高中化学选修4课件--9化学平衡（第三课时）

第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡（第三课时）1 三、化学平衡常数化学平衡常数：是指在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也无论反应物起始浓度的大小,最后都能达到平衡,这时各种生成物浓度的系数次方的乘积除以各反应物浓度的系数次方的乘积所得的比值。它是个常数，用K表示，例如：mA+nBpC+qDK=[C（C）]p×[C（D）]q[C（A）]m×[C（B）]n2 化学平衡常数同阿伏加德罗常数以及物理中的万有引力常数一样都是一个常数，只要温度不变，对于一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值。1.使用化学平衡常数应注意的问题：（1）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。（2）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“1”而不代入公式（3）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。3 2.化学平衡常数的应用。（1）化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物转化率也越大。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。4 （2）可以利用平衡常数的值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。如：对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定温度的任意时刻，反应物与生成物的浓度如下关系：Qc=[C（C）]p×[C（D）]q[C（A）]m×[C（B）]nQc,叫做该反应的溶液商。Qc〈K，反应向正反应方向进行Qc=K，反应处于平衡状态Qc>K，反应向逆方向进行5 3.利用K可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。6 四、有关化学平衡的计算：起始量、变化量、平衡量的计算关系在反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)中，计算关系为：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)起变平n1n200axbxcxdxn1-axn2-bxcxdx单位统一已知条件计量系数之比加、减计算⑴、物质浓度的变化关系：①、反应物：平衡浓度＝————————————————起始浓度－变化浓度②、生成物：平衡浓度＝————————————————起始浓度＋变化浓度③、各物质的变化浓度之比＝————————————————反应式计量系数之比⑵、反应物的转化率：反应物转化为生成物的百分率7 例1、将6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，发生下列反应：3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g)，经过5min达到化学平衡，此时生成C为2mol，测得D的反应速率为0.1mol/L·min，计算：①、x的值；②、平衡时B的转化率；③、A的平衡浓度。3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g)解：∵起变平mol650020.1×5×4133422①、∵2:x＝2:(0.1×5×4)∴x＝28 例2、加热N2O5时，发生下列两个分解反应：N2O5N2O3＋O2，N2O3N2O＋O2；在1L密闭容器中加热4molN2O5达到化学平衡时O2的浓度为4.50mol/L，N2O3的浓度为1.62mol/L，求其他各物质的平衡浓度。解析：这是一个连续平衡的计算，计算思路为：第一个反应的平衡量作为第二个反应的起始量∴解：∵N2O5N2O3＋O2N2O3N2O＋O2起变平mol400xxx4-xxxx0xyyyx-yyx+yx–y=1.62x+y=4.50解得：x=3.06moly=1.44mol故：CN2O5=(4–3.06)mol/1L=0.94mol/LCN2O=1.44mol/1L=1.44mol/L9 例3、在密闭容器中，用等物质的量的A和B发生下列反应：A(g)+2B(g)2C(g)反应达到平衡时，若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，求B的转化率解：∵A(g)+2B(g)2C(g)起变平nn0x2x2xn-xn-2x2x由题意可知：n-x+n-2x=2xx=0.4n解题的一般步骤：列出三栏数据根据题意列方程求解气体反应计算时经常使用的推论：10 实验中学高二化学备课组18四月2022平衡移动与反应物的转化率间的关系11 思考：化学平衡是暂时的，一旦外界条件改变，原有的固定的各种数量关系皆会因平衡的移动而发生改变，平衡移动时反应物的转化率如何变化？