第三节-化学平衡

草酸与酸性高锰酸钾的反应离子方程式,硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应离子方程式,KI溶液和稀硫酸反应的离子方程式,第三节化学平衡（第一课时）,主要研究可逆反应的规律、程度（反应物的转化率）、反应条件的影响等。,v正：正反应速率,v逆：逆反应速率,vN2耗vH2耗vNH3生,=132,vN2生vH2生vNH3耗,=132,一、可逆反应与不可逆反应,1、什么是可逆反应？,在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应。,N2+3H22NH3,注意：可逆反应总是不能进行到底,得到的总是反应物与生成物的混合物,2、可逆反应的反应速率,开始：溶解速率结晶速率,一段时间后：溶解速率=结晶速率,达到溶解平衡，形成硫酸铜饱和溶液,达到溶解平衡后，溶解与结晶没有停止，只是速率相等。溶解平衡是一种动态平衡。,2、溶解平衡,二、化学平衡状态,将2molSO2和1molO2通入容积为1L的密闭容器中，在催化剂存在下加热，发生化学反应：2SO2+O22SO3,在一定条件下可逆反应里，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分含量保持不变的状态称化学平衡状态。,三、化学平衡状态的特征,：动态平衡（正逆反应仍在进行）,：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。,：正=逆0,：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。,：可逆反应；,：化学平衡的建立与途径无关，只要条件相同，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。,逆,动,等,定,变,同,浓度/molL-1,时间/s,0.00,1.00,2.00,1.58,0.21,浓度/molL-1,t2,HI,H2或I2,0.00,1.00,2.00,1.58,0.21,t1,时间/s,HI,H2或I2,从正反应开始,从逆反应开始,1molH21molI2,2molHI,相当于,在425时，在1L密闭容器中进行反应：H2+I22HI,达到平衡，分别说明下列各图所示的涵义。,四、化学平衡的判断：,v正v逆V正和V逆须用同一个物质表示,若是不同物质，速率之比等于化学计量数之比，即vA(正)：vB(逆)=m：n,即反应混合物各组分的浓度、质量/质量分数、物质的量/物质的量分数、体积/体积分数保持不变,各组分的含量保持不变,正反应速率等于逆反应速率,直接标志：,【例】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nmolA,同时生成3nmolBC.A、B、C的浓度不再变化D.A、B、C的分子数比为1:3:2,AC,【例2】下列说法可以证明反应N2+3H22NH3已达平衡状态的是()A.1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成B.1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂C.1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂D.1个NN键断裂的同时,有6个NH键形成,AC,间接标志：,当m+n=q+p时，以上五项指标都不能说明反应达到平衡。,当m+nq+p时，a、恒温恒容：混合气体的总压强、总物质的量和平均摩尔质量b、恒温恒压：气态密度保持不变都可以说明反应达到了平衡状态。,各气体体积、气体分压、各物质的物质的量保持不变，则反应达到了平衡。,对于纯气体反应mA（g）+nB（g）pC（g）+qD(g),对于有固体或纯液体参加的反应：aA（s）+bB（g）cC（g）+dD(g),气体质量保持不变,达到平衡,当bc+d时，气态的物质的量、总压强、平均摩尔质量、密度保持不变,达到平衡,当b=c+d时，气态的物质的量、总压强不变平均摩尔质量、密度保持不变,达到平衡,达到平衡,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,【例3】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,小结,、化学平衡状态的定义,前提条件,实质,标志,2、化学平衡状态的特征,逆、动、等、定、变、同,3、达到平衡状态的标志,第三节化学平衡（第二课时-平衡移动）,【例4】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,表明反应: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.D的物质的量浓度D.气体的总物质的量,BC,【例5】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amolA，同时生成3amolBA、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单位时间内消耗amolA，同时生成3amolBA、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2,A,A.B.C.D.,【复习】化学平衡状态的定义：（化学反应的限度）一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。