化学反应速率和化学平衡常数.ppt

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1、2023/9/17,第七章 化学反应速率和化学平衡,第二节化学平衡和化学反应进行的方向,9、溶液中有可逆反应2A+B+H2O C+D（A、B、C、D都溶于水）已达到平衡，往平衡体系中加水稀释，平衡向方向移动，理由是_,逆反应,反应物的系数大，浓度减小对反应物影响大，故平衡向增大反应物浓度的方向移动，即向逆反应方向移动,1.化学平衡移动的实质是什么？外界条件影响了反应速率，使得v正v逆，平衡将发生移动。2某一可逆反应，一定条件下达到了平衡，若化学反应速率改变，平衡一定发生移动吗？若平衡发生移动，化学反应速率一定改变吗？不一定，如反应前后气体体积不变的反应，增大压强或使用催化剂，速率发生变化，但平

2、衡不移动。一定，化学平衡移动的根本原因就是外界条件改变，使v(正)v(逆)才发生移动的。,一定温度下，在固定容积的密闭容器里发生反应：,若该反应的逆反应速率与时间的关系如下图所示：,t2时，平衡向（填“正”或“逆”，下同）反应方向移动；t6时，平衡向 反应方向移动。可见反应在t1、t3、t5、t7时都达到了平衡，而t2、t4、t6、t8时都改变了条件，试判断改变的条件是t2时；t4时；t6时；t8时。,N2(g)3H2(g)2NH3(g)；H92.2kJ/mol,正,升温或增大NH3的浓度,减压,增大反应物浓度,使用催化剂,逆,2、化学平衡常数1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到_时，生成物

3、与反应物_的比值是一个常数，用符号表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K(固体和纯液体的浓度为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。,化学平衡,浓度计量数次方的乘积,浓度计量数次方的乘积,K,3意义(1)K值越大，反应物的转化率，正反应进行的程度。(2)K只受影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)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。正、逆反应的平衡常数互为倒数。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。,越大,温度,越大,平衡常数表达式的书写,（1）CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)K=,

4、注意1：纯固态和纯液态不写入K（浓度为1）,c(CO2),CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)K=,c(CO)/c(CO2)c(H2),稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系式中，如：Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+K=c2(CrO42-)c2(H+)/c(Cr2O72-),（2）2NO2(g)N2O4(g)K1=N2O4(g)2NO2(g)K2=NO2(g)1/2N2O4(g)K3=（3）FeCl3(aq)+3KSCN(aq)Fe(SCN)3(aq)+3KCl(aq)；K=,注意2：以上三个反应的平衡常数之间的关系,注意3：需要用实际参加反应的离

5、子浓度表示,4应用(1)判断、比较可逆反应进行程度的大小 K值越大，反应进行的程度；K值越小，反应进行的程度(2)判断可逆反应是否达到化学平衡状态 对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：浓度商Q.,越大,越小,Q,K反应向 方向进行，v(正)v(逆),正反应,K反应处于 状态，v(正)v(逆),化学平衡,K反应向 方向进行，v(正)v(逆),逆反应,(3)判断可逆反应的反应热 若升高温度，K值增大，则正反应为 反应；若升高温度，K值减小，则正反应为 反应(4)计算反应物或生成物的平衡浓度及反应物的转化率,吸热,放热,特别提示

6、化学平衡常数K值的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表示可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率也越大。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。,8对于给定反应，正逆反应的化学平衡常数一样吗？是什么关系？,正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。,9化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减少？,温度升高化学平衡常数不一定增大或减小，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。,3下列说法是否正确？(画“”或“”)(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡

7、常数表达式为K(2)K相对应的化学方程式为H2(g)CO2(g)CO(g)H2O(g)(3)可以用化学平衡常数定量描述化学反应的限度(4)对于N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡，在温度不变、容积不变的密闭容器中充入N2，化学平衡常数不变(5)化学平衡移动，化学平衡常数一定改变,4在一定温度下将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)。(1)该反应的化学平衡常数表达式K_。(2)已知在700 时，该反应的平衡常数K10.6，则该温度下反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数K2_，反应1/

