2.2.1化學(xué)平衡狀態(tài)及常數(shù)課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修1

第二章

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)反應(yīng)平衡第1課時(shí)第二節(jié)化學(xué)平衡合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就，在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問題，原理如下：

如何提高生產(chǎn)效率呢？只要盡力提高化學(xué)反應(yīng)速率生產(chǎn)效率就一定高嗎？2NH3

N2

+3H2

催化劑高溫、高壓化學(xué)平衡狀態(tài)示例分析各物質(zhì)的起始量/mol充分反應(yīng)后各物質(zhì)的量/molN2H2NH3

N2H2NH3

5150394

某溫度下，在容積不變的密閉容器中N2與H2反應(yīng)足夠長時(shí)間后各物質(zhì)的量不再改變，數(shù)據(jù)如下：2NH3

N2

+3H2

催化劑高溫、高壓合成氨反應(yīng)有限度，原料無法完全轉(zhuǎn)化只考慮化學(xué)反應(yīng)速率不夠，還需考慮如何盡可能多地將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品化學(xué)平衡狀態(tài)合成氨反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化示意圖濃度時(shí)間(t)NH3N2H2

正向：N2+3H22NH3逆向：2NH3

N2+3H2NH3N2H2

濃度時(shí)間(t)化學(xué)平衡狀態(tài)合成氨反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化示意圖【思考】1、可逆反應(yīng)與非可逆反應(yīng)的區(qū)別在哪？（1）可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率小于100%（2）可逆反應(yīng)既能向正向進(jìn)行，也能逆向進(jìn)行，而且同時(shí)發(fā)生2、化學(xué)平衡狀態(tài)是什么？在一定條件下，在可逆反應(yīng)體系中，____________與____________相等，反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度____________，即體系的組成不隨時(shí)間而改變，這表明該反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達(dá)到了“限度”，這時(shí)的狀態(tài)我們稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡。正反應(yīng)速率逆反應(yīng)速率均保持不變化學(xué)平衡狀態(tài)合成氨反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化示意圖【思考】3、可用哪個(gè)數(shù)據(jù)定量表示化學(xué)平衡？反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率4、研究化學(xué)平衡的意義？反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率會(huì)影響工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)率，通過研究和利用平衡相關(guān)知識(shí)，便可以解決工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)率問題，從而降低工業(yè)生產(chǎn)成本任何可逆反應(yīng)在一定條件下都存在反應(yīng)的限度。達(dá)到限度時(shí)，反應(yīng)就停止了嗎？v(正)>v(逆)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立用速率變化圖像表示化學(xué)平衡狀態(tài)的建立理論分析v(正)v(逆)反應(yīng)速率時(shí)間(t)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)t1v(正)=v(逆)當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，達(dá)到看似不變的“表面靜止”狀態(tài)，但實(shí)際反應(yīng)并未停止，一直在進(jìn)行中化學(xué)平衡狀態(tài)的建立動(dòng)態(tài)平衡普遍存在理論分析溶解=結(jié)晶封閉體系化學(xué)平衡狀態(tài)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立特征動(dòng)態(tài)平衡平衡時(shí)，各組分的濃度保持一定當(dāng)外界條件改變，原平衡發(fā)生移動(dòng)研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)逆v(正)＝v(逆)≠0(本質(zhì))等動(dòng)定變宏觀上微觀上如何判斷一個(gè)可逆的化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)？3v(N2)＝v(H2)()狀態(tài)012v正(N2)＝v逆(NH3)()狀態(tài)02消耗1molN2的同時(shí)，生成2molNH3()狀態(tài)031molH-H鍵斷裂的同時(shí)，2molN-H鍵斷裂()狀態(tài)04單位時(shí)間內(nèi)消耗的N2量是NH3量的兩倍()狀態(tài)05【例1】，請根據(jù)所學(xué)：判斷下列描述的反應(yīng)狀態(tài)是否達(dá)到平衡。N2+3H22NH3N2、H2、NH3三者共存

()狀態(tài)06N2、H2、NH3三者濃度相等

()狀態(tài)07N2、H2、NH3三者濃度之比為1：3：2()狀態(tài)08體系的總質(zhì)量不再變化()狀態(tài)09體系的平均摩爾質(zhì)量不再變化()狀態(tài)10【例1】，請根據(jù)所學(xué)：判斷下列描述的反應(yīng)狀態(tài)是否達(dá)到平衡。N2+3H22NH3反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志a.同一物質(zhì)的生成速率等于其消耗速率直接標(biāo)志——“正逆反應(yīng)速率相等”v正＝v逆

