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第2章 化学反应的方向、限度与速率,第2节 化学反应的限度,该反应在一定条件下是不可能进行完全的，即存在一定的限度，而反应的限度的大小对于生产和生活实际有着直接影响。因此仅研究化学反应的方向是不够的，还需要关注化学反应的限度问题。怎样定量描述化学反应的限度呢？化学反应中反应物的转化率受到哪些因素的影响？,什么叫化学平衡状态？化学平衡有哪些特点？,在研究了大量实验的基础上，人们发现可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度。,1、可逆反应,定义：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称可逆反应。,交流 研讨,下列说法是否正确： 1、氢气在氧气中燃烧生成水，水在电解时生成氢气和氧气，H2+O2=H2O是可逆反应。 2、硫酸铜晶体加热变成白色粉末，冷却又变成蓝色，所以无水硫酸铜结合结晶水的反应是可逆反应。 3、氯化铵加热变成氨气和氯化氢气体，两种气体又自发变成氯化铵，氯化铵的分解是可逆反应。,1、可逆反应,可逆反应的特点： （1）不能进行到底，有一定限度 （2）正反两个方向的反应在同时进行 （3）一定条件下，正逆反应达平衡,1、可逆反应,人们利用可逆反应进行化工生产时要同时考虑两个因素： 反应进行的速率和反应进行的限度。 化学反应限度决定原料利用率和产品的产率，因此，研究可逆反应，提高化学反应的限度具有重要意义。,2、化学平衡,定义：在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。,要点：对象可逆反应 条件一定条件下，V正=V逆 特征各成份的浓度不再变化,特点,动化学平衡是一种动态平衡 V正V逆0；,定反应混合物中各组成的浓度 保持不变；,变当外界条件（C、P、T）改变 时，V正V逆 ，平衡发生改变,2、化学平衡,练习,1、N2+3H2 2NH3反应达到平衡时，下列说法正确的是（ ） A、N2和H2不再化合了 B、N2、H2、NH3的浓度相等 C、平衡建立前体系的总质量在不断变化而平衡建立后体系的总质量就不再变了 D、N2、H2、NH3的浓度保持不变,D,2、在一定温度下，可逆反应： A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( ) A.A生成的速率与C分解的速率相等 B.A、B、C的浓度不再变化 C.单位时间生成n molA同时消耗3n molB D.A、B、C的分子数之比为1：3：2,BC,3、在一定温度下反应A2(g) + B2(g) 2AB(g) 达到平衡的标志是（ ）,C,A、单位时间生成1moLA2的同时生成1moL的B2,B、容器内的总物质的量不随时间变化,C、单位时间生成2moLAB的同时生成1moL的B2,D、单位时间生成1moLA2的同时消耗2moL的2AB,【交流.研讨一】测量获得反应H2(g)I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度，结果如下表,54.50,54.43,54.16,54.33,8.298,8.306,8.271,1 请根据表中的实验数据计算平衡时 的值，将计算结果填入表中。,54.62,【交流.研讨一】测量获得反应H2(g)I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度，结果如下表,54.50,54.43,54.16,54.33,8.298,8.306,8.271,请分析计算所得数据，寻找其中的规律。 （1）请分析计算所得的数据，回答在相同温度下数据大小有何特点？ （2）该常数大小与反应的初始浓度大小有无关系？,54.62,【交流.研讨一】测量获得反应H2(g)I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度，结果如下表所示,2 请分析计算所得数据，寻找其中的规律。 （3）由1、2、3组所给的初始浓度数据判断刚开始时化学反应进行的方向？由4、5两组所给的初始浓度数据判断刚开始时化学反应进行的方向？由此你能否得出该常数与化学反应方向的关系？,54.50,54.62,54.43,54.16,54.33,【交流.研讨一】测量获得反应H2(g)I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度，结果如下表所示,2 请分析计算所得数据，寻找其中的规律。 （4）由前5组平衡浓度的数据判断建立的平衡状态相同吗？你能否得出该常数与建立的平衡状态有无关系？由此你能得到什么结论？,54.50,54.62,54.43,54.16,54.33,【交流.研讨一】测量获得反应H2(g)I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度，结果如下表,54.50,54.43,54.16,54.33,8.298,8.306,8.271,2 请分析计算所得数据，寻找其中的规律。 （5）纵观以上8组实验数据，你还能得到什么结论？,54.62,规律小结,通过分析实验数据得出： (1)温度相同时，达到化学平衡状态 为一常数； (2)这个常数与反应的起始浓度大小无关； (3)这个常数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。 (4)同一温度下可以有多个平衡状态，但平衡时只有一个常数。 (5) 温度不同，平衡时常数大小不同。,不管H2 I2和HI的初始浓度是多大，只要保持反应体系的温度不变，达到化学平衡状态后， 总是一个常数。,一、化学平衡常数,K =,1 化学平衡常数表达式,含义：在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度系数次方之积与反应物平衡浓度系数次方之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数。