第二章----化学平衡(理)课件

第二章第二章 化学平衡化学平衡 第一节第一节 化学反应速率化学反应速率第二节第二节 化学平衡化学平衡第三节第三节 影响化学平衡的条件影响化学平衡的条件第四节第四节 合成氨条件的选择合成氨条件的选择第一节第一节 化学反应速率化学反应速率n有些塑料的分解需要有些塑料的分解需要几百年几百年的时间。现在的时间。现在的生物降解材料的分的生物降解材料的分解也需要解也需要几周几周的时间。的时间。n而有些反应，例如核而有些反应，例如核反应。在很短的时间反应。在很短的时间内就可以完成反应，内就可以完成反应，巨大的能量在巨大的能量在一瞬间一瞬间放出，所以无控制的放出，所以无控制的核反应是很危险的。核反应是很危险的。1、定义、定义：化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的。通常用单位时间内的。通常用单位时间内反应物浓度的减少反应物浓度的减少或或生成生成物浓度的增加物浓度的增加来表示。来表示。一一.化学反应速率化学反应速率思考思考：试考虑化学反应速率的单位有哪些？试考虑化学反应速率的单位有哪些？试归纳出化学反应速率的数学表达式试归纳出化学反应速率的数学表达式随堂练习随堂练习1.1.在在某某反应中，反应物反应中，反应物A A的浓度在的浓度在1010s s内从内从4.4.0 0molL-1变成变成1.01.0molL-1，在这，在这1010s s内内A A的化学反应速率为多的化学反应速率为多少？少？2.2.在在5 5升升密闭容器中发生如下反应：密闭容器中发生如下反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)若最初加入若最初加入2222g g二氧化碳，二氧化碳，5 5minmin后测得还剩有后测得还剩有17.617.6g g，求在这段时间内，二氧化碳的平均速率。求在这段时间内，二氧化碳的平均速率。0.30.3molL-1 s-10.0040.004molL-1 min-1在一定条件下在一定条件下2 2升升的反应容器中充入的反应容器中充入1 1molNmolN2 2和和3 3molHmolH2 2发生下反应，发生下反应，N N2 2+3H+3H2 2=2NH=2NH3 3，5 5分钟分钟后测得后测得体系内体系内N N2 2为为0.750.75molmol，H H2 2为为2.252.25molmol，NHNH3 3为为0.50.5molmol，则则NHNH3 3的反应速率为的反应速率为_。思考思考:如果用如果用H H2 2浓度的变化表示反应速率应为多浓度的变化表示反应速率应为多少？如果用少？如果用N N2 2呢？三个速率的关系如何？呢？三个速率的关系如何？2、同一反应中各物质速率关系同一反应中各物质速率关系一定条件下，用不同的物质来表同一个反应的速一定条件下，用不同的物质来表同一个反应的速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。率，其数值可能不同，但表示的意义相同。且它且它们的数值之比等于反应方程式中系数比。们的数值之比等于反应方程式中系数比。如如 N N2 2+3+3H H2 2=2=2NHNH3 3 1 3 21 3 2随堂练习随堂练习3.3.在在2 2升升的密闭容器中发生了某反应：的密闭容器中发生了某反应：3A(g)+B(g)2C(g)若最初加入的若最初加入的A A和和B B都为都为4 4molmol，A A的平均速率是的平均速率是0.120.12molL-1 s-1，求求1010s s后容器中后容器中B B的物质的的物质的量。量。3.23.2molmol4.4.在在某某反应中，经过反应中，经过1010s s后，各物质的浓度变化为：后，各物质的浓度变化为：A A减少减少a a molL-1;B;B减少减少a/2 a/2 molL-1;C;C增加增加a a molL-1 ;求该求该反应的化学方程式。反应的化学方程式。2A+B 2C二二.化学反应的微观解释化学反应的微观解释1.活化分子活化分子在在相同温度下，分子的能量并不完全相同，有些相同温度下，分子的能量并不完全相同，有些分子的能量高于分子的平均能量，这样的分子叫分子的能量高于分子的平均能量，这样的分子叫做做活化分子活化分子。