8、2CO2(g)1/2H2(g)1/2CO(g)1/2H2O(g)的平衡常数K3_。(3)已知在1 000 时，该反应的平衡常数K41.0，则该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)。,1.67,0.77,吸热,温度升高，K增大，化学平衡向方向移动；,反应条件对化学平衡的影响,1、温度的影响,温度改变，化学平衡常数发生变化,N2O4(g)2NO2(g),N2(g)3H2(g)2NH3(g)；H92.2kJ/mol,温度升高，K，化学平衡向方向移动；,正反应或吸热,减小,逆反应或吸热,2.浓度的影响（1）其它条件不变时，改变物质的浓度，K(填“增大”“减小”或“不变”)。（2）增大一种反应物的浓度，

9、将使QK，化学平衡将向移动。减小一种生成物的浓度，将使QK，化学平衡将向移动。增大一种生成物的浓度，将使QK，化学平衡将向移动。减小一种反应物的浓度，将使QK，化学平衡将向移动。,不变,正反应方向,正反应方向,逆反应方向,逆反应方向,N2O4(g)2NO2(g),N2(g)3H2(g)2NH3(g)；H92.2kJ/mol,3.压强的影响其它条件不变时，改变体系的压强，K(填“增大”“减小”或“不变”)。A.改变压强，V=0，化学平衡；B.V 0，增大压强，化学平衡将向移动；C.V 0，增大压强，化学平衡将向移动；,不变,不移动,逆反应方向,正反应方向,4.催化剂的影响催化剂只影响，使用催化剂

10、只会的时间，但是对化学平衡的移动。,化学反应速率,缩短达到平衡,无影响,炼铁高炉尾气之谜,Fe2O3(s)3CO(g)2Fe(s)3CO2(g)H0,问题：改变什么条件才能减少高炉尾气中CO的含量？,列举排除法,（1）为减少高炉尾气中CO的含量，17世纪初，有人提出通过增加高炉的高度，让CO与Fe2O3充分接触来达到目的，然而，高炉增高后，高炉尾气中的CO的含量并未改变，其原因是。,（2）已知1100时，上述反应的平衡常数K0.263。若此时测得高炉中c(CO2)0.025molL-1，c(CO)0.1molL-1，在这种情况下，该反应是否处于平衡状态。此时，化学反应速率v正v逆，其原因是。,

11、Fe2O3(s)3CO(g)2Fe(s)3CO2(g),该反应为可逆反应，反应一段时间后将达平衡，平衡混合物中各成分的百分含量不随时间的延长而改变。,否,c(CO2)/c(CO)0.263，反应向正反应方向进行，即v正大于v逆。,在密闭容器中进行的如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)SO2的起始浓度是0.4mol/l,O2的起始浓度是1mol/l,当SO2的转化率为80%时,反应达到平衡状态.（1）求反应的平衡常数（2）若将平衡时反应混合物的压强增大1倍,平衡将如何移动?（3）若将平衡时反应混合物的压强减少1倍,平衡将如何移动?（4）平衡时保持体积不变,向平衡混合气体中充入稀有气

12、体Ar,使体系总压变为原来的3倍,平衡又将如何移动?,在密闭容器中进行的如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)SO2的起始浓度是0.4mol/l,O2的起始浓度是1mol/l,当SO2的转化率为80%时,反应达到平衡状态.（1）求反应的平衡常数（2）若将平衡时反应混合物的压强增大1倍,平衡将如何移动?,解析：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始时(mol/l)转化了(mol/l)平衡时(mol/l),0.4 1 0 0.480%1/20.480%0.32 0.08 0.84 0.32,K=0.322(0.84 0.082)=400/21,Qc=0.642(1.68 0.16

13、2)=200/21400/21.即QcK,在密闭容器中进行的如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)SO2的起始浓度是0.4mol/l,O2的起始浓度是1mol/l,当SO2的转化率为80%时,反应达到平衡状态.（1）求反应的平衡常数（3）若将平衡时反应混合物的压强减少1倍,平衡将如何移动?（4）平衡时保持体积不变,向平衡混合气体中充入稀有气体Ar,使体系总压变为原来的3倍,平衡又将如何移动?,解析：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始时(mol/l)转化了(mol/l)平衡时(mol/l),0.4 1 0 0.480%1/20.480%0.32 0.08 0.84 0.32

