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我们知道在化学反应中,反应物之间是按照化学方程式中的计量关系进行反应的,那么,一个化学反应在实际进行时,反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢?可是后来发现用这个高炉炼铁,所排出的高、 炉气中CO的含量并没有减少,你知道为什 么吗?科学史话 炼铁高炉尾气之谜加高 17世纪后期,人们发现高炉炼铁所排出的高炉气中含有相当量的CO,作为工业革命发源地的英国有些工程师认为----这是由于CO和铁矿石的接触时间不长所造成的,于是在英国耗费了大量资金建造了一个高大的炼铁高炉(如图),以增加CO和铁矿石的接触时间。 科学研究表明,很多化学反应在进行时都具有可逆性,即正向反应和逆向反应在同时进行,只是可逆的程度有所不同并且差异很大而已。N2 + 3H2 2NH3高温高压催化剂例如: 有些化学反应逆向反应进行的程度很小因而可以忽略,把几乎完全进行的反应叫不可逆反应,用“=”号表示。例如:Ba2+ + SO42- = BaSO4↓H+ + OH- = H2O一、可逆反应⒈概念: 在 下,既能向 方向进行,同时又能向 方向进行的反应叫做可逆反应,用“ ”号表示。同一条件 正反应逆反应N2 + 3H2 2NH3高温高压催化剂正反应 ν正逆反应 ν逆消耗N2、H2和生成NH3的反应均可用于表示正反应生成N2、H2和消耗NH3(NH3分解)的反应均可用于表示逆反应H2 + I2 2HI△2SO2 + O2 2SO3催化剂高温⒉特征:⑴同时性⑵同条件⑶可逆性 可逆反应不能进行到底,反应物不能完全转化为生成物,得到的总是反应物与生成物组成的混合物共存于同一体系中,即可逆反应有一定的限度。 可逆反应“不为0”原则⑷普遍性能量类型的转化互逆若正反应放热,则逆反应吸热。⒈对于可逆反应 ,在混合气体中充入一定量的18O2,足够长时间后,18O原子。A.只存在于O2中B.只存在于O2和SO3中C.只存在于O2和SO2中D.存在于O2、SO2和SO3中2SO2 + O2 2SO3催化剂高温饱和溶液中溶质的溶解过程完全停止了吗? 蔗糖分子离开蔗糖表面扩散到水中的速率与溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成为晶体的速率相等时, 蔗糖的溶解达最大程度,达到溶解平衡,即形成了饱和溶液。溶解平衡是一种动态平衡(溶解速率=结晶速率≠0)ν溶解=ν结晶 浓度、 m晶体不变实验:探索蔗糖的溶解平衡ν正(CO)消耗ν逆(CO)生成时间 在容积为1L的密闭容器里,加入0.01molCO和0.01molH2O(g),一定条件下发生反应:速率进行到一定程度,总有那么一刻,……CO + H2O CO2 + H2ν正=ν逆ν正(CO)消耗ν逆(CO)生成时间 在容积为1L的密闭容器里,加入0.01molCO和0.01molH2O(g),一定条件下发生反应:速率ν正=ν逆 这时,CO、H2O的消耗量等于CO2、H2反应生成的CO、H2O的量,……c(CO)、c(H2O)、c(CO2)、c(H2)不再改变CO + H2O CO2 + H2ν正(CO)消耗ν逆(CO)生成时间 在容积为1L的密闭容器里,加入0.01molCO和0.01molH2O(g),一定条件下发生反应:速率ν正=ν逆c(CO)、c(H2O)、c(CO2)、c(H2)不再改变CO + H2O CO2 + H2 虽然反应仍在继续进行,但是这四种物质的浓度均保持不变,达到一种表面静止的状态。⒈定义二、反应进行的限度——化学平衡状态 在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保持不变(达到一种表面静止)的状态,称为 “化学平衡状态”,简称化学平衡。 化学平衡状态是可逆反应在该条件下所能达到或完成的最大程度,即该反应进行的限度。 化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率。⒉适用对象(前提条件):可逆反应⒊实 质:v(正) = v(逆) ≠ 0⒋主要特征:⑴逆:研究对象---可逆反应⑵等:v(正)=v(逆) ----同一物质的生成速率等于它的消耗速率 (针对同一参照物)本 质⑶动:动态平衡(v(正)= v(逆) ≠0)⑷定:反应混合物中各组分的浓度保持不变(一定)------外在标志,各组分的含量保持不变。表面现象⑸变:当条件发生变化时,反应所能达到的限度随之发生变化。原有的化学平衡被破坏,直至在新的条件下建立新的平衡为止。 改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。 所以,化学平衡是一定条件下的平衡。⑴ 1mol 3mol 0mol⑵ 0.5mol 1mol 0mol+0.5mol +2mol⑶ 0mol 0mol 2mol⑹同:化学平衡的建立只与条件有关,与途径无关。