第二章化學反應速率與化學平衡221化學平衡狀態(tài)222化學平衡常數(shù)課件-高二上學期化學人教版選擇性必修1

1.結合實例體會可逆反應存在限度，理解化學平衡的特征，發(fā)展“變化觀念與平衡思想”的學科核心素養(yǎng)。2.知道化學平衡狀態(tài)的特征，判斷反應是否達到化學平衡狀態(tài)。學習目標重點難點

第二章化學反應速率與化學平衡第二節(jié)化學平衡第1課時化學平衡狀態(tài)

體會可逆反應存在限度，判斷反應是否達到化學平衡狀態(tài)工業(yè)合成氨是人類科學技術的一項重大突破。如果你準備開一家合成氨的工廠，從化學角度你應該考慮哪些問題來提高生產(chǎn)效益？多快好省反應物的轉(zhuǎn)化率多化學反應速率快效益好，日產(chǎn)量高節(jié)省成本化學平衡化學反應速率化學反應速率與化學平衡綜合運用合成氨工廠寫出合成氨的化學方程式，分析反應的特點？一、可逆反應

在相同條件下能向正反應方向進行同時又能向逆反應方向進行的反應稱為可逆反應。1、定義：

N2+3H22NH3

2、可逆反應的特點：①雙向性：反應物

生成物③共存性：反應物和生成物同時存在。②雙同性：正逆反應是在同一條件下進行的；思考：H2＋O2

2H2O與2H2O

2H2↑＋O2↑互為可逆反應嗎？不是。反應條件不同ABD課堂練習1對于可逆反應來說，在一定條件下反應物不可能全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應只能進行到一定的程度，這就是該化學反應在這個條件下所能達到的限度。即無論進行多長時間，反應物都不可能100％地全部轉(zhuǎn)化為生成物。1.

25℃時，合成氨反應的熱化學方程式為：N2(g)

＋3H2(g)

2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol在該溫度時，取1molN2和3molH2放在密閉容器中，在催化劑存在下進行反應，測得反應放出的熱量總小于92.4kJ。其原因是___________該反應是可逆反應，1molN2和3molH2不能完全化合生成2molNH3，所以，反應放出的熱量總是小于92.4kJ。課堂練習22.將0.2mol·L－1KI溶液和0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等體積混合后，取混合液分別完成下列實驗，能說明溶液中存在化學平衡“2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2”的是(

)A.①和②

B．②和④

C．③和④

D．①和③實驗編號實驗操作實驗現(xiàn)象①滴入KSCN溶液溶液變紅②滴入AgNO3溶液有黃色沉淀生成③滴入K4[Fe(CN)6]溶液有藍色沉淀生成④滴入淀粉溶液溶液變藍D

N2+3H22NH3

2NH3

N2+3H2思考1：以1mol/LN2和3mol/LH2或2mol/LNH3為起始反應物在一定條件下發(fā)生反應。以時間為橫坐標，濃度為縱坐標繪制反應過程中濃度隨時間變化的示意圖。思考2：其他條件一定，結合濃度與速率的關系，以時間為橫坐標，速率為縱坐標繪制反應過程中v正、v逆隨時間變化的示意圖。反應速率v

(正)v

(逆)t1時間（t）0v(正)=v(逆)化學平衡狀態(tài)化學平衡狀態(tài)1．一定條件下，向某密閉容器中投入一定量的X和Y，發(fā)生反應，反應過程中正、逆反應速率v

隨時間t

的變化情況正確的是（）

A．B．

C．D．0v正v逆vt0v逆v正vt0v正v逆vt0v逆v正vtD課堂練習3適用對象：可逆反應內(nèi)在本質(zhì)：v(正)=v(逆)≠0外在標志：反應混合物中各組分的濃度保持不變適用條件：一定條件

