2.2.2化学反应的限度 课件(共53张PPT) 2023-2024学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

(共53张PPT)
化学反应的限度
第二章
化学反应的方向、限度与速率
第2课时
第二节
一、可逆反应
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
注：在可逆反应的化学方程式中用“ ”代替“ ”。
二、化学平衡状态
什么叫化学平衡？
在一恒容的密闭容器中，通入 2mol SO2 和 1mol O2 ，并加入适当催化剂发生反应，思考并回答下列问题：
1、刚开始反应有什么特点？
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
可逆反应
2、反应进行后有什么特点？
3、反应达到平衡有什么特点？
1．化学平衡状态的建立
二、化学平衡状态
(1)开始
c(SO2) 、c(O2)最大，
c(SO3)＝0
2SO2 + O2 2SO3
v(正)最大，v(逆)=0
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
v(正)
v(逆)
(3)平衡
(2)变化
v(正)减小，v(逆)增大
v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
v(正)=v(逆) ≠0
c(SO2) 、c(O2 )减小,
c(SO3)增大
2SO2 + O2 2SO3
c(SO2) 、c(O2 )不变,
c(SO3)不变
2SO2+O2 2SO3
催化剂
△
反应速率
t1
时间（t）
0
反应物浓度最大，生成物浓度为0
反应物浓度不变，生成物浓度不变
反应物浓度减小，生成物浓度增大
时间
浓度
0
c(反)
c(生)
时间
浓度
0
c(生)
c(反)
二、化学平衡状态
t0
在可逆反应中，当 v正 = v逆 时， c反 和 c生 都不再改变，达到一种表面静止的状态；在化学上称之为 化学平衡状态，简称化学平衡。
平衡状态
反应没有停止，即： v正 = v逆 ≠ 0
动态平衡
从外表上看，
反应好象“停止”
2．化学平衡状态的定义
二、化学平衡状态
(1) 逆：研究对象是可逆反应
(2) 等：同一物质 v正 = v逆 ≠ 0
(3) 动：一种动态平衡；化学反应达到平衡时，反应并没有停止。
(4) 定：在平衡混合物中，各组成成分的含量保持不变
(5) 变：当外界条件发生改变，原来的化学平衡就会被破坏，
并在新的条件下建立新的化学平衡。
化学平衡的本质
化学平衡的标志
逆、等、动、定、变
3．化学平衡状态的特征
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
直接依据
（1） V正 =V逆 ≠ 0
（1） V生成（N2）=V消耗（N2）
（2）单位时间内，消耗1molN2，同时生成1molN2
a、用同一物质表示： V消耗 =V生成
例如，一定条件下，可逆反应N2＋3H2 2NH3，对该可逆反应，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示：
b、用不同物质表示：方向相反，各种量之比=系数之比
（3）单位时间内，消耗3mol H2，同时生成1mol N2
二、化学平衡状态
根据各组分的量
首先分析该量是“变量”还是“恒量”，如为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平衡状态的依据；如为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。
即：
变量不变
—
化学反应达到平衡状态
压强、密度、平均相对分子质量、总物质的量、百分含量、温度、颜色等
（2）各组分的浓度（或百分含量）不再变化
间接依据
4．化学平衡状态的判据
变量不变则平衡
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
以 m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 为例
① 混合物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时
各物质的质量或质量分数一定时
各气体的体积或体积分数一定时
一定是化学平衡状态
一定
一定
总体积、总压强、总物质的量一定时
不一定
②体系总压强
PV=nRT
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
以 m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 为例
恒温恒容下且 m＋n=p＋q 时，总压强一定时
不一定平衡
恒温恒容下且 m＋n≠p＋q 时，总压强一定时
一定平衡
PV=nRT
例如：恒容、恒温条件下 ，
C(s)+O2(g) CO2(g) 当体系总压强不变时，
CO2(g)+C(s) 2CO(g) 当体系总压强不变时，
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 当体系总压强不变时，
H2(g)+I2(g) 2HI(g) 当体系总压强不变时，
②体系总压强
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
不一定 平衡
一定 平衡
不一定 平衡
一定 平衡
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
③混合气体的平均相对分子质量( )
一定，且 m+n≠p+q 时
一定，且 m+n=p+q 时
一定平衡
不一定平衡
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
例如： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，
当平均相对分子质量不变时，
CO2(g)+C(s) 2CO(g)
当平均相对分子质量不变时，
③混合气体的平均相对分子质量( )
一定平衡
不一定平衡
一定平衡
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
当平均相对分子质量不变时，
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
ρ
=
m总
V容器
④ 体系的密度( ρ )
