高中化學 第二章 化學反應(yīng)速率和化學平衡 第三節(jié) 化學平衡精品課件1 新人教版選修4.ppt

第三節(jié)化學平衡 第二章化學反應(yīng)速率與化學平衡 復習 1外界條件對化學反應(yīng)速率影響的規(guī)律 濃度 壓強 溫度 催化劑 是影響化學反應(yīng)速率的四大因素 此外還有光 超聲波 激光 放射性 電磁波 反應(yīng)物的顆粒的大小 擴散速率 溶劑效應(yīng)等也影響了反應(yīng)速率 導入 1 什么是可逆反應(yīng) 在同一條件下 既能向正反應(yīng)方向進行 同時又能向逆反應(yīng)方向進行的反應(yīng) 叫做可逆反應(yīng) 注意 可逆反應(yīng)總是不能進行到底 得到的總是反應(yīng)物與生成物的混合物 2 什么是飽和溶液 在一定溫度下 在一定量的溶劑里 不能再溶解某種溶質(zhì)的溶液 叫做這種溶質(zhì)的飽和溶液 飽和溶液中溶質(zhì)的溶解過程完全停止了嗎 沒有 以蔗糖溶解于水為例 蔗糖分子離開蔗糖表面擴散到水中的速率與溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成為晶體的速率相等 即 溶解速率 結(jié)晶速率達到了溶解的平衡狀態(tài) 一種動態(tài)平衡 那么 可逆反應(yīng)的情況又怎樣呢 開始時c co c h2o 最大 c co2 c h2 0 隨著反應(yīng)的進行 正反應(yīng)速率逐漸減小 逆反應(yīng)速率逐漸增大 c co2 c h2 逐漸增大 進行到一定程度 總有那么一刻 正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率的大小不再變化 c co c h2o 逐漸減小 且正反應(yīng)速率 逆反應(yīng)速率 正反應(yīng)速率 逆反應(yīng)速率 相等 這時 反應(yīng)仍在進行 但是四種物質(zhì)的濃度均保持不變 達到動態(tài)平衡 這就是我們今天要重點研究的重要概念 化學平衡狀態(tài) 定義 化學平衡狀態(tài) 就是指在一定條件下的可逆反應(yīng)里 正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等 反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài) 強調(diào)三點 前提條件 可逆反應(yīng) 實質(zhì) 正反應(yīng)速率 逆反應(yīng)速率 標志 反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài) 可逆反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的標志 1 直接標志 正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率 各組分的百分含量不隨時間改變而改變間接標志 各組分的濃度不隨時間改變而改變 各物質(zhì)的物質(zhì)的量不隨時間改變而改變 各氣體的壓強不隨時間改變而改變 氣體的顏色不隨時間改變而改變 氣體的密度或平均相對分子質(zhì)量不隨時間改變而改變 例 在一定溫度下 可逆反應(yīng)a 氣 3b 氣 2c 氣 達到平衡的標志是 a c的生成速率與c分解的速率相等b 單位時間內(nèi)生成nmola 同時生成3nmolbc a b c的濃度不再變化d a b c的分子數(shù)比為1 3 2 ac 判斷可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài) 重要題型 例2 下列說法中可以充分說明反應(yīng) p 氣 q 氣 r 氣 s 氣 在恒溫下已達平衡狀態(tài)的是 反應(yīng)容器內(nèi)壓強不隨時間變化b p和s的生成速率相等c 反應(yīng)容器內(nèi)p q r s四者共存d 反應(yīng)容器內(nèi)總物質(zhì)的量不隨時間而變化 b 例3 下列說法可以證明反應(yīng)n2 3h22nh3已達平衡狀態(tài)的是 ac a 1個n n鍵斷裂的同時 有3個h h鍵形成 b 1個n n鍵斷裂的同時 有3個h h鍵斷裂 c 1個n n鍵斷裂的同時 有6個n h鍵斷裂 d 1個n n鍵斷裂的同時 有6個n h鍵形成 例4 在一定溫度下的恒容容器中 當下列物理量不再發(fā)生變化時 表明反應(yīng) a 固 3b 氣 2c 氣 d 氣 已達平衡狀態(tài)的是 a 混合氣體的壓強b 混合氣體的密度c b的物質(zhì)的量濃度d 氣體的總物質(zhì)的量 bc 例5 在一定溫度下 下列敘述不是可逆反應(yīng)a 