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第二章 化学反应速率和化学平衡,第三节 化学平衡化学平衡状态,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，叫做可逆反应。,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？,可逆反应的特点：同一条件、同时反应、方向对立不可能完全转化,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，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,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,一、化学平衡的建立过程,在反应CO+H2O CO2+H2中，将0.01 mol CO和0.01 mol H2O(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,二、化学平衡,1、概念：在外界条件不变的情况下，可逆反应进行到一定的程度时，V正反应速率=V逆反应速率，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,反应条件：,2、化学平衡的性质：,温度、压强、浓度等不变,可逆反应，不可逆反应一般不会出现平衡状态,条件不变是基础,研究对象：,可逆反应是前提,本质：,v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,现象：,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,逆：,研究的对象是可逆反应。,动：,化学平衡是动态平衡，虽然达到平衡状，但正反应和逆反应并未停止，是一个动态平衡。,等：,达到化学平衡时，v正 v逆0,定：,反应混合物各组分的浓度保持一定。,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。,同：,在一定条件下，可逆反应不论是从正反应还是逆反应开始，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：,V正=V逆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：,速率关系：v正 v逆,应用：判断平衡时，要注意用“同”、“等”、“逆”的原则,同：同一种物质的V正和V逆才能比较,等：转化后的反应速率必须相等,逆：反应方向必须对立,含量关系：反应混合物各组分的浓度、质量分数、物质的量、摩尔分数、体积分数、分子数之比保持不变,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,例1、一定条件下，反应A2(g)+B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是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,例2、一定条件下，反应N2+3H2 2NH3达到平衡的标志是 A、一个NN键断裂的同时，有三个HH键形成 B、一个NN键断裂的同时，有三个HH键断裂 C、一个NN键断裂的同时，有六个NH键断裂 D、一个NN键断裂的同时，有六个NH键形成,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。,间接标志：,以反应mA(g)+nB(g)pC(g)为例,混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间改变而，（适用于）,改变,m+np 的反应,、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+np 的反应,各气体体积、气体分压、各物质的物质的量不随时间改变,、特殊标志：,对于有色物质参加反应，如果体系颜色不变，反应达到平衡,对于吸热或放热反应，如果体系温度不变，反应达到平衡,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,在等系数的气体反应中不能作为平衡判据的是：,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1:2:2D、单位时间消耗0.1molX的同时生成0.2molZ,课堂练习：,【】在一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（）A.C的生成速率与C分解的速率相等 B.单位时间内生成n molA,同时生3n molBC.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,【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(s)+3B(g)2C(g)+D(g)已达平衡状态的是()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,BC,【4】在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是 C的生成 速率与C的分解速率相等 单位时间内生成a molA,同时生成3a molB A、B、C的浓度不再变化A、B、C的分压强不再变化混合气体的总压强不再变化,混合气体的物质的量不再变化 A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2 A.B.C.D.,(A),第二章 化学反应速率和化学平衡,第三节 化学平衡影响化学平衡移动的因素,影响化学平衡的条件,思考：反应条件改变是如何影响化学平衡？,一定条件下的化学平衡v正 v逆，反应混合物中各组分的含量恒定,条件改变,反应速率改变，且变化量不同,非平衡状态平衡被破坏 v正 v逆，反应混合物中各组分的含量不断变化,一定时间后,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,平衡状态,化学平衡的移动,一、化学平衡的移动,总结：化学平衡的研究对象是，化学平衡是有条件限制的平衡，只有在时才能保持平衡，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，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,可逆反应,动态,条件一定,破坏,发生变化,新的平衡,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：,若外界条件变化引起v正 v逆：,平衡向正反应方向移动,若外界条件变化引起v正 v逆：,平衡向逆反应方向移动,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,二、影响化学平衡的条件,1、浓度对化学平衡的影响,【实验25】【实验26】,结论：增大任何一种反应物浓度使化学平衡向反应方向移动,正,移动方向,速率变化,减小反应物浓度,减小生成物浓度,增大生成物浓度,增大反应物浓度,平衡移动原因,浓度变化对反应速率的影响,v正首先增大,v逆随后增大,且v正 v逆,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,结论：当其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，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，化学平衡向反应方向移动。