化学选择性必修1第二节 化学平衡多媒体教学课件ppt

这是一份化学选择性必修1第二节 化学平衡多媒体教学课件ppt，共26页。PPT课件主要包含了平衡之美，化学平衡状态，化学平衡状态的特征，②④⑤⑥，结论2，结论1，结论3，查阅文献，化学平衡常数，表达式等内容，欢迎下载使用。
观察与思考1. 图a是从反应物开始投料，试分析N2、H2、NH3浓度是如何变化呢？2. 图b是从生成物开始投料，试分析N2、H2、NH3浓度是如何变化呢？
学习任务一　化学平衡状态的建立和判断
即任何一种物质的生成速率等于其消耗速率
(3)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）
即 v正= v逆 ≠0
平均速率v正= v逆 =0
(5)变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。
前提（适用范围）(1)逆：可逆反应
内在本质(2)等：v(正)= v(逆) ≠0
外在标志(4)定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。
1.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g) ⇋ C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够表明该反应已达平衡状态的是(　　)A.混合气体的压强 B.混合气体的平均相对分子质量C.A的物质的量浓度 D.气体的总物质的量
【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强不随时间变化而变化,属于“定量”;(2)恒温恒容下的体积不变的反应,体系的气体总物质的量不随时间变化而变化,属于“定量”。　
【解析】因反应前后气体分子数不变,故无论反应是否平衡,混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变;A为固态,其物质的量浓度为常数;若反应正向移动,混合气体的质量增大,则混合气体的平均相对分子质量增大,反之减小,故混合气体的平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡状态。
【延伸探究】(1)如将物质A改为气态,气体的总物质的量不变能否作为达到平衡的标志?提示:能。A改为气态,反应变为恒温恒容下的体积变化的反应,体系的总物质的量随时间而变化,气体的总物质的量不变能作为达到平衡的标志。
(2)如将物质A改为气态,气体的密度不变能否作为达到平衡的标志?提示:不能。全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变,不能作为达到平衡的标志。
I2(g)+H2(g) ⇋2HI(g)
N2(g)+3H2(g) ⇋2NH3(g)
Fe2O3(s)+3CO(g) ⇋ 2Fe(s)+3CO2(g)
A(s)+3B(g)⇋2C(g)+D(s)
“→”表示可逆反应向正方向进行，“←”表示可逆反应向逆方向进行
①n总：→则n总减小，←则n总增大
②恒温恒压时：V：→则V减小，←则V增大
③恒温恒容时：P：→则P减小，←则P增大
①n总：→则n总不变，←则n总不变
②恒温恒压时：V：→则V不变，←则V不变
③恒温恒容时：P：→则P不变，←则P不变
①n气总：→则n气总不变，←则n气总不变
①n气总：→则n气总减小，←则n气总增大
2.下列说法中,可以证明反应N2+3H2 2NH3已达到平衡状态的是(　　)①1个N≡N键断裂的同时有3个H—H键形成　②N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2　③1个N≡N键断裂的同时有6个N—H键形成　④N2、H2、NH3的浓度不再变化A.②③　　B.①③　　C.②④　　D.①④
【解析】①中有一个N≡N键断裂时,也应有3个H—H键断裂,即与3个H—H键形成是相反方向的,v正=v逆,故能说明反应达到平衡状态;②平衡时,N2、H2、NH3的分子数之比不一定为1∶3∶2;③中一个N≡N键断裂的同时必定形成6个N—H键,也不能说明反应达到平衡;④中各物质浓度不变,是化学平衡状态的重要标志之一,反应达到平衡。
化学平衡状态的判定标志
2.利用“变量”与“不变量”判断(1)确定反应中的“变量”,即随反应的进行而变化的量,当变量不再变化时,表明反应已达到平衡状态。而当“不变量”不变时,不能判断反应是否处于平衡状态。
(2)常见的变量有:对于有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。;对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。应当注意,在利用 、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。
总之，要抓住变化的量不变可作平衡的标志；如果该物理量始终是一个定值，就不能作为判断是否达平衡的标志。
有下列两个可逆反应。 反应1:在体积固定的密闭容器中进行可逆反应:2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)。其中NO2是红棕色气体。反应2:在体积固定的密闭容器中进行可逆反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g)。其中I2(g)是紫色的。以上两个反应过程中,有下列情况:
①同一物质正反应速率等于逆反应速率。 ②混合气体的颜色不再改变。③混合气体的密度不再改变。 ④混合气体的压强不再改变。⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变。⑥对于反应1,单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO2。⑦对于反应2,用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2。
问题思考:(1)上述情况中能作为反应1达到平衡状态标志的是哪几个?(2)上述情况中能作为反应2达到平衡状态标志的是哪几个?(3)若在标准状况下发生反应2(此时碘单质为固体),情况⑤能否作为反应2达到平衡状态的标志?
