第二节 化学反应限度-叶昌明

1、（鲁科版）化学反应原理（选修）（鲁科版）化学反应原理（选修）宁德市高级中学 叶昌明知识回顾知识回顾 已知合成氨反应已知合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在在298K时时:H=92.2kJmol1 S= 198.2JK 1 mol1 请根据反应的焓变和熵变分析请根据反应的焓变和熵变分析298K时合成氨反应能时合成氨反应能否自发进行。否自发进行。根据判据计算：根据判据计算： = 92.2kJmol1 298K(198.2103kJK 1 mol1 ) =33.1 kJmol1 0该反应常温下能自发进行，这是否就足够了呢？该反应常温下能自发进行，这是否就足够了呢？1 1可逆反应可

2、逆反应(1)(1)定义定义: : 条件下，既能向条件下，既能向 方向进行，方向进行，又能向又能向 方向进行的化学反应。方向进行的化学反应。(2)(2)特点特点相同条件，正、逆反应相同条件，正、逆反应 ；反应物与生成物同时存在；反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率均任一组分的转化率均 100%100%。相同相同正反应正反应逆反应逆反应同时进行同时进行小于小于知识回顾知识回顾2 2化学平衡状态化学平衡状态(1)(1)概念：概念：一定条件下的可逆反应中，正反应速率一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率与逆反应速率 ，反应体系中所有参加反应，反应体系中所有参加反应的物质的的物质的 保持不变

3、的状态。保持不变的状态。(2)(2)特征特征动：动：化学平衡是一种动态平衡。化学平衡是一种动态平衡。等：等： 。定：定：反应物和生成物的反应物和生成物的 保持不变。保持不变。变：变：条件改变，平衡状态可能改变，新条件下建条件改变，平衡状态可能改变，新条件下建立新的平衡状态。立新的平衡状态。v(v(正正) )v(v(逆逆) )相等相等浓度浓度浓度浓度知识回顾知识回顾3.3.化学反应是否达平衡状态的判断化学反应是否达平衡状态的判断（导学（导学P38P38）3.3.化学反应是否达平衡状态的判断化学反应是否达平衡状态的判断（导学（导学P38P38）3.3.化学反应是否达平衡状态的判断化学反应是否达平衡

4、状态的判断（导学（导学P38P38） 可逆反应进行到一定程度就会达到平衡可逆反应进行到一定程度就会达到平衡状态，你知道这时平衡体系中反应物和生成状态，你知道这时平衡体系中反应物和生成物各占多少吗？反应到底进行到什么程度？物各占多少吗？反应到底进行到什么程度？ 为更准确的了解可逆反应的进程，定为更准确的了解可逆反应的进程，定量的描述化学反应的限度，我们将学习一量的描述化学反应的限度，我们将学习一个新的概念个新的概念 想一想想一想化学平衡常数化学平衡常数序序号号起始时浓度起始时浓度molLmolL- -1 1平衡时浓度平衡时浓度molLmolL-1-1平衡时平衡时c0 (H2)c0(I2)c0 (

5、HI)H2I2HI10.010670.0119600.0018310.0031290.0176720.011350.00904400.0035600.0012500.0155930.011340.00751000.0045650.00073780.013544000.010690.0011410.0011410.008410222IHHI54.554.654.454.3根据表中的数据计算出平衡时根据表中的数据计算出平衡时 的值，并分析其中规律。的值，并分析其中规律。222IHHII2(g) + H2(g) 2HI(g) 698.6KC(B)表示任意表示任意状态时的浓度状态时的浓度 B 表示平衡

6、表示平衡状态时的浓度状态时的浓度规律小结规律小结(课本课本P42第一段第一段)通过分析实验数据得出：通过分析实验数据得出：(1)(1)温度相同时，达到化学平衡状态温度相同时，达到化学平衡状态 为一为一常数常数； (2)(2)这个常数与反应的这个常数与反应的起始浓度起始浓度大小大小无关无关；(3)(3)这个常数与这个常数与正向正向建立还是建立还是逆向逆向建立平衡无建立平衡无关即与平衡建立的关即与平衡建立的过程过程无关。无关。222IHHI一、化学平衡常数（一、化学平衡常数（K K）1 1、定义：、定义： 在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡

7、浓度的幂次方之积与反应物平态时，生成物平衡浓度的幂次方之积与反应物平衡浓度的幂次方之积的比值是一个常数，这个常衡浓度的幂次方之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数。数称为化学平衡常数简称平衡常数。2 2、表达式：、表达式：nBmAqDpCK =mA + nB pC + qD3 3、平衡常数关系式的书写规则、平衡常数关系式的书写规则（2）同一个可逆反应，平衡常数的表达式不是唯一的，同一个可逆反应，平衡常数的表达式不是唯一的，它与化学方程式的书写方式有关。书写方式不同，它与化学方程式的书写方式有关。书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数表各反应物、生成物的化学

8、计量数不同，平衡常数表达式就不同。每个化学方程式都有自己的平衡常数达式就不同。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。关系式及相应的平衡常数。( (阅读课本阅读课本P43)P43)（3）对于同一个反应，正反应和逆反应的平衡常数互对于同一个反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数。为倒数。（4）平衡常数的单位与化学方程式表示形式相对应。平衡常数的单位与化学方程式表示形式相对应。（1）如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度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

9、质和溶液中变的，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。各溶质的浓度。 如如:CaCO3(s) CaO(s)+CO2 K= CO2写出下表中各反应的平衡常数表达式。写出下表中各反应的平衡常数表达式。可逆反应可逆反应K单位单位11/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g)2N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)32NH3(g) N2(g)+3H2(g) 4NH3H2O(aq) NH4+(aq)+OH(aq)5FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)6AgCl(s) Ag+(aq)+Cl (aq) 2321223HNNH 32223HNNH23223NHHNOHNHOH

10、NH234COCO2ClAgmolL11(molL1 )2(molL1) 1(molL1) 2(molL1) 2 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度，平衡常数的数值程度，平衡常数的数值越大越大，说明反应进行得越，说明反应进行得越完全完全。 一般说来，如果一个反应的平衡常数一般说来，如果一个反应的平衡常数大于大于10105 5，通常认为反应可以进行得，通常认为反应可以进行得较完全较完全；相反，如；相反，如果一个反应的平衡常数果一个反应的平衡常数小于小于10105 5，则认为这个反，则认为这个反应应很难进行很难进行。( (阅读课本阅读课本P43P43表

11、表2-2-1)2-2-1) 4 4、平衡常数、平衡常数K K的意义的意义对于放热反应：对于放热反应：升高温度，升高温度，K K值值 ；反之；反之K K值值 。对于吸热反应：对于吸热反应：升高温度，升高温度，K K值值 ；反之；反之K K值值 。5 5、影响因素、影响因素-K K只与温度有关只与温度有关增大增大减小减小减小减小增大增大(1)(1)判断、比较可逆反应进行程度的大小。判断、比较可逆反应进行程度的大小。 K K值值越大越大，反应进行的程度，反应进行的程度越大越大； K K值值越小越小，反应进行的程度，反应进行的程度越小越小。(2)(2)判断可逆反应是否达到化学平衡状态判断可逆反应是否达

12、到化学平衡状态 对于可逆反应对于可逆反应a aA(g)A(g)b bB(g)B(g) c cC(g)C(g)d dD(g)D(g)，在一定温度下的任意时刻，反，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：应物与生成物浓度有如下关系：6 6、应用、应用迁移应用迁移应用例例1 1、(2006(2006上海上海,25),25) (1) (1)化学平衡常数化学平衡常数K K表示可逆反应的进行程表示可逆反应的进行程度度,K,K值越大值越大, ,表示表示 , , K K值大小与温度的关系是温度升高值大小与温度的关系是温度升高, , K K值值 。( (填填“一定增一定增大大”“”“一定减小一定减

13、小”或或“可能增大也可能减可能增大也可能减小小”) )。化学反应进行的程度越大化学反应进行的程度越大可能增大也可能减小可能增大也可能减小例例2 2(2008(2008山东山东,14),14)高温下，某反应达到平衡，平衡常数高温下，某反应达到平衡，平衡常数K= = 。 恒容时，温度升高，恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是浓度减小。下列说法正确的是 A A该反应是焓变为正值该反应是焓变为正值 （ ） B B恒温恒容下，增大压强，恒温恒容下，增大压强，H H2 2浓度一定减小浓度一定减小 C C升高温度，逆反应速率减小升高温度，逆反应速率减小 D D该反应化学方程式为该反应化学方程式为

