2.2化学反应的限度课件上学期高二化学选择性必修1

对于一般的可逆反应aA+bB

cC+dD,当在一定温度下达到平衡时,K=

,单位:(mol·L-1)(c+d)-(a+b)。例如:可逆反应CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)的化学平衡常数K=

;可逆反应3Fe(s)+4H2O(g)

Fe3O4(s)+4H2(g)的化学平衡常数K=

。化学反应的限度1.化学平衡常数平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。平衡常数的数值越大,说

明反应可以进行得越完全。(1)一般来说,如果一个反应的平衡常数数值大于105(或106),通常认为该反应可以进行得较

完全;相反,如果一个反应的平衡常数数值小于10-5(或10-6),则认为该反应很难进行。(2)对化学反应aA+bB

cC+dD的任意状态有浓度商Q=

。在某温度下,用浓度商Q与K比较大小来判断反应是否达到平衡状态:

名师点拨化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改

变;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会

改变。如下表:化学方程式平衡常数关系式N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)K1=

K2=

;K3=

N2(g)+

H2(g)

NH3(g)K2=

2NH3(g)

N2(g)+3H2(g)K3=

平衡转化率可以直观地表示一定条件下的反应限度。对于化学反应aA+bB

cC+dD,反应物A的平衡转化率可以表示为α(A)=

×100%。(1)同一反应的不同反应物,其转化率可能不同;当按照反应中物质化学计量数之比投入反

应物时,反应物转化率相同。(2)多种反应物参加反应时,增加一种反应物的物质的量,可以提高其他反应物的转化率,而

该反应物本身的转化率会降低。依据物质的起始浓度(或平衡浓度)和反应的平衡常数可以计算物质的平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。2.平衡转化率(1)图示表示

3.反应条件对化学平衡的影响(2)平衡移动方向的判断若v(正)>v(逆),则平衡正向移动。若v(正)=v(逆),则平衡不移动。若v(正)<v(逆),则平衡逆向移动。(1)探究温度对化学平衡的影响①温度与化学平衡常数的关系:温度改变时,化学平衡常数会发生变化,变化关系如表。温度变化反应焓变ΔH平衡常数K升高>0增大<0减小降低>0减小<0增大②以反应2NO2(g)

N2O4(g)

ΔH=-57.2kJ·mol-1为例探究温度对化学平衡的影响。反应原理

ΔH=-57.2kJ·mol-1操作

现象热水中混合气体的颜色加深;冷水中混合气体的颜色变浅解释升高温度,红棕色加深,说明NO2浓度增大,化学平衡向逆反应(吸热)方向移动;降低温度,红棕色变浅,说明NO2浓度减小,化学平衡向正反应(放热)方向移动结论在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,降低温度,平衡向放热反应方向移动(2)探究浓度对化学平衡的影响以FeCl3(aq)与KSCN(aq)反应为例探究浓度对化学平衡的影响。实验步骤将0.01mol·L-1FeCl3溶液与0.03mol·L-1KSCN溶液等体积混合,平衡后观察溶液的颜色;将上述溶液均分成三份加入a、b、c试管中,向a试管中加入少量1mol·L-1KSCN溶液,向b试管中加入等量蒸馏水,向c试管中加入等量1mol·L-1FeCl3溶液;再向a、c试管中各加入少量铁粉,观察现象现象分别加入KSCN溶液、FeCl3溶液的a、c试管中溶液颜色都加深,分别加入铁粉后,a、c试管中溶液颜色都变浅解释FeCl3与KSCN溶液混合后溶液呈血红色,是因为存在平衡:Fe3++nSCN-

[Fe(SCN)n]3-n(n=1~6),分别增大c(Fe3+)、c(SCN-),溶液颜色都加深,平衡都正向移动;加入铁粉后,由于发生反应:Fe+2Fe3+

3Fe2+,c(Fe3+)减小,颜色都变浅,平衡都逆向移动结论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,平衡正向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡逆向移动(3)探究压强对化学平衡的影响以反应2NO2(g)

N2O4(g)为例探究压强对化学平衡的影响。反应原理

实验步骤现象a.将活塞迅速向里推时,混合气体的颜色先变深又逐渐变浅;b.将活塞迅速向外拉时,混合气体的颜色先变浅又逐渐变深解释向里推活塞,气体的压强增大,浓度也增大,颜色变深,但平衡向生成N2O4的方向即气体分子数减小的方向移动,颜色又逐渐变浅;向外拉活塞,气体的压强减小,浓度也减小,颜色变浅,但平衡向生成NO2的方向即气体分子数增大的方向移动,颜色又逐渐变深结论对于反应前后气体分子数发生变化的可逆反应,在其他条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向气体分子数减小的方向移动;减小压强,会使化学平衡向气体分子数增大的方向移动规律总结

