(共40张PPT)
第1课时 化学平衡状态
第二节 化学平衡
第二章 化学反应速率与化学平衡
知识回顾
1.什么是可逆反应?可逆反应有哪些特点?
2.如何设计实验证明反应2Fe3+ +2I- 2Fe2+ + I2是可逆反应(试剂任选),请详细叙述实验方案。
活 动
一定温度下,在体积恒为1 L 的密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2反应,在 t=t0时,反应达平衡,c(N2)=0.2 mol/L:
(1)画出体系中各物质的浓度随时间变化的c-t图。
(2)画出v-t图。如何解释反应速率v随时间t的变化趋势?
(1)化学平衡状态:
在一定条件下的可逆反应中,正反应和逆反应的速率相等,反应体系中各组分的浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡的特征:
逆、等、动、定、变
化学平衡状态及其特征
(1)N2的物质的量保持不变;
(2)NH3的浓度保持不变;
(3)混合气体的密度保持不变;
(4)混合气体的平均相对分子质量保持不变;
(5)N2的体积分数保持不变;
(6)体系的总压强保持不变;
(7)断开 1 mol N≡N键的同时生成6 mol N-H键;
(8)2v正(N2)=v正(NH3)
(9) N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1:3:2
思考讨论
对于恒容密闭容器中发生的可逆反应N2+ 3H2 2NH3,判断下列情况下反应是否达平衡?
课堂练习
1.在一定温度下,向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体发生如下反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g),此反应达到平衡的标志是( )
A、容器内压强不随时间变化
B、容器内各物质的浓度不随时间变化
C、容器内X、Y、Z的浓度之比为1:2:2
D、单位时间消耗0.1 mol X的同时生成0.2 mol Z
AB
课堂练习
2、在一定温度下,可逆反应:
A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( )
C的生成速率与C分解的速率相等
B. 单位时间内生成n molA,同时生成3n mol B
C. A、B、C的浓度不再变化
D. A、B、C的分子数比为1:3:2
AC
课堂练习
3、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,表明反应:A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)已达平衡状态的是 ( )
A. 混合气体的压强
B. 混合气体的密度
C. B的物质的量浓度
D. 气体的总物质的量
BC
第2课时 化学平衡常数
第二节 化学平衡
(化学平衡状态的等量描述)
第二章 化学反应速率与化学平衡
活 动
观察所给数据,并进行相关计算。你有什么发现?
800 ℃,在容积不变的密闭容器中发生反应:
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
序号 起始时的浓度 (×10-2 mol·L-1) 平衡时的浓度 (×10-2 mol·L-1) 平衡时
c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) 1 1 1 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5
2 1 3 0 0 0.25 2.25 0.75 0.75
3 0.25 3 0.75 0.75 0.21 2.96 0.79 0.79
1.0
1.0
1.0
表1 800 ℃时反应体系中各物质的浓度
在一定温度下,表1中的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
序号 起始时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
7613
5764
6669
8211
9740
3306
表2 457.6 ℃ 时反应体系H2(g) + I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度
分析思考
序号 起始时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
48.38
48.61
49.54
48.48
48.71
48.81
表2 457.6 ℃ 时反应体系H2(g) + I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度
分析思考
在一定温度下,表2中的反应达到化学平衡状态时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个定值(扣除实验误差)。
序号 平衡时的浓度/( mol·L-1)
平衡时
c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261
2 0.51 1.00 0.087
3 1.35 1.15 0.412
4 2.43 1.85 1.27
5 1.47 0.75 0.376
表3 在500 ℃ 时,3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)反应体系中各物质的浓度
6.00×10-2
5.98×10-2
5.71×10-2
5.93×10-2
6.08×10-2
分析思考
归纳总结
在一定温度下,对于给定的可逆反应,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常数,称为化学平衡常数K,简称平衡常数。
课堂练习
写出下列可逆反应的平衡常数表达式:
Fe3O4(s) + 4H2(g) 3Fe(s) + 4H2O(g)
高温
Cr2O72-(aq)+H2O (l) 2CrO42-(aq)+2H+(aq)
CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
催化剂
课堂练习
写出下列可逆反应的平衡常数表达式:
①2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K1
②2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) K2
课堂练习
写出下列可逆反应的平衡常数表达式:
反应1: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
反应2: 2N2(g) + 6H2(g) 4NH3(g)
反应3: N2(g) + H2(g) NH3(g)
课堂练习
写出下列可逆反应的平衡常数表达式:
①2NO(g) + O2 (g) 2NO2 K1
②2NO2(g) N2O4 K2
③2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K3
分析思考
请根据以下数据,分析影响平衡常数的因素。
H2(g) + I2(g) 2HI(g)不同条件下的平衡常数
序号 起始浓度 (×10-2 mol·L-1) 不同温度下的平衡常数(K ) c(H2) c(I2) c(HI) 457.6 ℃ 425.6 ℃ 25 ℃
1 1.197 0.694 0 48.38 54.51 867
2 1.228 0.996 0 48.61 54.62 867
3 1.201 0.840 0 49.54 54.21 867
4 0 0 1.520 48.48 54.10 867
5 0 0 1.287 48.71 54.42 867
分析思考
1.结合平衡常数的表达式思考,K 的大小表示什么含义?
