高中新課程選修4《化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡》課件

第三節(jié)（第2課時(shí)）化學(xué)平衡常數(shù)（Equilibriumconstant）人教版高中新課程選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章《化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡》課時(shí)分析與安排人教版化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章《化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡》第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率；（一課時(shí)）第二節(jié)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素；（一課時(shí)）第三節(jié)化學(xué)平衡；（兩課時(shí)）第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向；（一課時(shí)）歸納與總結(jié)；（一課時(shí)）一、新課知識(shí)背景說(shuō)明新課知識(shí)背景說(shuō)明新課知識(shí)背景說(shuō)明新課知識(shí)背景說(shuō)明例如：反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能量變化曲線及活化能Ea(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEac二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素濃度影響：當(dāng)溫度一定，某反應(yīng)的活化能也一定時(shí),濃度增大,分子總數(shù)增加，活化分子數(shù)隨之增多，反應(yīng)速率增大。溫度影響：當(dāng)濃度一定，溫度升高，活化分子分?jǐn)?shù)增多,反應(yīng)速率增大。三、化學(xué)平衡狀態(tài)

(chemicalequilibriumstate)

化學(xué)平衡狀態(tài)的建立化學(xué)平衡狀態(tài)的移動(dòng)舊的平衡破壞了，又會(huì)建立起新的平衡.

如果改變維持化學(xué)平衡的條件（濃度、壓力和溫度），平衡就會(huì)向著減弱這種改變的方向移動(dòng).

LeChatelier原理適用于處于平衡狀態(tài)的體系，也適用于相平衡體系.

1848年，法國(guó)著名科學(xué)家LeChatelier

提出：勒沙特列（LeChatelier

）原理勒沙特列(LeChatelierH,1850-1936)法國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)家巴黎大學(xué)教授.對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：

α,β—反應(yīng)級(jí)數(shù)：若α=1，A為一級(jí)反應(yīng)；β=2，B為二級(jí)反應(yīng)，則α+β=3，總反應(yīng)級(jí)數(shù)為3。α，β必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其值，可以為正整數(shù)，負(fù)整數(shù)或分?jǐn)?shù)。通常α≠a,β≠b。

k—反應(yīng)速率系數(shù)：零級(jí)反應(yīng)mol·L-1·s-1；一級(jí)反應(yīng)s-1；二級(jí)反應(yīng)(mol·L-1)-1·s-1；k不隨濃度而變，但受溫度的影響，通常溫度升高，k增大。一、化學(xué)動(dòng)力學(xué)部分知識(shí)支撐（TheBasisofChemicalDynamics）

aA+bBeE+f

F

該式稱為反應(yīng)速率方程或質(zhì)量作用定律（massactionlaw）

1、質(zhì)量作用定律：

lnk-1/T

圖Arrhenius方程：A—指前參量，又叫指前因子Ea—實(shí)驗(yàn)活化能，單位為kJ·mol-1。

k-T

圖2、反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系（TheRelationshipofRatesandTemperature）兩式相減，整理得到：Arrhenius方程式的應(yīng)用Van’tHoff方程的另一表達(dá)式：改變濃度或壓力能使平衡點(diǎn)改變。溫度的變化，卻可以導(dǎo)致平衡常數(shù)數(shù)值的改變。溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響可以歸納如下：升高溫度，使平衡向吸熱方向移動(dòng)；降低溫度，使平衡向放熱方向移動(dòng)。2、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(standardequilibriumconstant)●當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)rGm(T)負(fù)值越大，則K值越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大；若rGm(T)正值越大，則K值越小，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越小。在一定的溫度（T）時(shí)，上式中rGm(T)、R和T都是定值，即K是一個(gè)常數(shù)，稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；將任意給定態(tài)時(shí)物質(zhì)的Qc或Qp與K進(jìn)行比較，可用來(lái)判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向：若Qc或Qp<K，則rGm<0，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行若Qc或Qp=K，則rGm=0，反應(yīng)處于平衡若Qc或Qp>K，則rGm>0，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行Kθ

是無(wú)量綱的量；Kθ

是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無(wú)關(guān)；標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式必須與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式相對(duì)應(yīng)；pθ是標(biāo)態(tài)壓力，p是各氣體的分壓；Cθ是標(biāo)態(tài)濃度，C是溶液中各物質(zhì)濃度；純物質(zhì)（包括純固體或純液體）不寫(xiě)在平衡常數(shù)表達(dá)式中！3、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式（Thegeneralequilibriumequation）對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：aA(g)+bB(aq)+cC(s)mX(g)+dY(aq)+eZ(l)【例1】向20mL6.8mol·L-1的CaCl2溶液中加入1.0mol·L-1的Na2SO4溶液至不再產(chǎn)生沉淀為止，靜置，將濁液過(guò)濾，向?yàn)V液中加入1.0mol·L-1的Na2CO3溶液，發(fā)現(xiàn)仍產(chǎn)生了白色沉淀，繼續(xù)加入Na2CO3溶液直至過(guò)量，最后將所得沉淀過(guò)濾、烘干并稱重得沉淀質(zhì)量為5.44g。（1）試解釋以上現(xiàn)象產(chǎn)生的原因；（2）此實(shí)驗(yàn)中CaCl2在第一步實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)化率為多少？【提問(wèn)】1、原料的利用率與可逆反應(yīng)正向反應(yīng)的進(jìn)行程度之間有何關(guān)系？2、在工業(yè)生產(chǎn)中常采取何種措施提高價(jià)格較高原料的轉(zhuǎn)化率，以降低生產(chǎn)的成本？3、平衡體系可能用轉(zhuǎn)化率進(jìn)行描述，但很不方便（各不相同），是否可以建立其他更方便的描述形式呢？

