2.2.1化学平衡状态及常数课件高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章

化学反应速率与化学反应平衡第1课时第二节化学平衡合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，原理如下：

如何提高生产效率呢？只要尽力提高化学反应速率生产效率就一定高吗？2NH3

N2

+3H2

催化剂高温、高压化学平衡状态示例分析各物质的起始量/mol充分反应后各物质的量/molN2H2NH3

N2H2NH3

5150394

某温度下，在容积不变的密闭容器中N2与H2反应足够长时间后各物质的量不再改变，数据如下：2NH3

N2

+3H2

催化剂高温、高压合成氨反应有限度，原料无法完全转化只考虑化学反应速率不够，还需考虑如何尽可能多地将原料转化为产品化学平衡状态合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图浓度时间(t)NH3N2H2

正向：N2+3H22NH3逆向：2NH3

N2+3H2NH3N2H2

浓度时间(t)化学平衡状态合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图【思考】1、可逆反应与非可逆反应的区别在哪？（1）可逆反应不能进行到底，反应物的转化率小于100%（2）可逆反应既能向正向进行，也能逆向进行，而且同时发生2、化学平衡状态是什么？在一定条件下，在可逆反应体系中，____________与____________相等，反应物的浓度与生成物的浓度____________，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。正反应速率逆反应速率均保持不变化学平衡状态合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图【思考】3、可用哪个数据定量表示化学平衡？反应物的平衡转化率4、研究化学平衡的意义？反应物的转化率会影响工业生产的产率，通过研究和利用平衡相关知识，便可以解决工业生产中的产率问题，从而降低工业生产成本任何可逆反应在一定条件下都存在反应的限度。达到限度时，反应就停止了吗？v(正)>v(逆)化学平衡状态的建立用速率变化图像表示化学平衡状态的建立理论分析v(正)v(逆)反应速率时间(t)反应处于平衡状态t1v(正)=v(逆)当正、逆反应速率相等时，达到看似不变的“表面静止”状态，但实际反应并未停止，一直在进行中化学平衡状态的建立动态平衡普遍存在理论分析溶解=结晶封闭体系化学平衡状态化学平衡状态的建立特征动态平衡平衡时，各组分的浓度保持一定当外界条件改变，原平衡发生移动研究的对象是可逆反应逆v(正)＝v(逆)≠0(本质)等动定变宏观上微观上如何判断一个可逆的化学反应是否达到了化学平衡状态？3v(N2)＝v(H2)()状态012v正(N2)＝v逆(NH3)()状态02消耗1molN2的同时，生成2molNH3()状态031molH-H键断裂的同时，2molN-H键断裂()状态04单位时间内消耗的N2量是NH3量的两倍()状态05【例1】，请根据所学：判断下列描述的反应状态是否达到平衡。N2+3H22NH3N2、H2、NH3三者共存

()状态06N2、H2、NH3三者浓度相等

()状态07N2、H2、NH3三者浓度之比为1：3：2()状态08体系的总质量不再变化()状态09体系的平均摩尔质量不再变化()状态10【例1】，请根据所学：判断下列描述的反应状态是否达到平衡。N2+3H22NH3反应达到化学平衡的标志a.同一物质的生成速率等于其消耗速率直接标志——“正逆反应速率相等”v正＝v逆

>0c.在化学方程式同一边的不同物质，一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等化学计量数之比各组分的浓度保持一定a.各组分的浓度不随时间的改变而改变b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等反应达到化学平衡的标志间接标志——“变量不变”如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时反应达到平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据随反应进行一定改变的量有______________________当这些量不再变化时，反应达平衡。浓度(反应物\生成物)物质的量(反应物\生成物)质量(固体/液体)颜色(有色物质)转化率(α反)化学平衡状态是可逆反应的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度。转化率(α)=转化的量起始的量×100％量:质量、物质的量、体积、物质的量浓度等化学反应的限度化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率同一可逆反应，改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度各物质的起始量/mol充分反应后各物质的量/molN2H2NH3

N2H2NH3

5150394【例1】某温度下，在容积不变的密闭容器中N2与H2反应达到化学平衡，请根据以下数据计算达到化学平衡时H2的转化率。2NH3

N2

+3H2

催化剂高温、高压N2+3H22NH3起始量/mol变化量/mol平衡量/mol5150264394平衡时H2的转化率α＝

×100%＝40%6mol15mol平衡时反应物的转化率是该条件下反应物能达到的最大转化率反应达到化学平衡的标志间接标志——“变量不变”如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时反应达到平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据反应达到化学平衡的标志其他条件示例：判断下列描述的应状态是否达到平衡。，当n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:1:2时()2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)状态01绝热体系下，，体系温度不变时()2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)状态02不和外界发生热量交换变温变量变量不变，反应达到平衡【例1】可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行：①单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO③用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1④混合气体的颜色不再改变⑤混合气体的密度不再改变⑥混合气体的压强不再改变⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变可说明该反应达到化学平衡状态的是__________。①④⑥⑦在一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？示例分析化学平衡常数N2O4(g)2NO2(g)示例：800℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：

