2.2.1 化学平衡状态 化学平衡常数(共45张PPT).pptx

(共45张PPT)
第二节　化学平衡
第二章　化学反应速率和化学平衡
第1课时 化学平衡状态、化学平衡常数
下列化学反应能否进行到底？
硫的燃烧
酸碱中和反应
二氧化硫的催化氧化
合成氨
动脑想一想
一、化学平衡状态
在相同条件下能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的化学反应称为可逆反应。
特点
双同性
共存性
双向性
反应物 生成物
正反应方向
逆反应方向
在相同条件下，正、逆反应同时进行
反应物和生成物共同存在，反应物转化率<100%
注：在可逆反应的化学方程式中用“ ”代替“ ”。
1.可逆反应
1、分析各选项中的各组反应，其中互为可逆反应的是(　　)
A.2KHCO3→K2CO3＋H2O＋CO2↑ K2CO3＋H2O＋CO2 →2KHCO3
B．CO2＋H2O→H2CO3　 H2CO3→CO2＋H2O
C．NH3＋HCl→NH4Cl　 NH4Cl→NH3↑＋HCl↑
D．2NaCl→ 2Na＋Cl2↑　 2Na＋Cl2→2NaCl
B 　
温馨提示：
判断一个反应是可逆反应的关键是可逆反应必须是在同一条件下进行
【课堂练习】
2.对于可逆反应 ，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间18O原子存在于（ ）　　
A.多余的氧气中
B.生成的三氧化硫中
C.氧气和二氧化硫中
D.二氧化硫、氧气和三氧化硫中
D
3、在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1
B．SO2为0.25 mol·L－1
C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1
D．SO3为0.4 mol·L－1
B
时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(N2) 5 4 3 2 1.2 1 1 1 1
c(H2) 15 12 9 6 3.6 3 3 3 3
c(NH3) 0 2 4 6 7.6 8 8 8 8
在某密闭容器中发生反应：
此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度
此时的反应是否停止了？
此时为何3种物质的浓度保持不变
（1）化学平衡状态的建立
2.化学平衡状态
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
①开始
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
N2 + 3H2 2NH3
v(正) ，v(逆) ；
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
③平衡
②变化
v(正) ，v(逆) ；
v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
v(正)=v(逆) ≠0
N2 + 3H2 2NH3
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
反应物浓度 ，生成物浓度 ；
反应物浓度 ，生成物浓度 ；
反应物浓度 ，生成物浓度 ；
最大
为0
减小
增大
不变
不变
最大
=0
减小
增大
(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
浓度
时间
(a)反应从正向开始
浓度—时间图
H2
N2
NH3
t0
时间
速率
υ正＝ υ逆
化学平衡状态
υ正
υ逆
t0
速率—时间图
浓度
时间
(b)反应从逆向开始
浓度—时间图
t0
H2
N2
NH3
时间
速率
υ正＝ υ逆
化学平衡状态
υ正
υ逆
t0
速率—时间图
在一定条件下的 反应里，当 相等时，反应物和生成物的 均保持不变，即体系的 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。化学平衡是一种动态平衡。
达到化学平衡时，反应达到该条件下物质转化的最大“限度”，即反应物的转化率最大。
α ＝ ×100%
变化量
起始量
转化率：
（1）化学平衡概念：
2.化学平衡状态
可逆
正、逆反应的速率
浓度
组成
定
等
动
变
动态平衡
条件（ 浓度、压强、温度）改变，原平衡状态被破坏，在新的条件下建立新的平衡
υ(正)＝ υ(逆)