14、COH2O CO2H2)()()()(222HcCOcOHcCOc催化剂催化剂高温高温A二、平衡转化率二、平衡转化率() 可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率平衡转化率（常用字母（常用字母 表示）可以表示为：表示）可以表示为： 该反应物的该反应物的起始浓度起始浓度该反应物的该反应物的平衡浓度平衡浓度100%100% 该反应物的该反应物的起始浓度起始浓度=该反应物的该反应物的起始物质的量起始物质的量该反应物的该反应物的平衡物质的量平衡物质的量100%100% 该反应物的该反应物的起始物质的量起始物质的量用符号表示为：用符号表示为：=C

15、(C(起起) )C(C(平平) )100%100% C( C(起起) )n(n(起起) )n(n(平平) )100%100% n( n(起起) )C(C(转转) )100%100%C(C(起起) )n(n(转转) )100%100%n(n(起起) ) 有关化学平衡问题的计算，可按下列步骤建有关化学平衡问题的计算，可按下列步骤建立模式，确定关系进行计算。例如：可逆反应立模式，确定关系进行计算。例如：可逆反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，假定反应物，假定反应物A A、B B的起始加入量分别为的起始加入量分别为a a mol mol、b b mol mol，达到平衡，达到平衡时，设时，

16、设A A物质转化的物质的量为物质转化的物质的量为mxmx molmol。(1)(1)模式：模式：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)起始量起始量 a b 0 0转化量转化量 mx nx px qx平衡量平衡量 amx bnx px qx对于反应物：对于反应物：n n( (平平) )n n( (始始) )n n( (变变) )对于生成物：对于生成物：n n( (平平) )n n( (始始) )n n( (变变) )有关化学平衡问题的有关化学平衡问题的“三段式三段式”计计算算强调：强调：各物质间的转化量须根据化学方程式计算各物质间的转化量须根据化学方程式计算 (2)(2)解题步骤解题步骤 确

17、定反应物或生成物的起始加入量。确定反应物或生成物的起始加入量。 确定反应过程的转化量。确定反应过程的转化量。 确定平衡量。确定平衡量。 依据题干中的条件建立等式关系进行解答。依据题干中的条件建立等式关系进行解答。 【名师点击名师点击】解答化学平衡计算题，要注意构解答化学平衡计算题，要注意构建解题模式，熟练掌握有关建解题模式，熟练掌握有关物质的量物质的量、物质物质的量浓度的量浓度、转化率转化率、产率产率、某组分百分含量某组分百分含量等各种计算关系式，并不断总结各种题型的等各种计算关系式，并不断总结各种题型的解题方法、技巧及规律。解题方法、技巧及规律。课本课本P44-45P44-45例例1 1、例

18、、例2 2观察、分析表观察、分析表2-2-22-2-2中数据，中数据，你能得出什么结论？你能得出什么结论？表表2-2-22-2-21200下，反应下，反应H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO(g) 的不同反应浓度及相应的平衡转化率的不同反应浓度及相应的平衡转化率初始浓度初始浓度/molL-1平衡转化率平衡转化率/%C0(H2)C0(CO2)(H2)(CO2)A0.01000.01006060B0.01200.01005465C0.00800.01006653增大一种反应物浓度，可以提高增大一种反应物浓度，可以提高另一种反应物另一种反应物的转化率的转化率反应物初始浓度之比反应物初始浓度

19、之比等于等于计量数之比时，其计量数之比时，其转化率相等转化率相等由平衡常数可计算转化率，由转化率也可计算平衡常数由平衡常数可计算转化率，由转化率也可计算平衡常数例例3 3、（20072007海南海南1616）PClPCl5 5的热分解反应如下：的热分解反应如下： PClPCl5 5（g g） PClPCl3 3（g g）+ Cl+ Cl2 2（g g）（1 1） 写出反应的平衡常数表达式；写出反应的平衡常数表达式；（2 2） 已知某温度下，在容积为已知某温度下，在容积为10.0L10.0L的密闭容器的密闭容器中充入中充入2.00mol PCl2.00mol PCl5 5，达到平衡后，测得容器内

20、，达到平衡后，测得容器内PClPCl3 3的浓度为的浓度为0.150mol/L0.150mol/L。计算该温度下的平衡常数。计算该温度下的平衡常数。例例4 4、(2007(2007山东山东,28),28) 二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料, ,但但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容这一。学当前的重要研究内容这一。 (1) (1)硫酸生产中硫酸生产中,SO,SO2 2催化氧化生成催化氧化生成SOSO3 3: : 2SO 2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 2SO 2SO3 3(g

