第二节化学平衡状态

1、第二节化学平衡状态第二节化学平衡状态桐乡高级中学桐乡高级中学 张锦松张锦松回忆一学期必修（回忆一学期必修（II）学过的化学平衡知识学过的化学平衡知识一、化学平衡是动态平衡一、化学平衡是动态平衡高温高温时间时间速速率率O时间时间浓浓度度O正反应正反应逆反应逆反应交流与讨论交流与讨论7例：例： 在一定的温度下，可逆反应：在一定的温度下，可逆反应：A A（g g）+ 3B+ 3B（g g）= 2C= 2C（g g）达到平衡的标志是（）达到平衡的标志是（ ） A AC C的生成速率与的生成速率与C C的分解速率相等。的分解速率相等。 B B单位时间生成单位时间生成n molAn molA，同时生成，同

2、时生成3n molB3n molB。 C CA A、B B、C C的物质的量浓度保持不变。的物质的量浓度保持不变。 D DA A、B B、C C的分子数之比为的分子数之比为1 1 ：3 3 ：2 2 。 E E容器中气体的密度保持不变。容器中气体的密度保持不变。 F F混合气体的平均摩尔质量保持不变。混合气体的平均摩尔质量保持不变。 G G容器中气体的总压强保持不变。容器中气体的总压强保持不变。A A、C C、F F(1)(1)正正 = = 逆逆 （本质特征）（本质特征） 同一种物质：该物质的生成速同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。率等于它的消耗速率。 不同的物质：速率之比等于方不

3、同的物质：速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率。是不同方向的速率。(2)反应混合物中各组成成分的反应混合物中各组成成分的含量保持不变（外部表现）：含量保持不变（外部表现）： 各组成成分的质量、物质的量、分子数、体各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。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、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。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

4、量、总压强（恒温、恒等，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、容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。恒压）均保持不变。 反应物的转化率、产物的产率保持不变。反应物的转化率、产物的产率保持不变。【例】【例】 下列说法中可以充分说明反下列说法中可以充分说明反应应: P(气气)+Q(气气) R(气气)+S(气气) , 在恒温下已达平衡状态的是（在恒温下已达平衡状态的是（ ） A.反应容器内压强不随时间变化反应容器内压强不随时间变化B.P和和S的生成速率相等的生成速率相等C. 反应容器内反应容器内P、Q、R、S四者共存四者共存 D.反应容器

5、内总物质的量不随时间而反应容器内总物质的量不随时间而变化变化B【例】下列说法可以证明反应【例】下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3 已达平衡状态的是已达平衡状态的是( )A.1个个NN键断裂的同时键断裂的同时,有有3个个HH键形成键形成B.1个个NN键断裂的同时键断裂的同时,有有3个个HH键断裂键断裂C.1个个NN键断裂的同时键断裂的同时,有有6个个NH键断裂键断裂D.1个个NN键断裂的同时键断裂的同时,有有6个个NH键形成键形成ACAC 【例【例4】在一定温度下的恒容容器中】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当下列物理量不再发生变化时,表明反表明反应应: A(固固)+

6、3B(气气) 2C(气气)+D(气气)已达平衡状态的是已达平衡状态的是 ( )A.混合气体的压强混合气体的压强 B.混合气体的混合气体的密度密度C.B的物质的量浓度的物质的量浓度 D.气体的总物气体的总物质的量质的量BCBC【例【例5】 在一定温度下在一定温度下,下列叙述不是可逆下列叙述不是可逆反应反应A(气气)+3B(气气) 2C(气气)+2D(固固)达达到平衡的标志的是到平衡的标志的是 ( )C的生成的生成 速率与速率与C的分解速率相等的分解速率相等 单位时间内生成单位时间内生成amolA,同时生成同时生成3amolB A、B、C的浓度不再变化的浓度不再变化A、B、C的分压强不再变化的分压

