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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 反应混合物中各组分的浓度保持不变
2、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 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
3、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 H2O2CrO42 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 CH3COOHCH3COOC2H5 H2OK c CH3COOC2H5 c H2O c C2H5OH c CH3COOH
4、例N2 g 3H2 g 2NH3 g K1 1 60 10 51 2N2 g 3 2H2 g NH3 g K2 3 87 10 2K1 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 2NO22NO2 g N2O42NO g O2 g N2O4 g 平衡常数的单位浓度的单位为mol L 1K的单位为 mol L 1 n 对于反应 mA g nB g pC g qD g 3 平衡常数的单
5、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 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
6、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 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 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
7、H2 I22HIK 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 来表示反应限度 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两种物质按不同比例放入密闭容器中 反应达到平衡后 测得X Y转化率与起始时两种物质的量之比
8、 n X n Y 的关系如下图 则X和Y反应的方程式可表示为 A X 3Y2ZB 3X Y2ZC 3X 2YZD 2X 3Y2Z B 1234 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 QC k 未达平衡 逆向进行 QC k 达平衡 平衡不移动 QC k 未达平衡 正向移动 例1 在一定温度下 反应A2 g B2 g 2AB g 达到平衡的标志是 A 单位时间生成nmol的A2同时生成nmol的ABB 容器内的压强不随时间变化C 单位时间生成2nmol的AB同时生成nmol的B2D 单位时
9、间生成nmol的A2同时生成nmol的B2 C 例2化学平衡状态的判断 平衡 平衡 平衡 不一定 平衡 不一定 不一定 不一定 平衡 不一定 平衡 不一定 平衡 不一定 例3 能够说明N2 3H22NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是 容器内N2 H2 NH3三者共存 容器内N2 H2 NH3三者浓度相等 容器内N2 H2 NH3的浓度比恰为1 3 2 tmin内生成1molNH3同时消耗0 5molN2 tmin内 生成1molN2同时消耗3molH2 某时间内断裂3molH H键的同时 断裂6molN H键 容器内质量不随时间的变化而变化 容器内压强不随时间的变化而变化 容器内密度不再
10、发生变化 容器内的平均相对分子质量不再发生变化 在一定温度下 向aL的密闭容器中加入1molX气体和2molY气体 发生如下反应 X g 2Y g 2Z g 此反应达到平衡的标志是A 容器内压强不随时间变化B 容器内各物质的浓度不随时间变化C 容器内X Y Z的浓度之比为1 2 2D 单位时间内消耗0 1molX同时生成0 2molZ AB 练习 2 一定温度下在容积恒定的密闭容器中进行反应A s 2B g C g D g 当下列物理量不发生变化时 能表明该反应达到平衡的是 混合气体的密度 容器内气体的压强 混合气体总物质的量 B的物质的量浓度A B C D 只能 A 3 在一定温度下 向aL
11、的密闭容器中加入2molNO2 g 发生如下反应 2NO2 g 2NO g O2 g 不能作为此反应达到平衡的标志的是A 混合气体的密度不再变化B 混合气体的颜色不再变化C 混合气体的相对分子质量不再变化D 容器内的压强不再变化 A 四 等效平衡状态 1 等效平衡状态涵义 某一可逆反应 在一定条件 T c p 下 经过不同的途径建立平衡时 各组分的百分含量 质量百分含量 体积分数 物质的量分数 对应相等的状态互称为等效平衡状态 简称等效平衡 2 等效平衡的类型及判断等同平衡 T V 量相等 等效平衡 T P 量倍比 等同 效平衡的判断 等效平衡 同一可逆反应若从反应开始 虽然中间反应状态或反应
12、途径不同 但到达到化学平衡时 平衡体系中各成分的百分含量都相等 这样建立的不同的平衡就称之为等效平衡 等同平衡 不仅平衡体系中各成分的百分含量都相等 而且各物质的量 物质的量浓度亦相同的平衡 即完全一致 称为等同平衡 在恒温 恒容下 从不同的物质作起始物或起始物的量配比不同时 但只要物质的总量相当 则达到平衡时 物质的体积分数均相等 平衡为等同平衡 恒容建立起等同平衡恒压建立起等效平衡 1 恒容等同平衡 条件1 例1 在等温等容积的条件下 可逆反应 2SO2 O2 2SO3由以下三种情况建立平衡 2摩SO2 1摩O2 平衡 2摩SO3 平衡 a摩SO2 b摩O2 c摩SO3 平衡 问 1 前两
13、种反应 和 达到平衡时 体系中各物质的体积分数是否相等 2 若 达到平衡时 体系中各物质的体积分数与 相同 则a b c应满足什么条件 答案 相同 答案 a c 2 b c 2 1 例2 一定温度下 将1molN2和3molH2通入一个一定容积的密闭容器中发生如下反应 N2 3H2 2NH3 当反应达到平衡时 测得NH3的物质的量为amol 现在该容器中 维持温度不变 按以下几种方式加入反应物 最终达平衡时 NH3的物质的量不为amol的是 A 先加入1molN2和2molH2 达平衡后 再加入1molH2 B 先加入2molN2和3molH2 达平衡后 再取出1molN2 C 先加入2mol
14、N2和6molH2 达平衡后 再取出2molNH3 D 先加入2molN2和4molH2 达平衡后 再取出2molNH3 答案 在恒温恒压下 对气体物质参加的反应 只要起始反应物之间物质的量之比相等 达到平衡时 各物质在体系中的体积百分数相等 即平衡为等效平衡 2 恒压等效平衡 例3 在恒压容器中 当温度一定时 充入氢气和氮气 发生如下反应 N2 3H2 2NH3 在温度和压强相同的条件下 分别往该容器中充入 3molH2和1molN2 6molH2和2molN2充分反应达到平衡时 这两种情形下 氮气的转化率是否一样 答案 一样 思考 对于反应前后气体相同的可逆反应 如H2 I2 2HI 其等
15、同平衡与等效平衡的变化 总论 恒容建立起等同平衡恒压建立起等效平衡注意特殊情况 前后气体体积相等可逆反应 等容也可以等效 1molH22molI2 2molH24molI2 2molH24molI2 恒温恒容 平衡1 恒温恒压 平衡2 恒温恒容 平衡3 练1 一定温度下 在恒容密闭容器中发生如下反应 2A g B g 3C g 若反应开始时充入2molA和2molB 达平衡后A的体积分数为a 其他条件不变时 若按下列配比作为起始物质 平衡后A的体积分数等于a 的是 平衡后A的体积分数大于a 的是 A 2molCB 1molB和3molCC 2molA 1molB和1molHe 不参加反应 D
16、1molB和1molCE 1molA 1 5molB和1 5molC A C B E 小于a 2 在一个1L的密闭容器中 加入2molA和1mo1B 发生下述反应 2A g B g 3C g D s 达到平衡时 C的浓度为1 2mol L C的体积分数为a 维持容器的容积和温度不变 按下列配比加入起始物质 达到平衡后 C的浓度不是1 2mol L的是A 3molC xmolD x 0 6 B lmolA 0 5molB 1 5mo1C xmolD x 0 1 C 2molA 1molB xmolD x 0 D lmolA 0 5molB 4 5mo1C xmolD x 0 7 D 3 对于平衡体系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 qB 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 2D 若平衡体系共有amol气体 再向其中加入bmolB 当达到