21、)(g) 某温度下，某温度下，SOSO2 2的平衡转化率的平衡转化率()()与体系总压与体系总压强强( (p p) )的关系如图所示。的关系如图所示。0.850.800.100.50p/MPaAB根据图示回答下列问题根据图示回答下列问题: :将将2.0molSO2.0molSO2 2和和1.0molO1.0molO2 2置于置于10L10L密闭容器中密闭容器中, ,反应达平衡后反应达平衡后体系总压强为体系总压强为0.10MPa.0.10MPa.该反应该反应的的平衡常数平衡常数等于等于 。平衡状态由平衡状态由A A变到变到B B时时, ,平衡常平衡常数数K(A)K(A) K(B)( K(B)(填

22、填“”“”“0H0，请回答下列问题：请回答下列问题：(1)(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)c(M)1 molL1 molL1 1，c(N)c(N)2.4 molL2.4 molL1 1；达到；达到平衡后，平衡后，M M的转化率为的转化率为60%60%，此时，此时N N的的转化率转化率为为 ；(2)(2)若反应温度升高，若反应温度升高，M M的转化率为的转化率为 ( (填填“增大增大”、“减小减小”或或“不变不变”) )；(3)(3)若反应温度不变，反应物起始浓度分别为：若反应温度不变，反应物起始浓度分别为：c(M)c(M)4 molL4 m

23、olL1 1，c(N)c(N)a molLa molL1 1；达到平；达到平衡后，衡后，c(P)c(P)2 molL2 molL1 1，a a 。化学平衡移动：化学平衡移动：由于温度、压强、浓度的变化而使由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程，称为过程，称为化学平衡移动化学平衡移动平衡正向移动（或向右移动）：平衡正向移动（或向右移动）：平衡移动的结果使生成物浓度更大平衡移动的结果使生成物浓度更大平衡逆向移动（或向左移动）：平衡逆向移动（或向左移动）：平衡移动的结果使生成物浓度小平衡移动的结果使生成物浓度小(1)(1

24、)原因：反应条件改变引起原因：反应条件改变引起 。(2)(2)方向：方向：若若v v( (正正) ) v v( (逆逆) )时，平衡向时，平衡向 方向移动；方向移动；若若v v( (正正) )v v( (逆逆) )时，平衡向时，平衡向 方向移动。方向移动。v v( (正正) )v v( (逆逆) )正反应正反应逆反应逆反应三、反应条件对化学平衡的影响三、反应条件对化学平衡的影响红棕色红棕色 序序号号实验内容实验内容实验记录实验记录实验结论实验结论( (平衡移动平衡移动方向方向) )温度温度变化变化混合气混合气体颜色体颜色c c(NO(NO2 2) )1 1将充有将充有NONO2 2的烧的烧瓶放

25、入冷水中瓶放入冷水中2 2将充有将充有NONO2 2的烧的烧瓶放入热水中瓶放入热水中降温降温 颜色变浅颜色变浅 减小减小正向正向升温升温 颜色变深颜色变深 增大增大逆向逆向活动活动探究探究1. 1.温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响正向正向正向正向 升高温度，化学平衡向吸热方向移动；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。降低温度，化学平衡向放热方向移动。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H01 1、温度对化学平衡的影响、温度对化学平衡的影响( (课本课本P47P47最后一段最后一段) )原平衡状态原平衡状态改变条件改变条件新平衡状态新平衡状态移动方向

26、移动方向N2 =20molL-1H2 =40molL-1NH3=10molL-1降温降温N2=19.5molL-1H2=38.5molL-1NH3=11molL-1HI=1.20molL-1H2=0.20molL-1I2=0.20molL-1升温升温HI =0.80molL-1H2 =0.40molL-1I2 =0.40molL-1T/KK/ (molL-1)-1 T/KK/ (molL-1)22986.84730.00153330.6016732.08731002NO2(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) H= + 92.2kJmol-1温度温度对化学平衡的影响是通过对化学平

