小不再变化在容积为1L的密闭容器里，加0.01molCO和0.01molH2O(g),CO＋H2OCO2＋H2c(CO)、c(H2O)逐渐减小V正V逆 且正反应速率=逆反应速率正反应速率逆反应速率相等时间速率这时，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，达到动态平衡，这就是我们今天要重点研究的重要概念—化学平衡状态 二、化学平衡状态：1、定义：化学平衡状态，就是指在一定条件下的可逆反应里，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。强调三点前提条件：一定条件下的可逆反应实质：V正＝V逆≠0标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 2、化学平衡的特征①逆——可逆反应③等——V正＝V逆②动——动态平衡，反应没有停止V正＝V逆≠0④定——各组分的浓度不变，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同条件相同，某一可逆反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始，最终均可达到同一平衡状态。即平衡的建立与途径无关 练习：1.可逆反应达到平衡的主要特征是（）A.反应停止了B.正、逆反应的速率均为零D.正、逆反应的速率相等C.正、逆反应还在进行D 2.在一定条件下，使NO和O2在一密闭容器中进行反应下列不正确的是（）A.反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零B.随着反应的进行，正反应的速率逐渐减少，最后为零C.随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变D.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变B 3、判断反应达到平衡状态的标志（1）V正＝V逆（2）各组分的含量不变 化学平衡到达的标志：以xA+yBzC为例，化学平衡到达的标志有：V正=V逆；VA·耗=VA·生VA·耗:VC·耗=x:zVB·生:VC·生=y:zVA·耗:VB·生=x:y；各物质的百分含量保持不变。混合气体的总压、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变；(x+y≠z即反应前后系数不等)各物质的浓度不随时间的改变而改变；各物质的物质的量不随时间的改变而改变；各气体的体积不随时间的改变而改变；反应体系的颜色、温度不再变化。速率直接的间接的※VA·耗是指A物质的消耗速率,VB·生是指B物质的生成速率。 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后（反应过程中）是否发生变化。若是变的则可；否则，不行。（即“变”的不变则可）注意! 平衡状态的判断混合物体系中各成分的含量1）各物质的物质的量或物质的量分数一定2）各物质的质量或各物质的质量分数一定3）各气体的体积或体积分数一定4）总体积、总压强、总物质的量一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡不一定平衡平衡 平衡状态的判断正、逆反应速率的关系1）在单位时间内消耗了mmolA，同时生成了mmolA；2）在单位时间内消耗了nmolB，同时消耗了pmolC；3）v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q；4）在单位时间内生成了nmolB，同时消耗了qmolD。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)v正＝v逆,平衡v正＝v逆,平衡未达到平衡时也符合此关系均指v逆，不一定平衡（一正一负，符合系数） 平衡状态的判断恒温、恒容时，压强：1）m+n≠p+q时，压强保持不变2）m+n＝p+q时，压强保持不变混合气体的平均相对分子质量（Mr）1）m+n≠p+q时，Mr一定2）m+n＝p+q时，Mr一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡不一定平衡不一定（“变”的不变） 平衡状态的判断1）其它条件不变时，如体系的温度一定2）体系的颜色不再变化3）体系的密度一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡不一定平衡 3.在一定条件下，可逆反应：2AB+3C，在下列四种状态时属于平衡状态的是()正反应速率逆反应速率A.v(A)=2mol/(L·s)v(A)=2mol/(L·s)B.v(A)=2mol/(L·s)v(B)=1.5mol/(L·s)C.v(A)=2mol/(L·s)v(B)=2mol/(L·s)D.v(A)=60mol/(L·min)v(C)=1.5mol/(L·s)AD 4.可逆反应N2＋3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()A．3v正(N2)＝v正(H2)B．v正(N2)＝v逆(NH3)C．2v正(H2)＝3v逆(NH3)D．v正(N2)＝3v逆(H2)C 5.一定温度下，反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)达到平衡的标志是（）A.单位时间内反应nmolA的同时生成nmol的DC.容器内的总压强不随时间的变化而变化B.单位时间内生成2nmolC的同时生成nmol的BD.