条件相同,不管采取何种方式和途径进行, ①无论反应从什么方向开始 ②是一次投料还是分几次投料,只要起始浓度相当,最终均可达到同一平衡状态。N2 + 3H2 2NH3高温高压催化剂补充知识 以xA(g) + yB(g) zC(g)为例,分析化学反应达到平衡状态的标志:⑴直接:①速率标志:v(正) = v(逆)②含量标志:各组分的含量浓度保持不变速率等⒌化学平衡状态的标志:※同一种物质: 该物质的生成速率等于其消耗速率※不同的物质: 速率之比等于方程式中各物质的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。含量定两个方向 同等异比巧记⑥平衡体系的颜色保持不变。⑵间接: 所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义(体系中的某些物理量保持不变)。⑦某化学键的断裂速率和生成速率相等。2NO2 N2O4⑤绝热的恒容反应体系的温度保持不变。④产物的产率保持不变;③反应物的转化率保持不变;②体系中各组分的物质的量、物质的量分数保持不变;①体系中各组分的质量、质量分数保持不变;④气体的密度不再发生改变(恒容密闭容器); 指所表述的内容并不能适用所有反应,只有在某些特定的情况下才能适用。③气体的总压强保持不变(恒容密闭容器);②体系中气体物质的平均相对分子质量、平均摩尔质量保持不变;①反应体系中气体物质的总质量、总体积、总物质的量、分子数保持不变;⑶“特殊”特征:CO + H2O CO2 + H22SO2 + O2 2SO3催化剂高温要根据具体反应具体分析是否达到平衡状态假定反应向右进行01分析物理量A是否改变02分析思路物理量A要变03物理量A不变03若A不变,达到平衡04若A不变,不能说明达到平衡04变 变 定巧记 看其在反应过程中变不变,如果是变化的,则当其一定就是达到平衡状态的标志.⒈在一定温度下,可逆反应 A(气) + 3B(气) 2C(气)达到平衡的标志是( )A.C的生成速率与C分解的速率相等 B.单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolBC.A、B、C的浓度不再变化 D.A、B、C的分子数比为1:3:2AC⒉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AC⒊下列说法中可以充分说明反应: P(气) + Q(气) R(气) + S(气),在恒温下已达平衡状态的是(   ) A.反应容器内压强不随时间变化B. P和S的生成速率相等C.反应容器内P、Q、R、S四者共存 D.反应容器内总物质的量不随时间而变化B知识总结ν正ν逆时间速率ν正=ν逆 一定条件下处于化学平衡的可逆反应,当外界条件发生改变时,平衡状态是否会发生变化呢?交与考思 流条件改变平衡移动平衡被破坏 新平衡一定条件下建立的平衡 化学平衡是一定条件下的平衡,当条件发生变化导致v(正)≠ v(逆)时,原有的化学平衡就被破坏,直至在新的条件下建立新的平衡为止。 可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。⒊平衡移动的标志:⑴反应混合物中各组分的百分含量发生改变 ⑵ v正≠v逆⒈定义:⒉研究对象:已建立平衡状态的体系【提出假设】 影响化学平衡的主要因素是……三、化学平衡的移动浓 度 温 度压 强 催化剂【回忆】影响化学反应速率的外界条件主要有哪些?化学反应速率⒋影响化学平衡的因素探究浓度对化学平衡移动的影响 实验2-5交流•思考根据现象,思考讨论以下问题:滴加5-15滴浓硫酸 滴加5-15滴NaOH溶液⑴浓度对化学平衡移动的影响:实验现象加入浓硫酸c(H+)增大增大生成物浓度⒈化学平衡有无变化?如何判断? ⒉溶液颜色改变说明什么问题?c(Cr2O72-)增大平衡向逆反应方向移动加入浓硫酸反应向着生成Cr2O72-的方向进行Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ 橙色 黄色c(CrO42-)增大加入NaOHc(H+)减小减小生成物浓度加入NaOH反应向着生成CrO42-的方向进行Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ 橙色 黄色平衡向正反应方向移动探究浓度对化学平衡移动的影响 实验2-6 编 号 1 2 步骤1 滴加饱和FeCl3溶液 滴加1mol/LKSCN溶液 现 象 步骤2 滴加氢氧化钠溶液 滴加氢氧化钠溶液 现 象 结 论溶液颜色变深 溶液颜色变深溶液颜色变浅 溶液颜色变浅实验原理交流•思考根据现象,思考讨论以下问题:Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3 (红色)实验现象颜色加深加入FeCl3c(Fe3+)增大平衡向正反应方向移动增大反应物浓度加入KSCN⒈化学平衡有无变化?