恒温恒容条件下，当密度一定时
不一定平衡
间接依据
二、化学平衡状态
4．化学平衡状态的判据
⑤温度
一定平衡
在绝热体系中，当体系温度一定时
⑥颜色
一定平衡
含有色物质的体系，当颜色不再变化时
三、化学平衡常数
化学平衡体系反应物浓度与生成物浓度关系
457.6 ℃时反应体系H2(g)+I2(g) = 2HI(g)中个物质的浓度
起始时各物质的浓度/（mol·L） 平衡时各物质的浓度/（mol·L） 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) c2(HI)/c(H2)·c(I2)
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
c2(HI)/c(H2)·c(I2)平均值 48.70
忽略试验误差，
457.6℃达到平衡时
可以视为常数
三、化学平衡常数
结论2：
结论1：
平衡常数和反应的起始浓度大小无关
= 常数
平衡常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关，即与平衡建立的过程无关
结论3：
温度一定，K值相同
化学平衡常数(K)
三、化学平衡常数
1、 概念：
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，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，这个常数叫做该反应的化学平衡常数
2、 表达式：
例 mA + nB pC + qD
K
=
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
=
cp(C)·cq(D)
cm(A)·cn(B)
3、 单位：
K的单位为(mol·L-1) n；
n=(p+q)-(m+n)
故化学平衡常数没有固定单位
其中c为各组分的
平衡时浓度;
注意规范书写：
c小写，位于左下角；
圆点要实心且显眼。
三、化学平衡常数
(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。
书写化学平衡常数关系式注意事项
(2)水的处理
①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
②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。
Fe3O4(s) + 4H2(g)
高温
3Fe(s) + 4H2O(g)
)
H
(
c
)
O
H
(
c
2
4
2
4
K
=
K
=
)
Cr2O72-
(
c
)
CrO42-
(
c
2
)
H+
(
c
2
Cr2O72-(aq) +H2O(l） 2CrO42- (aq) +2H+ (aq)
C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O
K
=
三、化学平衡常数
书写化学平衡常数关系式注意事项
N2+3H2 2NH3
2NH3 N2+3H2
（3）某温度下
1/2N2+3/2H2 NH3
方程式的系数扩大n倍，K变为Kn；正反应与逆反应的K，互为倒数
三、化学平衡常数
K、ΔH的相关转化
1、(1)2NO(g) + O2 (g) 2NO2 K1
(2)2NO2(g) N2O4 K2
(3)2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K3
K3 =K1 K2
ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为:
K1、K2、K3三者关系为:
ΔH3=ΔH1+ΔH2
结论1：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)
K2 =1/K1
ΔH1、ΔH2二者关系为:
K1、K2二者关系为:
ΔH2= -ΔH1
结论2：同一化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数
2、(1)2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K1
(2)2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) K2
三、化学平衡常数
书写化学平衡常数关系式注意事项
ΔH1、ΔH2二者关系 K1、K2二者关系
相反数 倒数
相加（减） 相乘（除）
倍数 指数
3、(1)1/2N2(g)＋3/2H2(g) NH3(g) K1
(2)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K2
K2 =K12
ΔH1、ΔH2二者关系为:
K1、K2二者关系为:
ΔH2=2ΔH1
结论3：同一化学反应，化学计量数等倍扩大或缩小(n倍)，化学平衡常数成指数倍或开n次方
三、化学平衡常数
化学平衡常数的意义
化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情况下，只受温度影响
K值越大，反应进行得越完全，反应物平衡转化率越高；
K值越小，反应进行越不完全，反应物平衡转化率越低。
一般来说，K>105时，反应就进行得基本完全
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应
三、化学平衡常数
对于一般的可逆反应：
mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
在任意时刻时，
称为浓度商
Q＜K ，反应向正方向进行
Q＝K ，反应处于平衡状态
Q＞K ，反应向逆方向进行
三、化学平衡常数
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
开始（mol/L） 0.010 0.010 0
变化（mol/L）
平衡（mol/L） 0.0080
0.0040
0.0020
0.0020
0.0040
0.0080
K=
C2(HI)
C(H2).C(I2)
=
(0.0040)2
(0.0080)2
=0.25
例. 在某温度下,将H2和I2各0.01mol/L的气态混合物充入10L密闭容器中,充分反
应, 达到平衡后,测得c(H2)=0.008mol/L.
(1) 求反应的平衡常数.
(2) 在上述温度下,将H2和I2各0.20mol的气态混合物充入该密闭容器中, 试求达到
平衡时各物质的浓度.