,化学平衡的特征：逆等动定变,可逆反应（或可逆过程）V正=V逆0不同的平衡对应不同的速率）动态平衡。达平衡后，正逆反应仍在进行(V正=V逆0）平衡时，各组分浓度、含量保持不变（恒定）条件改变，平衡发生改变,一、化学平衡的移动,化学平衡的移动,平衡被破坏,V正V逆,各组分浓度保持新的一定,化学平衡的移动：可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程。,条件改变,化学平衡不移动,V正V逆：化学平衡正向移动,V正=V逆：,V正V逆：,【实验探究1】重铬酸钾溶液中加入酸、碱的颜色变化？,【实验探究2】硫氰化钾与氯化铁混合溶液中加入氯化铁溶液、硫氰化钾溶液的现象，再加入氢氧化钠溶液呢？,二、外界条件对化学平衡的影响,Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+,橙色黄色,黄色红色,增加反应物浓度,条件变化:,平衡移动方向:,正向移动,（一）浓度对化学平衡的影响,当减小反应物的浓度时,化学平衡将怎样移动?,速率-时间关系图：,结论:减小反应物的浓度,V正v(逆)，平衡向正反应方向移动若v(逆)v(正)，平衡向逆反应方向移动,3）新旧平衡速率比较：增大浓度，新平衡速率大于旧平衡速率减小浓度，新平衡速率小于旧平衡速率,化学平衡总往反应速率大的方向移动,1、可逆反应H2O(g)+C(s)CO(g)+H2(g)在一定条件下达到平衡状态，改变下列条件，能否引起平衡移动？CO的浓度有何变化？,增大水蒸气浓度加入更多的碳增加H2浓度,小结：增加固体或纯液体的量不能改变其浓度，也不能改变速率，所以V(正)=V(逆)，平衡不移动。,2、已知氯水中有如下平衡：，常温下在一个体积为50mL的针筒里吸入40mLCl2后，再吸入10mL水。写出针筒中可能观察到的现象：_,若此针筒长时间放置，又可能看到何种变化？_试用平衡观点加以解释？,气体体积减小，溶液显浅黄绿色,气体和溶液均为无色，气体体积进一步减小,3、实验室制Cl2时，为什么可用排饱和食盐水的方法收集Cl2？,4、在密闭容器中，给CO和水蒸气混合物加热，800时达到下列平衡：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，若用2molCO和10molH2O互相混合加热，达平衡时，CO2的物质的量为1.66mol，求CO、H2O的转化率是多少？若用2molCO和20molH2O互相混合加热，达平衡时，H2的物质的量为1.818mol，CO、H2O的转化率是多少？,结论：,应用：增大容易取得的或成本较低的反应物浓度，提高成本较高的原料的转化率。,增大,减小,对达化学平衡的反应体系A(g)+B(g)C(g)+D(g)（恒T、V）,增加A物质的量：A的转化率B的转化率,A、CO、H2的浓度都比原平衡时小B、CO、H2的浓度都比原平衡时大C、H2O(g)、H2的浓度都比原平衡时大D、H2O(g)、CO的浓度都比原平衡时大,C,NH3%随着压强的增大而增大，即平衡向正反应的方向移动。,（二）压强对化学平衡的影响,结论：在其他条件不变的情况下：增大压强，使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动减小压强，使化学平衡向着气体体积增大的方向移动,原因分析：,N2+3H22NH3,T一定时，压强改变对气体体积大（即气体化学计量数大）的一方反应速率影响尤为显著。,t2：增大压强,平衡状态1,平衡状态2,t4：减小压强,平衡状态3,大的大增、小的小增；大的大减、小的小减,对反应H2+I22HI在压强为P1时，HI%随时间变化如图所示；当压强增大为P2时，图形将如何改变？,1、对反应前后气态物质总体积无变化的可逆反应，平衡不发生移动。但是加压，达平衡快；减压，达平衡慢。,2、对只有固态或液态物参与的反应，压强改变对平衡无影响。,思考：,V正=V逆,t2,注意：,总结：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),若m+np+qP平衡正向移动新旧平衡比较：,CA、CB、CC、CD,A的转化率B的转化率,A%、B%、C%、D%,讨论1：向盛有N2、H2的反应器中充入氦气（1）若为恒温、恒容，充入氦气后平衡如何移动？（2）若为恒温、恒压，充入氦气后平衡如何移动？,不移动,逆向移动,1、在体积可变的密闭容器中，反应mA（g）+nB（s）pC（气）达到平衡后，压缩容器的体积，发现A的转化率随之降低。下列说法中，正确的是（）A（m+n）必定小于pB（m+n）必定大于pCm必定小于pDn必定大于p,C,（三）温度对化学平衡的影响,结论：在其它条件不变的情况下：升高温度，化学平衡向吸热方向移动；降低温度，化学平衡向放热方向移动。,温度改变对吸热方向反应速率的影响尤为显著。,升高温度,降低温度,原因分析：,（正反应是放热反应）,实验探究】,D,总结：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)（正反应是放热反应）,若T平衡逆向移动新旧平衡比较：,CA、CB、CC、CD,A的转化率B的转化率,A%、B%、C%、D%,（1）在其他条件不变的情况下：增大反应物浓度（或减小生成物浓度）化学平衡正向移动减小反应物浓度（或增大生成物浓度）化学平衡逆向移动,（2）在其他条件不变的情况下：增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动,（3）在其它条件不变的情况下：升高温度，化学平衡向吸热方向移动降低温度，化学平衡向放热方向移动,勒夏特列原理：,如果改变影响平衡的一个条件（如：浓度、压强或温度等）平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。