化学平衡的标志和特征.ppt

化学平衡状态，就是在一定条件下 可逆反应里，当正反应 速率与逆反应速率相等 时，反应混合物中各组成成分的百分含量保持 不变的状态。 1、定义： 强 调 四 点 条件：一定条件（温度、浓度与压强） 本质：正反应速率=逆反应速率 现象：各组分百分含量(或质量)、浓度（ 或体积分数）等保持不变 对象：可逆反应 （一）化学平衡状态的概念与特征 正反应 速率 逆反应 速率 相等 时间 速 率 “特征量一定，达到平衡” 2、化学平衡状态的特征 (2)动：动态平衡（正逆反应仍在进行） (3)等：正反应速率=逆反应速率0 (4)定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的百分含 量一定. (5)变：条件变化，化学平衡状态将被破坏,直到在新的条件下 建立新的平衡。 (1)逆：研究对象可逆反应。 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。应开始，最终均可达到同一平衡状态。 (对同一物质而言 ) （各种物质） （等效平衡） 1.定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状 态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之 积的比值是一个常数，这个常数称是该反应的化学平衡常 数(简称平衡常数)，用符号K表示。 由于该常数是以浓度 幂之积的比值表示，故又称浓度平衡常数，用K表示。 (二)化学平衡常数与转化率 对于反应: mA (g)+nB(g) pC(g)+qD(g) cp(C)cq(D) cm(A)cn(B) 平衡常数的数学表达式 K = 2.数学表达式： 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。 如:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(l) 注意：书写平衡常数关系式的规则 K=c(CO2) K=c(CO)/c(CO2) c(H2) 再如: 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=c(CrO42-)2c(H+)2/c(Cr2O72-) 例 N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g) K1 = 1.60 10 5 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) K2 = 3.87 10 2 K1 K2 ， K1 = K22 2)同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，用 不同的化学反应方程式表示时，其对的平衡常数的表达 式亦不同，但它们之间相互关联。 3)多重平衡规则：若干方程式相加(减)，则总反应的 平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商) 例题: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 2NO2 (g) N2O4 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) (1)平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度的 变化可推断正反应是吸热反应还是放热。 若正反应是 吸热反应,升高温度,K 增大;若正反应是放热反应,升 高温度,K 减少; 例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g), 的浓度平衡常数与温度的关系如下： 温度623K698K763K 平衡常数66 .954.445.9 通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断 上可逆反应的正方向是放热反应. 3、影响平衡常数的因素及平衡常数的意义 (2)平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程度。 K 值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的 转化率越大；K 值越小，表示反应进行的程度越小， 反应物的转化率越小。 (3)反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般来说 ，反应的平衡常数K105，认为正反应进行得基本完 全；K 10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反 应较完全）。 达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意。 （2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度 生成物D: c平(D) = c0(D) +c(D) （3）各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中 相应的化学计量数之比。c(A):c(D)=a:d （1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度； 反应物A: c平(A)=c0(A) - c(A) 4、有关化学平衡常数的计算 对于反应: aA + bB cC + dD 例：在某温度下，将H2(g)和I2(g)各0.10mol混合物充 入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得 c(H2)=0.0080mol/L，求： (1)反应的平衡常数 (2)其它条件不变，充入的H2(g)和I2(g)各0.20mol,求 达平衡时各物质的平衡浓度。 方法：三段式 答案： （1）H2+I2 2HI K=0.25 （2）0.016mol/L、0.016mol/L、0.008mol/L 用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用 平衡转化率来表示反应限度。 对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g) 5、转化率与平衡转化率（） 转化率：反应进行的过程中已反应掉了的反应物占 反应物总量的百分比。 注意： 1、反应物A的平衡转化率是该条件最大转化率。 2、反应物的转化率可以用于表一个反应的进行程度。 3、反应物的转化率受外界条件（温度和浓度）的影响 。 4、当反应物以反应方程式前的计量数的比例加入时， 该反应的各反应物的转化率相等。 以xA+yB zC为例，化学平衡到达的标志有： VA耗=VA生 速率( V正=V逆) VA耗:VC耗=x:z VA耗:VB生=x:y； 各物质的百分含量保持不变。 1 、 直 接 的 (三）化学平衡状态的标志： 比正逆 比前后 比K、Qc “双向同时，符合比例”。 