三、化学平衡常数
(2) 根据题意：c(H2)=0.020mol/L， c(I2)=0.020mol/L
设H2的变化浓度为xmol L-1
H2 + I2 2HI
始 0.020 0.020 0
变
平
2x
x
x
2x
0.020-x
0.020-x
K只随温度发生变化，因此
K=
C2(HI)
C(H2).C(I2)
=
(2x)2
(0.020-x)2
=0.25
解得x=0.0040mol/L
C(H2)=C(I2)=0.016mol/L
C(HI)=0.0080mol/L
四、平衡转化率
用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。
对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)
反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：
课堂练习
例题. 现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)
已知c(H2)始=0.4mol/L，c(I2)始=1mol/L经测定该反应在该温度下的平衡常数K=64，试判断，达平衡状态时，H2的转化率应为多少？
解： 设氢气的转化浓度为xmol/L H2 + I2 2HI
起始浓度/mol·L-1 0.4 1 0
转化浓度/mol·L-1 x x 2x
平衡浓度/mol·L-1 0.4-x 1-x 2x
解得 x=0.385 mol/L，则氢气的转化率为
影响化学平衡的因素
第2课时
第2课时
FACTORS THAT AFFECT CHEMICAL EQUILIBRIUM
温故知新
化学平衡状态有哪些特征？
条件改变，平衡如何变化？是否像影响速率因素一样变化？
逆
等
动
定
变
温故知新
影响化学反应速率的外界条件主要有哪些？
化学反
应速率
浓度
压强
温度
催化剂
一、化学平衡的移动
2. 移动的原因：外界条件发生变化。
V正=V逆≠0
条件改变
V正=V逆≠0
′
′
一定时间
V正 ≠ V逆
′
′
平衡1 不平衡 平衡2
概念：改变外界条件，破坏原有的平衡状态，建立起新的平衡状态的过程。
破坏旧平衡
建立新平衡
一、化学平衡的移动
3. 平衡移动与反应速率的关系
外界条件对化学平衡移动的影响是通过改变反应速率来实现的。条件
改变时:
(1) 若v (正)　　　　v (逆),平衡　　　移动;
(2) 若v (正)>v (逆),平衡向　　　反应方向移动;
(3) 若v (正)=
不
正
逆
二、温度对化学平衡的影响
把NO2和N2O4混合气体通入两只连通的烧瓶，然后用弹簧夹
夹住乳胶管；把一只烧瓶浸泡在热水中，另一只浸泡在
冰水中。观察颜色变化。
实验1
2NO2(g)
(红棕色)
N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ·mol-1
(无色)　
将NO2球浸泡在冰水和热水中
冰水中 热水中
现象 　　　　 　　　　
解释
升温→颜色变深→平衡向吸热方向移动。
降温→颜色变浅→平衡向放热方向移动;
红棕色变浅
其他条件不变时,升高温度平衡向着　　　的方向移动,
降低温度平衡向着　　　　的方向移动。
二、温度对化学平衡的影响
吸热
放热
由于任何反应都伴随着能量(热能)变化，所以对于任一平衡反应，改变温度，平衡一定发生移动。
升高温度，正逆反应速率都加快
降低温度，正逆反应速率都减慢
二、温度对化学平衡的影响
0
v
V正
V逆
V正= V逆
升高温度
aA(g)+bB(g) cC(g)
图象解释
0
v
V正
V逆
V正= V逆
降低温度
ΔH>0
V 正= V 逆
V’正
V’逆
V 正= V 逆
V’逆
V’正
二、温度对化学平衡的影响
0
v
V正
V逆
V正= V逆
升高温度
aA(g)+bB(g) cC(g)
图象解释
0
v
V正
V逆
V正= V逆
降低温度
ΔH<0
V 正= V 逆
V’逆
V’正
V 正= V 逆
V’正
V’逆
三、浓度对化学平衡的影响
将上述溶液平均分装在a、b、c三支试管中, 向b试管中加入少量铁粉, 溶液红色　　　; 向c试管中滴加4滴1 mol·L-1KSCN溶液, 溶液红色　　　。这些现象说明当向平衡混合物中加入铁粉或硫氰化钾溶液后, 平衡混合物的　　　　　发生了变化。
变浅
加深
硫氰化铁
实验
实验操作 向盛有5 mL 0.05 mol·L-1FeCl3溶液的试管中加入5 mL 0.15
mol·L-1KSCN溶液
实验原理 Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3
(浅黄色)　 (无色)　　 (红色)
实验现象 溶液呈　　　　色
红
三、浓度对化学平衡的影响
浓度的改变导致　　　　的改变,但K　　　 , 使Q 　 K,从而导致平衡
移动。
浓度商
不变
≠
在可逆反应达到平衡时,在其他条件不变的情况下:
(1)c (反应物)增大或c (生成物)减小,平衡向　　　　方向移动。
(2)c (反应物)减小或c (生成物)增大,平衡向　　　　方向移动。
结论
正反应
逆反应
理论解释
三、浓度对化学平衡的影响
0
v
t
V(正)
V(逆)
V(正)= V(逆)
V (正)= V (逆)