起始濃度/mol·dm-3

平衡濃度/mol·dm-3【例2】填寫(xiě)下表中所缺數(shù)據(jù)，并從中找出規(guī)律：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)1473K

CO2H2COH2CO2H2COH2O（1)0.010.01000.0040.004（2)0.010.02000.00780.0078（3)0.010.010.00100.00410.0041（4)000.020.020.01180.0118

CO2H2COH2CO2H2COH2O（1)0.010.01000.0040.0040.0060.0062.3（2)0.010.02000.00220.01220.00780.00782.3（3)0.010.010.00100.00410.00410.00690.00592.4（4)000.020.020.00820.00820.01180.01182.1【結(jié)論】1473K時(shí)，雖然CO2、H2、CO和H2O(g)的起始濃度各不相同，但反應(yīng)達(dá)到平衡后卻是大致相等的。對(duì)于一般可逆反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+gD(g)，當(dāng)它在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，可以得出：K只是溫度的函數(shù)，與反應(yīng)物或生成物的濃度或分壓無(wú)關(guān)；平衡常數(shù)表達(dá)式必須與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式相對(duì)應(yīng)；c是反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)對(duì)應(yīng)的平衡濃度，單位為mol·L-1；純物質(zhì)（包括純固體或純液體）不寫(xiě)在平衡常數(shù)表達(dá)式中！1、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式（Thegeneralequilibriumequation）對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：aA(aq)+bB(aq)+cC(s)mX(aq)+dY(aq)+eZ(l)2、書(shū)寫(xiě)的平衡常數(shù)表達(dá)式應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)

K=c(CO2)在應(yīng)用平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，稀溶液中的水分子濃度可不寫(xiě),水的濃度是一個(gè)常數(shù)，此常數(shù)可歸并到平衡常數(shù)中去。例如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+對(duì)于非水溶液中的反應(yīng)，水的濃度要寫(xiě)入平衡表達(dá)式中，例如：

當(dāng)反應(yīng)中有固體物質(zhì)參加時(shí)，固體的“濃度”常作為常數(shù)歸并入平衡常數(shù)表達(dá)式中，例如：K=c4(H2O)/c4(H2)C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O

Fe3O4+4H23Fe+4H2O【例4】實(shí)驗(yàn)測(cè)得氯氣溶于水后約有三分之一的Cl2發(fā)生歧化轉(zhuǎn)化為鹽酸和次氯酸，求該反應(yīng)的平衡常數(shù)。293K下氯氣在水中的溶解度為0.09mol·L-1。起始/mol·L-10.09000平衡/mol·L-10.09-xxxxx=1/3×0.09=0.03mol·L-1Cl2(l)+H2O(l)Cl-(aq)+HClO(aq)+H+(aq)K愈大，反應(yīng)進(jìn)行得愈完全，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；當(dāng)K值不太大也不太小(如10-3<K<103)時(shí)，反應(yīng)物部分地轉(zhuǎn)化為生成物，也就是我們常說(shuō)的“可逆反應(yīng)”。K愈小，反應(yīng)進(jìn)行得愈不完全，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越?。灰话愕卣f(shuō)，K>105時(shí)，常認(rèn)為該反應(yīng)基本完全進(jìn)行；值得廣大教師注意的是選修4中的化學(xué)平衡常數(shù)還僅僅只是一種平衡常數(shù)的初級(jí)形式，即涉及到的反應(yīng)對(duì)象要么全為氣態(tài)，要么全為溶液態(tài)，至于混合態(tài)的情況，我們暫不要求學(xué)生了解，因此也就不需要講解，但老師自己要清楚！3、平衡常數(shù)的意義只要知道一定溫度下某一反應(yīng)的平衡常數(shù),并且知道反應(yīng)物及生成物的濃度,就能判斷該反應(yīng)是處于平衡狀態(tài),還是向某一方向進(jìn)行。解:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) t0 0.02 0.02 00 t平0.02－x0.02－xxx【例5】反應(yīng)CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，某溫度時(shí)，K=9。CO和H2O的起始濃度皆為0.02mol·dm-3

時(shí)，求CO的平衡轉(zhuǎn)化率。已轉(zhuǎn)化掉的[CO]為0.015mol·dm-3，所以CO此時(shí)的轉(zhuǎn)化率為：二、反應(yīng)商(reactionquotient)對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：aA(aq)+bB(aq)+cC(s)mX(aq)+dY(aq)+eZ(l)任意狀態(tài)下：【設(shè)問(wèn)】反應(yīng)商有什么樣的作用呢？Q稱為反應(yīng)商(reactionquotient)Q<K時(shí)：反應(yīng)正向進(jìn)行Q=K時(shí)：體系處于平衡狀態(tài)Q>K時(shí)：反應(yīng)逆向進(jìn)行反應(yīng)商(reactionquotient)Q可作為反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù).【例6】已知1473K時(shí)，下述反應(yīng)K=2.25。試根據(jù)下表中所列數(shù)據(jù)，確定反應(yīng)可能進(jìn)行的方向：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)1473K

CO2H2COH2

（1）0.0040.0040.0060.006（2）0.0620.0840.0390.279（3）0.1820.0860.0980.359（4）0.0780.1420.2800.120某一狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度/mol·dm-3對(duì)于（1）：Q=2.25=K，