⒉溶液颜色加深和变浅说明什么问题?c(Fe(SCN)3)增大颜色加深 c(Fe(SCN)3)增大c(SCN-)增大增大反应物浓度平衡向正反应方向移动加入FeCl3反应向着生成Fe(SCN)3的方向进行加入KSCN反应向着生成Fe(SCN)3的方向进行Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3 (红色)v'正 = v'逆v'逆v'正v正= v逆v正v逆0 t1 t2 t3 t(s)Vmol/(L.S)平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ速率-时间关系图:增大反应物的浓度,原因分析 增大反应物的浓度, v正 v逆,平衡向正反应方向移动;浓度对平衡的影响化学平衡向正反应方向移动v(逆)vv(正)tV(正)= V(逆)0 t1①增大反应物浓度t2v(正)v(逆)V(正)=V(逆)t3②减小生成物浓度t2v(正)v(逆)V(正)=V(逆)t30vtv(正)v(逆)V(正) = V(逆)t1速率-时间关系图:浓度对平衡的影响化学平衡向逆反应方向移动v(逆)vv(正)tV(正)= V(逆)0 t1②增大生成物浓度t2v(逆)v(正)V(正)=V(逆)t3①减小反应物浓度t2v(逆)v(正)V(正)=V(逆)t30vtv(正)v(逆)V(正) = V(逆)t1速率-时间关系图:例如: 在二氧化硫转化为三氧化硫的过程中,应该怎样通过改变浓度的方法来提高该反应的程度? ⒈结论: 在工业生产中适当增大廉价的反应物的浓度,使化学平衡向正反应方向移动,从而提高价格较高的原料的转化率,以降低生产成本。⒉意义:③反应物有两种或两种以上, 增大一种物质的浓度, 该物质的平衡转化率降低, 而其他物质的转化率提高。②只要是增大浓度,不论增大的是反应物的浓度,还是生成物的浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态下的反应速率;减小浓度,新平衡状态下的速率一定小于原平衡状态下的反应速率。④反应物只有一种时, 增大反应物的浓度,该物质的平衡转化率不一定提高。①改变固体或纯液体的量对V正、V逆的大小没有影响,所以化学平衡不移动。---对气体、溶液适用。注意:⑵压强对化学平衡的影响:气体实验数据:压强(MPa) 1 5 10 30 60 100NH3 % 2.0 9.2 16.4 35.5 53.6 69.4 NH3的百分含量随着压强的增大而增大,即增大压强,反应向着生成NH3的方向进行。增大压强,平衡向着气体体积减小的方向移动。N2 + 3H2 2NH3高温高压催化剂v正 = v逆v(增大)v(减小)v正 = v逆v正v逆0 t1 t2 t3 t(s)v平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ增压速率-时间关系图:原因分析aA(g) + bB(g) cC(g) a + b c增大压强,平衡向着气体体积减小的方向移动。v正 = v逆v(增大)v(减小)v正 = v逆v正v逆0 t1 t2 t3 t(s)v平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ减压速率-时间关系图:原因分析aA(g) + bB(g) cC(g) a + b c减小压强,平衡向着气体体积增大的方向移动。体积缩小:即气体分子数目减少体积增大:即气体分子数目增多说明: 反应体系中有气体参加且反应前后气体总体积发生改变的反应。⒈前提条件: 对于反应前后气体总体积发生变化的可逆反应,在其它条件不变时,增大压强,会使化学平衡向着气体体积 的方向移动,减小压强,会使化学平衡向着气体体积 的方向移动。缩小增大⒉结论:V(molL-1S-1)T(s)0V正= V逆V'正= V'逆t2 对于反应H2O(g)+CO H2+CO2 ,如果增大压强,反应速率是否改变,平衡是否移动?交流•思考⑴保持体积不变:充入惰性气体,平衡不移动。⑵保持压强不变:充入惰性气体,体积增大,相当于减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动。增大压强探究温度对化学平衡移动的影响实验2-7⑶温度对化学平衡的影响升温 颜色加深 c(NO2)增大c(NO2)增大升温2NO2 N2O4 △H = -56.9 KJ/mol平衡向吸热反应方向移动降温 颜色变浅 c(N2O4)增大c(N2O4)增大降温2NO2 N2O4 △H = -56.9 KJ/mol平衡向放热反应方向移动v正 = v逆v(放热)v(吸热)v正= v逆v正v逆0 t1 t2 t3 t(s)v平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ升温速率-时间关系图:原因分析升高温度,平衡向吸热反应方向移动。2NO2 N2O4 △H = -56.9 KJ/mol(正反应是放热反应)v正 = v逆v(放热)v(吸热)v正 = v逆v正v逆0 t1 t2 t3 t(s)v平衡状态Ⅰ平衡状态Ⅱ降温速率-时间关系图:原因分析降低温度,平衡向放热反应方向移动。