人教版化学选修4第二章第三节.ppt

1 理解可逆反应与不可逆反应的概念 学会判断反应的不可逆性及可逆性大小 2 能描述化学平衡建立的过程 3 掌握化学平衡状态的特征 并能判断在一定条件下 可逆反应已达到平衡状态 一 可逆反应与不可逆反应当温度一定时 饱和溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行 而且两种过程的速率 于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都 我们把这类过程称作 表述这类过程时 约定采用 来代替反应式中原来用的 把从左向右的过程称作 由右向左的反应称作 溶解 结晶过程可表示为 固体溶质溶解结晶溶液中的溶质溶液中的溶质过程的可逆性是了解 的基础 过程的限度取决于 化学反应的 非常普遍 当你学会从 和 来观察和分析客观事物时 你对自然现象的认识会更加深入 更加全面 1 可逆反应 在 既能向 方向进行 又能向 方向进行的反应叫做可逆反应 若正 逆反应是在 发生的 则不属于可逆反应 如2H2O2H2 O2 可逆反应中的 和 必须同时存在于同一反应体系中 在相同条件下 正 逆反应都能够自动进行 正 逆反应是相对的 不是绝对的 通常把 反应称作正反应 反应称作逆反应 任何可逆反应 在 进行的同时 也在进行 2 不可逆反应 正反应几乎能 而逆反应进行的程度 这样的反应通常称为不可逆反应 如酸碱中和反应 二 化学平衡状态1 化学平衡状态的含义 在一定条件下 当 时 反应体系中所有参加反应的 保持 这时的状态就是在给定条件下反应达到了 对于 来说 称之为 2 化学平衡状态的特征 1 反应物和生成物处于同一 保持不变 2 达到平衡状态时 体系中所有物质的 或 保持不变 3 相等 且不为 因此体系的反应并 3 化学平衡状态的建立 1 只有 才能建立化学平衡状态 即化学平衡问题的研究对象是可逆反应 2 以可逆反应mA g nB g pC g 为例 若开始只有反应物 没有生成物 此时A和B的 最大 因而 最大 而C起始浓度为零 因而 为零 随着反应的进行 反应物不断减少 生成物不断增多 正 越来越小 逆 越来越大 反应进行到某一时刻 正 逆 这时就达到了化学平衡 如下图 的速率 时间图象所示 反应物与生成物浓度随时间变化 浓度 时间图象 关系如下图 所示 3 化学平衡状态的建立除了必须是可逆反应外 还必须有一定的温度 物质的浓度和气体的压强等外界因素的条件 所以 同一个可逆反应在 下建立起的化学平衡状态可能不同 不同的可逆反应 即使在 下 建立起的化学平衡状态也不一定相同 答案 一 相等保持不变可逆过程正 向 反应逆 向 反应过程限度过程可逆性的大小可逆性过程的可逆性化学平衡的角度1 相同条件下正反应逆反应不同条件下反应物生成物反应物 生成物生成物 反应物正反应逆反应2 进行到底几乎等于0 二 1 正 逆反应速率相等物质的质量或浓度恒定限度可逆反应体系化学平衡状态2 1 反应体系反应条件 2 质量浓度 3 正反应速率与逆反应速率0没有停止3 1 可逆反应 2 浓度正反应速率逆反应速率 3 不同条件相同条件 1 高炉炼铁的主要反应是 2C 焦炭 O2 空气 2CO 放出热量 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 炼制1号生铁所需焦炭的实际用量远高于按照化学方程式计算所需的量 且从高炉中出来的气体中含有没有利用的CO气体 开始 炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故 于是设法增加高炉的高度 然而高炉增高后 高炉尾气中的CO比例竟没有改变 这是什么原因呢 提示 因为该反应是可逆反应 一旦达到平衡后 再增加反应时间也不会改变反应物与产物的量 因此 只靠增加CO与铁矿石的接触时间是无法降低CO的排放量的 2 平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态 是在给定条件下化学反应所能达到的最大限度即该反应进行的限度 此时转化率如何 提示 此时反应物在给定条件下的转化率最大 1 可逆过程 1 溶解平衡状态的建立 温度一定 当把过量的蔗糖晶体溶解在水里时 一方面 蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水里 另一方面 溶解在水里的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成晶体 当扩散和聚集的速率相等时 蔗糖的溶解达到最大限度 形成饱和溶液 饱和溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行 且两种过程的速率相等 于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变 说明 溶液处在溶解平衡状态时 溶解和结晶的过程并没有停止 只是速率相等 故溶解平衡状态是一种动态平衡 2 可逆过程的表述 把溶解平衡这类过程称为可逆过程 表示这类过程时 约定采用 来代替反应式中原采用的 把从左向右的过程称作正 向 反应 由右向左的反应称作逆 向 反应 如溶解 结晶的过程可表示为 固体溶质溶液中的溶质2 可逆反应与不可逆反应 1 可逆反应与不可逆反应的比较 2 