单位时间内生成nmolA的同时生成nmol的BBC 6.反应：2SO2+O2SO3正反应是放热反应，达到平衡状态时，下列说法中正确的是（）A.容器内压强不随时间变化B.SO2、O2、SO3的分子数之比是2：1：2C.SO2和O2不再化合成SO3D.使用催化剂V正、V逆都发生变化，但变化的倍数相等AD 7.在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再改变时，表明反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达平衡的是()A、混合气体的压强B、混合气体的密度C、气体的平均相对分子质量D、气体的总物质的量若A为气体，则选()BCACD若改为A(g)+B(g)C(g)+D(g)，则选()无 小结1、化学平衡状态的定义前提条件实质标志2、化学平衡状态的特征逆、动、等、定、变、同3、达到平衡状态的标志（1）V正＝V逆（2）各组分的含量不变（一正一负，符合系数）（“变”的不变） 【复习】化学平衡状态的定义：（化学反应的限度）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。化学平衡的特征：逆等动定变——可逆反应（或可逆过程）——V正=V逆(用同一物质浓度表示)——动态平衡。(V正=V逆≠0）——平衡时，各组分浓度、含量保持不变（恒定）——条件改变，平衡发生改变 强调在平衡状态时存在的（1）现象与本质：V正=V逆是达到平衡状态的本质，各组成成分的含量不变为表面现象；（2）动与静：正反应和逆反应不断进行，而各组分的含量保持不变；（3）内因和外因：条件改变时，V正≠V逆，平衡被打破，外界条件一定时，V正=V逆，平衡建立。 [课前练习]在一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（）①C生成的速率与C分解的速率相等；②单位时间内生成mmolA，同时生成3mmolB；③A、B、C的浓度不再变化；④A、B、C的分子数之比为1:3:2；⑤单位时间内生成3mmolB，同时生成2mmolC;⑥容器内的总压强不随时间变化A、①③⑤⑥B、①②③⑤⑥C、①⑤D、全部A （1）混合气体的颜色不再改变（）（2）混合气体的平均相对分子质量不变（）（3）混合气体的密度不变（）（4）混合气体的压强不变（）（5）单位时间内消耗2nmolNO2的同时生成2nmolO2（）（6）O2气体的物质的量浓度不变（）在固定体积的的密闭容器中发生反应：(红棕色）2NO22NO（无色）+O2该反应达到平衡的标志是：[课前练习] 可逆反应中，旧化学平衡的破坏，新化学平衡建立过程叫做化学平衡的移动。V正≠V逆V正=V逆≠0条件改变平衡1不平衡平衡2建立新平衡破坏旧平衡V正=V逆≠0′′一定时间三、化学平衡的移动′′1、化学平衡移动的定义：研究对象本质原因 平衡v正=v逆改变条件速率不变：平衡不移动速率改变程度相同（v正=v逆）：平衡不移动程度不同v正＞v逆，平衡向正反应方向移动v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动2、化学平衡移动方向的判断： 浓度【回忆】影响化学反应速率的外界条件主要有哪些？化学反应速率温度压强催化剂也就是通过改变哪些条件来打破旧平衡呢？【思考与交流】有哪些条件能改变化学平衡呢？ 滴加3~10滴浓硫酸滴加10~20滴NaOHCr2O72-（橙色）+H2OCrO42-（黄色）+2H+编号步骤K2Cr2O7溶液12滴加3～10滴浓H2SO4滴加10～20滴浓6mol/LNaOH溶液橙色加深溶液黄色加深结论：增加生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动。3、影响化学平衡的条件（1）浓度对化学平衡的影响实验2～5分析过程： 实验2～6Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3编号①②步骤1滴加饱和FeCl3滴加1mol/LKSCN现象结论1步骤2滴加NaOH溶液滴加NaOH溶液现象结论2红色变深红色变深增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动产生红褐色沉淀，溶液红色变浅减小反应物的浓度，平衡向逆反应方向移动（红色）向盛有4滴FeCl3溶液的试管中加入2滴KSCN溶液，溶液呈红色。分析过程： 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增大生成物浓度或减小反应物浓度化学平衡向正反应方向移动化学平衡向逆反应方向移动【结论】引起v正＞v逆引起v正＜v逆 t2V’正=V’逆V’逆V,正t3V正=V逆V正V逆t1t（s）V（molL-1S-1）0平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ增大反应物浓度速率-时间关系图：增加任何一种反应物的浓度,V正>V逆，平衡向正反应方向移动【图像分析】 t2V’正=V’逆V’逆V,正t3V正=V逆V正V逆t1t（s）V（molL-1S-1）0平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ减小反应物浓度速率-时间关系图：当减小反应物的浓度时,化学平衡将怎样移动?