研究的对象是可逆反应
逆
υ(正)＝ υ(逆)≠0
各组分的含量保持一定，各组分的浓度保持一定。
（2）化学平衡状态的特征：
前提
实质
外观特征
1、对于可逆反应M＋N Q 达到平衡时，下列说法正确的是（ ）
A. M、N、Q三种物质的浓度一定相等
B. M、N全部变成了Q
C. 反应物和生成物的浓度都保持不变
D. 反应已经停止
C
2、在一定温度下，可逆反应A(g)+3B (g) 2C(g) 达到平衡状态的标志是（ ）
A. C的生成速率和C的分解速率相等.
B. 单位时间内生成1molA同时生成了3molB.
C. A、B、C浓度不再变化.
D. A、B、C的分子个数之比为1：3：2
A C
【课堂练习】
同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须是不同方向的速率
即：
逆向相等
—
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
如aA＋bB
标志一 ：v正=v逆≠0
①用本质特征判断
（3）化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
2、下列各关系式中能说明反应N2＋3H2 2NH3已达平衡状态的是(　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
C
3、下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3已达平衡状态
的是 ( )
A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂
C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂
D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成
AC
即：
变量不变
—
化学反应达到平衡状态
②用宏观特征判断
标志二：各组分的含量保持不变
（注意不是相等，也不是成一定的比值）
①各组分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度保持不变
②各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变
③各反应物的转化率、生成物的产率保持不变
④体系的颜色和温度不变
压强不变
若m+n≠p+q
一 定
若m+n=p+q
不一定
平均摩尔质量不变
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
一 定
不一定
密度不变
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
不一定
不一定
③用“总压强、混合气体密度、气体平均摩尔质量”判断
以恒温恒容条件下mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例
PV=nRT
M＝
m总
n总
ρ＝
m
V
1、一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)＋2Y(g) 2Z(g)一定达到化学平衡状态的是(　　)
①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2
②X、Y、Z的浓度不再发生变化
③容器中的压强不再发生变化
④单位时间内生成 n mol Z，同时生成2n mol Y
A．①②　　　　B．①④ C．②③ D．③④
C
【课堂练习】
2、可逆反应2NO2(红棕色) 　　2NO(无色)＋O2(无色)在密闭容器中反应，达到化学平衡状态的是（ ）
①单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO
③v(NO2):v(NO):v(CO2)= 2: 2: 1
④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
A
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部
3.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);
乙：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
现有下列状态：①混合气体平均相对分子质量不再改变，
②恒温时，气体压强不再改变 ，③各气体组成浓度相等
④体系中温度保持不变
⑤断裂氧氢键速率是断裂氢氢键速率的2倍
⑥混合气体密度不变
⑦单位时间内，消耗水质量与生成氢气质量比为9:1
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是（ )
A.①②⑤ B.③④⑥ C.⑥⑦ D.④⑤
D
M＝
M总
n总
P1
P2
＝
n1
n2
ρ＝
m
V
有固体参加的增体反应
等体反应
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？在457.6℃时反应体系I2(g) + H2(g) 2HI(g)中各物质的浓度如图所示
序号 起始时浓度mol/L 平衡时浓度mol/L 平衡时
c0(H2) c0(I2) c0(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 0.01197 0.006944 0 0.005617 0.0005936 0.01270 48.37
2 0.01228 0.009964 0 0.003841 0.00125 0.01687 48.62
3 0.01201 0.008403 0.0 0.004580 0.0009733 0.01486 49.54
4 0 0 0.01520 0.001696 0.001696 0.01181 48.49
5 0 0 0.01287 0.001433 0.001433 0.01000 48.70
6 0 0 0.03777 0.004213 0.004213 0.02934 48.50
平均值 48.70
从正反应开始
从逆反应开始
计算公式
几乎相等
（2）无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定，
的值也 。
（1）无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时只要温度一定，
