化学平衡化学平衡状态和化学平衡常数课件高二上学期化学人教版选择性必修1

第二节

化学平衡第二章

化学反应速率与化学平衡情境引入——工业合成氨

自1784年氨被发现以来，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，直到1913年才实现了合成氨的工业化生产。化学反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)看起来十分简单，合成氨的工业化生产却经历了漫长的发展过程。化工生产中，我们需要考虑哪些因素呢？多快好省反应物的转化率高化学反应速率快效益好，日产量高节省成本化学平衡化学反应速率化学反应速率与化学平衡综合运用合成氨工厂（1）定义：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。注：向生成物方向进行的反应叫做正反应，向反应物方向进行的反应叫做逆反应。（2）特征：一、化学平衡状态1、可逆反应2、化学平衡状态的建立v(正)v(正)=v(逆)时间速率v(逆)0N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)时间浓度0NH3H2N2在一定条件下，容积不变的密闭容器中，充入N2和H2发生反应，反应中各物质的浓度随时间如何变化？正逆反应速率随时间如何变化？请分别作出相应的浓度-时间图和速率-时间图。标志实质v(逆)v(正)=v(逆)时间速率v(正)0时间浓度0N2H2标志实质NH3如果充入NH3发生反应呢？3、化学平衡状态的定义

在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。是一种表面静止的状态，化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大“限度”。化学反应限度决定了反应物在该条件下的最大转化率4、化学平衡状态的特征可逆反应

(前提)ν(正)=ν(逆)

(实质)逆等动≠0动态平衡定各组分的浓度保持不变

(标志)变条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新平衡时间tV正V逆V正=V逆反应速率达到平衡0t1判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。思考：如何判断一个化学反应是否已达到平衡状态呢？①速率关系A:同一种物质：生成速率=消耗速率，即v正＝v逆B：不同的物质：一找变量：“变量→不变”——平衡状态二看方向：一正一逆三看计量数：化学反应速率之比=化学计量数之比②含量关系：反应混合物各组分的浓度、物质的量、百分含量（质量分数、摩尔分数、体积分数、分子数之比）保持不变；总压强、总物质的量、混合气体的平均M、气体的密度、颜色等。5、判断化学平衡的标志：直接标志1.在恒温恒容的容器中，当下列物理量不再发生变化时，能判断

已经达到化学平衡的是_______①2v逆(B)＝v正(C)②各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比

③某种气体的百分含量

④混合气体的压强⑤混合气体的密度⑥混合气体的总物质的量

⑦混合气体的平均相对分子质量⑧混合气体的颜色A(s)＋2B(g)⇌C(g)＋D(g)③⑤⑦

【随堂练习】2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中（假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s)＝2NH3(g)+CO2(g)。下列各项：

①2v(NH3)=v(CO2)

②密闭容器中总压强不变

③密闭容器中混合气体的密度不变

④密闭容器中氨气的体积分数不变

⑤密闭容器中c(NH3)不变

能判断该反应已达到平衡状态（）

A.②③⑤B.②③④C.①④D.全部A二、化学平衡常数序号起始时各物质的浓度mol/L平衡时各物质的浓度mol/LH2I2HIH2I2HI11.197×10-26.944×10-305.617×10-35.936×10-41.270×10-248.3721.228×10-29.964×10-303.841×10-31.524×10-31.687×10-248.6231.201×10-28.403×10-304.580×10-39.733×10-41.486×10-249.544001.520×10-21.696×10-31.696×10-31.181×10-248.495001.287×10-21.433×10-31.433×10-31.000×10-248.706003.777×10-24.213×10-34.213×10-32.934×10-248.502c(HI)c(H2)·c(I2)在457.6℃时反应体系I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)中各物质的浓度如表所示更加准确描述反应所进行的程度请大家分析表中的数据，你能从中得到什么结论？

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，这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数。用符号K表示。①温度不变时，可逆反应达到化学平衡时，

为常数,用K表示

c2(HI)c(H2)·c(I2)②常数K与反应的起始浓度大小无关；③常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关。即与平衡建立的过程无关。【学习任务一】认识浓度商与化学平衡常数1．定义对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，（1）在任意时刻的

cp(C)·cq(D)

cm(A)·

cn(B)

