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1、化学平衡 1 化学平衡状态的概念 特征 2 平衡常数 转化率 3 化学平衡状态的判断依据与方法 4 等效平衡原理 5 化学平衡移动 6 化学平衡图像题 计算题 化学平衡状态 就是在一定条件下 可逆反应里 当正反应 速率与逆反应速率相等 时 反应混合物中各组成成分的百分含量保持 不变的状态 1 定义 强 调 四 点 条件 一定条件 温度 浓度与压强 本质 正反应速率 逆反应速率 现象 各组分百分含量 或质量 浓度 或体积分数 等保持不变 对象 可逆反应 一 化学平衡状态的概念与特征 2 化学平衡状态的特征 2 动 动态平衡 正逆反应仍在进行 3 等 正反应速率 逆反应速率 0 4 定 反应混合物
2、中各组分的浓度保持不变 各组分的百分含量一定 5 变 条件变化 化学平衡状态将被破坏 直 到在新的条件下建立新的平衡 1 逆 研究对象可逆反应 1 定义 在一定温度下 当一个可逆反应达到平衡状 态时 生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之 积的比值是一个常数 这个常数称是该反应的化学平衡常 数 简称平衡常数 用符号K表示 由于该常数是以浓度 幂之积的比值表示 故又称浓度平衡常数 用KC表示 二 化学平衡常数与转化率 对于反应 mA g nB g pC g qD g cp C cq D cm A cn B 平衡常数的数学表达式 K 2 数学表达式 1 如果反应中有固体和纯液体参加 它们的浓
3、度不应写在平衡 关系式中 因为它们的浓度是固定不变的 化学平衡关系式 中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度 如 CaCO3 s CaO s CO2 g CO2 g H2 g CO g H2O l 注意 书写平衡常数关系式的规则 K c CO2 K c CO c CO2 c H2 再如 稀溶液中进行的反应 如有水参加 水的浓度也不必 写在平衡关系式中 如 Cr2O72 H2O 2CrO42 2H K c CrO42 2c H 2 c Cr2O72 又如 非水溶液中的反应 如有水生成或有水参加反应 此时水 的浓度不可视为常数 必须表示在平衡关系式中 如酒精和醋酸 的液相反应C2H5OH CH3CO
4、OH CH3COOC2H5 H2O K c CH3COOC2H5 c H2O c C2H5OH c CH3COOH 例 N2 g 3 H2 g 2NH3 g K1 1 60 10 5 1 2N2 g 3 2 H2 g NH3 g K2 3 87 10 2 K1 K2 K1 K22 2 同一化学反应 可以用不同的化学反应式来表示 用 不同的化学反应方程式表示时 其对的平衡常数的表达 式亦不同 但它们之间相互关联 3 多重平衡规则 若干方程式相加 减 则总 反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积 商 例题 2NO g O2 g 2NO2 2NO2 g N2O4 2NO g O2 g N2O4 g 平
5、衡常数的单位 浓度的单位为mol L 1 K的单位为 mol L 1 n 对于反应 mA g nB g pC g qD g cp C cq D cm A cn B 平衡常数的数学表达式 K 3 平衡常数的单位 1 平衡常数K与温度有关 与浓度无关 由K随温度的 变化可推断正反应是吸热反应还是放热 若正反应是 吸热反应 升高温度 K 增大 若正反应是放热反应 升 高温度 K 减少 例如 不同温度时 反应 H2 g I2 g 2HI g 的浓度平衡常数与温度的关系如下 温度623K698K763K 浓度平衡常数66 954 445 9 通过改变温度 平衡常数大小的变化趋势可以判断 上可逆反应的正方