氣 3b 氣 2c 氣 2d 固 達到平衡的標志的是 c的生成速率與c的分解速率相等 單位時間內(nèi)生成amola 同時生成3amolb a b c的濃度不再變化 a b c的分壓強不再變化 混合氣體的總壓強不再變化 混合氣體的物質(zhì)的量不再變化 單位時間內(nèi)消耗amola 同時生成3amolb a b c d的分子數(shù)之比為1 3 2 2 思考與練習 1 混合氣體的顏色不再改變 2 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 3 混合氣體的密度不變 4 混合氣體的壓強不變 5 單位時間內(nèi)消耗2nmolno2的同時生成2nmolo2 6 o2氣體的物質(zhì)的量濃度不變 復習 化學平衡所研究的對象是什么 化學平衡是一種靜止的平衡狀態(tài)嗎 決定可逆反應(yīng)形成化學平衡狀態(tài)的因素是什么 注意 v正 v逆是指同一種物質(zhì)的生成速率和分解速率 如果我們改變一個已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)的條件 該反應(yīng)還能繼續(xù)保持平衡嗎 經(jīng)過一段時間以后呢 化學平衡的移動 一定條件下的化學平衡 v正 v逆 條件改變 原化學平衡被破壞 v正 v逆 一定時間后 v正 v逆 根據(jù)化學反應(yīng)速率的知識 你認為哪些因素可以使化學平衡發(fā)生移動 定義 可逆反應(yīng)中舊化學平衡的破壞 新化學平衡建立的過程叫做化學平衡的移動 一 濃度對化學平衡的影響 已知鉻酸根和重鉻酸根離子間存在如下平衡 替代實驗 一 濃度對于化學平衡的影響 fecl3溶液與kscn溶液的反應(yīng) 實驗中溶液顏色加深說明什么 從化學反應(yīng)速率的角度來分析 其原因是什么 用v t圖來表示上述變化 增大反應(yīng)物濃度 結(jié)論 增大反應(yīng)物濃度 化學平衡向正反應(yīng)方向移動 增大生成物濃度 結(jié)論 增大生成物濃度 化學平衡向逆反應(yīng)方向移動 思考 如果增大生成物的濃度 化學平衡向什么方向移動 減小生成物濃度 結(jié)論 減小生成物濃度 化學平衡向正反應(yīng)方向移動 思考 如果減小生成物的濃度 化學平衡向什么方向移動 減小反應(yīng)物濃度 結(jié)論 減小生成物濃度 化學平衡向逆反應(yīng)方向移動 思考 如果減小反應(yīng)物的濃度 化學平衡向什么方向移動 總結(jié) 增大反應(yīng)物濃度 減小生成物濃度 增大生成物濃度 減小反應(yīng)物濃度 化學平衡向逆反應(yīng)方向移動 化學平衡向正反應(yīng)方向移動 思考 化學平衡的移動能完全抵消濃度改變給可逆反應(yīng)所帶來的影響嗎 增大反應(yīng)物濃度 總的來說 化學平衡的移動能削弱濃度改變給可逆反應(yīng)所帶來的影響 但并不能完全抵消 結(jié)果增大壓強 氨氣含量增加 平衡向右移動 6000c 反應(yīng)2so3 g 2so2 g o2 g 的實驗數(shù)據(jù) 二 壓強對于化學平衡的影響 增大壓強 結(jié)論 增大壓強 化學平衡向體積減小 即氣體分子數(shù)減少 的方向移動 減小壓強 結(jié)論 減小壓強 化學平衡向體積增大 即氣體分子數(shù)增大 的方向移動 思考 如果減小壓強化學平衡向什么方向移動 總結(jié) 增大壓強 減小壓強 化學平衡向體積增大的方向移動 化學平衡向體積減小的方向移動 總的來說 化學平衡的移動能削弱壓強改變給可逆反應(yīng)所帶來的影響 但并不能完全抵消 練習 可逆反應(yīng)h2o g c s co g h2 g 在一定條件下達到平衡狀態(tài) 改變下列條件 能否引起平衡移動 co的濃度有何變化 增大水蒸氣濃度 加入更多的碳 增加h2濃度 平衡正向移動 co濃度增大 平衡不移動 co濃度不變 平衡逆向移動 co濃度減小 小結(jié) 增加固體或純液體的量不能改變其濃度 也不能改變速率 所以v 正 仍等于v 逆 平衡不移動 2 根據(jù)圖2 21的數(shù)據(jù) 分析溫度改變是如何影響合成氨的平衡的 n2 3h22nh3 0 三 溫度對化學平衡的影響 三 溫度對化學平衡的影響 升高溫度 結(jié)論 升高溫度 化學平衡向吸熱的方向移動 降低溫度 結(jié)論 降低溫度 化學平衡向放熱的方向移動 思考 如果降低溫度化學平衡向什么方向移動 總結(jié) 升高溫度 降低溫度 化學平衡向放熱的方向移動 化學平衡向吸熱的方向移動 總的來說 化學平衡的移動能削弱溫度改變給可逆反應(yīng)所帶來的影響 但并不能完全抵消 四 催化劑對化學平衡的影響 催化劑降低了反應(yīng)的活化能 正反應(yīng)的活化能降低 