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第一课时
主要研究可逆反应第二节 化学平衡第二章 化学平衡?物理学中:
力平衡—— 两个力大小相等方向相反,合力为零
?生物学中:
生态平衡——出生率 = 死亡率,使得种群密度保持恒定
?化学中:
溶解平衡
溶解平衡过程溶解和结晶两过程是否停止?
在饱和溶液中,升温或加入溶剂对原状态有何影响?
条件改变,原平衡破坏,建立新平衡已知的“平衡” 平衡研究的对象是双方面或双方面以上
“平衡”在于 “等”——动态平衡 蔗糖的溶解平衡未溶溶质已溶溶质V溶V结溶液饱和,达到溶解平衡结
论溶解平衡是一种动态平衡。速率V0时间t..V溶V结t1可逆反应的概念:
同一条件下既能向正向进行,同时又能向逆向进行的反应。
(化学平衡的研究对象是可逆反应;而化学反应速率可以针对任意化学反应)是否所有的化学反应中都存在平衡?可逆反应的特征:
不能向一个方向完全进行到底
(即:反应物的转化率不能达到100%)化学平衡的研究对象——可逆反应课堂练习:D可逆反应的习惯表示法:与书写形式有关正逆反应的热效应大小相等、符号相反:
2SO2+O2=2SO3 + 196.6 KJ
2SO3=2SO2+O2 – 196.6KJ800℃完成反应:2、绘制反应过程中浓度—时间、速率—时间图象
起始点的正、逆反应速率如何?
反应开始后正、逆反应速率的变化趋势如何?
反应到一定程度后(t2 、t3),外界条件不变,各组分浓度为什么不再变化?此时速率是否为零,速率又有什么特点?
3、条件改变原有的平衡还能保持吗?C始(mol/L) 0.01 0.01 0 0
Ct1(mol/L) 0.008 0.008
Ct2(mol/L) 0.005 0.005
Ct3(mol/L) 0.005 0.005
t2、t3时各组分
n百分含量0.002 0.0020.005 0.0050.005 0.00525% 25% 25% 25%1、完成表格———-— ———— ——————————
—— ———————————一、化学平衡状态(化学平衡是动态平衡)化学平衡状态的定义:
一定条件下的可逆反应里,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度(或百分含量)保持不变的状态。平衡特征:
逆
等
动
定
变——可逆反应(或可逆过程)
——V正 =V逆(不同的平衡对应不同的速率)
——动态平衡。达平衡后,正逆反应仍在进行(V正=V逆≠0)
——平衡时,反应混合物中各组分的浓度、百分含量保持不变
——条件改变,平衡发生改变条件、前提、本质、现象(了解)平衡的种类
(1)溶解 - 结晶平衡 KNO3(s) K++NO3--Q
(2)化学平衡N2+3H2 2NH3+Q
(3)电离平衡CH3COOH CH3COO-+H+-Q
(4)沉淀溶解平衡AgCl(s) Ag++Cl--Q
(5)盐类水解平衡
Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+-Q溶解结晶课堂练习:2、将1molN2和3molH2充入密闭容器,使其在一定条件下反应,下列哪一状态一定是达到了平衡状态:
⑴正、逆反应同时进行的状态。 ⑶氨气的生成速率与分解速率相等的状态。 ⑷单位时间内有1molNH3生成的同时,有0.5molN2生成的状态。⑵H2减小的速率等于NH3增加的速率的状态。二、判断化学平衡状态建立的标志达到平衡状态的标志:mA+ nB ≒xC + yD(1)“根本标志:指直接体现平衡定义的描述,有以下两类①速率标志;指“等”即v(正)=v(逆),有两层含义:
a对于同一物质而言:该物质的生成速率它的消耗速率
b对于不同的物质而言:速率之比等于方程中的计量数之比,但必须是不同方向的速率(比如反应物的消耗速率与生成物的消耗速率) ②含量标志:指“定”即反应混合物中各组成成分的含量(体积分数、摩尔分数、物质的量分数等)保持不变(2)“等价标志”指所描述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义常有以下几项:
①反应物的转化率保持不变:②产物的产率保持不变③平衡体系的颜色保持不变④绝热的恒容反应体系中的温度保持不变(3)“不定”标志;指所表述的内容不能表明所有反应均已达到平衡状态;只有在某些特定的情况下才能表示反应已达到化学平衡状态常有以下条目:①体系中气体物质的总质量保持不变②体系中气体物质的总物质的量(或体积或分
子个数)保持不变③体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变④气体的总压强不在发生改变⑤体系中气体的密度不在发生改变1、在一定的温度下,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的分解速率相等
单位时间生成n mol A,同时生成 3n molB
A、B、C的浓度不再变化
A、B、C的分子数之比为1:3:22、下列说法中,可以表示反应N2 (g) +3H2 (g) 2NH3 (g)已达到平衡的是
A、1摩N≡N断裂的同时有3摩H-H键生成
B、1摩N≡N断裂的同时有3摩H-H键断裂
C、1摩N≡N断裂的同时有6摩N-H键生成
D、1摩N≡N断裂的同时有6摩N-H键断裂