的值 。
近似相等
近似相等
（3）分析上表数据可知，该反应在457.6℃达到平衡时，
是一个 。
常数
化学平衡状态时浓度数据分析：
在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，称为浓度商，常用Q表示。
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，
Q=
平衡时的浓度商称化学平衡常数
1.浓度商
二、化学平衡常数
2.化学平衡常数
K=
比较：Q与K关系
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，
在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，该常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示。
②当 说明已达到平衡状态。
概念：
表达式：
Q=
①表达式相同。Q中任意时刻的各组分的浓度而K平衡浓度
Q=K
中c为各组分的平衡浓度，温度一定，K为定值
Fe3O4(s) + 4H2(g)
高温
3Fe(s) + 4H2O(g)
)
H
(
c
)
O
H
(
c
2
4
2
4
K
=
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
K
=
)
Cr2O72-
(
c
)
CrO42-
(
c
2
)
H+
(
c
2
Cr2O72-(aq) +H2O(l） 2CrO42- (aq) +2H+ (aq)
练习1:写出下列可逆反应的K的表达式
K
=
C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O
K
=
注意1：
(1)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看作“1”而不代入公式。
(2)H20的处理
①气态水或非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数。
②稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度视为常数“ 1”而不代入公式
3.书写化学平衡常数注意事项
练习2：写出下列反应的平衡常数K的表达式
① N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
② N2(g) + H2(g) NH3(g)
③ 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
注意观察三者之间的关系！
K1 = = K22
注意2：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
①若反应方向改变，则平衡常数改变。
②若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。
练习3：下列三个反应的平衡常数K之间有什么关系
2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K1
2NO2(g) N2O4 (g) K2
2NO(g) +O2(g) N2O4 (g) K3
K3 = K1 K2
注意3：若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)
小结：
未知方程式③（K3）与已知方程①（K1）可②（K2）的关系
若③=2×①，则K3=K12
若③=
若③=－①，则K3=
若③=①+②，则K3=K1×K2
若③=①-②，则K3=
4.化学平衡常数的意义
a、K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大
c、一般当K＞105时，该反应进行得基本完全
K
=
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数：
化学方程式 平衡常数 K
F2+H2 === 2HF 6.5×1095
Cl2+H2 === 2HCl 2.57×1033
Br2+H2 === 2HBr 1.91×1019
I2+H2 2HI 8.67×102
平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关
K 值越大，说明平衡体系中生成物的比例越大，正反应进行的程度越大 ，即该反应进行得越完全，反应物的转化率越大。
b.K只受温度的影响，与反应物或生成物浓度无关。
5.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度
【例1】在相同的温度下，已知反应：
①N2(g)+O2(g) 2NO(g) 平衡常数K=3.84×10-31
②2SO2(g)+O2 (g) 2SO3平衡常数K=3.1×1026
则在该温度下，两个化学反应的反应程度之间的关系为（ ）
A、①＞② B、①＜②
C、① ＝② D、不能确定
B
K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高；
K值越小，正反应进行的程度越小，反应物的转化率越低。
（2）判断反应进行的方向
在等温条件下，对于一般的可逆反应：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，
Q=
Q＜K，
Q = K，
Q ＞K，
反应向正方向进行
反应达到平衡状态
反应向逆方向进行
Q＞K， v正＜v逆，反应向逆方向进行
【例2】已知反应 的平衡常数K＝1.0，某时刻H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度分别为1.0mol/L，2.0mol/L，1.5mol/L。试回答：
（1）此时反应是否处于平衡状态？
（2）如果不平衡，此时反应朝哪个方向进行？
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
Q＝
c(CO)·c(H2)
c(H2O)
＝
2.0×1.5
1.0
＝3.0mol/L≠K
不处于平衡状态
反应向逆方向进行
若升高温度，K值增大，则正反应为 。
若升高温度，K值减小，则正反应为 。
只有温度变化导致的平衡移动才会使K值变化！
【例3】在一定体积密闭容器中，进行如下反应CO2(g)+H2(g) CO(g) +H2O(g),
其平衡常数Ｋ和温度t的关系如下：
