(共9张PPT)
化学平衡状态
第二章 化学反应速率与化学平衡
第2节 化学平衡
一、感受平衡的存在
2021年9月，第十八届北京·密云鱼王文化节拉开帷幕，多年来密云区坚持生态立区，创新引领绿色发展，深化渔业净水和生物保水的理念，在文化节上展示了渔民捕获的多种水库鱼。每年9月25日至次年4月1日为开渔期，这段时间之外为休渔期。
为什么密云水库不能一年四季进行捕鱼呢？
二、寻找化学平衡状态存在的证据
如何寻找化学平衡存在的证据？
FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl
向盛有5mL 0.005mol/L FeCl3溶液的试管中加入5mL 0.015mol/L KSCN溶液，观察实验现象。
溶液呈现红色
此时FeCl3和KSCN恰好完全反应，反应停止？
还是Fe3+、SCN-、Fe(SCN)3均存在，这个化学反应的两个方向都在进行？请设计实验进行验证。
二、寻找化学平衡状态存在的证据
实验用品：0.005mol/L FeCl3溶液、0.015mol/L KSCN溶液、1mol/L FeCl3溶液、1mol/L KSCN溶液、色度计、量筒、试管。
实验目的：探究实验现象不变时，溶液中存在Fe3+、SCN-、Fe(SCN)3。
实验步骤：
5mL 0.005mol/L FeCl3溶液+0.015mol/L KSCN溶液
任务1：探究溶液中是否存在Fe3+、SCN-、Fe(SCN)3？
试管a：
5滴1mol/L KSCN溶液
试管b：
5滴1mol/L FeCl3溶液
试管c：
5滴蒸馏水
对照
观察颜色变化
观察颜色变化
排除稀释对颜色影响
颜色加深
颜色加深
存在Fe3+
存在SCN-
溶液呈现红色
存在Fe(SCN)3
达到平衡了吗？
缺少什么证据？
浓度不再改变
二、寻找化学平衡状态存在的证据
设计实验方案：用肉眼很难分别出溶液颜色变化，利用色度计完成实验。
色度计可以测定溶液吸光度，通常溶液颜色越深，吸光度数值越大。
任务2：探究Fe3+、SCN-、Fe(SCN)3的浓度是否不变？
二、寻找化学平衡状态存在的证据
达到化学平衡时，反应物和生成物都在，反应停止了吗？
已知工业合成氨N2+3H2 2NH3，开始时向体系中通入N2和H2，依据反应物和生成物的浓度变化，分析化学反应速率变化过程。
c(N2) c(H2) v(正) c(NH3) v(逆)
开始
转化
终态
化学平衡状态具有的特征：
逆：一定条件下的可逆反应
等：v(正)=v(逆)≠0
动：动态平衡
定：各组分浓度一定，保持不变
变：条件改变，平衡发生变化
三、化学平衡及问题解决
为什用增加高炉高度的办法不能减少炼铁高炉气中CO的含量？
该措施是否改变了反应条件？
合成氨从实验室研究到实现工业生产，大约经历了150年。直至1909年，德国物理化学家哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5-20MPa和500-600℃下直接合成，反应器出口得到6%的氨，并于科尔斯鲁厄大学建立了一个每小时产80g合成氨的试验装置。但是，在高压、高温及催化剂存在的条件下，氮、氢混合气体每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。为此，哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。
为什么反应物转化率只有6%？
三、化学平衡及问题解决
反应过程中氮气、氢气和氨气之间浓度随实践的变化是怎样的？
合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图
课堂小结
化学平衡状态
化学平衡状态具有的特征：
逆：一定条件下的可逆反应
等：v(正)=v(逆)≠0
动：动态平衡
定：各组分浓度一定，保持不变
变：条件改变，平衡发生变化(共15张PPT)
化学平衡常数
第二章 化学反应速率与化学平衡
第2节 化学平衡
一、化学平衡常数的建构
如何对一定条件下可逆反应的限度进行定量描述？
平衡时各物质浓度之间是否存在一定关系？
25℃时2NO2(g) N2O4(g)体系起始浓度和平衡时各物质的浓度
组别 起始浓度/（mol/L） 平衡浓度/（mol/L） c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4)
1 0.02000 0 0.00632 0.00684
2 0.03000 0 0.00800 0.01100
3 0 0.02000 0.00946 0.01520
4 0 0.10000 0.02280 0.08860
一、化学平衡常数的建构
添加趋势线
一、化学平衡常数的建构
幂函数吻合程度最高
c(N2O4)/c2(NO2)是常数！
一、化学平衡常数的建构
起始时各物质的浓度/(mol ·L- 1) 平衡时各物质的浓度/(mol ·L- 1) 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1.197×10-2 6.944 ×10-3 0 5.617 ×10-3 5.936 ×10-4 1.270 ×10-2
1.228×10-2 9.964 ×10-3 0 3.841 ×10-3 1.524 ×10-3 1.687 ×10-2
1.201×10-2 8.403 ×10-3 0 4.580 ×10-3 9.733 ×10-4 1.486 ×10-2
0 0 1.520×10-2 1.696 ×10-3 1.696 ×10-3 1.181 ×10-2
0 0 1.287×10-2 1.433 ×10-3 1.433 ×10-3 1.000 ×10-2
0 0 3.777×10-2 4.213 ×10-3 4.213 ×10-3 2.934 ×10-2
预测c2(HI)/[c(H2)·c(I2)]或c2(HI)/[c(H2)+c(I2)]是常数
一、化学平衡常数的建构
浓度关系 c2(HI)/[c(H2)·c(I2)] c2(HI)/[c(H2)+c(I2)]