逆反應(yīng)的活化能也降低 正反應(yīng)的活化分子百分數(shù)增加幾倍 逆反應(yīng)的活化分子百分數(shù)也增加幾倍 正逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)相等 加催化劑 不能使平衡發(fā)生移動 只影響到達平衡的時間 n2 g 3h2 g 2nh3 g 92 4kj mol 1 已知n2與h2反應(yīng)合成nh3是一個可逆反應(yīng) 其熱化學方程式為 合成氨的工藝流程如圖2 24所示 在工業(yè)生產(chǎn)中 可以通過以下途徑來提高合成氨的產(chǎn)率 請利用有關(guān)知識分析采取這些措施的原因 1 向反應(yīng)器中注入過量n2 2 采用適當?shù)拇呋瘎?3 在高壓下進行反應(yīng) 4 在較高溫度下進行反應(yīng) 思考并完成下列表格2so2 g o2 g 2so3 g 正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 向右 即o2濃度減小的方向 向右 即so3濃度增大的方向 so3濃度較原平衡小 o2濃度較原平衡大 減弱這種改變 向左 即溫度降低的方向 向右 即壓強減小方向 不能抵消這種改變 平衡溫度比舊平衡高 總壓強比原平衡大 法國 勒夏特列原理 平衡移動原理 如果改變影響平衡的一個條件 如濃度 壓強或溫度等 平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動 1 適用范圍 適用于任何動態(tài)平衡體系 如 溶解平衡 電離平衡等 未平衡狀態(tài)不能用此來分析 2 適用條件 一個能影響化學平衡的外界條件的變化 3 平衡移動的結(jié)果是 減弱 外界條件的影響 而不能消除外界條件的影響 a 練習 bd d a a bc d 加壓c a bc d 減壓 b 練習 一定量的混合氣體在密閉容器中發(fā)生反應(yīng) ma g nb g pc g 達到平衡后 溫度不變 將氣體體積縮小到原來的1 2但達到平衡時 c的濃度為原來的1 8倍 則下列說法正確的是 a m n p b a的轉(zhuǎn)化率降低 c 平衡向正反應(yīng)方向移動 d c的體積分數(shù)增加 b 練習 已知在氨水中存在下列平衡 nh3 h2o nh3 h2o nh4 oh 1 向氨水中加入mgcl2固體 平衡向移動 oh 濃度 nh4 濃度 2 向氨水中加入濃鹽酸 平衡向移動 此時溶液中濃度減小的粒子有 3 向氨水中加入少量naoh固體 平衡向移動 此時發(fā)生的現(xiàn)象是 正反應(yīng)方向 減小 增大 正反應(yīng)方向 oh nh3 h2o nh3 逆反應(yīng)方向 有氣體放出 該反應(yīng)在一定條件下是不可能進行完全的 即存在一定的限度 而反應(yīng)的限度的大小對于生產(chǎn)和生活實際有著直接影響 因此僅研究化學反應(yīng)的方向是不夠的 還需要關(guān)注化學反應(yīng)的限度問題 怎樣定量描述化學反應(yīng)的限度呢 化學反應(yīng)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率受到哪些因素的影響 什么叫化學平衡狀態(tài) 化學平衡有哪些特點 在研究了大量實驗的基礎(chǔ)上 人們發(fā)現(xiàn)可以用化學平衡常數(shù)來定量描述化學反應(yīng)的限度 一 化學平衡常數(shù) 平衡常數(shù)的推導 54 5 54 6 54 45 54 33 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算出平衡時的值 并分析其中規(guī)律 c hi 2 c h2 c i2 其它平衡體系的數(shù)據(jù)進行分析 都有類似的關(guān)系 在一定溫度時 當一個可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時 生成物平衡濃度的冪之積與反應(yīng)物平衡濃度的冪之積的比值是一個常數(shù) 這個常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)簡稱平衡常數(shù) 平衡常數(shù)一般有濃度平衡常數(shù)kc和壓強平衡常數(shù)kp兩種 1 定義 在一定溫度下 當一個可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時 生成物平衡濃度的冪之積與反應(yīng)物平衡濃度的冪之積的比值是一個常數(shù) 這個常數(shù)稱是該反應(yīng)的化學平衡常數(shù) 簡稱平衡常數(shù) 用符號k表示 由于該常數(shù)是以濃度冪之積的比值表示 