(1)改变浓度,若Q>K,平衡逆向移动;若Q<K,平衡正向移动。(2)加入催化剂,能改变化学反应速率,但不影响化学平衡移动。(3)化学平衡移动,平衡常数不一定改变;平衡常数改变,平衡一定移动。在封闭体系中,如果仅改变影响平衡体系的一个条件(如浓度、温度、压强),平衡将向减弱

这个改变的方向移动。利用化学平衡移动规律,人们可以在反应限度允许的前提下尽可能

地让化学反应向人们需要的方向进行,以更科学、有效地利用化学反应。1.对于某一可逆反应,升高温度,平衡常数增大。这种说法正确吗?提示

若该反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,平衡常数减小。

2(g)

2NO(g)+O2(g),若混合气体的颜色不再改变,则该反应达到平衡状态。这种说法正确吗?提示

混合气体的颜色不再改变,说明NO2浓度不再变化,表明反应达到平衡状态。

4HS(s)

NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,移走一部分NH4HS固体,平衡逆向移动。这种说法正确吗?提示

NH4HS为固体,固体的浓度视为常数,增加或减少固体的量,平衡不移动。

知识辨析()√()✕()✕4.外界条件的改变引起浓度商或化学平衡常数改变,则平衡一定发生移动。这种说法正确

吗?提示若浓度商改变,与平衡常数不再相等,则平衡一定发生移动;化学平衡常数改变,则

一定是体系的温度发生变化,化学平衡一定发生移动。

()√1.化学平衡状态的判断

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)是否平衡体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量

分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积分数一定平衡总体积、总压强、总物质的量

一定不一定平衡正、逆反应速率之间的关系单位时间内消耗了mmolA,同

时也生成了mmolA平衡单位时间内消耗了nmolB,同时

也消耗了pmolC平衡v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)

=m∶n∶p∶q不一定平衡单位时间内生成了nmolB,同时

也消耗了qmolD不一定平衡压强其他条件一定、总压强一定,且

m+n≠p+q平衡其他条件一定、总压强一定,且

m+n=p+q不一定平衡混合气体的平均相对分子质量平均相对分子质量一定,且m+n

≠p+q平衡平均相对分子质量一定,且m+n

=p+q不一定平衡温度对于绝热体系,体系温度一定平衡气体密度气体密度保持不变(恒容密闭容

器中)不一定平衡m+n≠p+q时,气体密度保持不

变(恒压容器中)平衡m+n=p+q时,气体密度保持不变

(恒压容器中)不一定平衡颜色反应体系内有有色物质,体系颜

色不变(其他条件不变)平衡一定温度和压强不变的条件下,发生可逆反应:A(g)+3B(g)

4C(g),下列叙述能作为该反应达到平衡状态的标志的是(

)①混合气体的平均摩尔质量不再变化②v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶3∶4③A、B、C的浓度

不再变化④C的体积分数不再变化⑤A、B、C的分子数之比为1∶3∶4⑥混合气体

的密度不再变化

A.②③④⑤⑥B.③④C.②③④D.①③⑤⑥典例B解析①反应前后气体的质量不变,气体的物质的量不变,所以混合气体的平均摩尔质量始

终不变,不能说明反应达到平衡状态;②化学反应速率之比等于化学计量数之比,不能说明

反应达到平衡状态;③各组分浓度不变,说明反应达到平衡状态;④C的体积分数不变,说明

反应达到平衡状态;⑤平衡时各物质的分子数与初始的量和转化率有关,不能说明反应达到

平衡状态;⑥混合气体的质量不变,体积不变,所以密度始终不变,不能说明反应达到平衡状

态,故选B。

原平衡体系

体系总压强增大

体系中各组分的浓度不变

平衡不移动。原平衡体系

容器容积增大,各反应气体的分压减小

体系中各组分的浓度同倍数减小,等效于减压

。2.“惰性气体”对化学平衡的影响反应NH4HS(s)

NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡状态,下列各种情况中,不会使化学平衡发生移动的是(

)4HS固体B.容器容积不变,充入少量氨气C.温度、容积一定,充入氦气D.温度、容积一定,充入SO2气体典例AC解析

改变固体物质的量不能使化学平衡发生移动,A选;充入少量氨气,氨气的浓度增大,

平衡向逆反应方向移动,B不选;温度、容积一定,充入氦气,体系的总压强增大,但NH3和H2S

的浓度不变,所以平衡不移动,C选;温度、容积一定,充入SO2气体,由于发生反应SO2+2H2S

3S+2H2O,H2S的浓度减小,所以平衡向正反应方向移动,D不选。若温度或压强改变使平衡正向移动,则反应物的平衡转化率必然增大。(1)若反应物只有一种,如aA(g)

bB(g)+cC(g),增加A的量,A的平衡转化率变化如下:①若在恒温、恒压条件下,A的平衡转化率不变;②若在恒温、恒容条件下,相当于加压,A的平衡转化率与化学方程式中气态物质的化学计

量数有关:a=b+c,则A的平衡转化率不变;a>b+c,则A的平衡转化率增大;a<b+c,则A的平衡转化率减小。3.条件改变引起的平衡移动与反应物平衡转化率的关系(2)若反应物不止一种,如aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g),则:①若只增加反应物A的量,平衡向正反应方向移动,则反应物B的平衡转化率增大,A的平衡

转化率减小。②若在恒温、恒压条件下,同等倍数地增加A、B的物质的量,A、B的平衡转化率不变。③若在恒温、恒容条件下,同等倍数地增加A、B的物质的量,A、B的平衡转化率与化学方

程式中气态物质的化学计量数有关:a+b=c+d时,A、B的平衡转化率都不变;a+b>c+d时,A、B的平衡转化率都增大;a+b<c+d时,A、B的平衡转化率都减小。等容积的四个密闭容器中进行同样的反应:2A(g)+B(g)

3C(g)+2D(g)。起始时,A、B的物质的量分别如下表所示:典例

甲乙丙丁A2mol1mol2mol1molB1mol1mol2mol2mol在相同温度下建立平衡时,A或B的转化率大小关系为

(

)A.A的转化率:甲<丙<乙<丁B.A的转化率:甲<乙<丙<丁C.B的转化率:甲>丙>乙>丁D.B的转化率:丁>乙>丙>甲A解析甲与乙相比较,甲相当于在乙的基础上增加A的物质的量,A的浓度增大,平衡正向移

动,B的平衡转化率增大,A的平衡转化率减小,则A的平衡转化率:甲<乙,B的平衡转化率:甲>

乙。丙与乙相比较,丙相当于在乙的基础上增大压强,由于正反应是气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,A、B的平衡转化率均减小,则A的平衡转化率:丙<乙,B的平衡转化率:乙>丙。丙与丁相比较,丙相当于在丁的基础上增加A的物质的量,平衡正向移动,A的平衡转化率减小,B的平衡转化率增大,则A的平衡转化率:丙<丁,B的平衡转化率:丙>丁。综上所述,A的平衡转化率:丙<乙,B项错误;B的平衡转化率:甲>乙>丙>丁,C、D项错误;故选A。1.一个模式——“三段式”如mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),设A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)起始/(mol·L-1)

a

b00转化/(mol·L-1)

mx

nx

px

qx平衡/(mol·L-1)

a-mx

b-nx

px

qxK=

。4.书“三段式”法突破平衡常数(K)、转化率的相关计算(1)三个量:起始量、转化量、平衡量。(2)关系①对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。②对于同一生成物,起始量+转化量=平衡量。③各转化量之比等于对应物质的化学计量数之比。(1)反应物的转化率=

×100%=

×100%。(2)生成物的产率是实际产量占理论产量的百分比,即产率=

×100%。一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。(3)平衡时混合气体某组分的百分含量=

×100%。(4)某组分的体积分数=

×100%。已知反应X(g)+Y(g)

R(g)+Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830℃时,向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY,反应初始4s内v(X)=0.005mol/(L·s)。下列说法正确的是(

)典例温度/℃70080083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4A.4s时容器内c(X)=0.04mol/LB.830℃达平衡时,X的转化率为80%C.反应达平衡后,升高温度,平衡正向移动D.1200℃时反应R(g)+Q(g)

X(g)+Y(g)的平衡常数KB解析反应初始4s内X的平均反应速率v(X)=0.005mol/(L·s),4s内Δc(X)=0.005mol/(L·s)×4

s=0.02mol/L,则4s时容器内X的浓度为0.2mol÷2L-0.02mol/L=0.08mol/L,A错误;设830℃

达平衡时A的浓度变化量为xmol/L,则:X(g)+Y(g)

R(g)+Q(g)开始/(mol/L)0.10.400转化/(mol/L)

x

x

x

xxx

x

x

=1.0,解得x=0.08,所以平衡时X的转化率为

×100%=80%,B正确;根据表格中的信息可知,升高温度,化学平衡常数减小,即平衡逆向移动,C错误;1200℃时反

应X(g)+Y(g)