,单位：（molL-1）c+d-a-b,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度。如： CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) K=CO2 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l) K=CO/(CO2H2),书写平衡常数关系式的注意事项,巩固练习,1 请写出下列反应的平衡常数表达式,2 平衡常数K的意义 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应的限度），平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全。,一般来说，如果一个反应的平衡常数大于105，通常认为反应可进行得比较完全，相反，如果一个反应的平衡常数小于在10-5，则认为这个反应很难进行。,【交流.研讨二】写出下表中各反应的平衡常数表达式。并讨论下面的问题,（1）对于一个反应，其平衡常数的表达式是唯一的吗？平衡常数的表达式与哪些因素有关？ （2）对于一个反应，其正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？,（3）我们将物质的量浓度单位为molL-1 带入化学平衡常数表达式，可得到K的单位。请写出上表中三个反应的K的单位，并由所得结果分析K的单位与反应的化学方程式之间有什么关系。,molL-1,(molL-1)2,3.平衡常数的有关规律,1 同一个可逆反应，平衡常数的表达式不是唯一的，它与化学方程式的书写方式有关。书写方式不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数表达式就不同。每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。 2 对于同一个反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数。 3 平衡常数的单位与化学方程式表示形式相对应。,4. 化学平衡常数的应用,aA+bB cC+dD,K =,Q =,浓度商,当QK时，,反应会逆向进行达到平衡。,反应为平衡状态。,反应要正向进行达到平衡。,在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻浓度商Q与K比较大小来判断。,当Q = K时，,当Q K时，,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：,（2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度 生成物D: 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: A=c0(A) - c(A),5、与平衡常数有关的计算,例:合成氨的反应N2+3H22NH3在某温度下各物质的平衡浓度是:N2=3molL-1, H2=9molL-1,NH3 =4molL-1求该反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。,解：求平衡常数K Kc=NH32/(N2H23)=16/(393)=7.3210-3 求N2、H2的初始浓度。 N2 + 3H2 2NH3 初始(molL-1) 变化(molL-1) 2 6 4 平衡(molL-1) 3 9 4,(3+2) (9+6) 0,0.675,1.在某温度下，可逆反应： mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为，下列说法正确的是（ ） .越大，达到平衡时，反应进行的程度越大 .越小，达到平衡时，反应物的转化率越大 .随反应物浓度改变而改变 .随温度改变而改变,AD,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。,表达式：反应物A的平衡转化率：,二、平衡转化率,定义：平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。,例：反应CO+H2OH2+CO2在773K时平衡常数K=9，如反应开始时C(H2O)=C(CO)=0.020molL-1求CO的转化率。 解： CO + H2O H2+CO2 初始 0.02 0.02 0 0 变化 x x x x 平衡 0.02-x 0.02-x x x K=x/(0.02-x)2=9 x/(0.02-x)=3 解得 x=0.015molL-1 转化率=(0.015/0.020)100=75,(1)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率,注：温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。,（1） 1.92,（2） 0.3mol/L,（3） 80%,(2)已知平衡转化率和初始浓度求平衡常数,（1） 2.25,（2） 60%,（1） 1,（2） 61.3%,（3）已知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。,（ A） 0.004、0.006 60%,2NO2(g) N2O4(g) H=57.2kJmol-1 红棕色 无色,温度对化学平衡的影响,温度对化学平衡的影响,2NO2(g) N2O4(g),红棕色,无色,H 57.2kJ.mol-1,2NO2(g) N2O4(g) H=57.2kJmol-1 红棕色 无色,减小,正向,增大,逆向,温度对化学平衡的影响,正 向,正 向,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。