6、向是放热反应 4 影响平衡常数的因素及平衡常数的意义 2 平衡常数K值的大小 可推断反应进行的程度 K 值越大 表示反应进行的程度越大 反应物的 转化率越大 K 值越小 表示反应进行的程度越小 反应物的转化率越小 3 反应的平衡常数与反应可能进行的程度 一般来说 反应的平衡常数K 105 认为正反应进行得基本完 全 K 10 5则认为这个反应的正反应很难进行 逆反 应较完全 达到平衡后各物质的浓度变化关系 在计算中注意 2 生成物 平衡浓度 初始浓度 转化浓度 生成物D c平 D c0 D c D 3 各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中 相应的化学计量数之比 c A c D a d 1
7、 反应物 平衡浓度 初始浓度 转化浓度 反应物A c平 A c0 A c A 5 有关化学平衡常数的计算 对于反应 aA bB cC dD 例 在某温度下 将H2 g 和I2 g 各0 10mol混合物充 入10L的密闭容器中 充分反应达到平衡时 测得 c H2 0 0080mol L 求 1 反应的平衡常数 2 其它条件不变 充入的H2 g 和I2 g 各0 20mol 求 达平衡时各物质的平衡浓度 方法 三段式 答案 1 H2 I2 2HI K 0 25 2 0 016mol L 0 016mol L 0 008mol L 用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观 常用 平衡转化率 来表示反
8、应限度 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g 6 转化率与平衡转化率 转化率 反应进行的过程中已反应掉了的反应物占 反应物总量的百分比 注意 1 反应物A的平衡转化率是该条件最大转化率 2 反应物的转化率可以用于表一个反应的进行程度 3 反应物的转化率受外界条件 温度和浓度 的影响 4 当反应物以反应方程式前的计量数的比例加入时 该反应的各反应物的转化率相等 例 一定条件下 将X和Y两 种物质质按不同比例放入密 闭闭容器中 反应应达到平衡 后 测测得X Y转转化率与起 始时时两种物质质的量之比 n X n Y 的关系如下图图 则则X和Y反应应的方程式可 表示为为 A X 3Y
9、2Z B 3X Y 2Z C 3X 2Y Z D 2X 3Y 2Z B 1 2 3 4 标志 1 比正逆 v正 v逆 0 2 比前后 反应混合物中各组分的体积分数 物质的量分数 质量分数不再发生变化 3 比K Qc 三 化学平衡的标志 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g QC k 未达平衡 逆向进行 QC k 达平衡 平衡不移动 QC 0 6 B l mol A 0 5mol B 1 5mo1C x mol D x 0 1 C 2 mol A 1mol B x mol D x 0 D l mol A 0 5mol B 4 5mo1C x mol D x 0 7 D 3 对于平
10、衡体系 mA g nB g pC g qD g H 0 有下列判断 其中正确的是 A 若温度不变 将容器的体积增大为原来的两倍 此 时A物质的浓度变为原来的0 48倍 则m n p q B 若平衡时A B的转化率相等 说明反应开始时A B的物的量之比为n m C 若温度不变而压强增大为原来的两倍 则达到新 的平衡时平衡混合物的体积小于原体积的1 2 D 若平衡体系共有a mol气体 再向其中加入b molB 当达到新平衡时共有 a b mol气体 则m n p q AD 0 0 5 2a 2 n 2m n m a 4 在一个固定体积的密闭容器中 保持一定温度 进行以下 反应 H2 g Br2
11、g 2HBr g 已知加入1molH2和 2molBr2时 达到平衡后生成amolHBr 见下表 已知 项 在相同条件下 且保持平衡时各组分的物质的量分数不变 对下列编号 1 3 的状态 填写表中的空白 编号起始状态 mol 平衡时HBr物质 的量 mol H2Br2HBr 已知120 a 240 1 0 5a mn n 2m 改为恒压条件 五 化学学平衡移动 当改变已经达到化学平衡的可逆反应的条件时 平 衡状态被破坏 随反应的进行重新达到新平衡的过程叫 做化学平衡移动 勒夏持列原理 如果改变影响平衡的一个条件 如浓度 压 强和温度等 平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动 其中包含 影响平衡的