3.有效碰撞有效碰撞相互碰撞的分子具有足够高的能量，能够引发化相互碰撞的分子具有足够高的能量，能够引发化学反应的碰撞叫做学反应的碰撞叫做有效碰撞有效碰撞。2.活化能活化能活化分子具有的的最低能量与分子平均能量的差，活化分子具有的的最低能量与分子平均能量的差，叫做叫做活化能活化能。三三.影响反应速率的条件影响反应速率的条件1、浓度浓度对反应速率的影响对反应速率的影响结论：结论：增大某反应物的浓度可以加快反应速率；增大某反应物的浓度可以加快反应速率；减小某反应物的浓度会减慢反应速率。减小某反应物的浓度会减慢反应速率。思考思考：如何解释浓度对速率的影响？如何解释浓度对速率的影响？原因原因：浓度增大，单位体积内浓度增大，单位体积内活化分子数量活化分子数量增多，增多，导致导致有效碰撞有效碰撞次数也相应增多。次数也相应增多。2、压强压强对反应速率的影响对反应速率的影响压强对化学反应速率的影响实质上是通过改变气体压强对化学反应速率的影响实质上是通过改变气体反应物的反应物的浓度浓度来实现的。来实现的。结论：结论：加压可提高有气体参加的反应速率。压强加压可提高有气体参加的反应速率。压强对固相、液相反应的反应速率无影响对固相、液相反应的反应速率无影响。思考思考：压强的改变对哪类物质影响最明显？压强的改变对哪类物质影响最明显？压强改变对气体物质的影响最大，而固体和液体受压强改变对气体物质的影响最大，而固体和液体受压强的影响很小。压强的影响很小。所以，讨论压强因素时，必须指所以，讨论压强因素时，必须指的是有气体参加的化学反应。的是有气体参加的化学反应。思考思考：压强改变对有气体参与的反应如何影响压强改变对有气体参与的反应如何影响？3、温度温度对反应速率的影响对反应速率的影响结论：结论：升高温度可以加快反应速度。一般每升高升高温度可以加快反应速度。一般每升高1010反应速率可增加反应速率可增加2424倍。倍。思考：思考：为什么夏天食物容易变质？为什么我们用为什么夏天食物容易变质？为什么我们用冰箱保存食物？冰箱保存食物？原因原因：温度升高，温度升高，活化分子数量活化分子数量增加，增加，活化分子活化分子百分数百分数也增加。导致也增加。导致有效碰撞有效碰撞次数增加。次数增加。4、催化剂催化剂等因素的影响等因素的影响 催化剂有催化剂有加快反应速率加快反应速率的催化剂，也有的催化剂，也有减慢反减慢反应速率应速率的催化剂，一般在没特殊指明的情况下都是的催化剂，一般在没特殊指明的情况下都是指加快反应速率的催化剂。指加快反应速率的催化剂。结论：结论：适当的催化剂可以有效的增大化学反应速率适当的催化剂可以有效的增大化学反应速率。原因原因：催化剂能降低分子催化剂能降低分子活化能活化能，增大，增大活化分子活化分子数量数量及其及其百分数百分数，导致，导致有效碰撞有效碰撞次数增加。次数增加。小结：小结：对于同一个化学反应来说，条件不同，反对于同一个化学反应来说，条件不同，反应速率会发生变化。一般来讲，应速率会发生变化。一般来讲，增大反应物浓度、增大反应物浓度、升高温度、对于有气体参与的反应增大压强、使升高温度、对于有气体参与的反应增大压强、使用催化剂用催化剂，均可以增大化学反应速率。，均可以增大化学反应速率。第二节第二节 化学平衡化学平衡n在在工业生产中，只考虑化学反应的速率问工业生产中，只考虑化学反应的速率问题是不够的。为了更好的控制生产成本，题是不够的。为了更好的控制生产成本，还需要同时考虑化学反应所能达到的最大还需要同时考虑化学反应所能达到的最大限度。这就涉及到化学反应进行的程度问限度。这就涉及到化学反应进行的程度问题了。题了。化学平衡就是研究可逆反应进行程化学平衡就是研究可逆反应进行程度规律的。度规律的。一一.化学平衡的建立化学平衡的建立n如果外界条件不变，如果外界条件不变，反应无论进行多长反应无论进行多长时间，反应混合物时间，反应混合物中各种物质的浓度中各种物质的浓度都不再发生变化。都不再发生变化。二二.有关化学平衡的若干问题有关化学平衡的若干问题n1.1.