,正,逆,思考：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？,结论：平衡不移动，因为固体或纯液体的浓度是常数，其用量的改变不会影响v正和 v逆，化学平衡不移动,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？,结论：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。,增大压强，平衡向气体体积缩小方向移动。,减小压强，平衡向气体体积增大方向移动。,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？,结论：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,强调：压强变化若没有浓度的变化，化学反应速率，化学平衡。,不变,不移动,讨论：在N2(g)+3H2(g)2NH3(g)密闭反应体系中，充入He气体：容积不变时，反应物质浓度，反应速率，化学平衡；气体压强不变时，容器的体积_，各气体的浓度_，反应速率，化学平衡向 方向移动,不变,不变,不移动,减小,增大,逆反应,减小,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；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】,2NO2 N2O4 H0,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,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。,此原理只适用于已达平衡的体系,平衡移动方向与条件改变方向相反。,ps：,移动的结果只能是减弱外界条件的该变量，但不能抵消。,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a mol/L，其他条件不变时，充入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；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,a c b,正反应,P1 P3 P2,逆反应,T1 T3 T2,5、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。,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 生成物的百分含量一定增加 生成物的产量一定增加 反应物的转化率一定增大 反应物浓度一定降低 正反应速率一定大于逆反应速率 使用了合适的催化剂 A、B、C、D、,B,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.ab+c B.ab+c C.ab+c D.ab=c,A,3、容积固定的密闭容器中存在已达平衡的可逆反应2A（g）2B+C(H0)，若随着温度升高，气体平均相对分子质量减小，则下列判断正确的是（）A、B和C可能都是液体B、B和C肯定都是气体C、B和C可能都是固体D、若C为固体，则B一定是气体,D,第二章 化学反应速率和化学平衡,第三节 化学平衡等效平衡,起点各物质的投入量不同，但 终点（达到平衡后）D的体积分数都是一样的。,要达到相同的平衡，起始时各物质的量之间要满足什么关系？,一、等效平衡,1、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。,2、等效平衡的分类,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,例1、在一定温度下，将2mol N2和6mol H2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 若a=0，b=0，则c=若a=1，c=2，则 b=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，一个只含b和c、,4,3,a+c/2=2,b+3c/2=6,极值转换法,例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w mol/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 w mol/L的是：A.4molA+2molB B.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molDC.3molC+1molD+1molB D.3molC+1molD,在恒温恒容时下列能与下图达到等效平衡的是（）,A.2 mol HI B.2 mol H2+2 mol I2C.1 mol H2+1 mol I2+2 mol HI D.0.5 mol H2+0.5 mol I2+1 mol HI,（1、1、0）,（2、2、0）,（2、2、0）,（1、1、0）,ABCD,极限转化,2、等效平衡的分类,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,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。,恒温、恒压时，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。,规律总结：等效平衡中分四种情况，以A(g)+nB(g)C(g)+qD(g)为例,极值等量,极值等比,极值等比,极值等比,例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a mol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：,1.5a,0,0.5,2(n-4m),(n-3m)a,1.