该反应为基元反应，正逆反应的反应速率方程为，v正=k正c(N2O4),v逆=k逆c2(NO2)

平衡时，则有v正=v逆c2(NO2)c(N2O4)K

＝

一定温度下，反应达到化学平衡状态时，生成物浓度的乘积与反应物浓度的乘积的比值是一个定值该结论适用于其他可逆反应吗？化学平衡常数序号起始时的浓度(×10-3mol·L-1)平衡时的浓度(×10-3mol·L-1)平衡时c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)111.976.94405.6170.59412.70212.289.96403.8411.52416.87312.018.40304.5800.97314.8640015.201.6961.69611.8150012.871.4331.43310.0060037.774.2134.21329.34示例分析H2(g)+I2(g)2HI(g)示例分析示例：457.6℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：380628823335410648701653是定值c(CO2)•

c(H2)c(CO)•

c(H2O)不是定值CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2(g)+I2(g)2HI(g)c

(HI)c(H2)•

c(I2)比较两个反应，思考：计算结果的不同可能跟什么因素有关？需要考虑化学计量数？H2(g)+I2(g)2HI(g)c

(HI)c(H2)•

c(I2)2×化学平衡常数序号起始时的浓度(×10-3mol·L-1)平衡时的浓度(×10-3mol·L-1)平衡时c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)111.976.94405.6170.59412.70212.289.96403.8411.52416.87312.018.40304.5800.97314.8640015.201.6961.69611.8150012.871.4331.43310.0060037.774.2134.21329.34示例分析H2(g)+I2(g)2HI(g)示例分析示例：457.6℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：761357646669821197403306再次比较两个反应，如果将反应的书写形式改变，会出现什么结果呢？是定值c(CO2)•

c(H2)c(CO)•

c(H2O)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2(g)+I2(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)HI(g)+HI(g)c

(HI)•c

(HI)

c(H2)•

c(I2)是定值吗？c

(HI)•c

(HI)

c(H2)•

c(I2)是定值？即c2

(HI)

c(H2)•

c(I2)化学平衡常数序号起始时的浓度(×10-3mol·L-1)平衡时的浓度(×10-3mol·L-1)平衡时c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)111.976.94405.6170.59412.70212.289.96403.8411.52416.87312.018.40304.5800.97314.8640015.201.6961.69611.8150012.871.4331.43310.0060037.774.2134.21329.34示例分析H2(g)+I2(g)2HI(g)示例分析示例：457.6℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：48.3848.6149.5448.4848.7148.81在一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值(扣除实验误差)c(H2)•

c(I2)c2

(HI)

该结论适用于其他可逆反应吗？我又来了。。。化学平衡常数示例验证示例：500℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：3H2(g)+N2(g)2NH3(g)序号平衡时的浓度/(

mol·L-1)平衡时c(H2)c(N2)c(NH3)11.150.750.26120.511.000.08731.351.150.41242.431.851.2751.470.750.3766.00×10－2

5.98×10－2

5.71×10－2

5.93×10－2

6.08×10－2

K为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数（只与温度有关）K

＝cp(C)•

cq(D)

cm(A)•

cn(B)对于一般的可逆反应

m

A(g)+n

B(g)p

C(g)+q

D(g)在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足的数学关系式为：化学平衡常数Q

＝cp(C)•

cq(D)

cm(A)•

cn(B)注意：只在平衡时才为K，未达平衡用Q（浓度商表示）书写平衡常数表达式的注意事项化学平衡常数(注意：若化学反应为离子反应，书写其化学平衡常数时应先改写成离子方程式再进行书写)表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应(注意：非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中)固体、液体纯物质的浓度视为常数，在表达式中不出现有气体参与的反应，也可以用平衡分压(总压乘以各物质的物质的量分数)表示平衡常数【例1】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。c2(NH3)K1＝c(N2)•c3(H2)

N2(g)

+3H2(g)2NH3(g)2NH3(g)N2(g)

+3H2(g)反应01反应02N2(g)+H2(g)

NH3(g)1232反应03c2(NH3)K2＝c(N2)•c3(H2)

c(NH3)K3＝c1/2(N2)•c3/2(H2)

反应04Fe3O4(s)+4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g)高温【例1】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。c2(NH3)K1＝c(N2)•c