>0c.在化學(xué)方程式同一邊的不同物質(zhì)，一種物質(zhì)的生成速率與另一種物質(zhì)的消耗速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比b.在化學(xué)方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等化學(xué)計(jì)量數(shù)之比各組分的濃度保持一定a.各組分的濃度不隨時(shí)間的改變而改變b.各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時(shí)間的改變而改變速率必須一個(gè)是正反應(yīng)速率，一個(gè)是逆反應(yīng)速率，且經(jīng)過換算后同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志間接標(biāo)志——“變量不變”如果一個(gè)物理量隨著反應(yīng)的進(jìn)行而改變，當(dāng)其不變時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；隨反應(yīng)的進(jìn)行保持不變的物理量，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)隨反應(yīng)進(jìn)行一定改變的量有______________________當(dāng)這些量不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡。濃度(反應(yīng)物\生成物)物質(zhì)的量(反應(yīng)物\生成物)質(zhì)量(固體/液體)顏色(有色物質(zhì))轉(zhuǎn)化率(α反)化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)的一種特殊狀態(tài)，是在給定條件下化學(xué)反應(yīng)所能達(dá)到或完成的最大程度。轉(zhuǎn)化率(α)=轉(zhuǎn)化的量起始的量×100％量:質(zhì)量、物質(zhì)的量、體積、物質(zhì)的量濃度等化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下的最大轉(zhuǎn)化率同一可逆反應(yīng)，改變條件可以在一定程度上改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的限度各物質(zhì)的起始量/mol充分反應(yīng)后各物質(zhì)的量/molN2H2NH3

N2H2NH3

5150394【例1】某溫度下，在容積不變的密閉容器中N2與H2反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡，請根據(jù)以下數(shù)據(jù)計(jì)算達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率。2NH3

N2

+3H2

催化劑高溫、高壓N2+3H22NH3起始量/mol變化量/mol平衡量/mol5150264394平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率α＝

×100%＝40%6mol15mol平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是該條件下反應(yīng)物能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)化率反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志間接標(biāo)志——“變量不變”如果一個(gè)物理量隨著反應(yīng)的進(jìn)行而改變，當(dāng)其不變時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；隨反應(yīng)的進(jìn)行保持不變的物理量，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志其他條件示例：判斷下列描述的應(yīng)狀態(tài)是否達(dá)到平衡。，當(dāng)n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:1:2時(shí)()2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)狀態(tài)01絕熱體系下，，體系溫度不變時(shí)()2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)狀態(tài)02不和外界發(fā)生熱量交換變溫變量變量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡【例1】可逆反應(yīng)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在恒容密閉容器中進(jìn)行：①單位時(shí)間內(nèi)生成nmolO2的同時(shí)，生成2nmolNO2②單位時(shí)間內(nèi)生成nmolO2的同時(shí)，生成2nmolNO③用NO2、NO和O2的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為2∶2∶1④混合氣體的顏色不再改變⑤混合氣體的密度不再改變⑥混合氣體的壓強(qiáng)不再改變⑦混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變可說明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是__________。①④⑥⑦在一定溫度下，化學(xué)平衡體系中反應(yīng)物濃度與生成物濃度之間有什么關(guān)系呢？示例分析化學(xué)平衡常數(shù)N2O4(g)2NO2(g)示例：800℃，在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：

該反應(yīng)為基元反應(yīng)，正逆反應(yīng)的反應(yīng)速率方程為，v正=k正c(N2O4),v逆=k逆c2(NO2)

平衡時(shí)，則有v正=v逆c2(NO2)c(N2O4)K

＝

一定溫度下，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的乘積與反應(yīng)物濃度的乘積的比值是一個(gè)定值該結(jié)論適用于其他可逆反應(yīng)嗎？化學(xué)平衡常數(shù)序號(hào)起始時(shí)的濃度(×10-3mol·L-1)平衡時(shí)的濃度(×10-3mol·L-1)平衡時(shí)c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)111.976.94405.6170.59412.70212.289.96403.8411.52416.87312.018.40304.5800.97314.8640015.201.6961.69611.8150012.871.4331.43310.0060037.774.2134.21329.34示例分析H2(g)+I2(g)2HI(g)示例分析示例：457.6℃，在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：380628823335410648701653是定值c(CO2)?

c(H2)c(CO)?

c(H2O)不是定值CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2(g)+I2(g)2HI(g)c

(HI)c(H2)?