2NO2 N2O4 △H = -56.9 KJ/mol(正反应是放热反应)结论:注意: 在其它条件不变的情况下,升高温度,不管是吸热反应还是放热反应,反应速率都增大,但吸热反应增大的倍数大于放热反应增大的倍数,故平衡向吸热反应的方向移动。V(molL-1S-1)0 t2 T(s)V正= V逆⑷催化剂对化学平衡的影响加入催化剂 催化剂不能使化学平衡发生移动;不能改变反应混合物含量;但可以改变达到平衡的时间 可见,要引起化学平衡的移动,必须是由于外界条件的改变而引起V正≠ V逆。 含量tt1 t2V'正= V'逆结论:化学平衡移动方向的速率判断:①若外界条件变化引起v正> v逆: 平衡向正反应方向移动②若外界条件变化引起v正< v逆: 平衡向逆反应方向移动③若外界条件变化引起v正 = v逆: 平衡未被破坏,平衡不移动化学平衡总往反应速率大的方向移动结论:科学史话 1900年,化学家勒沙特列通过计算,认为N2、H2在高压条件下可直接生成氨,接着用实验来验证。但实验过程中发生了爆炸,他没调查事故原因,觉得这实验有危险,放弃了研究。勒沙特列的合成氨实验就这样夭折了。 早在1888年,法国科学家勒夏特列就发现了这其中的规律,并总结出著名的勒夏特列原理,也叫化学平衡移动原理:平衡移动原理 如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、温度、或压强等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。⒈平衡移动的本质:化学平衡为动态平衡,条件改变造成V正≠ V逆⒉平衡移动原理(勒沙特列原理):注意:1.勒夏特列原理的适用范围2.对“减弱这种改变”的正确理解⒊平衡移动原理只能用来判断平衡移动的方向,但不能用来判断建立平衡所需的时间。 只适用于已达平衡的体系,对所有的动态平衡都适用。⑴定性角度:用于判断平衡移动的方向。平衡移动方向与条件改变方向相反。⑵定量角度:平衡移动后结果变化的方向不变,但程度减小。“减弱”并不是“完全消除”这种改变,更不是“扭转”。B⒈已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是( ) ① 生成物的百分含量一定增加② 生成物的产量一定增加③ 反应物的转化率一定增大④ 反应物浓度一定降低⑤ 正反应速率一定大于逆反应速率⑥ 使用了合适的催化剂 A. ① ② B. ② ⑤ C. ③ ⑤ D. ④ ⑥A.m + n p B.A的转化率降低C.平衡向正反应方向移动 D.C的体积分数增加⒉一定量的混合气体在密闭容器中发生反应:m A(g) + nB (g) pC (g) ,达到平衡后,温度不变,将气体体积缩小到原来的1/2,达到新平衡时,C的浓度为原来的1.8倍,则下列说法正确的是( ) B3.在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:a(g) + b(g) 2c(g);△H0x(g) + 3y(g) 2z(g);△H0 进行先关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是( )A.等压使,通入惰性气体,c的物质的量不变B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高C.等容时,通入惰性气体,各反应速率不变D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大A专题化学反应速率、平衡图像 解图像题离不开读图、析图和解答。读图是解题的基础,析图是关键,解答是目的。⑴面:图像形状,横坐标、纵坐标的含义(无论是反应速率图像还是平衡图像)。★解图象题三步曲:一看、二想、三判断⒈“一看”——看图像⑵线:弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平。⑶点:弄清曲线上点的含义,抓住四点(起点、终点、交点、拐点)。 ⑷是否需要作辅助线(等温线、等压线)。⑸看量的变化:⑵“二想”——想规律 与化学原理相联系,联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。⑶“三判断”——通过对比分析,作出正确判断。 根据图像中体现的关系与所学规律进行对比分析,作出符合题目要求的判断。二维图象 物质的量(浓度)— 时间像2min tn/moLCAB看起点和终点 此类图像揭示了体系中某组分浓度在反应过程中的变化情况,应注意各组分曲线的拐点,要看清平衡时反应物的消耗量和生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。 从反应开始到平衡时,该反应物实际减小的浓度对于一般的可逆反应mA + nB pC + qD速率 — 时间图二维图象速率 — 时间图对于一般的可逆反应mA + nB pC + qDtv v正v逆t1 t2一点连续、一点突跃是浓度变化对平衡影响的特征突跃连续二维图象 此类图像揭示了反应速率随时间变化的规律,应抓住曲线的变化趋势,注意看清曲线是连续的、还是跳跃的,并结合有关原理进行推理判断。