教案12（222：化学平衡状态及化学平衡常数）课件.ppt

思考 化学反应中 反应物能全部转化为生成物吗 举例说明 有些化学反应能进行完全 如镁的燃烧 钠与水的反应 有些化学反不能进行完全 如合成氨 二氧化硫的催化氧化等 化学平衡状态 1 可逆反应 定义 在相同条件下同时向正 反两个方向进行的反应称可逆反应 交流 研讨 下列说法是否正确 1 氢气在氧气中燃烧生成水 水在电解时生成氢气和氧气 h2 o2 h2o是可逆反应 2 硫酸铜晶体加热变成白色粉末 冷却又变成蓝色 所以无水硫酸铜结合结晶水的反应是可逆反应 3 氯化铵加热变成氨气和氯化氢气体 两种气体又自发变成氯化铵 氯化铵的分解是可逆反应 1 可逆反应 可逆反应的特点 1 不能进行到底 有一定限度 2 正反两个方向的反应在同时进行 3 一定条件下 正逆反应达平衡 1 可逆反应 人们利用可逆反应进行化工生产时要同时考虑两个因素 反应进行的速和反应进行的限度 化学反应限度决定原料利用率和产品的产率 因此 研究可逆反应 提高化学反应的限度具有重要意义 1 可逆反应 2体积so21体积o2500 101kpa v2o5 so2 6 o2 3 so3 91 如前 如前 反应停止了吗 反应开始v正 v逆 到一定时间v正 v逆 0 反应过程中v正减小 v逆增大 1 可逆反应在反应过程中的速率变化 2 化学平衡 定义 在一定条件下可逆反应进行到一定程度时 正反应速率和逆反应速率相等 反应物和生成物的浓度不再发生变化 这种状态称为化学平衡状态 简称化学平衡 要点 对象 可逆反应条件 一定条件下 v正 v逆特征 各成份的浓度不再变化 特点 动 化学平衡是一种动态平衡v正 v逆 0 定 反应混合物中各组成的浓度保持不变 变 当外界条件 c p t 改变时 v正 v逆 平衡发生改变 2 化学平衡 同一种物质 该物质的生成速率等于它的消耗速率 不同的物质 速率之比等于方程式中各物质的计量数之比 但必须是不同方向的速率 化学平衡状态的标志 1 等速标志 正 逆 本质特征 2 恒浓标志 反应混合物中各组成成分的浓度保持不变 外部表现 各组成成分的质量 物质的量 分子数 体积 气体 物质的量浓度均保持不变 各组成成分的质量分数 物质的量分数 气体的体积分数均保持不变 若反应前后的物质都是气体 且总体积不等 则气体的总物质的量 总压强 恒温 恒容 平均摩尔质量 混合气体的密度 恒温 恒压 均保持不变 反应物的转化率 产物的产率保持不变 2 恒浓标志 反应混合物中各组成成分的浓度保持不变 外部表现 重要题型 判断可逆反应达到平衡状态 能够说明n2 3h22nh3反应在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 某时间内断裂3molh h键的同时 断裂6moln h键 容器内质量不随时间的变化而变化 tmin内生成1molnh3同时消耗0 5moln2 tmin内 生成1moln2同时消耗3molh2 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 容器内的平均摩尔质量不再发生变化 判断化学平衡状态的方法 是指在一定条件下 恒温 恒容或恒温 恒压 对同一可逆反应 只要起始时加入物质的物质的量不同 而达到化学平衡时 同种物质的含量相同的平衡状态 等效平衡 只改变起始时加入物质的物质的量 如果根据反应方程式中的计量数换算成等号同一边的物质的物质的量 只要对应物质的物质的量相等就可达到同一平衡状态 规律 在恒温恒容 t v 下 若反应前后气体物质的总体积不相等 此时 混合物中各物质的质量 物质的量 百分含量与已知的平衡状态相同 物质的量 浓度 甚至总压强 总物质的量也相同 只改变起始时加入物质的物质的量 如根据可逆反应方程式的计量数换算成等号同一边的物质的物质的量 对应物质的物质的量之比相等 各组分的百分含量与已知的平衡状态相同 但各组分的物质的量及浓度不一定相同 在恒温恒容 t v 下 若反应前后气体物质的总体积相等 只改变起始时加入物质的物质的量 如根据可逆反应方程式的计量数换算成等号同一边的物质的物质的量 对应物质的物质的量之比相等 各组分的百分含量与已知的平衡状态相同 但各组分的物质的量不一定相同 在恒温恒压 t p 下 1 当可逆反应2so2 o22so3达平衡时 通入18o2 再次平衡时 18o存在于 a so3o2b so2so3c so2o2d so2o2so3 d 练习 2 在密闭容器中进行如下反应x2 g y2 g 2z g 已知x2 y2 z的起始浓度分别为0 1mol l 0 3mol l 0 2mol l 在一定的条件下 当达到平衡时 各物质的浓度有可能是 a z为0 3mol lb y2为0 35mol lc x2为0 2mol ld z为0 4mol l 答 ab 3 n2 3h22nh3反应达到平衡时 下列说法正确的是 a n2和h2不再化合了b n2 h2 