一定條件下，可逆反應里，正反應速率和逆反應速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。1.化學平衡狀態(tài)概念二、化學平衡狀態(tài)2.化學平衡狀態(tài)特征：逆：可逆反應（或可逆過程）等：

v正=v逆(不等于零)動：正逆反應均未停止，只是速率相等,是動態(tài)平衡定：平衡時，各組分的濃度保持不變變：條件改變，原平衡被破壞，在新的條件下建立新的平衡。平衡移動怎么判斷反應是否達到化學平衡狀態(tài)？①反應條件，是恒溫恒容、恒溫恒壓，還是絕熱恒容容器；②反應特點，反應前后氣體的物質(zhì)的量是否改變③特殊情況，是否有固體參加或生成，或固體的分解反應。正逆相等，變量不變相等消耗生成n:p消耗m:n例:反應mA(g)+nB(g)=pC(g),達到平衡的標志為：①、A的消耗速率與A的生成速率

②、A的消耗速率與C的速率之比等于③、B的生成速率與C的速率之比等于④、A的生成速率與B的速率之比等于m:p(1)正逆相等3.化學平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)：第一類：mB、nB、CB、質(zhì)量分數(shù)WB、轉(zhuǎn)化率αB、顏色、絕熱容器內(nèi)的溫度等不再變化時，可以證明反應達到了平衡狀態(tài)。第二類：某種氣體的體積分數(shù)（即物質(zhì)的量分數(shù)）不再變化時，要具體分析：（2）變量不變其中的B指的是反應體系中的某一種物質(zhì)，不是整體量絕大多數(shù)情況下，體積分數(shù)不變，可以作為判斷平衡的依據(jù)，個別情況例外。請試著分析此反應中B、C的體積分數(shù)變化A(s)B(g)+C(g)從反應開始起，B、C的體積分數(shù)均為1/2，始終沒有改變，不是變量，不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)。這些都不是某一種物質(zhì)的數(shù)據(jù)，而是所有氣體的整體量。對于這三個量，若反應前后氣體系數(shù)不相等，則可以作為判斷依據(jù)第三類:氣體的總物質(zhì)的量n、體積V、壓強P,要具體分析：A(g)+B(g)2C(g)A(g)+B(g)C(g)氣體的總物質(zhì)的量恒溫恒容時的壓強P減少不變不變減少不變減少恒溫恒壓時的體積V恒容時，凡是有固體參與的反應，其氣體密度都會變第四類：恒溫恒容時，氣體的密度ρ不再變化時，要具體分析ρ=m總v不會變氣體質(zhì)量增加對于反應：A(s)+B(g)C(g)mA+mB=mC

(質(zhì)量守恒）找固體，若方程式中有固體，則氣體總質(zhì)量會變化找固體看氣體系數(shù)第五類：混合氣體的平均摩爾質(zhì)量M,不再變化時，要具體分析M=m總n總A(g)+B(g)2C(g)A(g)+B(g)C(g)A(S)+B(g)C(g)m總n總M不變不變不變不變變變變變不變A正逆相等，變量不變課堂練習4課堂小結化學平衡狀態(tài)可逆反應概念逆、等、動、定、變判斷依據(jù)正逆相等變量不變研究對象特征：1.知道化學平衡常數(shù)的含義，能書寫平衡常數(shù)表達式，能進行化學平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的簡單計算。2.通過化學平衡常數(shù)對化學平衡進行“定量”計算和判斷化學平衡進行的程度及平衡移動方向。學習目標重點難點

第二章化學反應速率與化學平衡第二節(jié)化學平衡第2課時化學平衡常數(shù)通過化學平衡常數(shù)對化學平衡進行“定量”計算和判斷化學平衡進行的程度及平衡移動方向。（密閉容器457.6℃）序號起始時濃度mol/L平衡時濃度mol/L平衡時H2I2HIH2I2HI10.011970.0694400.0056170.00059360.0127020.011350.0090400.003560.001250.0155930.012010.0084030.00.004580.00097330.014864000.015200.0016960.0016960.011815000.012870.0014330.0014330.010006000.037770.0042130.0042130.02934H2(g)+I2(g)?2HI(g)48.3848.6149.5448.4848.7148.81上節(jié)課，我們通過“正逆相等，變量不變?！蹦芏ㄐ耘袛喾磻欠襁_到化學平衡狀態(tài)。這節(jié)課，我們將從定量的角度判斷反應是否達到化學平衡狀態(tài)。【課本P32表2-1】平均值48.71思考1：分析上表，你得出什么結論？結論2：結論1：這個常數(shù)和反應的起始濃度大小無關是個常數(shù)這個常數(shù)與正向建立還是逆向建立平衡無關,即與平衡建立的過程無關。結論3：查閱文獻一、化學平衡常數(shù)1、概念