速率 — 时间图v正=v逆t1 tv对于一般的可逆反应mA + nB pC + qDt1 t2 tvv逆v正突跃二维图象V正V逆V温度速率 — 压强(或温度)图2A(s) + 2B(g) 2C(g) + D(g) △H 0压强VV正V逆二维图象平衡点平衡点三维图象 转化率(含量)— 温度(压强)— 时间图N2 + 3H2 2NH3 ΔH= -92.3kJ/mol 此类图像反映了体系中某组分含量在不同温度(或压强)下随时间的变化趋势。应看清各曲线拐点出现的先后,先出现拐点的曲线先达到平衡,该变化的温度高(压强大)。 先拐先平数字大tα(A)T1T2tT1T2A%转化率(含量)— 温度(压强)— 时间图三维图象⒈先从拐点向横轴作垂线: 先拐先平,温度、压强高。⒉再从拐点向纵轴作垂线:①分析温度、压强升高时,转化率或含量的变化, ② 判断平衡移动的方向,从而确定反应的热效应或物质计量数。解题思路:三维图象 转化率(含量) — 温度 — 压强图像N2 + 3H2 2NH3 ΔH= -92.3kJ/mol■定一议二 图像中有三个量时,先确定横坐标不变,再讨论纵坐标和变量两个量的关系。判断:A转化率温度01.01×107Pa1.01×106Pa1.01×105PaTm + n p + qQ 0等温线竖直做垂线转化率(含量) — 压强 — 温度图像三维图象mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ΔH=QkJ/mol 四维图象 含量 — 压强、温度 — 时间图mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ΔH=QkJ/mol tB%T2 P2T1 P2T1 P1 此类图像反映了体系中某组分含量随温度、压强改变而变化的情况。由于图像中涉及到多因素的改变,应先确定其中一个量不变,再讨论其他量的变化关系。 定一议二tB%T2 P2T1 P2T1 P1◥判断压强高低: P1____P2m + n____p + q判断温度高低: T1___T2 正反应____热< > 吸加压tB%T2 P2T1 P2T1 P1升温四维图象 含量 — 压强、温度 — 时间图mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ΔH=QkJ/mol 六、其它:Tvv逆v正T1 T2• 正反应吸热Tv v正 v逆• 正反应吸热TC%450℃• 正反应放热PA%P1• m+np+q对于反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)例5. 下图是在其它条件一定时,反应 中NO 的最大转化率与温度的关系曲线。图中坐标有A、B、C、D4点,其中表示未达平衡状态且V正V逆的点是 。0ABCDTNO转化率浓度(含量等)-压强(温度等)图2NO + O2 2NO2 △H<0 已知:mM(s)+ nN(g) pQ(g);△H0。在一定温度下平衡时N%与压强的关系如图,下列有关叙述正确的是A.A点时混合物的V正 V逆B.A点比B点反应速率快 C.npD.m+np 在工业生产中,人们经常会遇到各种各样的可逆反应,如合成氨、接触法制硫酸等等。可逆反应具有一定的限度,而反应限度的大小对于工业生产有着直接的影响,如何定量地描述化学反应的限度呢? 当一个可逆反应在一定条件下达到化学平衡状态时,反应物和生成物的浓度之间有没有关系?有什么样的关系?交与考思 流 请同学们阅读教材P28—P29 表中的数据回答下列问题。⒈一定温度下达到平衡时, 的数值有什么特点?⒉ 的结果与起始浓度的大小以及建立平衡的途径有无关系⒊ 表达式中的幂与化学计量数之间有何关联?⒊ 在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也无论起始浓度的大小,最后都能达到化学平衡。幂之积--- 以浓度为底数、化学计量数为指数的幂的乘积 达到平衡时,尽管每种物质的浓度在各个体系中并不一致,但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。 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(简称平衡常数),用K表示。二、化学平衡常数⒈概念: 化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。 cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) K =其中c为各组分达到平衡状态时的浓度⒉数学表达式:对于一般的可逆反应mA + nB pC + qD⒊单位: K只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关,与平衡建立的途径无关。