7、强不再变化混合气体的总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混合气体的物质的量不再变化单位时间内消耗单位时间内消耗amolA,同时生成同时生成 3amolBA、B、C、D的分子数之比为的分子数之比为1:3:2:2 A. B. C. D.B B练习、在一定温度下，可逆反应：练习、在一定温度下，可逆反应：A(g)+3B(g) 2C(g)A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的达到平衡的标志是标志是( )( )A.AA.A生成的速率与生成的速率与C C分解的速率相等分解的速率相等B.AB.A、B B、C C的浓度不再变化的浓度不再变化C.C.单位时间生成单位时间生成n mo

8、lA同时消耗同时消耗3n molBD.AD.A、B B、C C的分子数之比为的分子数之比为1 1：3 3：2 2BC总结：总结：对于反应：对于反应：mA（g）+nB（g） pC（g）+qD（g）可以根据什么情况来判断是否达到平衡。可以根据什么情况来判断是否达到平衡。讨论？世纪金榜讨论？世纪金榜P45。混合物体系中各成分的含量？混合物体系中各成分的含量？正逆反应速率的关系？正逆反应速率的关系？压强？混合物的平均分子量？压强？混合物的平均分子量？温度？密度？颜色？温度？密度？颜色？二、作为一个可逆反应，则反应无二、作为一个可逆反应，则反应无论从正方向开始进行还是从逆反应论从正方向开始进行还是从逆反

9、应方向开始进行，方向开始进行，外界条件相同时，外界条件相同时，只要外界条件不变，只要外界条件不变，途径虽然不同，途径虽然不同，只要只要起始浓度相当起始浓度相当，都可以达到相，都可以达到相同的平衡状态。同的平衡状态。这叫做这叫做等效平衡等效平衡。概念：概念：化学平衡的建立只与条件、起始量有关，化学平衡的建立只与条件、起始量有关，与反应开始的方向无关，只要可逆反应在相同与反应开始的方向无关，只要可逆反应在相同状况（等温等压或等温等容）下，无论从正反状况（等温等压或等温等容）下，无论从正反应开始还是从逆反应开始，只要初始时有关物应开始还是从逆反应开始，只要初始时有关物质的量质的量“相当相当”，它们可

10、达到相同的平衡状态，它们可达到相同的平衡状态，称为称为“等效平衡等效平衡”，此时平衡此时平衡混合物混合物中各物中各物质的百分含量（体积分数、物质的量分数、质质的百分含量（体积分数、物质的量分数、质量分数）相等。量分数）相等。注意：是组分的百分数相同注意：是组分的百分数相同（体积分数、（体积分数、物质的量分数、质量分数），物质的量分数、质量分数），而不仅仅是而不仅仅是指浓度相同，因为同一组分百分数相同时指浓度相同，因为同一组分百分数相同时其浓度不一定相同。其浓度不一定相同。2SO2O2 2SO3例如：等体积条件下：例如：等体积条件下：第一次：第一次： 2 1 0第二次：第二次： 0 0 2第三次

11、：第三次： 1 0.5 X 第四次：第四次： a b c 求出求出:a与与c、b与与c的关系？的关系？在一固定容积的密闭容器内，在一固定容积的密闭容器内，2mol A2mol A和和1mol B1mol B发生反应发生反应2A2A( (g g) )+B+B( (g g) ) 3C3C（g g）+D+D（g g），达平衡时，），达平衡时，C(C(C C) )=w mol/L =w mol/L 。若在。若在同一容器，保持上述温度，按下列配比进同一容器，保持上述温度，按下列配比进行反应，仍可使平衡时行反应，仍可使平衡时c c（C C）=w mol/L=w mol/L的的是是 （ ） A A4molA

12、+2mol B 4molA+2mol B B B 3molC + 1mol D 3molC + 1mol D C C1mol+0.5molB+1.5molC+0.5molD 1mol+0.5molB+1.5molC+0.5molD D D 1molA+0.5 molB 1molA+0.5 molB等效平衡分为二种情况：等效平衡分为二种情况：2、等温等压时、等温等压时改变起始加入情况，只要按化学计量数改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相等，则达平衡后质的量之比与原平衡相等，则达平衡后与原平衡等效。与原平衡等效。