,交流 研讨,温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数实现的。,交流 研讨,在一定体积的 密闭容器中，反应CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) 的化学平衡常数和温度的关系如下表：,回答下列问题： (1)该反应的化学平衡常数表达式K= 。 (2)该反应的正反应为 反应(填”吸热”或”放热”)。 (3)某温度下,平衡浓度符合下式： c(CO2)c(H2) =c(CO) c(H2O)，可判断此时的温度为 。,吸热,830,迁移 应用,正 向,逆 向,请根据反应 Fe3+(aq) + 3SCN-(aq) Fe(SCN)3(aq)的平衡常数K 与 浓度商Q = 的关系,讨论改变反应物或生成物浓度对化学 平衡的影响。,Q K,Q K,交流 研讨,请根据提供的试剂和仪器，按照设计的实验 方案证明上述预测。 试剂：0.01 molL-1 FeCl3溶液、0.03 molL-1KSCN溶液、 1molL-1 FeCl3溶液、1molL-1KSCN溶液 仪器：胶头滴管、点滴板等,溶液呈血红色后加深,溶液呈血红色后加深,正向移动,正向移动,改变浓度，若QK，平衡逆向移动。,浓度对化学平衡的影响,Fe3+3SCN- Fe(SCN)3,2、浓度对化学平衡的影响,结论：(其它条件不变的情况下）,向正反应方向移动,向逆反应方向移动,向逆反应方向移动,向正反应方向移动,浓度对化学平衡影响的原因,改变了浓度商(Q)，使QK,进而影响化学平衡,浓度对平衡影响的适用范围：,只适用于气体或溶液,说明： 改变纯固体、纯液体的量对化学平衡无影响。,2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) H = _ 197.8kJmol-1 是硫酸制造工业的基本反 应。在生产中通常采用通入过量的空气的方法。为什么？,提高O2在原料气中的比例，使SO2的平衡转化率提高，从而降低生产成本。,原平衡状态,新平衡状态,平 衡 移 动,浓度 借助Q与K的相对大小进行判断,温度 温度对化学平衡的影响是 通过改变平衡常数来实现的,三支针筒中均抽入10mlNO2气体，将针筒前端闭。 原理：N2O4 2NO2 （1）将第二支针筒活塞迅速推至5ml处（现象如下图中 a b c 所示） （2）将第三支针筒活塞迅速拉至20ml处。（现象如下图中 A1 b1 c1 所示） 请观察针筒中气体颜色变化，并尝试用化学平衡移动的观点进行解释。,a1,b1,c1,观察.思考,b,c,a,再如：,向气体体积缩小的方向移动,向气体体积增大的方向移动,N2(气) + 3H2 (气) 2NH3(气),4500C时N2与H2反应合成NH3的数据,分析：,B：减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。,3、压强对化学平衡的影响,结论: (在其它条件不变的情况下),(对于反应前后气体体积改变的反应),A：增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动。,(对于反应前后气体体积不变的反应),C: 改变压强，化学平衡不移动。,早在1888年，法国科学家勒夏特列就发现了这其中的规律，并总结出著名的勒夏特列原理，也叫化学平衡移动原理：改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向能够减弱这种改变的方向移动。,精题点拨,在一定条件下,反应CO + NO2 CO2 + NO达到平衡后，降低温度，混合气体的颜色变浅。下列判断正确的是( ) A. 正反应为吸热反应 B. 正反应为放热反应 C. CO的平衡转化率降低 D. 各物质的浓度不变,B,2已知化学反应2A(?)+B(g) 2C(?)达到平衡，当增大压强时，平衡向逆反应方向移动，则 ( ) AA是气体，C是固体 BA、C均为气体 CA、C均为固体 DA是固体，C是气体,1某一化学反应，反应物和生成物都是气体，改变下列条件一定能使化学平衡向正反应方向移动的是 ( ) A增大反应物浓度 B减小反应容器的体积 C增大生成物浓度 D升高反应温度,A,D,3.关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体，尤其在寒冷季节易诱发关节疼痛。其化学机理为： HUr + H2O Ur -+ H3O+ 尿酸 尿酸根离子 Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s) 下列对反应叙述中正确的是( ) A. 正反应的H0 B. 正反应的H0 C. 升高温度，平衡正向移动 D. 降低温度，平衡正向移动,BD,4.在一定条件下，反应H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) 的H0，达到化学平衡状态且其它条件不变时： (1)如果升高温度,平衡混合物的颜色 ； (2)如果在体积固定的容器中加入一定量的氢气，化学平衡 移动，Br2(g)的平衡转化率 (变大、变小或不变)。,5.铬酸钾(K2CrO4)与重铬酸钾(K2Cr2O7)有如下转化: 2CrO42-+ 2H+ Cr2O72- + H2O 黄色 橙红色 已知重铬酸钾的稀溶液呈橙红色。 (1)向重铬酸钾的稀溶液中加入NaOH，溶液呈 色； (2)向 (1)的溶液中再加入过量的H2SO4，溶液呈 色； (3)向重铬酸钾的稀溶液中加入Ba(NO3)2溶液(BaCrO4为 黄色沉淀),则平衡向 移动(填“左”或“右”)。,变深,正向,变大,黄,橙红,左,
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