⒋特点:单位为(mol·L-1)n(没有固定单位)×100% =该反应物的起始浓度-该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度⒌意义:教材P29一般当K 105 时,该反应进行得基本完全, K 10-5 时则认为该反应很难进行(逆反应较完全) 化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。 它表示在一定温度下,可逆反应达到平衡时该反应进行的程度(反应的限度)。⑵平衡常数只表示反应进行的程度,不表示反应进行的快慢程度(即速率大,K值不一定大)。注意事项:⑴必须指明温度,反应必须达到平衡状态。Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ 稀溶液中进行的反应,如有水参加,水的浓度不必写在平衡常数表达式中,⒈写出反应的平衡常数表达式,想一想书写平衡常数表达式时需要注意什么问题?⑶固体、纯液体不写在平衡常数表达式中,只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。 一定温度下水溶液中的水不能代入表达式,但非水溶液中的水和气态水要代入表达式。如:Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温3Fe(s) + 4H2O(g) C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) K= N2 + H2 NH3 K31232⒉写出下列可逆反应的平衡常数表达式N2 + 3H2 2NH3 K1高温高压催化剂2NH3 N2 + 3H2 K2高温高压催化剂⑷化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应,可以用不同的化学方程式来表示,每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数、相应的单位。K1 = 1/K2 = K32⑸多重平衡规则 若干可逆反应方程式相加(减),则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之乘积(商)。2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K12NO2(g) N2O4(g) K22NO(g) + O2(g) N2O4(g) KK = K1  K2 例1: 如某温度下,可逆反应mA + nB pC + qD平衡常数为K,若某时刻时,反应物和生成物的浓度关系如下: 化 学 平 衡 常 数 的 应 用⒈利用K值作标准,判断正在进行的可逆反应是否处于平衡状态及不平衡时反应进行的方向。 cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) Q =浓度商其中c为各组分在任意时刻时的浓度Q <K,v正>v逆,反应向正反应方向进行Q >K,v正<v逆,反应向逆反应方向进行 平衡常数只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度,并不能预示反应达到平衡所需要的时间。Q =K,v正=v逆,反应处于平衡状态则: cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) Q = cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) K=⒉利用K值判断反应的热效应⑴若升高温度,K值增大,⑵若升高温度,K值减小,则正反应为吸热反应;则正反应为放热反应;⑴利用平衡常数,求平衡时各组分的浓度.教材P29 例1⑵利用平衡常数,求平衡时反应物的转化率.教材P30 例2⒊化学平衡的有关计算⑴基本模式——“三段式” 运用“三段式”进行化学平衡常数、转化率、物质的量分数、平均相对分子质量等的计算。⑵基本关系①反应物:平衡浓度=起始浓度-转化浓度 ②生成物:平衡浓度=起始浓度+转化浓度 ⒉如果平衡向正方向移动,反应物转化率一定会增大吗? 不一定。这要看平衡向正反应方向移动是由什么条件引起的。如果是通过改变温度、压强或减小生成物浓度引起的平衡右移,则反应物的转化率一定增大。如果是向体系中增加某种反应物的量,造成平衡向正反应方向移动,则转化率的变化要具体分析⒈如果平衡向正方向移动,υ正一定增大吗? 不一定。因为平衡向正反应方向移动的原因是:υ正 >υ逆,尽管υ正 减小,但只要满足υ正 > υ逆平衡就向正反应方向移动。交流•思考浓度/mol·L-1时间/s0.001.002.001.580.21浓度/mol·L-1t2HIH2或I20.001.002.001.580.21t1时间/sHIH2或I2 在425℃时,在1L密闭容器中进行反应: H2+I2 2HI,达到平衡,分别说明下列各图所示的涵义。由图中的事实可以说明化学平衡具有哪些特征? 从正反应开始 从逆反应开始1molH2+1mol I2 2mol HI相当于⑴ 1mol 3mol 0mol⑵ 0.5mol 1mol 0mol+0.5mol +2mol⑶ 0mol 0mol 2mol化学平衡的建立只与条件有关,与途径无关。