13、对于对于2SO2+O2 2SO3若按下列三种配若按下列三种配比分别加入起始物质：比分别加入起始物质：2molSO2 1mol O2 2molSO3 4molSO2 2mol O2 在恒温恒容时：在恒温恒容时： 达平衡达平衡时互为等效在恒温恒压时：时互为等效在恒温恒压时： 达平达平衡时互为等效衡时互为等效 在一定温度下，把在一定温度下，把2molSO2和和1mol O2通入一个一定通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：容积的密闭容器里，发生如下反应： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g)，当此反应进行到一定程，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。维持温度不度时，

14、反应混合物就处于化学平衡状态。维持温度不变，令变，令a、b、c分别代表初始加入的分别代表初始加入的SO2、O2和和SO3的物质的量（的物质的量（mol）。如果）。如果a、b、c取不同的数值，取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同，请填写下列空白：完全相同，请填写下列空白： （1）若）若a=0，b=0，则，则c= ； （2）若）若a=0.5，则，则b= ，则，则c= ； （3） a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用两取值必

15、须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含个方程式表示，其中一个只含a和和c，另一个只含，另一个只含b和和 c）：）： 、 。化学平衡常数化学平衡常数 K（P44 问题解决）问题解决）结论结论：一定温度下，生成物浓度：一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积与反应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系数次方的乘积之比为一常数实验测得，同一反应（如：实验测得，同一反应（如：aA+bB cC+dD）在）在某温度下达到的化学平衡状态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：平衡体系中各物质的浓度满足下面关系：其中其中c为各组分的平衡浓度为各组分的

16、平衡浓度，温，温度一定，度一定，K为定值。为定值。)()()()(BcAcDcCcKbadcK值的大小，表示在一定温度下，反应值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡时该反应进行的程度（反应的达到平衡时该反应进行的程度（反应的限度）。限度）。（1）K值越大，反应程度增大，转化值越大，反应程度增大，转化率越高；反之则转化率越低。率越高；反之则转化率越低。（2）K值与浓度无关，随温度变值与浓度无关，随温度变化而变化化而变化反反应应物物的的起起始始浓浓度度应应物物的的平平衡衡浓浓度度反反应应物物的的起起始始浓浓度度反反转转化化率率100)( 3、平衡常数的大小反映了化学反、平衡常数的大小反映了化学反

17、应可能进行的程度（即反应限应可能进行的程度（即反应限度）。度）。4、一般地说、一般地说，K105时，该反应时，该反应进行得就基本完全了；进行得就基本完全了；K在在10-5左左右，则认为反应很难进行。右，则认为反应很难进行。5、对于有纯固体或溶剂参加的反、对于有纯固体或溶剂参加的反应，其浓度不列入平衡常数应，其浓度不列入平衡常数K的表的表达式中达式中。（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状）必须指明温度，反应必须达到平衡状态态（2）平衡常数表示反应进行的程度，不表）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，示反应的快慢，即速率大，K值不一定大值不一定大（3）在进行）在进行K值的计算

18、时，固体不作考虑，值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达表达式中不需表达Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温高温3Fe(s) + 4H2O(g) 如：如：)H(c)OH(cK2424一定温度下一定温度下（4）在进行）在进行K值的计算时，稀溶值的计算时，稀溶液中的液中的H2O的浓度可不表达的浓度可不表达Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+如：如：)OCr(c)H(c)CrO(cK2722242一定温度下一定温度下:（5）平衡常数的表达式与方程式的书）平衡常数的表达式与方程式的书写有关写有关N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H21/2N2+3/2H2 NH3)H(c