在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)叫做該反應的化學平衡常數(shù)2、表達式例如：mA+nB?pC+qDK=生成物濃度冪之積反應物濃度冪之積=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)3、單位∴K的單位為(mol·L-1)

n；

n=(p+q)-(m+n)∵濃度的單位為mol·L-1

一般不寫單位！其中c為各組分的平衡時濃度練習1：寫出下列反應的平衡常數(shù)K的表達式①C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)②FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g)③2KClO3(s)?KCl(s)+3O2(g)注意1：反應物或生成物中有固體和純液體存在時，由于其濃度可看做常數(shù)不代入公式。④Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H+練習2：寫出下列反應的平衡常數(shù)K的表達式①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)②N2(g)+

H2(g)?NH3(g)③2NH3(g)?N2(g)+3H2(g)注意1：觀察三者之間的關系！K1=1/K3=K22注意2：化學平衡常數(shù)是指某一具體反應的平衡常數(shù)。若反應方向改變，則平衡常數(shù)改變。若方程式中各物質(zhì)的系數(shù)等倍擴大或縮小，盡管是同一個反應，平衡常數(shù)也會改變。練習3：下列三個反應的平衡常數(shù)K之間有什么關系2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)

K1

2NO2(g)

?N2O4(g)K22NO(g)+O2(g)

?N2O4(g)K3

K3=K1K2注意3：若干方程式相加(減)，則總反應的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積(商)4、意義a、K值越大，表示反應進行的程度越大，反應物轉(zhuǎn)化率也越大b、一般當K＞105時，該反應進行得基本完全K=生成物濃度冪之積反應物濃度冪之積K只受溫度的影響，與其他條件無關，換句話說K只是溫度的函數(shù)下表為298K時，鹵化氫生成反應的平衡常數(shù)：化學方程式平衡常數(shù)KF2+H2

===2HF6.5×1095Cl2+H2

===2HCl2.57×1033Br2+H2

===2HBr1.91×1019I2+H2

?2HI8.67×102反應進行程度的定量依據(jù)平衡常數(shù)的大小，與反應中物質(zhì)的性質(zhì)有關注意4：平衡常數(shù)表示反應進行的程度，不表示反應的快慢，即速率大，K值不一定大。(2)判斷可逆反應是否達到平衡及反應向何方向進行QC＜K，反應向正方向進行QC＝K，反應處于平衡狀態(tài)QC＞K，反應向逆方向進行比較濃度商(Qc)和平衡常數(shù)(K)的大小K=生成物濃度(平衡時)冪之積反應物濃度(平衡時)冪之積Qc=生成物濃度(某時刻)冪之積反應物濃度(某時刻)冪之積＜①當說明某時刻的反應程度沒有平衡時大，也就說明某時刻并沒有達到平衡，且會繼續(xù)向正反應方向進行達到平衡。K=生成物濃度(平衡時)冪之積反應物濃度(平衡時)冪之積Qc=生成物濃度(某時刻)冪之積反應物濃度(某時刻)冪之積＞②當說明某時刻的反應程度超過平衡時的反應程度，那么反應會向逆反應方向進行，“消除超過的部分”以達到平衡。5、應用(1)衡量化學反應進行的程度對于同類型的化學反應，K越大，反應進行的程度越大，一般：K≥105，正反應進行得基本完全練習4：高爐煉鐵中發(fā)生的基本反應如下:

FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g)(條件省略)已知1100℃，K=0.263，某時刻測得高爐中c(CO2)=0.025mol·L-1，c(CO)=0.1mol·L-1在這種情況下：(1)該反應是否處于平衡狀態(tài)_____(填“是”或“否”)；(2)此時反應會向______進行？（填“正向”或“逆向”）；(3)此時化學反應速率是ν正_____ν逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。否正向大于Qc=

c(CO2)c(CO)=

0.025mol·L-10.1mol·L-1=0.25QC＜K，反應向正方向進行(3)利用K可判斷反應的熱效應若升高溫度，K值增大，則反應程度增大，則正反應為吸熱反應；反應正向進行若升高溫度，K值增大，則正反應為吸熱反應；若升高溫度，K值減小，則反應程度減小，則正反應為放熱反應。反應逆向進行若升高溫度，K值減小，則正反應為放熱反應。只有溫度變化導致的平衡移動才會使K值變化！練習5：在一定體積密閉容器中，進行如下反應CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),其平衡常數(shù)Ｋ和溫度t的關系如下：t/oC70080083010001200k0.60.91.01.72.6(1)k的表達式為：

；(2)該反應為

反應（“吸熱”或“放熱”）；(3)若c(CO2)

·c(H2)=c(CO)·c(H2O),此時溫度為

；(4)在上述溫度下,______℃時,反應物轉(zhuǎn)化率最大。c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)吸熱830℃1200練習6：在一定體積的密閉容器中進行如下化學反應:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化學平衡常數(shù)(K)和溫度(t)的關系如下表所示:t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6問題思考:(1)該反應的化學平衡常數(shù)K的表示式是什么?

(2)該反應ΔH>0還是ΔH<0?(3)700℃,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)K是多少?c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)提示:K=

提示:ΔH>0。該反應為吸熱反應(因K隨溫度升高而增大)。提示:該反應平衡常數(shù)與題目中反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，K=

。(4)在800℃時,發(fā)生上述反應,某一時刻測得容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度分別為c(CO2)為2mol·L-1,c(H2)為1.5mol·L-1,c(CO)為1mol·L-1,c(H2O)為3mol·L-1,則下一時刻,反應向哪個方向進行?提示:逆向。判斷反應進行的方向時,可根據(jù)Qc與K的大小關系判斷,此時刻下,Qc==1>0.9,所以反應向逆反應方向進行。c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)起始: a

b

0

0轉(zhuǎn)化: mx

nx

px

qx平衡: a-mx

b-nx

pxqx(1)轉(zhuǎn)化量與化學方程式中各物質(zhì)的計量數(shù)成比例。(2)這里a、b可指物質(zhì)的量、濃度等。6、與平衡常數(shù)有關的計算有關化學平衡計算的基本模式——“三段式法”對于可逆反應達到平衡后各物質(zhì)的濃度變化關系，在計算中注意：（1）反應物：平衡濃度=初始濃度-轉(zhuǎn)化濃度；反應物A:C（A）=c0(A)-△c(A)（2）生成物：平衡濃度=初始濃度+轉(zhuǎn)化濃度生成物D:C（D）=c0(D)+△c(D)（3）各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學方程式中相應的化學計量數(shù)之比?！鱟(A):△c(D)=a:d解(1)根據(jù)題意有:K=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25

H2+I22HIC(始)/mol.L-1

?C/mol.L-1

C(平)/mol.L-1

0.0100.01000.00200.00200.00400.00800.00800.0040練習7：在某溫度下,將H2和I2各0.10mol的氣態(tài)混合物充入10L的密閉容器中,充分反應,達到平衡后,測得C(H2)=0.0080mol/L.(1)求該反應的平衡常數(shù)(2)在上述溫度下,該容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20mol.試求達到化學平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的濃度.解(2)設H2的消耗濃度為x

H2+I22HIC(始)/mol.L-1

0.0200.0200?C/mol.L-1

Xx2xC(平)/mol.L-1

0.020-x0.020-x2xK=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25=(2x)2(0.020-x)2X=0.0040mol/LC(H2)=c(I2)=0.016mol/LC(HI)=0.0080mol/L【課本P32例1】7、平衡轉(zhuǎn)化率

用平衡常數(shù)來表示反應的限度有時不夠直觀，常用平衡轉(zhuǎn)化率α來表示反應限度。對于可逆反應:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反應物A的平衡轉(zhuǎn)化率（該條件最大轉(zhuǎn)化率）可表示：轉(zhuǎn)化率越大，反應越完全！