14、,K=0.322(0.84 0.082)=400/21,平衡向逆方向移动,平衡不发生移动,思考：在一定温度的密闭容器中，对于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，（1）将容器的体积扩大两倍，该平衡向哪个方向移动？（2）保持H2的浓度不改变将容器的体积扩大两倍，该平衡向哪个方向移动？,平衡向逆方向移动,平衡不发生移动,在某一密闭容器中，一定温度下发生反应：2SO2+O2 2SO3，并达到平衡，现只改变平衡的一个条件：试回答：（1）若原平衡的SO2的浓度c(SO2)1 mol/L，现把c(SO2)增加为1.5mol/L，达新平衡c/(SO2)(填取值范围，下同)（2）若原平衡的SO2的浓度

15、c(SO2)1 mol/L，现把c(SO2)减小为0.5mol/L，达新平衡c/(SO2)；（3）若原平衡的压强为P，现把压强增加为PP，达新平衡P/(填取值范围)（4）若原平衡的压强为P，现把压强减小为PP，达新平衡P/(填取值范围)（5）若原平衡的温度为T，现把温度升高为（TT），达新平衡T/(填取值范围，绝热容器)（6）若原平衡的温度为T，现把温度降低为（TT），达新平衡T/(填取值范围，绝热容器),1mol/L c/（SO2）1.5mol/L,0.5mol/L c/(SO2)1mol/L,PP/PP,PP P/P,TT/（TT）,（TT）T/T,2.勒夏特列原理（1）内容 如果改变影响

16、平衡的条件之一（如、或）,平衡将向着能够 的方向移动。（2）适用 该原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等动态平衡。这种减弱并不能消除外界条件的变化。,温度,压强,浓度,减弱这种改变,特别提醒应用勒夏特列原理时要注意不能走入误区：(1)是否真的改变了影响化学平衡的条件。例如：a.改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量时，并未改变影响化学平衡的条件;b.即使有气体存在的化学平衡体系，恒温、恒容下充入惰性气体，也未改变影响化学平衡的条件。(2)可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向，例如对mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),m+n=p+q型的可逆反应，它无气体体积扩

17、大或缩小的反应方向，即使是改变压强，化学平衡也不移动。,3.平衡移动的应用（1）判状态：由压强的改变，根据平衡移动的 方向，可以判断反应物或生成物的状态。（2）判系数：由压强的改变，根据平衡移动的方向，可以判断方程式中某气体物质的计量数或反应物和生成物之间的计量数的大小关系。（3）判H：由温度的改变，根据化学平衡移动的方向，可以判断正反应或逆反应是吸热反应或放热反应。,（4）判转化率：根据条件改变对化学平衡的影响,可以判断达到新平衡时某反应物转化率的提高或降低以及平衡体系中某组分百分含量的变化。（5）调控反应：根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化学平衡移动原理，可调控工业反应使之效益最大化。

18、,3、可逆反应3X(g)3Y(?)+W(?)的正反应为吸热反应，当升高温度时气体的平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是（）A、Y和W一定都是气体 B、若W为固体，则Y一定是气体C、Y和W可能都是固体 D、Y和W可能都是气体,在水溶液中橙红色的Cr2O72-与黄色的CrO42-有下列平衡关系.Cr2O72-H2O 2CrO42-2H+，把2Cr2O7溶于水配成稀溶液是橙色。（1）向上述溶液中加入NaOH溶液，溶液呈_色，因为。（2）向已加入NaOH溶液的(1)中再加入过量稀H2SO4，则溶液呈_色，因为。（3）向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀)则平衡，溶液

19、颜色将。,黄,中和H+平衡向正反应方向移动,橙红,增加生成物浓度平衡向逆反应方向移动,正反应移动,变浅,速率、平衡理论在化工生产上的应用,进行化工生产条件选择时：既要考虑反应速率的问题 反应速率要尽可能地快又要考虑化学平衡的问题 平衡要尽可能地向右移动，即反应物的转化率要尽可能的高，原料的利用要尽可能的充分,1、合成氨工业条件的选择,反应式：N2+3H2 2NH3；H0,反应特征：反应物、生成物都是气体正反应是体积缩小、放热反应速率：高温、高压、催化剂平衡：低温、高压、及时分离出氨气综合：适当温度、高压、使用催化剂、及时分离出氨气实际：500、2050MPa、铁触媒、氨气液化,合成氨工业的简要