减少任何一种反应物的浓度,V正＜V逆，平衡向逆反应方向移动《学评》P50 0vtV(正)V(逆)V(正)=V(逆)V’(逆)V’(正)V’(正)=V’(逆)增大生成物的浓度0vtV(正)V(逆)V(正)=V(逆)V’(正)V’(逆)V’(正)=V’(逆)减小生成物的浓度平衡正向移动平衡逆向移动【图像分析】减小生成物浓度增大生成物浓度【图像分析】引起V正>V逆引起V逆>V正 由以上四图可以得出结论：1）改变反应物浓度瞬间，只能改变正反应速率改变生成物浓度瞬间，只能改变逆反应速率2）改变浓度瞬间若v(正)>v(逆)，平衡向正反应方向移动若v(逆)>v(正)，平衡向逆反应方向移动3）新旧平衡速率比较：增大浓度，新平衡速率大于旧平衡速率减小浓度，新平衡速率小于旧平衡速率应用：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：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？（）①增大水蒸气浓度②加入更多的碳③增加H2浓度改变条件后能使CO浓度有何变化?①③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 三、温度对化学平衡的影响【探究实验3】p28页实验2－72NO2N2O4(红棕色)(无色)△H=-56.9kJ/mol序号实验内容实验现象实验结论(平衡移动方向)温度变化混合气体颜色c(NO2)1将充有NO2的烧瓶放入冷水中2将充有NO2的烧瓶放入热水中红棕色变深红棕色变浅温度降低温度升高变大变小向逆反应方向即吸热方向移动向正反应方向即放热方向移动 结论：升高温度，降低温度，平衡向吸热反应方向移动平衡向放热反应方向移动 V正=V逆V正V逆t1t（s）V（molL-1S-1）0t2V’正=V’逆V’逆V’正升高温度（△H<0）速率-时间关系图：2NO2N2O4 温度对化学平衡的影响(图像)升温升温降温降温 A：升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，只是增大的程度不一样，平衡向吸热反应方向移动；B：降低温度，正反应速率和逆反应速率都减小，只是增大的程度不一样，平衡向放热反应方向移动； 练习1、对于反应2X(g)+Y(g)2Z(g)（正反应为放热反应），若升高温度，则能使（）A、反应速率不变，Z的产量减少B、反应速率增大，Z的产量减少C、反应速率增大，Y的转化率降低D、反应速率减少，Z的产量增大BC 2、在容积不变的密闭容器中进行如下反应：H2O(g)+C(s)H2(g)+CO(g)∆H>0，达到平衡后，改变下列反应条件，相关叙述正确的是（）A、加入H2O(g)，平衡向正反应方向移动，体系压强减少B、加入少量C，正反应速率增大C、降低温度，平衡向正反应方向移动D、加入CO，H2浓度减小D练习 （3）压强对化学平衡的影响：N2十3H22NH3NH3%随着压强的增大而增大，即平衡向正反应的方向移动。实验数据：解释：说明：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加压→体积缩小→浓度增大→正反应速率增大逆反应速率增大→V正>V逆→平衡向正反应方向移动。压强(MPa)15103060100NH3%2.09.216.435.553.669.4 ①前提条件：②结论：反应体系中有气体参加且反应前后总体积发生改变。aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)a+b≠c+d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，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：即气体化学计量数减少体积增大：即气体化学计量数增多说明: V正=V逆V正V逆t1t（s）V（molL-1S-1）0t2V”正=V”逆V’逆V’正增大压强③速率-时间关系图：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)a+b>c+d aA(g)+bB(g)cC(g)图象观察 思考：对于反应H2O+COH2+CO2如果增大压强,反应速率是否改变,平衡是否移动？高温催化剂速率-时间关系图：V(molL-1S-1)T(s)0V正=V逆V’正=V’逆增大压强,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。t2 练习1.下列反应达到化学平衡时，增大压强，平衡是否移动？向哪个方向移动？移动的根本原因是什么?①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)②CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)③H2O(g)+C(s)CO(g)+H2(g)④H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g)⑤H2S(g)H2(g)+S(s)正逆逆不移不移 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＞b+cB.a＜b+cC.a＝b+cD.a＝b=cA 教学后记:压强对化学反应速率的影响比较抽象,关键是要转换成浓度,学生不会转换,且不能理解为什么要这样,需要老师进一步想办法. （4）催化剂对化学平衡的影响：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。V（molL-1S-1）V正=V逆t1T(s)0V’正=V’逆催化剂对可逆反应的影响： 平衡移动原理（勒沙特列原理）：改变影响平衡的一个条件（如浓度、温度、压强等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。