建立化学平衡的标志：建立化学平衡的标志：n正反应速率等于逆反应速率正反应速率等于逆反应速率n反应混合物中各组分的百分含量保持一定反应混合物中各组分的百分含量保持一定n对于反应体系中只有气态物质时，且化学对于反应体系中只有气态物质时，且化学方程式左右两边气体体积不等的可逆反应，方程式左右两边气体体积不等的可逆反应，压强或平均相对分子质量恒定时，可以确压强或平均相对分子质量恒定时，可以确定该化学反应已经达到平衡状态。定该化学反应已经达到平衡状态。n2.2.化学平衡的特征：化学平衡的特征：n动动，化学平衡为动态平衡，化学反应仍在化学平衡为动态平衡，化学反应仍在进行，没有停止。进行，没有停止。n等等，达到化学平衡时，正反应速率等于逆达到化学平衡时，正反应速率等于逆反应速率。反应速率。n定定，达到化学平衡时，平衡混合物中各组达到化学平衡时，平衡混合物中各组分含量一定。分含量一定。n变，变，当外界条件发生改变时，原有平衡就当外界条件发生改变时，原有平衡就会被破坏，并在新的条件下建立新的平衡，会被破坏，并在新的条件下建立新的平衡，这一过程叫做平衡的移动。这一过程叫做平衡的移动。n同，同，对于同一可逆反应，在对于同一可逆反应，在同一条件同一条件下，下，无论反应是从正反应方向进行，还是从逆无论反应是从正反应方向进行，还是从逆反应方向进行，反应方向进行，只要投料中各元素的质量只要投料中各元素的质量一定，或原料中各元素的原子个数相等一定，或原料中各元素的原子个数相等，就可以达到就可以达到同一平衡同一平衡。称为等效平衡。称为等效平衡。三三.转化率的计算转化率的计算n转化率转化率=某反应物的起始浓度某反应物的起始浓度-该反应物的平衡浓度该反应物的平衡浓度某反应物的起始浓度某反应物的起始浓度n转化率转化率=某某反应物消耗的物质的量反应物消耗的物质的量该该反应物其始的物质的量反应物其始的物质的量转化率转化率=某某气体反应物消耗的体积数气体反应物消耗的体积数该该气体反应物起始的体积数气体反应物起始的体积数对于气体反应物对于气体反应物：三三.习题示例习题示例n解决平衡问题时，要注意抓住各物质的始末量解决平衡问题时，要注意抓住各物质的始末量（浓度、体积）的变化。建议使用（浓度、体积）的变化。建议使用“三步法三步法”分分析。析。例例一一.在温度和压强不变时，在温度和压强不变时，1 1L NOL NO2 2 高温分解：高温分解：2NO22NO+O2 达到平衡，体积变为达到平衡，体积变为1.21.2L L，NONO2 2的的转化率是？转化率是？反应：反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)加入加入a a molSO molSO2 2和和b b mol O mol O2 2，反应达到平衡时有反应达到平衡时有c c molSOmolSO3 3 生成，生成，SOSO3 3在平衡混合气中所占的体积分在平衡混合气中所占的体积分数为？数为？例二：例二：例三：例三：在一个体积为在一个体积为5 5L L 的密闭容器中，充入的密闭容器中，充入NHNH3 3 和和O O2 2 ，它们的物质的量比为它们的物质的量比为1 1：2 2，发生如下反应：，发生如下反应：4NH3+5O2 4NO+6H2O 上述反应在一定条件下进行，上述反应在一定条件下进行，2 2minmin后平衡，此时后平衡，此时NHNH3 3有有2 2molmol，已知已知NHNH3 3 的的转化率为转化率为20%20%，以，以NONO的浓的浓度变化表示的平均反应速率为？度变化表示的平均反应速率为？NHNH3 3的的起始浓度为起始浓度为？O O2 2的的平衡浓度为？平衡浓度为？例四：例四：在一个固体体积的密闭容器中，加入在一个固体体积的密闭容器中，加入2 2mol Amol A和和1 1mol B mol B 发生反应：发生反应：2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)达到平衡时，达到平衡时，C C的浓度为的浓度为w mol/Lw mol/L。若维持容器的若维持容器的体积和温度不变，下列四组配比作为起始物质，体积和温度不变，下列四组配比作为起始物质，达到平衡后，达到平衡后，C C的浓度仍然为的浓度仍然为w mol/Lw mol/L的是：的是：A.4mol A+2mol BB.2mol A+1mol B+3mol C+1mol DC.3mol C+1mol D+1mol BD.3mol C+1mol D第三节第三节 影响化学平衡的条件影响化学平衡的条件n对于某一平衡体系，改变反应条件对于某一平衡体系，改变反应条件（浓度、压强、温度等），可以使原（浓度、压强、温度等），可以使原有的平衡被破坏，在新的条件下建立有的平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。