nh3的浓度相等c 平衡建立前体系的总质量在不断变化而平衡建立后体系的总质量就不再变了d n2 h2 nh3的浓度保持不变 d 4 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 a生成的速率与c分解的速率相等b a b c的浓度不再变化c 单位时间生成nmola同时消耗3nmolbd a b c的分子数之比为1 3 2 bc 5 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 6 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 g o2 g 2so3 g 并达到平衡 反应过程中 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的转化率为 a 等于p b 大于p c 小于p d 无法判断 b vl p vl p vl 恒容 恒压 加压 甲 乙 起始状态 平衡状态 反应过程分析 7 在一个固定体积的密闭容器中 加入2mola和1molb 发生反 2a g b g 3c g d g 达到平衡时 c的浓度为wmol l 若维持容器体积和温度不变 按下列几种配比作为起始物质 达到平衡后 c的物质的量浓度 大于wmol l 等于wmol l 小于wmol l a b c f i d g e h a 4mola 1molbb 2mola 2molbc 4mola 2molbd 3molc 1molde 2mola 1molb 3molc 1moldf 3molc 1mold 1molbg 1mola 0 5molb 1 5molc 0 5moldh 3molc 2moldi 4molc 1mold 2l 2l 1l 4mola 2molb 平衡状态1 平衡状态2 加压 8 在一个固定体积的密闭容器中 保持一定温度 进行以下反应 h2 g br2 g 2hbr g 已知加入1molh2和2molbr2时 达到平衡后生成amolhbr 见下表 已知 项 在同温同压下 且保持平衡时各组成成分的百分含量不变 对下列编号 和 的状态 填写表中的空白 0 0 5 2a 2l 2l 1l 1l 1l 已知 甲 乙 丙 1 起始状态 平衡状态 加压 化学平衡常数 k 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 一 表达式 结论 一定温度下 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 k值的大小 表示在一定温度下 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 反应程度增大 转化率越高 反之则转化率越低 2 k值与浓度无关 随温度变化而变化 二 意义 化学平衡常数 三 使用平衡常数应注意的问题 化学平衡常数 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 固体不作考虑 表达式中不需表达 一定温度下 三 使用平衡常数应注意的问题 4 在进行k值的计算时 稀溶液中的h2o的浓度可不表达 一定温度下 5 平衡常数的表达式与方程式的书写有关 n2 3h22nh3 2nh3n2 3h2 1 2n2 3 2h2nh3 k1 1 k2 k32 三 使用平衡常数应注意的问题 某温度下 6 利用k值可判断某状态是否处于平衡状态 三 使用平衡常数应注意的问题 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 k k v正 v逆 反应向正方向进行 k k v正 v逆 反应处于平衡状态 k k v正 v逆 反应向逆方向进行 则 四 平衡转化率 平衡转化率 平衡时已转化了的某反应物的量转化前该反应物的量 100 例题 一氧化碳变换反应co g h2o g co2 g h2 g 在773k时 平衡常数kc 9 如反应开始时co和h2o的浓度都是0 020mol l 计算在这条件下 co的转化率最大是多少 c 始 0 0200 02000c 平 0 020 x0 20 xxx 解得 x 0 015 mol l 1 解 设平衡时co2和h2的浓度为xmol l co g h2o g co2 g h2 g 答 该反应在所给条件下的最大转化率是75 例 高炉炼铁中发生的基本反应如下 feo s co g fe s co2 g q 其平衡常数可表达为 k c co2 c co 已知1100 k 0 263 1 若平衡向右进行 高炉内co2和co的体积比值 平衡常数k值 填 增大 减小 或 不变 2 1100 时 测得高炉中c co2 0 025mol l c co 0 1mol l 在这种情况下该反应是否处于平衡状态 填 是 或 否 此时化学反应速率是v正 v逆