K =
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g)
2.化学平衡常数很大的反应,化学反应速率一定很快吗?
常温下 K=5×108
合成氨 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
常温下限度较大,但化学反应速率很小
分析思考
对于一个可逆反应,在平衡时各物质的浓度之间的关系:
K =
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g)
在任意时刻的 是否也为一个常数?随着反应的进行,它的值如何变化?
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
课堂练习
例:在容积不变的密闭容器中,将1.0 mol N2与3.0 mol H2混合加热到某温度,达到以下平衡:
N2+ 3H2 2NH3
此时N2 、 H2 、 NH3的浓度分别为0.5 mol/L、1.5 mol/L 、1.0 mol/L 。
(1)求该温度下反应的平衡常数K。
(2)若在该温度下,某反应体系中N2 、 H2 、 NH3的浓度分别为1.0 mol/L、2.0 mol/L 、2.0 mol/L ,此时反应是否达到平衡?
课堂练习
1.在某温度下,将含有H2和I2 (g)各0.10 mol的气体混合物充入容积为10 L的密闭容器中,充分反应并达平衡后,测得c(H2)= 0.0080 mol/L.
(1)计算此时该反应的平衡常数。
(2)在上述温度下,若起始时向该容器中充入H2和I2 (g)各0.20 mol,试求达到平衡时:
①各物质的浓度;②H2的转化率;③I2 (g)的体积分数
课堂练习
2.在容积不变的密闭容器中,将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到830 ℃,达到以下平衡:
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
此时该反应的K为1.0。求达到平衡时CO转化为CO2的转化率。
课堂练习
3.将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中,加热到800 ℃ ,充分反应达到平衡后,测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。
(1)求该反应的平衡常数及平衡时CO的转化率。
(2)在上述温度下,保持CO的量不变,将气态H2O的投料改为0.3 mol,达到平衡时,CO的浓度为多少?CO的转化率为多少?
课堂小结
平衡常数(K )
可逆反应
化学平衡状态
一定条件下
定量表达
与Q 比较判断是否达到平衡
计算平衡时各物质的浓度和反应物的转化率
指定反应,K 只受温度影响
QQ>K
反应
正向进行
反应
逆向进行
K
平衡
第3课时 影响化学平衡的因素
第二节 化学平衡
课堂引入
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,各物质的相关数据如下。
各物质的起始量/mol 化学平衡时各物质的量/mol N2 H2 NH3 N2 H2 NH3
5 15 0 3 9 4
α= ×100% =40%
6 mol
15 mol
平衡时H2的转化率
如何提高平衡时原料的转化率呢?说明思路。
思考讨论
结合所学知识,推测可通过哪些方法改变化学平衡状态?说明你的依据。
化学平衡1
Q = K
不平衡
改变
反应条件
Q ≠ K
一段时间
化学平衡2
由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程,叫做化学平衡的移动。
探讨影响化学平衡的因素
理论分析
若其他条件不变,仅增加反应物的浓度,化学平衡如何移动?仅减小反应物的浓度呢?
研究影响化学平衡的因素
实验验证
教材P36实验【2-1】:浓度对化学平衡的影响
红色
Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3
无色
理论分析
如果增大压强(缩小容积)以下反应各物质的浓度会如何变化?浓度商会如何变化?
研究影响化学平衡的因素
2NO2(g) N2O4(g)
红棕色
无色
实验 (同温度下) 压强 各物质浓度 (mol·L-1) 浓度商 Q 与K的关系 平衡移动 可能的实验现象
NO2 N2O4 原化学平衡容器的容积为V p0 a b Q=K —— ——
压缩容积至V/2 时
扩大容积至2V 时
实验验证
教材P36实验【2-2】:压强对化学平衡的影响
思 考
恒温、恒容和恒温、恒压两种情况下,向已建立化学平衡的体系(有气体参与)中充入“惰性气体”,体系总压强如何改变?化学平衡是否移动?
理论分析
平衡常数K会受到温度的影响,请结合已学知识分析温度对改变对于平衡移动的影响。
研究影响化学平衡的因素
实验验证
教材P39 实验【2-3】:温度对化学平衡的影响
2NO2(g) N2O4(g)
红棕色
无色
H =-56.9 kJ/mol
思考讨论
加入催化剂会使化学平衡发生移动吗?为什么?
研究影响化学平衡的因素
归纳总结
影响化学平衡的因素
改变反应条件 化学平衡移动方向 移动规律
增大反应物浓度
减小反应物浓度
增大压强
减小压强
升高温度
降低温度
向反应物浓度减少的方向
向反应物浓度增大的方向
向压强减小的方向
向压强增大的方向
向温度降低的方向
向温度升高的方向
向吸热反应方向
向放热反应方向
向正反应方向
向逆反应方向
向气体体积缩小方向
向气体体积增大方向
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
这就是勒夏特列原理,也称化学平衡移动原理。
勒夏特列原理
勒夏特列
(1850—1936)
课堂总结
勒夏特列原理
温度
压强
Q 与K
的关系
(定量分析)
(定性分析)
化学平衡的建立
定量研究:化学平衡常数
浓度
改变
化学平衡状态
化学平衡移动