V’(正)
V’(逆)
平衡状态2
平衡状态1
0
v
t
V(正)
V(逆)
V(正)= V(逆)
V (正)= V (逆)
V’(逆)
V’(正)
平衡状态1
平衡状态2
增大反应物浓度
减小反应物浓度
C反↑ 瞬v正↑、v逆未变 v正＞v逆 正移
C反↓ v正瞬↓、v逆未变 v正＜v逆 逆移
三、浓度对化学平衡的影响
0
v
t
V(正)
V(逆)
V(正)= V(逆)
V (正)= V (逆)
V’(逆)
V’(正)
0
v
t
V正
V逆
V正= V逆
V 正= V 逆
V’正
V’逆
增大C生，平衡逆移
减小C生，平衡正移
C生↑ v逆瞬↑、v正未变 v正＜v逆 逆移
C生↓ v逆瞬↓、v正未变 v正＞v逆 正移
三、浓度对化学平衡的影响
①对平衡体系中的固态和纯液态物质，浓度可看作一个常数，增加或减小固态或液态纯净物的量并不影响ν正、ν逆的大小，所以化学平衡不移动。
②“浓度对化学平衡移动的影响”中的“浓度”是指与反应有关的气体或溶液中实际参加反应的离子的浓度。如FeCl3溶液中滴加KSCN溶液，若增加Cl-或k+的浓度，对化学平衡无影响。
③工业生产中，常通过适当增大成本较低的反应物的浓度来提高成本较高的反应物的转化率，以降低生产成本。
注意
四、压强对化学平衡的影响
(1)若为反应前后气体体积不等的反应,如N2+3H2 2NH3:
增大压强后,平衡向气体计量数和　　 的方向移动;
减小压强后,平衡向气体计量数和　　　　 的方向移动。
减小
增大
(2)若为等体积反应,如H2+I2 2HI: 改变压强后, 平衡　　 　。
不移动
四、压强对化学平衡的影响
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V 正= V 逆
V’正
V’逆
增大压强
aA(g)+bB(g) cC(g) （a+b>c）
图象解释
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V 正= V 逆
V’逆
V’正
减小压强
四、压强对化学平衡的影响
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V 正= V 逆
V’逆
V’正
增大压强
aA(g)+bB(g) cC(g) （a+b图象解释
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V 正= V 逆
V’正
V’逆
减小压强
四、压强对化学平衡的影响
0
v
V正
V逆
V正= V逆
增大压强
aA(g)+bB(g) cC(g) （a+b=c）
图象解释
0
v
V正
V逆
V正= V逆
减小压强
V'逆
V'正
v 正= v 逆
V'逆
V'正
v 正= v 逆
平衡不移动
四、压强对化学平衡的影响
特别提醒
“惰性气体”对化学平衡的影响
(1)恒温恒容条件
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。
充入惰性气体
(2)恒温恒压条件
原平衡体系
容器容积增大，各反应气体的分压减小
各组分的浓度同倍数减小
充入惰性气体
体系中
平衡向气体体积增大的方向移动。
五、催化剂对化学平衡的影响
催化剂可　　　 　地改变正反应速率和逆反应速率,因此催化剂对化学平衡的移动　　　　　。但催化剂可　　　　反应达到平衡所需的时间。
同等程度
没有影响
改变
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V'正
V'逆
v 正= v 逆
六、勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素,平衡就向着能够　　 这种改变的方向移动,这就是　　 　 　，又称为化学平衡移动原理。
减弱
勒夏特列原理
①影响平衡的因素只有浓度、压强、温度三种；
②原理的适用范围是只有一项条件变化的情况（温度或压强
或一种物质的浓度），当多项条件同时发生变化时，情况
比较复杂；
③平衡移动的结果只能减弱（不可能抵消）外界条件的变化。
提示:
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动
总结
六、勒夏特列原理
六、勒夏特列原理
改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
压强(对有气体参加的反应) 反应前后气体体 积改变的反应 增大压强 向气体分子总数
减小的方向移动
减小压强 向气体分子总数
增大的方向移动
反应前后气体体 积不变的反应 改变压强 平衡不移动
温度 升高温度 向吸热反应方向移动
降低温度 向放热反应方向移动
催化剂 同等程度地改变v(正)、v(逆),平衡不移动
六、勒夏特列原理
大
对勒夏特列原理中“减弱"的正确理解
（1）在已达平衡的可逆反应中，若增大某物质的浓度，则平衡向减少该物质的浓度的方向移动，移动的结果是该物质的浓度比原平衡中的浓度　　 .
（2）在已达平衡的可逆反应中，若增大平衡体系的压强(压缩容器体积)，则平衡向减小压强的方向(气体总体积减小的方向)移动，移动的结果是新平衡的压强比原平衡的压强　　 ；
大
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