20、流程,原料气的制取,N2：方法：液化空气（N2先逸出）,方法：消耗空气中的O2（例：C+O2=CO2，除去CO2可得N2）,H2：水煤气法,2、SO2接触氧化条件的选择,反应式：2SO2+O2 2SO3；H0,反应特征：与合成氨相似速率：高温、高压、催化剂平衡：低温、高压、氧气过量综合：适当温度、高压、使用催化剂、氧气过量实际：高温、常压、催化剂、氧气过量,反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求：在该温度下。（1）此反应的浓

21、度平衡常数（2）若SO2(g)的初始浓度增大到3mol/L,则它们的转化率变为多少？,结论：在一定温度的密闭容器中，对于可逆反应，增加一种反应物的量（或浓度），该反应物转化率下降，另外一种反应物转化率升高。,K=1,40%,60%,、若反应物只有一种：aA(g)bB(g)+cC(g)，在不改变其他条件时，增加A的量平衡向正反应方向移动，但是A的转化率与气体物质的计量数有关：,若a=b+c，A的转化率不变；若a b+c，A的转化率增大；若a b+c，A的转化率减小。,反应物用量的改变对化学平衡影响的一般规律：,即a b+c时，增大或减小反应物的浓度，平衡按加压或减压处理,、若反应物不只一种：aA

22、(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，在不改变其他条件时，只增加A的量，平衡向正反应方向移动，但是A的转化率减小，而B的转化率增大。若按原比例同倍数地增加A和B，平衡向正反应方向移动，但是反应物的转化率与气体物质的计量数有关：如a+b=c+d，A、B的转化率都不变；如a+bc+d，A、B的转化率都增大；如a+b c+d，A、B的转化率都减小。,3改变条件，平衡向正反应方向移动，原料的转化率一定提高吗？,不一定提高，不能把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，只会使其他的反

23、应物的转化率提高。,4.典型实例分析,练习：温度一定时，在密闭容器中有平衡体系：N2O4(g)2NO2,向容器中在加入等量的N2O4,再达平衡时c(NO2)与c(N2O4)的比值与原平衡相比A、减小 B、增大 C、不变 D、不能确定（1）容积不变（2）压强不变,A,C,已知可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g)H0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)1 mol/L，c(N)2.4 mol/L；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_；(2)若反应温度升高，M的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c

24、(M)4 mol/L，c(N)a mol/L；达到平衡后，c(P)2 mol/L，a_；(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)c(N)b mol/L，达到平衡后，M的转化率为_。思路点拨：(1)M(g)N(g)P(g)Q(g)始态 1 mol/L 2.4 mol/L 0 0 变化量 1 mol/L60%1 mol/L60%因此N的转化率为：100%25%,25%,增大,6,41%,在一定条件下，反应xAyB zC达到平衡。(1)若A、B、C均为气体，则该反应的平衡常数表达式为_。(2)若A、B、C均为气体，减压后平衡向逆反应方向移动，则x、y、z间的关系是。(3)已知C是气体，且xyz，在增大压强时，若平衡发生移动，则一定向_(填“正”或“逆”)反应方向移动。(4)已知B、C是气体，当其他条件不变时，增大A的物质的量，平衡不移动，则A为 态。(5)加热后C的质量分数减小，则正反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。升高温度达到新的平衡后，该反应的平衡常数将变_(填“大”或“小”)。,xyz,逆,固或液,放热,小,解析：(2)减压时，化学平衡向气体体积增大的方向移动，故xyz；(3)因为C是气体，且xyz，增大压强，若平衡发生移动，平衡只能向逆向移动，即A或B中至少有一种为非气体物质；(4)A的量增加，平衡不移动，则A为固体或液体；(5)对于放热反应，升高温度K值变小。,