27、衡的影响是通过改变改变平衡常数平衡常数实现的。实现的。( (课本课本P47P47最后一段最后一段) ) 在一定体积的密闭容器中，反应在一定体积的密闭容器中，反应CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) 的化学平衡常数和温度的关系如下表：的化学平衡常数和温度的关系如下表：t/70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：回答下列问题：(1)(1)该反应的化学平衡常数表达式该反应的化学平衡常数表达式K K= 。(2)(2)该反应的正反应为该反应的正反应为 反应反应( (填填“吸热吸热”或或“放热放热”) )。(3)(3)某温度下某温度下, ,平衡

28、浓度符合下式：平衡浓度符合下式：c(CO2) c(H2) =c(CO) c(H2O)，可判断此时的温度为，可判断此时的温度为 。吸热吸热COH2OCO2H2830改改 变变 浓浓 度度Q、K关系关系平衡移动平衡移动方向方向增大反应物增大反应物增大增大c(FeCl3)或或c(KSCN）增大生成物增大生成物 增大增大cFe(SCN)3正正 向向逆逆 向向 请根据反应请根据反应 Fe3+(aq) + 3SCN-(aq) Fe(SCN)3(aq)的平衡常数的平衡常数K与浓度商与浓度商Q = = 的关系的关系, ,讨论改变反应物或生成物浓度对化学平衡的影响。讨论改变反应物或生成物浓度对化学平衡的影响。Q

29、 Kc(Fe3+)c3(SCN-)cFe(SCN)32.2.浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响 请根据提供的试剂和仪器，按照设计的请根据提供的试剂和仪器，按照设计的 实验方案证明上述预测。实验方案证明上述预测。试剂：试剂：0.01 molL-1 FeCl3溶液、溶液、0.03 molL-1KSCN溶液、溶液、 1molL-1 FeCl3溶液、溶液、1molL-1KSCN溶液溶液仪器：胶头滴管、点滴板等仪器：胶头滴管、点滴板等编号编号实验内容实验内容实验现象实验现象 实验结论实验结论1 1先加先加5 5滴滴0.03molL0.03molL-1-1KSCNKSCN溶液，再溶液，再取取2 2滴

30、滴0.01 molL0.01 molL-1-1 FeCl FeCl3 3溶液，溶液，观察颜色变化；然后再加观察颜色变化；然后再加2 2滴滴1molL1molL-1 -1 FeClFeCl3 3溶液，观察颜色变溶液，观察颜色变化。化。2 2先加先加5 5滴滴0.03molL0.03molL-1-1KSCNKSCN溶液，再溶液，再取取2 2滴滴0.01 molL0.01 molL-1-1 FeCl FeCl3 3溶液，溶液，观察颜色变化；然后再加观察颜色变化；然后再加2 2滴滴1molL1molL-1 -1 KSCNKSCN溶液，观察颜色变溶液，观察颜色变化。化。溶液呈溶液呈血红色血红色后加深后加

31、深平衡正向平衡正向移动移动溶液呈溶液呈血红色血红色后加深后加深平衡正向平衡正向移动移动活动活动探究探究思考：思考：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) H = _ 197.8kJmol-1 是硫酸制造工业的基本反应。在生产中通常采用通入是硫酸制造工业的基本反应。在生产中通常采用通入过量的空气过量的空气的方法。为什么？的方法。为什么？ 提高提高O2在原料气中的比例，使在原料气中的比例，使SO2的平衡转化率的平衡转化率提高，从而降低生产成本。提高，从而降低生产成本。阅读课本阅读课本P49P49第一段第一段阅读课本阅读课本P48P48第一段第一段增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡正向移动

32、；增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡正向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡逆向移动平衡逆向移动。3.3.压强对化学平衡的影响压强对化学平衡的影响N2O2NO2KN2H23NH32KN2O4NO22K课本课本P49P49倒倒数第二段数第二段气体体积减小气体体积减小气体体积增大气体体积增大不不3.3.压强对化学平衡的影响压强对化学平衡的影响若若abp + q增大压强，平衡向增大压强，平衡向 的方向移动；的方向移动；减小压强，平衡向减小压强，平衡向 的方向移动。的方向移动。若若abp + q改变压强，平衡改变压强，平衡 移动。移动。讨论讨论（课本（课本P49P49）阅读课本阅读课本P50P50第一段第一段结论结论：(反应反应aA+bB pC+qD) 可借助可借助Q Q与与K K的的相对大小判断相对大小判断 升高温度升高温度，平衡