条件相同,不管采取何种方式和途径进行, ①无论反应从什么方向开始正向开始、逆向开始、从中间某状态开始)②是一次投料还是分几次投料,只要起始浓度相当,最终均可达到同一平衡状态。N2 + 3H2 2NH3高温高压催化剂等 效 平 衡 一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下的同一可逆反应,无论经过何种途径,达到平衡后,平衡混合物中各组分的百分含量(质量分数、体积分数、物质的量分数等)对应相同(但各组分的物质的量、浓度可能不同),这样的化学平衡互称为等效平衡。一、等 效 平 衡⒈含义:⒉分类:⑴完全等同——相同组分的百分含量和物质的量都相同 (等量等比)⑵比例相同——相同组分的百分含量相同、物质的量不等(等比不等量)⒊等效平衡建立的规律⑴恒温恒容 在一定温度下,一个容积固定的密闭容器中发生反应:2A(g) + B(g) 3C(g) + D(g),根据下表有关数据分析恒温、恒容下等效平衡建成的条件。探究等效平衡建成的条件(一)A B C D 平衡时D的体积分数起始加入2mol 1mol 0 0 a%0 0 3mol 1mol a%1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol a%4mol 2mol 0 0 b%(ab)①对于反应前后气体分子数不等的可逆反应,只改变起始加入情况,使用极限转化法将各种情况换算成平衡式左右两边同一边相同反应物或生成物,其物质的量与原平衡相同,则二平衡等效。A B C D 平衡时D的体积分数起始加入2mol 1mol 0 0 a%0 0 3mol 1mol a%1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol a%4mol 2mol 0 0 b%(ab)极限转化(一边倒、投料量相同)产生结果: 各组分百分含量、n、c均相同。等量等效2molSO2 1mol O22molSO2 1mol O22mol SO2 1mol O2开始SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态4mol SO2 2molO2 SO2 a%O2 b%SO3 c%SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态SO2 O2 SO3 平衡状态?恒温恒容 2SO2 + O2 2SO3催化剂高温例1、在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白: ⑴若a=0,b=0,则c=______ 。 ⑵若a=0.5,则b=______c=______。⑶ a、b、c必须满足的一般条件是(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 )____________、___________________。②对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡相同,则二平衡等效。 (投料比相同)例2、在一个固定容积的密闭容器中,保持一定温度进行反应A(g)+B(g) 2C(g),已知加入1molA和2molB,在达到平衡后生成了amolC(见下表已知项),此时C在平衡混合气中的体积分数为x。在相同的实验条件下,填写下表中的空白:n(A)始 n(B)始 n(C)始 n(C)平衡 平衡时C的体积分数已知 1mol 2mol 0 amol x1 2mol 4mol 02 0.5mol 0.5amol x3 2mol 6mol x等比等效⑵恒温恒压 在一定温度下,一个压强恒定的密闭容器中发生反应:2A(g) + B(g) 3C(g) + D(g),根据下表有关数据分析恒温、恒压下等效平衡建成的条件。探究等效平衡建成的条件(二)A B C D 平衡时D的体积分数起始加入2mol 1mol 0 0 a%1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol a%4mol 2mol 0 0 a%2mol 2mol 0 0 b%(a≠b)⑵恒温恒压2A(g) + B(g) 3C(g) + D(g)A B C D 平衡时D的体积分数起始加入2mol 1mol 0 0 a%1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol a%4mol 2mol 0 0 a%2mol 2mol 0 0 b%(a≠b) 改变起始加入情况,使用极限转化法将各种情况换算成平衡式左右两边同一边物质,其物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。