这个过程叫做新的平衡。这个过程叫做平衡的移动平衡的移动。一一.浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响 其他条件不变的情况下，增大反应物浓度其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，都可以使平衡向正反或减小生成物浓度，都可以使平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度或减小反应应方向移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，都可以使平衡向逆反应方向移动。物浓度，都可以使平衡向逆反应方向移动。浓度对平衡的影响与速率的变化有什么关系浓度对平衡的影响与速率的变化有什么关系？二二.压强对化学平衡的影响压强对化学平衡的影响n对有气体参加对有气体参加且反应前后气体体积不相等且反应前后气体体积不相等的可逆反应，在平衡时，其他条件不变时，的可逆反应，在平衡时，其他条件不变时，增大压强，平衡向气体体积减小方向移动，增大压强，平衡向气体体积减小方向移动，反之，当减小压强，平衡向气体体积增大反之，当减小压强，平衡向气体体积增大方向移动。方向移动。对对固固体体或或液液体体反反应应或或反反应应前前后后气气体体体体积积相相等等的的可可逆逆反反应应，压压强强的的改改变变并并不不能能引引起平衡的移动。起平衡的移动。三三.温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响 在其他条件不变时，若升高温度，平衡向在其他条件不变时，若升高温度，平衡向吸热反应方向移动；反之降低温度，平衡吸热反应方向移动；反之降低温度，平衡向着放热反应的方向移动。向着放热反应的方向移动。勒夏特列原理（平衡移动原理）勒夏特列原理（平衡移动原理）如如果果改改变变影影响响平平衡衡的的一一个个条条件件（如如温温度度、压压强强、浓浓度度等等），平平衡衡就就向向着着能能够够减减弱弱这这种变化的方向移动。种变化的方向移动。催化剂能否使平衡发生移动？催化剂能否使平衡发生移动？催化剂能够同等程度地增加或减少正逆反应速催化剂能够同等程度地增加或减少正逆反应速率，因此率，因此化学平衡不移动化学平衡不移动。但它能缩短反应达。但它能缩短反应达到平衡状态的时间。到平衡状态的时间。四四.有关平衡的实际问题有关平衡的实际问题1.1.V-tV-t图象问题图象问题2.2.一定温度下，向平衡体系中加入一种不一定温度下，向平衡体系中加入一种不与平衡混合物中任何一种物质反应的气体与平衡混合物中任何一种物质反应的气体后对平衡的影响。后对平衡的影响。恒容时，恒容时，化学平衡不移动。化学平衡不移动。恒压恒压时，时，对于方程式两边气体体对于方程式两边气体体积不等的可逆反应，平衡向气体积不等的可逆反应，平衡向气体体积增大的方向移动。体积增大的方向移动。练习练习1.1.在一定条件下发生如下反应到达平衡：在一定条件下发生如下反应到达平衡：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)下列情况中下列情况中不会不会使平衡发生移动的是：使平衡发生移动的是：A.A.不改变各物质的质量，使容积增大不改变各物质的质量，使容积增大1 1倍倍B.B.通入氮气使容积增大通入氮气使容积增大1 1倍，总压强保持不变倍，总压强保持不变C.C.容积不变，通入氮气使总压强增大一倍容积不变，通入氮气使总压强增大一倍D.D.容积不变，通入氯气使总压强增大一倍容积不变，通入氯气使总压强增大一倍3.3.影响转化率的条件：影响转化率的条件：在在平衡体系中，增大一种反应物的量，可平衡体系中，增大一种反应物的量，可以提高其他反应物的转化率。以提高其他反应物的转化率。但这种反应但这种反应物的转化率一般会降低。