12、因素 浓度 压强 温度三种 原理的适用范围 只适用于一项条件发生变化的情况 即温度 或压强或一种物质的浓度 当多项条件同时发生变化时 情况 比较复杂 平衡移动的结果 只能减弱 不可能抵消 外界条件的变化 平衡移动 是一个 平衡状态 不平衡状态 新的平衡状态 的过程 一定条件下的平衡体系 条件改变后 可能发生平衡移 动 1 化学平衡移动的概念 平衡移动原理 只改变一个条件 化学平衡 状 态 正 逆 外界条件改变 引起速率变化 正 逆 正 逆 正 逆 正 逆 向右移动 不 移 动 向左移动 原 因 方 向 结 果 过 程 分 析 结果分析 2 从正 逆反应速度是否相等判断 3 从浓度商和平衡常数分
13、析 对于一个一般的可逆反应 mA nB pC qD 在平衡状态时 平衡常数 K大于105时 反应基本完全 非平衡状态时有浓度商 当Q K时 平衡 当Q K时 逆移 欲破坏化学平衡状态 必须使Q K 例 现现有反应应 CO g H2O g CO2 g H2 g H V逆 平衡向正反应方向 移动 结论 在其他条件不变 增大反应物浓度 平衡朝正反应 方向移动 减小反应物浓度 平衡朝逆反应方向移动 在其他条件不变 减小生成物浓度 平衡朝正反应 方向移动 增大生成物浓度 平衡朝逆反应方向移动 注意注意 影响化学平衡移动的浓度 而不是质量 物质的量或体积 对于溶液中进行的离子反应 改变不参加反应的离子浓度
14、 化学平衡一般不移动 浓度的改变不一定会引起化学平衡的移动 如 FeCl3 3KSCN Fe SCN 3 3KCl 增加c K 或c Cl 不会影响化学平衡 如 对气体分子数不变的反应 同等程度地增大或减小各物质的 浓度 化学平衡不移动 注意 增加固体或纯液体的量不能改变其浓度 也不能 改变速率 所以V 正 仍等于V 逆 平衡不移动 例 CO g H2O g CO2 g H2 g 起始时各加入1mol的CO g 和H2O g 平衡时 四种 物质的物质的量相等 求平衡常数 K 和CO g H2O g 的转化率 若再加入2mol H2O g 求平衡后CO g H2O g 的 转化率 速率 时间关系
15、图 小结 正在上向向正移动 逆在上向逆向移 动 图象连续 为什么 图象连续 为什么 增大反应物 减少生成物 减少反应物增大生成物 2 压强 其他条件不变 增大压强 平衡向气体体积减小的方向移动 减小压强 平衡向气体体积增大的方向移动 只有压强的变化引起反应物质的浓度变化时 化学 平衡才有可能移动 平衡移动过程中速率的变化情况 结合平衡移动方 向分析 对于某些物质 压强的变化可能改变其聚集状态 压 强 对 化 学 平 衡 的 影 响 aA g bB g cC g 速率 时间关系图 压强对化学平衡的影响 注意 对于反应前后气体总体积相等的反应 改变压强对 平衡无影响 例 对如下平衡 A 气 B 气
16、 2C 气 D 固 V正 V逆 0t1t2 V正 V逆 t3 加压对化学平衡的影响 V正 V逆 0t1t2 V正 V逆 t3 减压对化学平衡的影响 压强对化学平衡的影响 注意 对于反应前后气体总体积相等的反应 改变压强对 平衡无影响 平衡混合物都是固体或液体的 改变压强不能使平 衡移动 压强的变化必须改变混合物浓度 即容器体积有变 化 才能使平衡移动 3 温度 注 升高温度同时加快正逆反应速率 但吸热反应的 速率增加的更多 故升温使可逆反应向吸热反应方向 移动 即温度对吸热反应的速率影响更大 2NO2 g N2O4 g H 0 升高温度 平衡向吸热方向 移动 降低温度 平衡向放热方向 移动 温度对化学平衡的影响 速率 时间关系图 催化剂同等程度改变化学反应速率 V 正 V 逆 只改变反应到达平衡所需要的时间 而不影响化学平衡的移动 例 对如下平衡 A 气 B 气 2C 气 D 固 V正 V逆 0t1t2 V正 V逆 t3 正的对化学平衡的影响 V正 V逆 0t1t2 V正 V逆 t3 负的对化学平衡的影响 4 催化剂 外界条件对化学反应速率与化学平衡的影响 可逆反应m A g n B