在一定温度下，把1 mol CO和2 mol H2O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（）A.1molCO、2molH B.0.2molCO、0.2molH、0.8molCO、1.8molH2OC.1molCO、1molH2OD.1molCO、1molH、1molH2O,BD,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()A、等于p%B、大于p%C、小于p%D、无法判断,B,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()A均减半 B均加倍 C均增加1mol D均减少1mol,C,4.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)。达到平衡时SO3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()2+0.3molO2+0.4molSO3 B.4molSO2+1molO2C.2molSO2+1molO2+2molSO3 D.3molSO2+1molO2+1molSO3,B,5、某温度下，向某密闭容器中加入1molN2和3molH2,使之反应合成NH3，平衡后测得NH3的体积分数为m。若T不变，只改变起始加入量，使之反应平衡后NH3的体积分数仍为m，若N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示应满足：（2）恒定T、P：1若X=0、Y=0，则Z。2若X=0.75,则Y，Z。3X、Y、Z应满足的一般条件是。,0,=2.25mol,0,Y=3X，Z0,6、恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下发应：A（气）B（气）C（气）（1）若开始时放入1molA和1molB，到达平衡后，生成a molC，这时A的物质的量为（2）若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成C物质的量为 mol。（3）若开始时放入x molA，2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3a mol，则x mol，y mol。,3a,（1a）mol,2,3-3a,7、在恒温、恒压的条件下，向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB，发生如下反应：3A（气）+2B（气）xC（气）+yD(气）达到平衡时，C的体积分数为m%。若维持温度压强不变，将0.6LA、0.4LB、4LC、0.8LD作为起始物质充入密闭容器中,达到平衡时C的体积分数仍为m%,则X,Y的值分别为（）A x=3 y=1 B x=4 y=1 C x=5 y=1 D x=10 y=2,C D,第二章 化学反应速率和化学平衡,第三节 化学平衡化学平衡常数,平衡常数的推导,48.38,48.61,48.48,根据表中的数据计算出平衡时 的值，并分析其中规律。,48.71,结论：,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，又不论反应物起始浓度的大小，最后都能达到化学平衡，这时生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值是一个常数。,一、化学平衡常数（K）,1、定义,一定温度下，对于已达平衡的反应体系中，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是个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数。,2、平衡常数的数学表达式及其单位,K=,K的单位：,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。,二、书写平衡常数关系式的规则,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。,K1K2,，K1=K22,二、书写平衡常数关系式的规则,1、平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度，估计反应的可能性。因为平衡状态是反应进行的最大限度。,三、平衡常数的意义,K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。,一般，当K105时，该反应进行得基本完全。,2、判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行,已知在某温度下，K=7.3210-3 某时刻的浓度值（mol/L）,逆反应方向,正反应方向,2、判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行,对于可逆反应，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度之间有如下关系：,Qc：对应反应的浓度商,、Qc K：,、Qc=K：,、Qc K：,反应向正反应方向进行,反应处于平衡状态,反应向逆反应方向进行,3、利用K值可以判断反应的热效应,、若升高温度，值增大，则正反应为吸热反应,、若升高温度，值减小，则正反应为放热反应,例1、在一定体积的密闭容器中，进行如下反应：其平衡常数K和温度t的关系如下：k的表达式为：该反应为_反应（填“吸热”或“放热”）若C(CO2)C(H2)=C(CO)C(H2O)，此时温度为_,吸热,830,化学平衡常数的计算,例2、合成氨的反应 在某温度下各物质的平衡浓度是；C(N2)=3molL-1，C(H2)=9molL-1，C(NH3)=4molL-1。求该反应的平衡常数；N2、H2的初始浓度。解：求平衡常数KKc=C(NH3)2/(C(N2)C(H2)3)=16/(393)=7.3210-3求N2、H2的初始浓度。平衡浓度：3molL-19molL-14molL-1初始浓度：(3+2)(9+6)0即初始浓度为：5molL-115molL-10答:K=7.3210-3,N2、H2的初始浓度分别为5molL-1、15molL-1。,五、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。如：此反应在773K时平衡常数K=9，如反应开始时C(H2O)=C(CO)=0.020molL-1，求CO的转化率。初始浓度：0.02 0.02 00 平衡浓度：0.02-x 0.02-x x xK=x/(0.02-x)2=9x/(0.02-x)=3x=0.015molL-1转化率=(0.015/0.020)100=75,练习1、在某温度下，可逆反应的平衡常数为K，下列说法正确的是（）A、K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大B、K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大C、K随反应物浓度改变而改变D、K随温度改变而改变,AD,