（密闭容器 457.6℃）
H2(g)+I2(g) ⇋2HI(g)
学习任务二　化学平衡常数
思考1：分析上表，你得出什么结论？
平衡常数和反应的起始浓度大小无关
平衡常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关,即与平衡建立的过程无关。
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
例如：mA + nB ⇋ pC + qD
∴K的单位为(ml·L-1)n；
n=(p+q)-(m+n)
∵浓度的单位为ml·L-1　
其中c为各组分的平衡时浓度
练习1：写出下列反应的平衡常数K的表达式
① C(s) + H2O(g) ⇋CO(g) + H2(g)
② FeO(s) + CO(g) ⇋Fe(s) + CO2(g)
③ 2KClO3(s) ⇋KCl(s) + 3O2(g)
注意1：反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数而不代入公式。
④ Cr2O72-+H2O ⇋2CrO42-+2H+
练习2：写出下列反应的平衡常数K的表达式
① N2(g) + 3H2(g) ⇋2NH3(g)
③ 2NH3(g) ⇋N2(g) + 3H2(g)
注意观察三者之间的关系！
K1 = 1/K3 = K22
注意2：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。
练习3：下列三个反应的平衡常数K之间有什么关系
2NO(g) + O2(g) ⇋ 2NO2(g) K1 2NO2(g) ⇋ N2O4 (g) K22NO(g) +O2(g) ⇋ N2O4 (g) K3
K3 = K1  K2
注意3：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)
a、K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大
b、一般当K＞105时，该反应进行得基本完全
K只受温度的影响，与其他条件无关，换句话说K只是温度的函数
下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数：
反应进行程度的定量依据
平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关
(2)判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行
比较浓度商(Qc)和平衡常数(K)的大小
(1)衡量化学反应进行的程度
对于同类型的化学反应，K 越大，反应进行的程度越大，一般：K ≥ 105，正反应进行得基本完全
练习7：高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) ⇋Fe(s)+CO2(g) (条件省略)已知1100℃，K=0.263，某时刻测得高炉中c(CO2)=0.025ml·L-1，c(CO)=0.1ml·L-1 在这种情况下：(1)该反应是否处于平衡状态_____(填“是”或“否”)；(2)此时反应会向______进行？（填“正向”或“逆向”）；(3)此时化学反应速率是ν正 _____ν逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。
QC＜K ，反应向正方向进行
(3)利用K可判断反应的热效应
若升高温度，K值增大，则反应程度增大，则正反应为吸热反应；
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；
若升高温度，K值减小，则反应程度减小，则正反应为放热反应。
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
只有温度变化导致的平衡移动才会使K值变化！
练习8：在一定体积密闭容器中，进行如下反应CO2(g)+H2(g) ⇋CO(g) +H2O(g),其平衡常数Ｋ和温度t的关系如下：
(1)k的表达式为：　 　　　　　；(2)该反应为　　　　反应（“吸热”或“放热”）；(3)若c(CO2) ·c(H2)=c(CO) ·c(H2O),此时温度为 ；(4)在上述温度下,______℃时,反应物转化率最大。
【问题探究】在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示:
问题思考: (1)该反应的化学平衡常数K的表示式是什么? 提示:K=
(2)该反应ΔH>0还是ΔH0。该反应为吸热反应(因K随温度升高而增大)。
(3)700 ℃,CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数K是多少?提示:K= 。该反应平衡常数与题目中反应的平衡常数互为倒数。
提示:逆向。判断反应进行的方向时,可根据Qc与K的大小关系判断,此时刻下,Qc= =1>0.9,所以反应向逆反应方向进行。
(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 ml·L-1,c(H2)为1.5 ml·L-1,c(CO)为1 ml·L-1,c(H2O)为3 ml·L-1,则下一时刻,反应向哪个方向进行?