19、)N( c)NH(cK232321)NH(c)H(c)N(cK322322)H(c)N(c)NH( cK/22322133K1 = 1/K2 = K32某温度下：某温度下：（6）利用）利用K值可判断某状态是否处于平衡值可判断某状态是否处于平衡状态状态如某温度下，可逆反应如某温度下，可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为的平衡常数为K，若某时刻时，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：反应物和生成物的浓度关系如下：)B(c)A(c)D(c)C(cQcnmq Qc K ，V正正V逆，反应向正方向进行逆，反应向正方向进行Qc K ，V正正V逆，反应处于平衡状态

20、逆，反应处于平衡状态Qc K ，V正正V逆，反应向逆方向进行逆，反应向逆方向进行则：则：例：高炉炼铁中发生的基本反应如下例：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其平衡常数可表达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知已知1100，K=0.263 (1)若平衡向右进行，高炉内若平衡向右进行，高炉内CO2和和CO的体积比值的体积比值_，平衡常数，平衡常数K值值_(填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”) 不变不变增大增大(2)1100时，测得高炉中时，测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol

21、/L，在这种情况下该，在这种情况下该反应是否处于平衡状态反应是否处于平衡状态_(填填“是是”或或“否否”)，此时化学反应，此时化学反应速率是速率是V正正_V逆逆(填填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)，其原因，其原因是是 。否否大于大于c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行衡状态，且向正反应方向进行现有一定温度下的密闭容器中存在现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：如下反应：2SO2+O2 2SO3知知C(SO2)始始=0.4mol/L，C(O2)始始=1mol/L经测定经测定该反应在该温度下的平衡常数该反应在该温度下的平衡常数

22、K19，试判断，试判断，（1）当）当SO2转化率为转化率为50时，该反应是否达到时，该反应是否达到平衡状态，若未达到，哪个方向进行？平衡状态，若未达到，哪个方向进行？（2）达平衡状态时，）达平衡状态时， SO2的转化率应为多少？的转化率应为多少？此时各物质的浓度分别为：此时各物质的浓度分别为：0.2molL-1、0.9molL-1、0.2molL-1，得，得Qc=1.1K，反应向正方向进行。反应向正方向进行。平衡常数的应用平衡常数的应用复习：写出下列反应的平衡常数的表达式复习：写出下列反应的平衡常数的表达式1、CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)2、C(s)+CO2(g) 2CO

23、(g)3、NO2(g) N2O4(g)4、Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+21c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)K=c2(CO)c(CO2)K=C1/2(N2O4)c(NO2)K=c2(CrO42-)c2(H+) c(Cr2O72-)K=平衡常数的应用平衡常数的应用一、判断反应进行的方向一、判断反应进行的方向平衡常数的表达式中，各物质的平衡常数的表达式中，各物质的浓度是指平衡状态时的浓度，若浓度是指平衡状态时的浓度，若某个时刻不知化学反应是否平衡，某个时刻不知化学反应是否平衡，这时用各物质的浓度代入平衡常这时用各物质的浓度代入平衡常数的表达式中，也可计算出一个数的表达式

24、中，也可计算出一个数值（用数值（用Q Qc c表示），这个数值与表示），这个数值与平衡常数相比，数值不一定相同。平衡常数相比，数值不一定相同。若若Q Qc cKKK时，化学反应还要向逆时，化学反应还要向逆方向进行才能平衡，即逆反应自方向进行才能平衡，即逆反应自发进行。发进行。所以，要判断一个化学反应是向正所以，要判断一个化学反应是向正方向进行还是向逆方向进行，只需方向进行还是向逆方向进行，只需把某时刻各物质的浓度代入平衡常把某时刻各物质的浓度代入平衡常数表达式中，求得数表达式中，求得Q Qc c，把，把Q Qc c与此温度与此温度下该反应的平衡常数下该反应的平衡常数K K相比即可。相比即可。Q Qc cKKK，向逆方向进行。，向逆方向进行。例：在一定体积的密闭容器中，进行如例：在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：下化学反应：COCO2 2(g)+H(g)+H2 2(g) CO(g)+H(g) CO(g)+H2 2O(g)O(g)其平衡常数其平衡常数K K与温度与温度t t的关系如下表：的关系如下表：t70080083010001200K0.60.91.01.72.