,1、适用范围,适用于任何动态平衡体系（如：溶解平衡、电离平衡等），未平衡状态不能用此来分析。,2、适用条件,一个能影响化学平衡的外界条件的变化,3、平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响，而不能消除外界条件的影响。,颜色突然加深，然后逐渐变浅，但比原平衡状态时深。,讨论：反应2NO2(g)N2O4(g)，达平衡后迅速压缩活塞，可观察到什么现象？浓度如何变化？,若改为H2+I22HI呢？,颜色加深,催化剂的使用能以同等程度改变正反应速率和逆反应速率，故对化学平衡移动没有影响，只是能改变反应达平衡所需时间。,讨论：在密闭容器中有可逆反应：nA（g）+mB（g）pC（g）,处于平衡状态（已知n+mp，正反应为吸热反应），则下列说法正确的是（）升温，c(B)/c(C)的比值变小降温时体系内混合气体平均分子量变小加入B，A的转化率减小加入催化剂，气体总的物质的量不变加压使容器体积减小，A或B的浓度一定增大若A的反应速率为vA，则B的反应速率vB=(n/m)vAA、B、C、D、,A,BD,图像问题,看面-看线-看点,讨论2：,v逆的点是（）,C,阅读课本29表格，你能得出什么结论？,一定温度下，对于已达平衡的反应体系中，生成物以它的化学计量数为乘幂的浓度之积除以反应物以它的化学计量数为乘幂的浓度之积是个常数。,1、定义：,七、化学平衡常数：,2、平衡常数的数学表达式及单位：,浓度的单位为molL-1K的单位为(molL-1)n；,其中c为各组分的平衡浓度,化学平衡常数只与温度有关，而与反应物或生成物的浓度无关。,注意：,1、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。反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度是固定不变的，,K=c(CO2),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。,例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K1=1.601051/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K2=3.87102,K1K2K1=K22,3、多重平衡规则若干方程式相加(减)，总反应的平衡常数等于分步平衡常数之积(商),3、平衡常数的意义,（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。,K值越大，正向反应进行的程度越大。,（2）平衡常数数值大小，只能大致反映一个可逆反应的正向反应进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。,一般：K105，认为正反应进行得较完全K10-5认为正反应很难进行（逆反应较完全）10-5K105认为是可逆反应,（3）利用K值可判断某状态是否处于平衡状态,QK，V正V逆，反应向正方向进行,QK，V正V逆，反应处于平衡状态,QK，V正V逆，反应向逆方向进行,则：,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：,（4）利用温度改变时K值的变化可判断反应的热效应,若升高温度，K增大，则正反应为吸热反应；,若升高温度，K减小，则正反应为放热反应。,1、高炉炼铁中发生的基本反应如下:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)H0。(1)其平衡常数可表达为:_(1)已知1100，K=0.263若反应向右进行，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(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是。,增大,不变,否,大于,c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行,K=c(CO2)/c(CO),等效,化学平衡的建立，与化学反应的途径无关。到达某种条件下的同一平衡状态有多种实现方式。,等效平衡,等效平衡：在相同的条件下，可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，但达到化学平衡时，只要同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。,（1）相同条件：恒温、恒容或恒温、恒压,（2）不同途径：,（3）两平衡等效的标志：达到平衡时，各组分的百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数等）均对应相等。,正向建立：只加反应物；,逆向建立：只加生成物；,中间建立：反应物、生成物同时加入；,分批加入：反应一段时间再投料。,例：2SO2+O22SO3,恒温、恒容,起2mol1mol0,起002mol,等效,起4mol2mol0,平衡右移V(SO3)%大于m%,起0.5mol_,如V(SO3)%均为m%,现象,结论：对于反应前后气体总体积变化的反应，在恒温