48.37367982 0.025970116
48.61842559 0.053046952
49.53651131 0.039763672
48.48954393 0.041119133
48.69760685 0.034891835
48.4995044 0.102164206
不管初始浓度多大，只要保持反应体系温度不变，达到化学平衡状态后，c2(HI)/[c(H2)·c(I2)]是常数
一、化学平衡常数的建构
起始时各物质的浓度/(mol ·L- 1) 平衡时各物质的浓度/(mol ·L- 1) 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1.197×10-2 6.944 ×10-3 0 5.617 ×10-3 5.936 ×10-4 1.270 ×10-2 48.37
1.228×10-2 9.964 ×10-3 0 3.841 ×10-3 1.524 ×10-3 1.687 ×10-2 48.62
1.201×10-2 8.403 ×10-3 0 4.580 ×10-3 9.733 ×10-4 1.486 ×10-2 49.54
0 0 1.520×10-2 1.696 ×10-3 1.696 ×10-3 1.181 ×10-2 48.49
0 0 1.287×10-2 1.433 ×10-3 1.433 ×10-3 1.000 ×10-2 48.70
0 0 3.777×10-2 4.213 ×10-3 4.213 ×10-3 2.934 ×10-2 48.50
平均值 48.70
一、化学平衡常数的建构
在一定条件下，平衡时反应体系中各物质浓度之间存在规律性有确定的数值——化学平衡常数，用符号K表示。
aA(g)+bB(g) cC(g)＋dD(g)
对于有纯固体或纯液体参与的反应，纯固体或纯液体不列入平衡常数的表达式中。
化学平衡常数
表达式
二、化学平衡常数的特征
根据下表数据，计算不同温度2NO2(g) N2O4(g)， H<0的化学平衡常数，并说明温度对化学平衡常数有什么影响。
温度 起始浓度/（mol/L） 平衡浓度/（mol/L） K=
c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4) 25 0.100 0 0.056 0.022 7.02
60 0.100 0 0.090 0.005 0.617
对于 H<0的化学反应，升高温度化学平衡常数减小，降低温度化学平和常数增大。
二、化学平衡常数的特征
K值的大小表示反应正向进行的程度，K值越大，该反应正向进行程度越大。
卤素元素单质与氢气化合的平衡常数
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
荷兰化学家范特霍夫最早发现平衡常数与温度有关，从热力学原理推导出化学平衡常数随温度变化的关系（范特霍夫方程）。
ln（）=
标准摩尔焓变
R为理想气体常数
某一反应的化学平衡常数K受什么因素影响？
二、化学平衡常数的特征
K只受温度影响，不受初始浓度、压强、催化剂等的影响。
序号 化学反应 K
① N2(g)+H2(g) NH3(g)
② N2(g)+H2(g) 2NH3(g)
③ 2NH3(g) N2(g)+H2(g)
④ FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
⑤ Cr2O72-(aq)+H2O(l) CrO42-(aq)+2H+(aq)
对比①和②，分析反应方程式和平衡常数表达式能得出什么结论？
对比②和③，分析正、逆反应的平衡常数之间有何关系。
观察反应④和⑤，分析平衡常数表达式需要注意什么？
系数
互为倒数
气体、纯液体不列入
三、化学平衡常数的应用
工业上制备水煤气的反应为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)， H<0。830℃时，浓度为0.200mol/L的CO(g)、1.00mol/L的H2O(g)发生上述反应，达到平衡时K=1.0。
已知：平衡转化率α（A）=×100%
（1）在830℃达到平衡时，H2和CO2的浓度分别是多少？CO的转化率是多少？
（2）在830℃达到平衡时，其他条件保持不变，向体系中充入一定量的CO，平衡状态是否发生变化？如果变化，平衡向哪个方向移动？此时K是否发生变化？
（3）为提高该反应的产率，可以采取哪些措施？如果采用改变温度的方法，K是否发生变化？如何变化？
三、化学平衡常数的应用
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始浓度/（mol/L）
转化浓度/（mol/L）
平衡浓度/（mol/L）
0.200
1.00
0
0
x
x
x
x
（0.200-x）
（1.00-x）
x
x
解得：x=1/6
平衡转化率α（CO）=×100%≈83.3%
向体系中充入一定量的CO，平衡正向移动，K不变。
为提高该反应的产率，可采用降温的方法，K变大。
三、化学平衡常数的应用
aA(g)+bB(g) cC(g)＋dD(g)
浓度商
已知830℃时，化学反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，K=1，试推导下列浓度下反应进行的方向：
组别 某一时刻平衡体系中各物质浓度/（mol/L） Q与K关系 反应进行方向
CO H2O CO2 H2 1 0.3 0.5 0.4 0.4 Q2 1.0 0.3 0.5 0.6 Q=K 平衡
3 0.8 1.6 0.7 1.7 Q>K 逆向
一般来说，如果K大于105，通常认为反应进行得较完全；
相反，如果K小于10-5，则认为这个反应很难进行。
课堂小结
化学平衡常数
①固体（s）和纯液体（l）不写入
②K（正反应）=1/K（逆反应）
③同一反应，化学计量数不同，表达式不同
aA(g)+bB(g) cC(g)＋dD(g)
化学平衡常数
①表示反应进行的程度
②计算平衡转化率
③判断反应进行的方向（Q和K的比较）
影响因素
T
书写表达式
应用