t/ C 700 800 830 1000 1200
k 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(1)该反应为　　　　反应（“吸热”或“放热”）；
(2)若c(CO2) ·c(H2)=c(CO) ·c(H2O),此时温度为 ；
(3)在上述温度下,______℃时,反应物转化率最大。
吸热
830℃
1200
（3）判断反应的热效应
放热反应
吸热反应
[例题1]在某温度下，将H2和I2各0.10mol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)=0.0080mol/L
(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蒸气各
0.20mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度
6.化学平衡常数的相关计算
(1).已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数
三段式法——“始、变、平、列方程”
温度不变，K不变
计算模型——三段式法
(2).知平衡常数和初始浓度求平衡浓度
K=0.25
C(H2)=C(I2)=0.016mol/L C(HI)=0.008mol/L
除了化学平衡常数外，还有没有其他方法能用来表示化学反应进行的限度呢？
反应物的平衡转化率α
某反应物A的转化率(α)＝
该反应物已转化的量
该反应物的起始总量
×100%
＝
CA(始）－CA (平)
CA(始）
×100%
＝
nA(始）－nA (平)
nA(始）
×100%
[例题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 C，达到下列平衡:
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。
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
(3)知平衡常数和初始物质的量求转化率
转化率=×100%
83%
c(CO) : c(H2O) = 1:1 时
CO + H2O CO2 + H2
起始c 1 1 0 0
转化c x x x x
平衡c 1-x 1-x x x
解得 x = 0.5 α(CO)= 50%
α(H2O)= 50%
c(CO) : c(H2O) = 1:4 时
CO + H2O CO2 + H2
起始c 1 4 0 0
转化c x x x x
平衡c 1-x 4-x x x
解得 x = 0.8 α(CO)= 80%
α(H2O)= 20%
[例题3]已知CO(g) + H2O(g) CO2 (g) +H2 (g) 800℃时 K = 1.0 。求恒温恒容体系中，用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4开始，达到平衡时CO和H2O(g)的转化率。
(1-x)(1-x )
x2
K = =1
(1-x)(4-x )
x2
K = =1
增大一种反应物的浓度，能提高另一种反
应物的转化率，而本身的转化率减小
结论：
课堂小结
化学平衡常数
表达式及书写注意事项
意义及影响因素
应用
用浓度商Q与K比较：
Q＜K，反应向正反应方向移动；
Q＝K，反应处于平衡状态；
Q＞K，反应向逆反应方向移动
三段式做有关计算题方法
K越大，反应进行程度越大。只与温度有关
1．下列关于平衡常数K 的说法中，正确的是( )
①平衡常数K 只与反应本身及温度有关　
②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K　
③加入催化剂不改变平衡常数K　
④平衡常数K 只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关
A．①②　 B．②③ C．③④ D．①③
D
2.在某温度下，可逆反应：
mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为Ｋ，下列说法正确的是（　　）
A.K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大．
B.K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大．
C.K随反应物浓度改变而改变．
D.K随温度和压强改变而改变．
A
3.在温度为T时，将NH4HS(s)置于真空容器中，当反应
NH4HS(s) NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得总压强为p，则该反应的压强平衡常数Kp(将平衡常数公式中的平衡浓度用气压分压表示即为Kp)为(　 　)
A．p　 　B．p2　 　C．p2　　 D．p
C
4. 3molA和2.5molB混合于2L的密闭容器中发生反应：
3A(g)+B(g) aC(g)+2D(g)，
5min后达到平衡，已知v(c)=0.05 mol /(min·L)，生成D为1 mol。下列选项正确的是（ ）
A. v (A)=0.1 mol/(L·min) B. a=2
C.平衡时B的转化率为20% D.平衡时压强为起始时的0.8倍
C
5.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g)　　　　　 2NH3(g)(正反应为放热反应)，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间 t 变化的关系如图所示。
下列叙述中正确的是（ ）
A.c点处正反应速率和逆反应速率相等
B.a点的正反应速率比b点的大
C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
D.在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率
1
2
3
B
4
6.已知反应SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2（g）的转化率为50%，试求：在该温度下．
（1）此反应的平衡常数为 ．
（2）若SO2(g)的初始浓度增大到3mol/L，NO2(g)的初始浓度仍为2mol/L，
计算达到平衡状态时，下列物质的浓度及转化率。
①c(SO3)= mol/L;
c(SO2)= mol/L.
②SO2的转化率为 ，
NO2的转化率为 。
1
1.2
0.8
40%
60%