产生结果:各组分百分含量、c均相同,n同比例变化 (一边倒、投料比相同)等比等效例3、在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中,保持一定温度和压强,进行以下反应: N2 +3H2 2NH3 。已知加入1molN2和4molH2时达到平衡后生成amol NH3 (见下表“已知”项)。在相同温度、压强下,保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号①~③的状态填写表中的空白。2molSO2 1mol O22molSO2 1mol O22mol SO2 1mol O2开始SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态4molSO2 2molO2 SO2 a%O2 b%SO3 c%SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态恒温恒压SO2 a%O2 b%SO3 c%平衡状态?2SO2 + O2 2SO3催化剂高温条件 等效条件 结果恒温恒容(△n(g)≠0) 恒温恒容(△n(g)=0) 恒温恒压 等效平衡小结投料换算成相同物质表示时量相同两次平衡时各组分百分量、n、c均相同 投料换算成相同物质表示时等比例两次平衡时各组分百分量相同,n、c同比例变化 投料换算成相同物质表示时等比例两次平衡时各组分百分量、c相同,n同比例变化等效思想的应用放 缩法反应A(g)+B(g) C(g);△H0已达平衡,升高温度,平衡逆向移动,当反应一段时间后反应又达平衡,则速率对时间的曲线为 首先要把握大方向,即升温使V正、V逆都变大,所以B不对;再看起点和终点,由于原反应是平衡的(V逆=V正),因而起点相同,又由于再次达到平衡(V正=V逆),因而终点相同,故A不对;由于正反应是放热反应,所以升温使V正和V逆都增大,但逆反应增大得更多,故V逆更大,即V逆的曲线斜率大,故答案为C。变式1A B C D VtV正V逆VtV逆V正VtV逆V正VtV正V逆⒈加热N2O5时,发生下列两个分解反应: N2O5 N2O3+O2 , N2O3 N2O+O2;在1L密闭容器中加热4mol N2O5达到化学平衡时O2的浓度为4.50 mol/L, N2O3的浓度为1.62 mol/L,求其他各物质的平衡浓度。解析:这是一个连续平衡的计算,计算思路为: 第一个反应的平衡量作为第二个反应的起始量解: N2O5 N2O3+O2 N2O3 N2O+O2起变平4mol 0 0 x4mol-xy x-y x+y x–y = 1.62 x +y = 4.50解得: x = 3.06 mol y = 1.44 mol 故:c(N2O5)= (4–3.06)mol/1L=0.94mol/L c(N2O )= 1.44 mol/1L=1.44mol/L x x x x x x0y yy⒉碳酸甲乙酯(CH3OCOOC2H5)是一种理想的锂电池有机电解液,生成碳酸甲乙酯的原理为:C2H5OCOOC2H5(g)+CH3OCOOCH3(g) 2CH3OCOOC2H5(g) 。其他条件相同CH3OCOOCH3 的平衡转化率(α)与温度(T)、反应物配比(R)的关系如下图所示 在密闭容器中将1molC2H5OCOOC2H5和1molCH3OCOOCH3 混合加热到 650 K,利用图中的数据,求此温度下该反应的平衡常数 K。⒈控制化学反应条件的目的控制反应,让反应向我们需要的方向进行。⑵对于有害的反应:抑制①减缓反应速率;②减少甚至消除有害物质的产生,控制副反应的发生;三、化学反应条件的控制⑴对于有利的反应:促进①设法加快反应速率以提高生产或工作效率;②设法促进反应的完成程度以提高原料的利用率或转化率。⒉控制化学反应条件的方法 从反应物浓度、反应温度、压强、催化剂的选择等角度入手,根据化学反应速率和化学平衡理论,同时结合环境保护思想进行分析。交与考思 流⒋如何充分利用煤燃烧后的废气中的热量?⒊应选择什么样的炉(灶)膛材料?理由是什么?⒉空气用量对煤的充分燃烧有什么影响?为什么?⒈煤的状态与煤燃烧的速率有何关系?与煤的充分燃烧有何关系? 粉碎固体原料,以增大其与氧气的接触面,加快反应速率,同时可以提高原料的利用率;空气过量有利于煤的充分燃烧,提高煤的利用率;炉膛应该用隔热、耐高温材料,减少热量的损失;废气中的热量可以加以利用,避免浪费。提高煤的燃烧效率①燃烧时要有适当过量的空气; ※ 固体燃料粉碎,液体燃料雾化⒊提高燃料的燃烧效率⑴尽可能使燃料充分燃烧,提高能量的转化率;②燃料与空气或氧气要有足够大的接触面积。⑵尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能,提高热能的利用率; ⒈加热使反应速率增大,…….⒉减缓或抑制橡胶与塑料老化的速率,延长使用寿命。⒊隔绝空气和水分,防止金属与之反应。⒋使林木与火源脱离接触,防止火势扩大,以利灭火。⒌硅胶可以吸收水分,防止食品、药品受潮变质。交与考思 流

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