ACAD课堂练习:4、对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应可以说明A(气)+B(气) C(气) +D(气)在恒温下已达到平衡状态的是
A 、反应容器中压强不随时间而变化
B、A气体和B气体的生成速率相等
C、A、B、C三种气体的生成速率相等
D、反应混合气体的密度不随时间而变化3、下列叙述表示可逆反应N2 (g) +3H2 (g) 2NH3 (g)一定处于平衡状态的是:
A 、N2、H2、NH3的百分含量相等
B、单位时间消耗A摩N2的同时消耗3A摩H2
C、单位时间内消耗A摩N2的同时生成3A摩H2
D、一定体积的密闭容器中,温度一定时,压强不随时间改变CDC课堂练习:5、在2NO2 (红棕) N2O4 (无色)在可逆反应中,下列状态说明达到平衡状态的标志是(当条件一定):
A、NO2与N2O4浓度相等的状态
B、N2O4处于不再分解状态
C、混合气体的相对平均分子质量保持不变的状态。
D、体系的颜色不再发生改变的状态CD课堂练习:①容器内N2、H2、NH3三者共存
②容器内N2、H2、NH3三者浓度相等
③ 容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2
④t min内生成1molNH3同时消耗0.5molN2
⑤t min内,生成1molN2同时消耗3molH2
⑥ 某时间内断裂3molH-H键的同时,断裂6molN-H键
⑦容器内质量不随时间的变化而变化
⑧容器内压强不随时间的变化而变化
⑨容器内密度不再发生变化
⑩容器内的平均摩尔质量不再发生变化平衡状态的判断能够说明 N2 + 3H2 2NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是 :⑤ ⑥ ⑧ ⑩举例反应mA(g)+nB(g) ≒pC(g)+qD(g)混合物
体系中
各成分
的含量①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定②各物质的质量或各物质的质量分数一定③各气体的体积或体积分数一定④总压强、总体积、总物质的量一定正、逆
反应速率
关系①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA,即v正=v逆②d在单位时间内消耗了m molA同时生成pmolC均指v正③v(A) :v(B):v(C) :v(D)=m:n:p:q v(正)不一定等于v逆④在单位时间内生成了n molB同时消耗qmolD,因均指v逆压强①m+n≠p+q时,总压力一定(其它条件一定)②m+n=p+q时,总压力一定(其它条件一定)混合气体
的平均分
子量①M一定时,只有当m+n≠p+q时② M一定,但m+n=p+q时温度任何化学反应都伴随着能量变化在其它条件不变
的条件下,体系温度一定时体系的
密度密度一定时平衡平衡平衡不一定平衡平衡不一定平衡不一定平衡不一定平衡平衡不一定平衡平衡不一定平衡平衡不一定平衡第二课时
等效平衡实验测定:初始: 0.01mol/L 0.01mol/L 0 0一段时间后: 0.005mol/L 0.005mol/L 0.005mol/L 0.005mol/L速率V0时间t.V正.V逆t1实验测定:某温度下,1升容器中
(密闭、催化剂、高温800℃)
CO + H2O(g)== CO2 + H2初始: 0 0 0.01mol/L 0.01mol/L一段时间后: 0.005mol/L 0.005mol/L 0.005mol/L 0.005mol/L速率V0时间t.V逆.V正t1结论:化学平衡的建立与途径无关例题1: 在相同温度下,有两个容积相同的密闭容器A 和 B,向A中充如2molSO2、1molO2,向B中充入2molSO3,两容器中的反应最终能否达到同一平衡状态?即平衡后各物质的浓度是否相同,各物质的百分含量是否分别相同?B: 2mol A:2mol 1mol 2mol 1mol 结
论 反应最终能达到同一平衡状态。即两个容器中的各物质的量完全相同两个容器中的各物质的百分含量也完全相同 。 思考:还有没有其它解法? A: 2mol B: 2mol 极限转换法三、 等 效 平 衡1、定义: 在相同条件下的可逆反应中,无论从正反应开始还是从逆反应开始,或者正、逆反应同时开始,只要初始时有关物质的量“相当”,则他们可达到同一平衡状态,即平衡时混合物中各物质的浓度相同,各物质的百分含量分别相同,称之为“等效平衡”。化学平衡的建立与途径无关
2、“等效平衡”的判断方法 相同条件下,使用极限转换的方法,即将各种不同的起始量按照方程式完全换成反应物的量或生成物的量,然后比较相应的物质的物质的量是否相等或比例相同。 (1)在恒温恒容下,
①对于反应前后气体分子数不等的反应,只有反应物(或生成物)的物质的量与原平衡相等,才是等效平衡;---等量
②对于反应前后气体分子数相等的反应,只要
反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡相同,即为等效平衡。---等比( 2 ) 在恒温恒压下,
无论反应前后气体分子数是否相等,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡相同,即为等效平衡。---等比
课堂练习:1、对于反应,2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),在500℃,一个标准大气压下(体积可变的密闭容器中,进行六次实验,有关起始量数据如下:
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
1. 2a a 0
2. 0 0 2a
3. a 0.5a a
4. 3a 2a a
5. a 0.5a 3a
6. a a 3a
其中,达到平衡时,属于等效平衡的体系是? 1、2、3 、5及4、6课堂练习:2、在同一固定体积的密闭容器中,
加入2molA和1molB,发生反应:
A(g)+B(g) 3C(g)+D(g),
达到平衡时,C的浓度为Wmol/L,
若维持容器的体积和温度不变,按
下列配比作为起始物质,达到平衡
后,C的浓度仍为Wmol/L的是( )
A、4mol A和2mol B
B、2mol A、1mol B、3mol C和1molD
C、3mol C、1mol D和1molA
D、3mol C和1mol D C ①令A、B、C分别代表初始加入的SO2、O2、SO3的物质的量,若A=0.5, B=____, C=_______0.25 1.5A+C=2 ; 2B+C=2②A、B、C取值必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示,其中一个只含A和C,另一个只含B和C)3:若反应2SO2+O2 2SO3中,起始时SO2 和 O2物质的量分别为2mol和1mol,则在同温、同体积条件下,下列各组能达到同一化学平衡状态的是: 课堂练习:第三课时
有关化学平衡的计算1、基本解题方法: 起始量:平衡后:变化量:mnpaxbxcxm-axn-bxP+cx四、化学平衡的计算相关 qdxq+dx 注
意 ①其中各量为物质的量浓度 ②若体积不变,则其中各量可为物质的量 ③若为气体,温度和压强保持不变,则其中各量可为体积 1、基本解题方法: 起始量:平衡后:变化量:mnpaxbxcxm-axn-bxP+cx四、化学平衡的计算相关 qdxq+dx2、常用关系式: 反应物利用率(或转化率)=实际投入原料量实际利用(或转化)反应物量×100%生成物产率=实际产量理论产量×100%
P13、典型例题: 同温固定容积密闭容器中:V1P2V2n2n1密度1密度2V2V1===记住呦!三步模式A 例题1:你对了吗?练习: 将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g) 2C(g)若经过2秒后测得C的浓度为0.6mol/L,现有下列几种说法:( )
① 用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol.L-1.s-1
② 用物质B表示的反应的平均速率0.6mol.L-1.s-1
③ 2秒时物质A的转化率为70%
④ 2秒时物质B的浓度为0.7mol.L-1其中正确的是:
A、 ① ③ B、① ④ C、② ④ D、③ ④B 例题3:4、某N2和H2的混合气体的平均分子量是氢气的4.25倍,保持高温高压时有部分反应,达到平衡后,混合气体的密度比反应前增加了1/4(设反应前后同温同压)。
问: N2的转化率是多少?
40%例题4:25%0.01moL.L-1.S-1好棒呦!练习:
一定T下,向盛有催化剂的一定体积的密闭容器中,通入一定量的SO3气体,发生分解并达到平衡,测得SO3的分解率为50%,下列说法错误的是:( )
平衡混合气体的平均分子量为64
平衡后压强为起始压强的1.25倍
混合气体的密度自始至终不变
混合气体的平均分子量自始至终不变D4、反应物的转化率与浓度的关系①只增大A的浓度,B的转化率一定提高,而 A的转化率会降低;②若按原比例同时增加A、B的浓度:
a+b = p+q 时, 反应物转化率不变;
a+b < p+q 时, 反应物转化率减小;
a+b > p+q 时, 反应物转化率增大。(2)对于分解反应,即反应物只有一种的反应来说:
如:aA(g) bB(g)+ pC(g)
增大反应物A的浓度时:
a=b+c 时,反应物转化率不变;
a a>b+c 时,反应物转化率增大。练习:
在一密闭容器中充入1molNO2气体,建立如下平衡:2NO2 N2O4 ,,测得NO2转化率为a%。在温度体积不变时,再通入1molNO2气体,待新平衡建立时,测得NO2转化率为 b%。a与b的关系为( )
A.a>b B.a2SO2+O2 2SO3(g)。若A容器保持体积不变,B容器保持压强不变。当A中SO2的转化率为25%时,B中SO2的转化率为:
A、25% B、大于25%
C、小于25% D、无法判断建立平衡的条件——等效平衡4、利用等效平衡的方法解决不等效平衡的问题2、已知700K时,N2+3H2 2NH3 +Q ,现有甲、乙两个容积相等的密闭容器。保持700K条件下,向密闭容器甲中通入1molN2和3molH2,达平衡时放出热量 Q1;向密闭容器乙中通入0.5molN2和1.5molH2,达平衡时放出热量 Q2。则Q、Q1、Q2的大小关系是:
A、 Q = Q1 = 1/2Q2 B、 Q>Q1 >2Q2
C、 Q> 2Q2 > Q1 D、 Q = Q1 = Q23、在容积可变的密闭容器中盛有适量N2和H2的混合气体,在一定条件下反应达到平衡时容积为V升,混合气体NH3占体积的20%,若温度与压强不变,下列推论不正确的是:
A、原N2和H2的混合气体为1.2V升
B、参加反应的N2为0.1L
C、N2和H2的转化率不能确定
D、原混合气体中N2和H2体积比为1:3