R(g)+Q(g)的平衡常数为0.4,所以1200℃时反应R(g)+Q(g)

X(g)+Y(g)的平衡常数为

=2.5,D错误。1.百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像

在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高

(如图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a可能使用了催化

剂),即“先拐先平数值大”。图Ⅰ:表示T2>T1,正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动。图Ⅱ:表示p2>p1,增大压强,A的转化率减小,说明正反应是气体分子数增大的反应,增大压强,

平衡逆向移动。5.化学平衡的有关图像图Ⅲ:生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a可能使用了催化

剂;也可能该反应是反应前后气体体积不变的可逆反应,a增大了压强(减小容器的容积)。2.百分含量—压强—温度图像

化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析方法是确定其中一个

变量,讨论另外两个变量之间的关系,即“定一议二”。如图Ⅰ中确定压强为105Pa或107

Pa,则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明正反应是放热反应;若确定温度T

不变,作横坐标的垂线,与两个压强曲线出现交点,分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现,增大压强,生成物C的百分含量增大,说明正反应是气体分子数减小的反应。同

理,可分析图Ⅱ。(1)同一时间段内,不同温度(或压强)图像对于化学反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)

ΔH<0,下图中M点为在此温度下,反应一段时间后达到平衡的状态。在M点之前,由于温度较低,反应速率较慢,反应未达到平衡状态;

在M点之后,由于正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,且反应速率较快,A的百分含

量增大(C的百分含量减小)。

(2)平衡曲线以外的点的意义对于化学反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),图中L曲线上所有的点都是平衡点。E点处A的百分含量大于此压强下平衡体系中A的百分含量,必须向正反应方向进行才能达到平衡

状态;同理,F点必须向逆反应方向进行才能达到平衡状态。反应mA(s)+nB(g)

eC(g)+fD(g)在反应过程中,当其他条件不变时,C的百分含量与温度(T)和压强(p)的关系如图所示。下列叙述正确的是

(

)

A.达到平衡后,加入催化剂,C的百分含量增大B.达到平衡后,增加A的量有利于平衡正向移动n>e+fD.达到平衡后,升高温度,平衡正向移动典例C解析加入催化剂,平衡不移动,A错误;A为固体,增加固体的量平衡不移动,B错误;由图像

可知,增大压强,C的百分含量增大,平衡正向移动,故n>e+f,C正确;由图像可知,升高温度,C的

百分含量减小,平衡逆向移动,D错误。变化观念与平衡思想——运用变化观念与平衡思想解决图像类试题情境探究氮和硫的化合物在生产、生活中具有重要应用。在恒温恒容条件下,1molNO2和足量C发

生反应:2NO2(g)+2C(s)

N2(g)+2CO2(g),测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与总压强的关系如图所示。问题1A、B两点的浓度平衡常数Kc(A)与Kc(B)大小关系?提示平衡常数只受温度影响,A、B两点的温度相同,所以Kc(A)=Kc(B)。问题2A、B、C三点中NO2的平衡转化率最高的是?提示增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,该反应的正反应是气体分子数增大的

反应,所以增大压强,平衡逆向移动,NO2的平衡转化率减小,则A、B、C三点中NO2的平衡转

化率最高的是A点。问题3

C点时该反应的压强平衡常数Kp(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数,分

压=总压×物质的量分数)是多少?提示在C点时,二氧化碳与二氧化氮的浓度相等,根据反应2NO2(g)+2C(s)

N2(g)+2CO2(g)可知,平衡时二氧化碳的浓度为氮气的2倍,所以混合气体中CO2的体积分数为

,NO2的体积分数为

,N2的体积分数为

,所以该反应的压强平衡常数Kp=

=

MPa=2MPa。讲解分析化学平衡图像解题技巧典例呈现在特定环境中有效地处理CO2具有重要的研究价值。CO2的转化途径之一为CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH<0。请回答下列问题:(1)上述反应自发进行的条件为

(“高温”“任意温度”或“低温”)。(2)某实验小组对该反应进行了如下探究:向Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容积均为2L的相同的恒容密

闭容器中分别投入1molCO2、3molH2,同时在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容器中分别加入等量的催

化剂A、催化剂B和催化剂C,控制反应的温度,发生反应。测定在相同时间内CO2的转化率

随温度的变化曲线如图所示。例题

①催化剂对反应的催化效果由强到弱的顺序为

>

>

(选填“A”

“B”或“C”);②b点时v(正)

v(逆)(填“>”“<”