化学平衡的标志和特征.ppt

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 正反应速率 逆反应速率 相等 特征量一定 达到平衡 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 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 同 条件相同 某一可逆反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始 最终均可达到同一平衡状态 对同一物质而言 各种物质 等效平衡 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K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 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 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 3 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 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 4 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 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 5 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 以xA yBzC为例 化学平衡到达的标志有 VA 耗 VA 生速率 V正 V逆 VA 耗 VC 耗 x zVA 耗 VB 生 x y 各物质的百分含量保持不变 1 直接的 三 化学平衡状态的标志 比正逆 比前后 比K Qc 双向同时 符合比例 间接反映出v正 v逆的说法常常有 1 单位时间内某化学键断裂的条数与单位时间内生成该化学键 或另外的化学键 的条数关系 2 单位时间内消耗某物质的物质的量与生成该物质 或其他物质 的物质的量关系 3 给出在同一反应的同一时间内用不同物质表示的反应速率等等 在某温度下 某时刻反应是否达平衡 可用该时刻产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积的比即浓度商Q与K比较大小来判断 判断某时刻反应是否达平衡及反应方向 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 1 混合气体的总压 总体积 总物质的量不随时间的改变而改变 2 各物质的浓度不随时间的改变而改变 3 各物质的物质的量不随时间改变而改变 4 体系密度 温度 平均相对分子质量等 2 间接的 化学平衡状态的标志 3 判断化学平衡状态的方法 平衡 平衡 平衡 不一定平衡 4 判断化学平衡状态的方法 平衡 平衡 不一定平衡 不一定平衡 4 判断化学平衡状态的方法 平衡 不一定平衡 平衡 不一定平衡 4 判断化学平衡状态的方法 不一定平衡 不一定平衡 一定平衡 平衡 利用 变量恒定 达到平衡 判断选定反应中 变量 即随反应进行而变化的量 当变量不再变化时 反应已达平衡 常见的变量有 1 气体的颜色 2 对于气体体积变化的反应来说 恒压反应时的体积 恒容反应时的压强 3 对于反应体系中全部为气体 且气体物质的量变化的反应来说 混合气体的平均相对分子质量 4 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等 即 变量恒定 达到平衡 例1 能够说明N2 3H22NH3反应在恒容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 容器内密度不再发生变化 容器内的平均相对分子质量不再发生变化 对于不同类型的可逆反应 某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志 取决于该物理量在平衡到达前 反应过程中 是否发生变化 若是则可 否则 不行 注意 小结 化学平衡的标志 正反应速率等于逆反应速率 各成分的百分含量保持不变 各物质的浓度不变 各物质的转化率不变 对于气体计量数和前后不相等的反应 压强保持不变 特征量一定 达到平衡 练习 在一定温度下 可逆反应A 气 3B 气 2C 气 达到平衡的标志是 A C的生成速率与C分解的速率相等B 单位时间内生成nmolA 同时生成3nmolBC A B C的浓度不再变化D A B C的分子数比为1 3 2 AC 判断可逆反应达到平衡状态 重要题型 练习2 下列说法中可以充分说明反应 P 气 Q 气 R 气 S 气 在恒温下已达平衡状态的是 反应容器内压强不随时间变化B P和S的生成速率相等C 反应容器内P Q R S四者共存D 反应容器内总物质的量不随时间而变化 B 练习3 下列说法可以证明反应N2 3H22NH3已达平衡状态的是 AC A 1个N N键断裂的同时 有3个H H键形成 B 1个N N键断裂的同时 有3个H H键断裂 C 1个N N键断裂的同时 有6个N H键断裂 D 1个N N键断裂的同时 有6个N H键形成