起始:ab 0 0转化:mxnx px qx平衡:a-mxb-nx px qx(1)转化量与化学方程式中各物质的计量数成比例。(2)这里a、b可指物质的量、浓度等。
5、与平衡常数有关的计算
有关化学平衡计算的基本模式——“三段式法”
对于可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意：
（1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度； 反应物A: C（A）=c0(A) - △c(A)
（2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度 生成物D: C（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
H2 + I2 2HI
C(始)/ml .L-1
∆C/ ml .L-1
C(平)/ml .L-1
0.010 0.010 0
0.0020 0.0020 0.0040
0.0080 0.0080 0.0040
例1:在某温度下,将H2和I2各0.10ml的气态混合物充入10L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得C(H2)=0.0080ml/L.(1)求该反应的平衡常数(2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20ml.试求达到化学平衡状态时各物质的浓度.
解(2)设H2的消耗浓度为x
0.020 0.020 0
X x 2x
0.020-x 0.020-x 2x
X=0.0040ml/L
C(H2)=c(I2)=0.016ml/L C(HI)=0.0080ml/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α来表示反应限度。
反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：
转化率越大，反应越完全！
c(CO) : c(H2O) = 1:1 时 CO + H2O CO2 + H2 起始c 1 1 0 0转化c -x -x +x +x平衡c 1-x 1-x x x 解得 x = 0.5 α(CO)= 50% α(H2O)= 50%
c(CO) : c(H2O) = 1:4 时 CO + H2O CO2 + H2 起始c 1 4 0 0转化c -x -x +x +x平衡c 1-x 4-x x x解得 x = 0.8 α(CO)= 80% α(H2O)= 20%
练习9： 已知CO(g) + H2O(g) ⇋ CO2 (g) +H2 (g) 800℃ K = 1.0 ；求恒温恒容体系中，用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4开始，达到平衡时CO和H2O(g)的转化率。
增大一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，而本身的转化率减小
(1)若反应物只有一种：aA(g) bB(g)＋cC(g)
在恒温恒容条件下，增加A的量，平衡正向移动，但A的转化率与气体的计量数有关。(其影响结果相当于增大压强)
改变反应物用量对转化率的影响
(2)若反应物不只一种：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)
①在其他条件不变时，增加A的量，平衡正向移动，A的转化率降低，B的转化率升高。即只增大一种反应物的浓度,该物质本身转化率减小,其他反应物转化率增大。
②在恒温恒容条件下，若按原比例同倍数增加A和B，平衡正向移动，但反应物(A或B)的转化率与气体物质的计量数有关。（其影响结果相当于增大压强）
(3)若反应物、生成物均只有一种：aA(g) bB(g)
在恒温恒容条件下，不管增加A的量、B的量，还是A、B的量同时增加，均相当于加压，平衡向气体体积减小的方向移动，A的转化率可据此分析。
(4)若可逆反应：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，按化学计量数之比投入A、B，则A、B的转化率一定相同。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。 (　　)(2)化学平衡常数与浓度有关,与温度无关。 (　　)(3)在任何条件下,一个可逆反应的化学平衡常数都是一个恒定值。 (　　)(4)K越大,表明可逆反应正向进行的程度越大。 (　　)(5)平衡常数和平衡转化率都能体现可逆反应进行的程度。 (　　)(6)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。 (　　)