故又稱濃度平衡常數(shù) 用kc表示 一 化學平衡常數(shù) 符號為k 2 數(shù)學表達式 3 平衡常數(shù)的單位 濃度的單位為mol l 1 k的單位為 mol l 1 n 1 如果反應(yīng)中有固體和純液體參加 它們的濃度不應(yīng)寫在平衡關(guān)系式中 因為它們的濃度是固定不變的 化學平衡關(guān)系式中只包括氣態(tài)物質(zhì)和溶液中各溶質(zhì)的濃度 如 caco3 s cao s co2 g co2 g h2 g co g h2o l 4 書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則 一 化學平衡常數(shù) 符號為k kc c co2 kc c co c co2 c h2 再如 稀溶液中進行的反應(yīng) 如有水參加 水的濃度也不必寫在平衡關(guān)系式中 如 cr2o72 h2o 2cro42 2h kc c cro42 2c h 2 c cr2o72 又如 非水溶液中的反應(yīng) 如有水生成或有水參加反應(yīng) 此時水的濃度不可視為常數(shù) 必須表示在平衡關(guān)系式中 如酒精和醋酸的液相反應(yīng)c2h5oh ch3cooh ch3cooc2h5 h2ok c ch3cooc2h5 c h2o c c2h5oh c ch3cooh 例n2 g 3h2 g 2nh3 g k1 1 60 10 51 2n2 g 3 2h2 g nh3 g k2 3 87 10 2k1 k2 k1 k22 2 同一化學反應(yīng) 可以用不同的化學反應(yīng)式來表示 每個化學方程式都有自己的平衡常數(shù)關(guān)系式及相應(yīng)的平衡常數(shù) 4 書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則 一 化學平衡常數(shù) 符號為k 3 多重平衡規(guī)則 若干方程式相加 減 則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積 商 例題 2no g o2 g 2no2k12no2 g n2o4k22no g o2 g n2o4 g k k1 k2 4 書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則 一 化學平衡常數(shù) 符號為k 在某溫度下 某時刻反應(yīng)是否達平衡 可用該時刻產(chǎn)物的濃度冪的之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比即濃度商qc與kc比較大小來判斷 qc kc 未達平衡 逆向進行 qc kc 達平衡 平衡不移動 qc kc 未達平衡 正向移動 5 引入平衡常數(shù)kc的意義 概念理解 平衡轉(zhuǎn)化率 用平衡常數(shù)來表示反應(yīng)的限度有時不夠直觀 常用平衡轉(zhuǎn)化率 來表示反應(yīng)限度 反應(yīng)物a的平衡轉(zhuǎn)化率 該條件最大轉(zhuǎn)化率 可表示 等效平衡 在同溫同壓下達到下述三個平衡 在一定條件下 可逆反應(yīng)只要起始濃度相當 無論經(jīng)過何種途徑 但達到化學平衡時 只要同種物質(zhì)的體積分數(shù)相同 這樣的平衡稱為等效平衡 一 等效平衡的概念 等效平衡建成條件探究一 在一定溫度下 一個容積固定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng) 2a g b g 3c g d g 根據(jù)下表有關(guān)數(shù)據(jù)分析恒溫 恒容下等效平衡建成的條件 恒溫恒容 1 恒溫 恒容下對于氣態(tài)物質(zhì)反應(yīng)前后分子數(shù)變化的可逆反應(yīng)等效平衡的判斷方法是 使用極限轉(zhuǎn)化的方法將各種情況變換成同一反應(yīng)物或生成物 然后觀察有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量是否對應(yīng)相等 二 等效平衡的建成條件 判斷方法及產(chǎn)生結(jié)果 歸納總結(jié) 產(chǎn)生結(jié)果 各組分百分量 n c均相同 例1 某溫度下 向某密閉容器中加入1moln2和3molh2 使之反應(yīng)合成nh3 平衡后測得nh3的體積分數(shù)為m 若t不變 只改變起始加入量 使之反應(yīng)平衡后nh3的體積分數(shù)仍為m 若n2 h2 nh3的加入量用x y z表示應(yīng)滿足 1 恒定t v 1 若x 0 y 0 則z 2 若x 0 75 y z 3 x y