①此原理只适用于已达平衡的体系②平衡移动方向与条件改变方向相反。③移动的结果只能是减弱外界条件的该变量，但不能抵消。注意： 例题1：下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（）A.由H2、I2蒸气、HI组成的平衡体系加压后颜色变深B.黄绿色的氯水光照后颜色变浅C.使用催化剂可加快SO2转化为SO3的速率D.在含有Fe(SCN)3的红色溶液中加铁粉，振荡静置，溶液颜色变浅或褪去。AC 在一密闭容器中，反应aA(g)bB(g)达平衡后，B的浓度是1mol/L，保持温度不变，将容器体积增大一倍，达到新平衡时，B的浓度变为0.6mol/L，则（）A.平衡向正反应方向移动了B.物质A的转化率减小了C.B的质量分数增加了D.a＞b例题2：AC 某温度下，N2O4（气）2NO2（气）；△H＞0。在密闭容器中达到平衡，下列说法不正确的是()A．加压时(体积变小)，将使正反应速率增大，平衡向逆反应方向移动B．保持体积不变，加入少许NO2，将使正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向逆反应方向移动C．保持体积不变，加入少许N2O4，再达到平衡时，颜色变深D．保持体积不变，升高温度，再达平衡时颜色变深E.保持体积不变，充入He，压强增大，平衡向逆反应方向移动，NO2物质的量浓度减小F.保持压强不变，充入He，平衡不移动，NO2物质的量浓度减小BEF例题3： cA0t2000C气体反应A+BC（正反应为放热反应），在密闭容器中进行，若反应在2000C、无催化剂时A的浓度变化示意曲线如图所示。试在图中画出在反应物起始浓度不变的情况下：（1）保持2000C和原压强，但反应在适当催化剂条件下进行时，A的浓度变化示意曲线。（2）在无催化剂、保持原压强下，使反应在5000C下进行，此时A的浓度变化示意曲线。例题4： 已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是（　）①生成物的质量分数一定增加，②某种生成物总量一定增加，③反应物的转化率一定增大，④反应物的浓度一定降低，⑤正反应速率一定大于逆反应速率，⑥一定使用催化剂A．①②③B．③④⑤C．②⑤D．④⑥C例题5： 教学后记：勒沙特列原理中压强对化学平衡移动的影响比较抽象、也比较难理解，学生学习起来比较困难，所以我在分析讲解时讲的速度也比较慢，而且采取了讲练结合，希望学生通过练习训练后，能够掌握大多数内容。 ——K四、化学平衡常数实验测得，同一反应（如：aA+bBcC+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：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。（一）、化学平衡常数表达式一定温度下，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 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。（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。（二）、化学平衡常数意义 （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，表达式中不需表达一定温度下如：一定温度下Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Fe3O4(s)+4H2(g)高温3Fe(s)+4H2O(g)但： （4）平衡常数的表达式与方程式的书写有关K1=1/K2=K32某温度下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。N2+3H22NH32NH3N2+3H21/2N2+3/2H2NH3 （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：Q＜K，V正＞V逆，反应向正方向进行Q＝K，V正＝V逆，反应处于平衡状态Q＞K，V正＜V逆，反应向逆方向进行则： 例1、将6molA气体和5molB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。3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g)解：∵起变平mol650020.1×5×4133422①、∵2:x＝2:(0.1×5×4)∴x＝2 例2、加热N2O5时，发生下列两个分解反应：N2O5N2O3＋O2，N2O3N2O＋O2；在1L密闭容器中加热4molN2O5达到化学平衡时O2的浓度为4.50mol/L，N2O3的浓度为1.62mol/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：N2O5N2O3＋O2N2O3N2O＋O2起变平4mol00xxx4mol-xxxx0xyyyx-yyx+yx–y=1.62x+y=4.50解得：x=3.06moly=1.44mol故：c（N2O5）=(4–3.06)mol/1L=0.94mol/Lc（N2O）=1.44mol/1L=1.44mol/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的转化率解：A(g)+2B(g)2C(g)起变平nn0x2x2xn-xn-2x2x由题意可知：n-x+n-2x=2xx=0.4n解题的一般步骤：列出三栏数据根据题意列方程求解气体反应计算时经常使用的推论：