可逆反应的特征 可逆反应必须是在同一条件下 在正反应进行的同时 逆反应也在进行 可逆反应不能进行到底 也就是说可逆反应无论进行到何种程度 反应物和生成物并存 即任何物质的量都不可能为0 注意 判断一个反应是否为可逆反应的关键是可逆反应必须是在同一条件下 例如 2H2 O22H2O和2H2O2H2 O2 不是可逆反应 因为反应条件不一样 而2SO2 O22SO3则是可逆反应 案例精析 例1 密闭容器中发生可逆反应 X2 g Y2 g 2Z g 已知起始时X2 Y2 Z各物质的浓度分别为0 1mol L 1 0 3mol L 1 0 2mol L 1 反应在一定条件下达到平衡时 各物质的物质的量浓度可能是 A c Z 0 3mol L 1 B c Y2 0 35mol L 1C c Y2 0 2mol L 1D c Z 0 4mol L 1 解析 若反应向右进行 则X2 Y2 Z三种物质的物质的量浓度范围依次是 0 0 1mol L 1 0 2mol L 1 0 3mol L 1 0 2mol L 1 0 4mol L 1 若反应向左进行 则X2 Y2 Z三种物质浓度范围依次是 0 1mol L 1 0 2mol L 1 0 3mol L 1 0 4mol L 1 0 0 2mol L 1 答案 AB 点评 可逆反应总是不能进行到底 得到的总是反应物与生成物的混合物 济南质检题 在一密闭容器中进行反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 已知反应过程中某一时刻SO2 O2 SO3的浓度分别为0 2mol L 1 0 1mol L 1 0 2mol L 1 当反应达到平衡时 可能存在的数据是 解析 A项数据表明 题中0 2mol L 1的SO3完全转化成了SO2和O2 即平衡时 c SO3 0 这是不可能的 B项说明在题给浓度的基础上又有0 05mol L 1SO3分解成0 05mol LSO2 这是可能的 C项数据表明SO2 SO3的浓度都在原浓度基础上减少了0 05mol L 1 这是不可能的 D项数据说明SO2完全转化成了SO3 即平衡时c SO2 0 c O2 0 这也是不可能的 答案 B 点评 解答可逆反应的问题要特别注意 即反应物不可能完全转化为产物 产物也不可以完全转化为反应物 另外还要注意量的变化 元素原子不可能凭空增加或减少 总之要注意 可逆 和 守恒 下列反应不属于可逆反应的是 A Cl2溶于水B NH3溶于水C 可充电电池的反应如H2O Zn Ag2OZn OH 2 2AgD 电解水生成H2和O2 点燃H2和O2的混合物生成水 解析 A选项Cl2溶于水是可逆反应 Cl2 H2O HCl HClO 教材上未标 而写作 是因当时尚未学习 可逆反应 B选项NH3溶于水也是可逆反应 NH3 H2O NH3 H2O NH OH C D选项电解水和点燃H2和O2生成水 可充电电池的反应二者均不是同时进行的 也不是在相同条件下进行的反应 不是可逆反应 答案 CD 点评 误选A的原因是缘于教材上的写法 而忽视了认识的阶段性 误选C或D未能用可逆反应的概念予以审视 不可逆反应 irreversiblereaction 在一定条件下 几乎只能向一定方向 向生成物方面 进行的反应 如NaOH HCl NaCl H2O是不可逆反应 反应不可逆的原因是正反应占绝对的优势 而逆反应很微弱 因此可认为反应实际上能进行到底 例2 在密闭容器中进行N2 3H2 2NH3反应 起始时N2和H2分别为10mol和30mol 当达到平衡时 N2的转化率为30 若以NH3作为起始反应物 反应条件与上述反应相同时 要使其反应达到平衡时各组成成分的物质的量分数与前者相同 则NH3的起始物质的量和它的转化率正确的是 A 40mol 35 B 20mol 30 C 20mol 70 D 10mol 50 解析 考查关于化学平衡状态的实质和建立平衡的途径 解本题的主要依据是不论从正反应开始或从逆反应开始 当可逆反应在相同的外界条件下达到平衡时 反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变的规律 根据题意 可推算出反应达到平衡时各组成成分的物质的量 N2 3H2 2NH3起始量10mol30mol0变化量10 30 3mol9mol6mol平衡量7mol21mol6mol从逆向思维考虑 若正反应进行到底 可求得生成NH320mol 此NH3的物质的量就是从逆向进行上述反应时 NH3的起始反应量 在同温和同一容器中进行逆向反应达到平衡时 各组成成分的物质的量与上述反应相同 N2 3H2 2NH3起始量0020mol平衡量7mol21mol20 14 6mol可见NH3起始量20molNH3的转化率 100 70 答案 C 反应2SO2 O2 2SO3达到平衡后 再向反应容器中充入含氧的同位素O的氧气 经过一段时间后 O原子存在于 A O2B SO2C O2和SO2D O2 SO2和SO3 答案 D 在200 时 将amol氢气和bmol碘蒸气充入到体积为VL的密闭容器中 发生反应 I2 g H2 g 2HI g 1 反应刚开始时 由于c H2 c I2 而c HI 所以化学反应速率 最大 而 最小 或为零 2 随着反应的进行 反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c