=Q（浓度商）（2）当该反应在一定温度下达到化学平衡时

cp(C)·cq(D)

cm(A)·

cn(B)=K（化学平衡常数）浓度商中的浓度为任意时刻的浓度，平衡常数中的浓度为平衡时的浓度。2．表达式浓度的单位为mol·L-1,

K的单位为(mol·L-1)

n当浓度的单位为mol·L-1，称标准平衡常数，标准平衡常数一般不写单位。【学习任务二】化学平衡常数与方程式的关系【活动1】写出下列反应的平衡常数K的表达式①C(s)+H2O(g)⇋CO(g)+H2(g)②FeO(s)+CO(g)⇋Fe(s)+CO2(g)③2KClO3(s)⇋KCl(s)+3O2(g)注意1：反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数不代入公式。④Cr2O72-(aq)+H2O(l)

⇌

2CrO42-(aq)+2H+(aq)⑤C2H5OH(l)

+CH3COOH(l)

⇌

CH3COOC2H5(l)

+H2O(l)

K=

注意2：关于液态水的处理a.在水溶液中进行的反应，水的浓度不列入表达式b.非水溶液中进行的反应，水的浓度须列入表达式【活动2】写出下列反应的平衡常数K的表达式1.①2NO(g)+O2(g)

⇌2NO2

K1②2NO2(g)

⇌N2O4

K2③2NO(g)+O2(g)⇌N2O4(g)K3K3=K1K2①、②、③三者关系为:K1、K2、K3三者关系为:③=①+②结论1：方程式相加(减)，则K相乘(除)K2=1/K1

①、②二者关系为:K1、K2二者关系为:②=-①结论2：正、逆反应，K互为倒数②2NO2(g)⇌2NO(g)+O2(g)K22.①2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)K13.①1/2N2(g)＋3/2H2(g)⇌NH3(g)

K1②N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)

K2①、②二者关系为:②=2①K1、K2二者关系为:K2=K12

结论3：化学计量数变为原来n倍，K变为Kn表1:H2(g)+I2(g2HI(g)不同条件下的平衡常数序号起始浓度（×10－2mol·L-1）不同温度下的平衡常数(K)c(H2)c(I2)c(HI)457.6℃425.6℃25℃11.1970.694048.3854.5186721.2280.996048.6154.628673001.52048.4854.108674001.28748.7154.42867平衡常数受哪些因素影响？请根据表1、表2数据，分析影响平衡常数的因素。外因：平衡常数不受浓度的影响，受温度影响【学习任务三】化学平衡常数的影响因素表2:25℃时，生成卤化氢反应的平衡常数化学方程式平衡常数

(K)F2(g)+H2(g)2HF(g)6.5×1095Cl2(g)+H2(g)2HCl(g)2.57×1033Br2(g)+H2(g)2HBr(g)1.91×1019I2(g)

+H2(g)2HI(g)8.67×102内因：平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关①根据平衡常数的大小，判断反应进行的程度对于同类型的化学反应，K越大，反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。一般：

K＞105，认为正反应进行得较完全K＜10-5

，认为正反应很难进行（逆反应较完全）10-5

≤K≤105

，认为是可逆反应【学习任务四】化学平衡常数的应用对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)

是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商Q与K比较大小来判断。在同一温度下：Q＝K，处于化学平衡状态Q＜K，向正反应方向进行Q＞K，向逆反应方向进行②利用平衡常数判断反应是否达到平衡及化学反应进行的方向任何可逆反应的终极目标都是使Q=K③利用平衡常数K可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。【学习任务五】化学平衡常数的相关计算计算模型——三段式法——“列方程、始、变、平”解(1)根据题意有:K=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25

H2+I22HIC0/mol.L-1

∆C/mol.L-1

Ct/mol.L-10.0100.01000.00200.00800.00800.0040【例题1】在某温度下,将H2和I2各的气态混合物充入10L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得C(H2(1)求该反应的平衡常数(2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20mol.试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。解(2)设H2的消耗浓度为x

H2+I22HIC0/mol.L-1

0.0200.020