c(I2)比較兩個(gè)反應(yīng)，思考：計(jì)算結(jié)果的不同可能跟什么因素有關(guān)？需要考慮化學(xué)計(jì)量數(shù)？H2(g)+I2(g)2HI(g)c

(HI)c(H2)?

c(I2)2×化學(xué)平衡常數(shù)序號(hào)起始時(shí)的濃度(×10-3mol·L-1)平衡時(shí)的濃度(×10-3mol·L-1)平衡時(shí)c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)111.976.94405.6170.59412.70212.289.96403.8411.52416.87312.018.40304.5800.97314.8640015.201.6961.69611.8150012.871.4331.43310.0060037.774.2134.21329.34示例分析H2(g)+I2(g)2HI(g)示例分析示例：457.6℃，在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：761357646669821197403306再次比較兩個(gè)反應(yīng)，如果將反應(yīng)的書寫形式改變，會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？是定值c(CO2)?

c(H2)c(CO)?

c(H2O)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2(g)+I2(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)HI(g)+HI(g)c

(HI)?c

(HI)

c(H2)?

c(I2)是定值嗎？c

(HI)?c

(HI)

c(H2)?

c(I2)是定值？即c2

(HI)

c(H2)?

c(I2)化學(xué)平衡常數(shù)序號(hào)起始時(shí)的濃度(×10-3mol·L-1)平衡時(shí)的濃度(×10-3mol·L-1)平衡時(shí)c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)111.976.94405.6170.59412.70212.289.96403.8411.52416.87312.018.40304.5800.97314.8640015.201.6961.69611.8150012.871.4331.43310.0060037.774.2134.21329.34示例分析H2(g)+I2(g)2HI(g)示例分析示例：457.6℃，在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：48.3848.6149.5448.4848.7148.81在一定溫度下，以化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)，生成物平衡時(shí)濃度冪之積與反應(yīng)物平衡時(shí)濃度冪之積的比值是一個(gè)定值(扣除實(shí)驗(yàn)誤差)c(H2)?

c(I2)c2

(HI)

該結(jié)論適用于其他可逆反應(yīng)嗎？我又來了。。。化學(xué)平衡常數(shù)示例驗(yàn)證示例：500℃，在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：3H2(g)+N2(g)2NH3(g)序號(hào)平衡時(shí)的濃度/(

mol·L-1)平衡時(shí)c(H2)c(N2)c(NH3)11.150.750.26120.511.000.08731.351.150.41242.431.851.2751.470.750.3766.00×10－2

5.98×10－2

5.71×10－2

5.93×10－2

6.08×10－2

K為常數(shù)，稱為化學(xué)平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)（只與溫度有關(guān)）K

＝cp(C)?

cq(D)

cm(A)?

cn(B)對(duì)于一般的可逆反應(yīng)

m

A(g)+n

B(g)p

C(g)+q

D(g)在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：化學(xué)平衡常數(shù)Q

＝cp(C)?

cq(D)

cm(A)?

cn(B)注意：只在平衡時(shí)才為K，未達(dá)平衡用Q（濃度商表示）書寫平衡常數(shù)表達(dá)式的注意事項(xiàng)化學(xué)平衡常數(shù)(注意：若化學(xué)反應(yīng)為離子反應(yīng)，書寫其化學(xué)平衡常數(shù)時(shí)應(yīng)先改寫成離子方程式再進(jìn)行書寫)表達(dá)式中的各物質(zhì)的濃度必須為平衡濃度平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫一一對(duì)應(yīng)(注意：非水溶液中發(fā)生的反應(yīng)，若有水參加或生成，則此時(shí)水的濃度不可視為常數(shù)，應(yīng)寫進(jìn)平衡常數(shù)的表達(dá)式中)固體、液體純物質(zhì)的濃度視為常數(shù)，在表達(dá)式中不出現(xiàn)有氣體參與的反應(yīng)，也可以用平衡分壓(總壓乘以各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))表示平衡常數(shù)【例1】寫出下列可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式。c2(NH3)K1＝c(N2)?c3(H2)

N2(g)

+3H2(g)2NH3(g)2NH3(g)N2(g)

+3H2(g)反應(yīng)01反應(yīng)02N2(g)+H2(g)

NH3(g)1232反應(yīng)03c2(NH3)K2＝c(N2)?c3(H2)

c(NH3)K3＝c1/2(N2)?c3/2(H2)

反應(yīng)04Fe3O4(s)+4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g)高溫【例1】寫出下列可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式。c2(NH3)K1＝c(N2)?c