物的转化率一般会降低。如果只有一种反应物，增大该反应物的量，如果只有一种反应物，增大该反应物的量，平衡正向移动，该物质的转化率与气体物平衡正向移动，该物质的转化率与气体物质的计量数有关。质的计量数有关。改变温度一定会改变反应物的转化率。改变温度一定会改变反应物的转化率。改变压强，如果平衡移动，则会改变反应改变压强，如果平衡移动，则会改变反应物的转化率，反之不会。物的转化率，反之不会。催化剂不能使平衡移动，所以不能改变反催化剂不能使平衡移动，所以不能改变反应物的转化率。应物的转化率。练习练习2.2.在一定温度下发生如下反应并平衡：在一定温度下发生如下反应并平衡：CO+H2O(g)CO2+H2 平衡后再加入水蒸气并在相同条件下达到平衡后再加入水蒸气并在相同条件下达到新平衡，下列叙述正确的是：新平衡，下列叙述正确的是：A.A.一氧化碳的转化率提高，水蒸气的转化率降低一氧化碳的转化率提高，水蒸气的转化率降低B.B.反应物的转化率都提高反应物的转化率都提高C.C.平衡右移，二氧化碳在平衡混合物中的体积分平衡右移，二氧化碳在平衡混合物中的体积分数增大数增大D.D.平衡右移，二氧化碳的平衡浓度增大平衡右移，二氧化碳的平衡浓度增大若若反应物不止一种，且按原比例同倍数的反应物不止一种，且按原比例同倍数的增加反应物的量，则平衡向正反应方向移增加反应物的量，则平衡向正反应方向移动，而反应物的转化率与气体物质的计量动，而反应物的转化率与气体物质的计量数有关。数有关。练习练习3.3.在两个温度相同，容积相同的密闭容器在两个温度相同，容积相同的密闭容器中发生如下反应并达到平衡：中发生如下反应并达到平衡：H2 I2+2HI 甲容器投料为甲容器投料为1 1molmol氢气和氢气和1 1molmol碘蒸气。乙容碘蒸气。乙容器投料为器投料为2 2molmol氢气和氢气和2 2molmol碘蒸气。都平衡后，碘蒸气。都平衡后，甲、乙容器中氢气的转化率相比较正确的是：甲、乙容器中氢气的转化率相比较正确的是：A.A.甲甲 乙乙 B.B.甲甲 乙乙 C.C.甲甲=乙乙 D.D.无法确定无法确定第四节第四节 合成氨条件的选择合成氨条件的选择n一一.合成氨条件的选择合成氨条件的选择n 信息信息 合成氨的正反应是一个放热的反应合成氨的正反应是一个放热的反应n1.1.要使合成氨的速率增大，应该采取什么方法？要使合成氨的速率增大，应该采取什么方法？n2.2.提高氨的产率，可以采取什么措施？提高氨的产率，可以采取什么措施？n3.3.试分析各因素对反应的具体影响。试分析各因素对反应的具体影响。n二二.我国合成氨工业的发展状况我国合成氨工业的发展状况n解放前我国只有两家规模不大的合成解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。展。19491949年全国氮肥产量仅年全国氮肥产量仅0.60.6吨，而吨，而19821982年达到年达到1021.91021.9吨，成为世界上产吨，成为世界上产量最高的国家之一。量最高的国家之一。n近几年来，我国引近几年来，我国引进了一批年产量进了一批年产量3030万吨氮肥的大型化万吨氮肥的大型化肥设备。我国自行肥设备。我国自行设计和建造的上海设计和建造的上海吴泾化工厂也是年吴泾化工厂也是年产产3030万吨氮肥的大万吨氮肥的大型化肥厂。型化肥厂。n三三.合成氨工业的前景与工业水平的发展合成氨工业的前景与工业水平的发展n四四.合成氨过程简介合成氨过程简介n五五.化学模拟生物固氮的研究化学模拟生物固氮的研究n目前国际上认为，温和条件写固氮作用一目前国际上认为，温和条件写固氮作用一般包含以下三个环节：般包含以下三个环节：n1.1.用某些过渡金属的有机物处理氮气。用某些过渡金属的有机物处理氮气。n2.2.用还原剂输送电子给氮气。用还原剂输送电子给氮气。n3.3.提供氢离子与提供氢离子与N N结合。结合。n请用勒夏特列原理解释：请用勒夏特列原理解释：n打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯里打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯里立即泛起大量泡沫。立即泛起大量泡沫。