z應(yīng)滿足的一般條件是 2mol 2 25mol 0 5mol x z 2 1 y 3z 2 3 練習 在一個1l的密閉容器中 加入2mola和1molb 發(fā)生下述反應(yīng) 達到平衡時 c的體積分數(shù)為a 維持容器的體積和溫度不變 按下列配比作為起始物質(zhì) 達到平衡后 c的體積分數(shù)為a 是a 3molc 1moldb 1mola 0 5molb 1 5molc 0 5moldc 1mola 0 5molb 1 5molcd 4mola 2molb a b 在恒溫恒容時下列能與下圖達到等效平衡的是 a 2molhib 2molh2 2moli2c 1molh2 1moli2 2molhid 0 5molh2 0 5moli2 1molhi 110 220 220 110 abcd 極限轉(zhuǎn)化 等效平衡建成條件的探究二 2 恒溫 恒容下對于氣態(tài)物質(zhì)反應(yīng)前后分子數(shù)不變化的可逆反應(yīng)等效平衡的判斷方法是 使用極限轉(zhuǎn)化的方法將各種情況變換成同一反應(yīng)物或生成物 然后觀察有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量比是否相等 歸納總結(jié) 產(chǎn)生結(jié)果 各組分百分量相同 n c同比例變化 二 等效平衡的建成條件 判斷方法及產(chǎn)生結(jié)果 練習3 對于h2 i2 g 2hi 在恒溫 恒容下 按下列不同量反應(yīng)等效的有 1 2 3 4 5 練習4 在固定體積的密閉容器內(nèi) 加入2mola 1molb 發(fā)生反應(yīng) a 氣 b 氣 2c 氣 達到平衡時 c的質(zhì)量分數(shù)為w 在相同 t v 條件下 按下列情況充入物質(zhì)達到平衡時c的質(zhì)量分數(shù)仍為w的是a 2molcb 3molcc 4mola 2molbd 1mola 2molc cd 練習5 在一個1l的密閉容器中 加入2mola和1molb 發(fā)生下述反應(yīng) 達到平衡時 c的濃度為1 2mol l 維持容器的體積和溫度不變 按下列配比作為起始物質(zhì) 達到平衡后 c的濃度仍為1 2mol l的是a 0 3molc 0 1moldb 1 6mola 0 8molb 0 6molc 0 2moldc 3molc 1mold 1molbd 4mola 2molb b 在一定溫度下 一個壓強恒定的密閉容中發(fā)生反應(yīng)2a g b g 3c g d g 根據(jù)下表有關(guān)數(shù)據(jù)分析恒溫 恒壓下等效平衡建成的條件 等效平衡建成條件的探究三 恒溫恒壓 平衡狀態(tài) 與可逆反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)的化學計量數(shù)無關(guān) 使用極限轉(zhuǎn)化的方法將各種情況變換成同一反應(yīng)物或生成物 然后觀察有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量比是否相等 3 恒溫 恒壓下等效平衡的判斷方法是 歸納總結(jié) 產(chǎn)生結(jié)果 各組分百分量 c相同 n同比例變化 二 等效平衡的建成條件 判斷方法及產(chǎn)生結(jié)果 練習6 在一個1l的密閉容器中 加2mola1molb 發(fā)生下述反應(yīng) 達到平衡時 c的濃度為1 2mol l c的體積分數(shù)為a 維持容器的壓強和溫度不變 按下列配比作為起始物質(zhì) 達到平衡后 c的濃度仍是1 2mol l 或c的體積分數(shù)仍是a 的是a 3molc 1moldb 1mola 0 5molb 1 5molc 0 5moldc 1mola 0 5molb 1 5molcd 4mola 2molb abd 練習7 在恒溫 恒壓的條件下 向可變?nèi)莘e的密閉容器中充入3la和2lb 發(fā)生如下反應(yīng) 3a 氣 2b 氣 xc 氣 yd 氣 達到平衡時 c的體積分數(shù)為m 若維持溫度壓強不變 將0 6la 0 4lb 4lc 0 8ld作為起始物質(zhì)充入密閉容器中 達到平衡時c的體積分數(shù)仍為m 則x y的值分別為 ax 3y 1bx 4y 1cx 5y 1dx 10y 2 cd 等效平衡小結(jié) 投料換算成相同物質(zhì)表示時量相同 兩次平衡時各組分百分量 n c均相同 投料換算成相同物質(zhì)表示時等比例 兩次平衡時各組分百分量相同 n c同比例變化 投料換算成相同物質(zhì)表示時等比例 兩次平衡時各組分百分量 c相同 n同比例變化 練習8 在一固定容積的密閉容