H2 c I2 而c HI 从而化学反应速率 正 而 逆 以上均填 增大 减小 或 相等 3 当反应进行到 正 与 逆 时 此可逆反应就达到了最大限度 若保持外界条件不变时 混合物中各组分的物质的量 物质的量浓度 质量分数 体积分数 反应物的转化率和生成物的产率都将 答案 1 mol L mol L0 正 逆 2 减小 减小 增大 减小 增大 3 相等 保持不变 1 直接判断法 1 正反应速率 逆反应速率 0 2 同一物质的消耗速率与生成速率相等 3 各组分的浓度保持不变 2 间接判断法 1 各组分的百分含量保持不变 2 各组分的物质的量保持不变 3 各气体的体积不随时间的改变而改变 3 以反应mA g nB g pC g qD g 为例来说明 注意 可逆反应达到平衡状态时有两个核心判断依据 1 正反应速率和逆反应速率相等 2 反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变 依据其他有关的量判断可逆反应是否达到平衡状态时 最终都要回归到这两个核心依据上来 案例精析 例3 下列方法中可以证明2HI g H2 g I2 g 已达平衡状态的是 单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI 一个H H键断裂的同时有两个H I键断裂 百分组成HI I2 反应速率 H2 I2 HI 时 c HI c H2 c I2 2 1 1时 温度和体积一定时 某一生成物浓度不再变化 温度和体积一定时容器内压强不再变化 条件一定 混合气体的平均相对分子质量不再变化 温度和体积一定时 混合气体的颜色不再变化 温度和压强一定时 混合气体的密度不再化变讨论 在上述 的说法中能说明2NO2 N2O4达到平衡状态的是 解析 化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里 正反应速率和逆反应速率相等 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 化学平衡状态的标志 1 微观标志 正 逆 0规律 同一物质的生成速率等于消耗速率 在方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比 或消耗速率与生成速率之比 前后比较项必须相反 等于方程式系数之比 方程式两边的不同物质生成速率与生成速率之比 或消耗速率与消耗速率之比 前后比较必须相同 等于方程式系数之比 2 宏观标志 反应混合物中各组分百分含量一定 规律 各组分的质量分数不变 各气体组分的体积分数不变 各组分的物质的量分数不变 各组分的分子数之比不变 各组分的物质的量浓度不变时一定平衡 变化时不一定 各组分的转化率或产率不变 若某组分有色 体系的颜色不再改变时一定平衡 变化时不一定 答案 2009 济南质检题 在一定温度下的定容密闭容器中 当物质的下列物理量不再变化时 表明反应 A s 2B g C g D g 已达平衡的是 A 混合气体的压强B 混合气体的密度C B的物质的量浓度D 气体的总物质的量 解析 考查反应 A s 2B g C g D g 方程式两边气体分子的化学计量数相等 显然混合气体的压强和总物质的量均始终保持不变 不能用来判断反应是否达到平衡 由于A是固体 所以 气 是一个变化量 而c B 也是一个变化量 那么当 气 c B 不再变化时说明反应已达平衡 答案 BC 点评 观察一个化学反应 首先看物质的状态及气体物质的化学计量数关系 在一定温度下 向aL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 此反应达到化学平衡的标志是 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 单位时间消耗0 1molX同时生成0 2molZ 解析 本题通过简单的定量及定性分析来考查化学反应达到限度的知识 即化学平衡状态的标志和判断的方法 对于选项A 因该反应两边气体分子数不等 容器内压强不随时间变化 意味着各物质物质的量不再变化 选项B恰恰表示了当达到化学平衡时的情况 各组成成分的浓度不再变化 选项C假设开始投入2molX 4molY进行反应 当有1molX和2molY反应生成2molZ时 X Y Z的分子数比为1 2 2 但并不一定是达到限度时的状态 选项D中消耗X与生成Z均为正反应速率 没有表达正 逆反应速率的关系 答案 AB 炉火纯青 的解释人们很早就知道从燃烧火焰的颜色变化来观察温度的变化 炉火温度在500 以下呈暗黑色 升到700 时 火焰变为紫红色 也就是俗称的 炉火通红 再上升到800 900 后 火焰由红变黄 1200 时 火焰发亮 逐渐变白 继续升到接近3000 后 呈白热化 相当于灯泡钨丝发亮的温度 如果超过3000 火焰由白转蓝 这就是 炉火纯青 了 是燃烧温度的最高阶段 一般来说 提高温度可以加快绝大多数化学反应的反应速率 但是 过分提高温度是一种不经济的方法 如今 化学工业上 都是通过采用催化剂技术提高化学反应速率 而非单纯提高反应温度 古代的炼丹家们不懂催化剂的催化原理 往往认为火焰达到 炉火纯青 就能炼到长生不老的丹药 实际上 那时的耐火材料是很难达到这样高的温度的 因此 无论炼丹家如何努力 炉火纯青 最终只能是一厢情愿