间接反映出v正v逆的说法常常有： (1)单位时间内某化学键断裂的条数与单位时间内生成该化学键(或另外的 化学键)的条数关系； (2)单位时间内消耗某物质的物质的量与生成该物质(或其他物质)的物质的 量关系； (3)给出在同一反应的同一时间内用不同物质表示的反应速率等等。 对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g) 在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用 该时刻产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积 的比即浓度商Q与K比较大小来判断。 判断某时刻反应是否达平衡及反应方向 Qc k， 未达平衡，逆向进行 Qc = k,达平衡，平衡不移动。 Qc k,未达平衡，正向移动。 1)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； 2)各物质的浓度不随时间的改变而改变； 3)各物质的物质的量不随时间改变而改变； 4)体系密度、温度、平均相对分子质量等 2、间接的 化学平衡状态的标志： 3 3、判断化学平衡状态的方法、判断化学平衡状态的方法 项项项项 目目 mA(gmA(g) + ) + nB(gnB(g) ) pC(gpC(g) +) +qD(gqD(g) ) 是否是否 平衡平衡 混混合合 体系体系 中各中各 组组组组分分 的的 含量含量 各各物物质质质质的物的物质质质质的量的量 或物或物质质质质的量的分数一定的量的分数一定 各物各物质质质质的的质质质质量或量或质质质质量分数一定量分数一定 各气体的体各气体的体积积积积或体或体积积积积分数一定分数一定 总总总总压压压压强强、总总总总体体积积积积、 总总总总物物质质质质的量一定的量一定 平衡平衡 平衡平衡 平衡平衡 不一定不一定 平衡平衡 项项项项 目目 mA(g)+nB(gmA(g)+nB(g) ) pC(g)+qD(gpC(g)+qD(g) ) 是否平衡是否平衡 正逆正逆 反反 应应应应 速率速率 关系关系 在在单单单单位位时间时间时间时间 内消耗了内消耗了mmolAmmolA 的同的同时时时时生成了生成了mmolAmmolA 在在单单单单位位时间时间时间时间 内消耗了内消耗了nmolBnmolB 的同的同时时时时消耗了消耗了pmolCpmolC 在在单单单单位位时间时间时间时间 内生成了内生成了nmolBnmolB的的 同同时时时时消耗了消耗了qmolDqmolD( (均指均指逆 逆 ) ) (A) (A) (B) (B) (C) (C) (D)(D) =m =m n n p p q q 正 正不一定等于 不一定等于逆 逆 4 4、判断化学平衡状态的方法、判断化学平衡状态的方法 平衡平衡 平衡平衡 不一定不一定 平衡平衡 不一定不一定 平衡平衡 项项项项目目mA(gmA(g) + ) + nB(gnB(g) ) pC(gpC(g) +) +qD(gqD(g) ) 是否是否 平衡平衡 压压压压强强 当当 m m + + n n p p + + q q 时时时时，总压总压总压总压 力一定力一定 ( (其它条件一定其它条件一定) ) 当当 m m + + n n = = p p + + q q 时时时时，总压总压总压总压 力一定力一定( ( 其它条件一定其它条件一定) ) 混合气混合气 体的平体的平 均相均相对对对对 分子分子质质质质 量量(M)(M) 当当 m m + + n n p p + + q q 时时时时，MM一定一定 当当 m m + + n n = = p p + + q q 时时时时，MM一定一定 4 4、判断化学平衡状态的方法、判断化学平衡状态的方法 平衡平衡 不一定不一定 平衡平衡 平衡平衡 不一定不一定 平衡平衡 项项项项 目目 注意化学反注意化学反应应应应的特点的特点是否平衡是否平衡 密度密度 度度 ()() C(s)+COC(s)+CO 2 2 (g) 2CO(g) (g) 2CO(g) (一定一定) ) N N2 2 (g)+3H(g)+3H 2 2 (g) 2NH(g) 2NH 3 3 (g) (g) (一定一定) ) HH 2 2 (g)+I(g)+I 2 2 (g) 2HI(g)(g) 2HI(g) (一定一定) ) 4 4、判断化学平衡状态的方法、判断化学平衡状态的方法 不一定不一定 平衡平衡 不一定不一定 平衡平衡 一定一定 平衡平衡 温 度 任何化学反应应都伴随着能量变变化，在 其他条件不变变的条件下，体系温度一定 时时 平衡 利用“变量恒定，达到平衡” 判断 选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不 再变化时，反应已达平衡。常见的变量有： 1、气体的颜色； 2、对于气体体积变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容 反应时的压强； 3、对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量变化的反应 来说，混合气体的平均相对分子质量； 4、对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气 体的密度等等。即“变量恒定，达到平衡”。 如：(1)对于反应前后的气体物质的分子总 数不相等的可逆反应（N2+3H2 2NH3） 来说，可利用混合气体的总压、总体积、 总物质的量是否随着时间的改变而改变来 判断是否达到平衡。 (2)对于反应前后气体物质的分子数相等的 可逆反应：（H2+I2(g) 2HI），不能用 此标志判断平衡是否到达，因为在此反应 过程中，气体的总压、总体积、总物质的 量都不随时间的改变而改变。 【例1】能够说明 N2 + 3H2 2NH3反应在恒容密闭容器 中已达到平衡状态的是 ： 容器内N2、H2、NH3三者共存 容器内N2、H2、NH3三者浓度相等 容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2 t min内生成1mol NH3同时消耗0.5mol N2 t min内，生成1mol N2同时消耗3mol H2 某时间内断裂3mol H-H键的同时，断裂6mol N-H键 容器内质量不随时间的变化而变化 容器内压强不随时间的变化而变化 容器内密度不再发生变化 容器内的平均相对分子质量不再发生变化 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（反应过程 中）是否发生变化。若是则可；否则，不行。 注意 小结：化学平小结：化学平 衡的标志衡的标志 正反应速率等于逆反应速率正反应速率等于逆反应速率 各成分的百分含量保持不变各成分的百分含量保持不变 各物质的浓度不变各物质的浓度不变 各物质的转化率不变各物质的转化率不变 对于气体计量数和前后不相等的反应，对于气体计量数和前后不相等的反应， 压强保持不变压强保持不变 特征量一定，达到平衡 【练习】 在一定温度下,可逆反应A(气 )+3B(气) 2C(气)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nmolA,同时生成 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 AC 判断可逆反