这要根据具体反应及引起平衡移动等具体原因而定，不可一概而论。12 一、由于压强改变而引起平衡正向移动时，反应物的转化率必定增大。反之，平衡逆向移动时，反应物的转化率必定减小。PS：1、这里的压强改变方式指容积的变化。若为加压，平衡正向移动，则正反应是一气体体积缩小的反应；若为减压，平衡正向移动，则正反应是一气体体积增大的反应。2、若TV不变条件下，向平衡体系中加入惰性气体，这时体系的总压增大，但平衡不移动，反应物转化率不变。因加入无关气体后，由于体积不变，所以平衡体系中有关物质的浓度没有变，因而不影响原平衡。平衡移动与反应物的转化率间的关系13 AD解析：由于体积减小一半，则体系压强为原来的两倍，若平衡不移动，则A、B、C、的的浓度应为原来的两倍，今B和C的浓度均是原来的2.2倍，故平衡应正向移动。而加压平衡向气体体积减小方向移动，所以ｍ>2ｎ故答案为A、D。例1：在一密闭容器中，反应ｍA(ｇ)ｎB(ｇ)＋ｎC(ｇ)达平衡后，保持温度不变，将容器容积压缩到原来的一半，当达到新的平衡时，B和C的浓度均是原来的2.2倍，则错误的为：（）A.平衡向逆反应方向移动了B.物质A的转化率增加了C.物质C的质量分数增加了D.ｍ＜2ｎ14 练习：恒温下,反应aX(g)bY(g)+cZ(g)达到平衡后,把容器体积压缩到原来的一半且达到新平衡时,X的物质的量浓度由0.1mol/L增大到0.19mol/L,下列判断正确的是:（）A.a＞b+cB.a＜b+cC.a＝b+cD.a＝b=cA15 二：由于温度改变而引起平衡正向移动时，反应物的转化率必定增大。反之，平衡逆向移动时，反应物的转化率必定减小。PS：当温度升高，平衡正向移动，则正反应是一吸热的反应；若为降温，平衡正向移动，则正反应是一放热的反应；无论哪种情况，由于反应物的初始量未变，将会有更多的反应物转化为生成物。16 例2：（99上海）可逆反应：3A(g)3B(?)+C(?)-Q，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是（）A、B和C可能都是固体B、B和C一定都是气体C、若C为固体，则B一定是气体D、B和C可能都是气体CD解析：此题虽然没有直接问A的转化率。当温度升高，气体的相对分子质量变小，而正反应是吸热反应，所以平衡正向移动，由于没有改变A的初始量，则A的转化率必然提高。气体平均相对分子质量=m/n，若B和C都是固体，则气体只有A，其相对分子质量不变；若B和C都是气体，则m不变，而n变大，气体的相对分子质量变小；若C为固体，则B一定是气体，这时气体的n不变，而m变小，气体的相对分子质量变小，正确答案为CD。17 三、由于增大反应物浓度（TV不变）引起平衡移动时，有以下几种情况：1、对于反应物只有一种的可逆反应（并规定起始时只有反应物）：aA(g)bB(g)+cC(g)⑴、若反应前后气体分子数不变，即a=b+c，增加反应物的浓度时，平衡等效。反应物转化率不变：如2HI(g)H2(g)+I2(g)，则无论增大或减小HI的浓度，相当于对体系加压或减压，平衡不移动，HI的转化率都不改变。⑵、若反应后气体分子数减少、即a>b+c，增大反应物浓度，平衡正向移动。反应物转化率变大：如2NO2（g）N2O4（g），则增大NO2的浓度，相当于对体系加压，平衡向气体体积缩小的方向移动，即正向移动。NO2的转化率增大。18 例3：在一定温度下，向容积固定不变的密闭容器中充入amolNO2发生如下反应2NO2（g）N2O4（g），达平衡后再向容器中充入amolNO2，达到新平衡后，与原来的平衡比较错误的是…………………………………………（）A、相对平均分子质量增大B、NO2的转化率提高C、体系的颜色变深D、NO2的质量分数增大D解析：可将第二次的平衡的建立看作是投入2amolNO2在两倍大的容器中同温下进行。这时两个平衡等效，再将第二次的体积加压为与第一次一样，则平衡将正向移动。由于气体总质量不变，而气体总物质的量减少，所以相对平均分子质量增大，所以A、B均对。D不难判断是错的。气体颜色取决于NO2的浓度，由于NO2的浓度的增大比移动后使其浓度减小的大得多，C项也对。故错误的是D。19 例4：将装有1molNH3的密闭容器加热，部分NH3分解后达到平衡，此混合气体中NH3的体积分数为x%；若在同一容器中最初充入的是2molNH3，密封、加热到相同温度，反应达到平衡时，设此时混合气体中NH3的体积分数为y%。则x和y的正确关系是（）Ａ、ｘ＞ｙＢ、ｘ＜ｙＣ、ｘ=ｙＤ、ｘ≥ｙ解析：可先将后一种看做是两倍体积的容器中于同温下建立平衡，此时两平衡等效，再将后者体积缩小为前者一样大，即加压，平衡向气体体积缩小方向移动，即逆向移动。所以后者氨的转化率变小，故答案为A。⑶、若反应后气体分子数增大，即a<b+c，增大反应物浓度，平衡逆向移动。反应物转化率变小：如2NH3N2+3H2，则增大NH3的浓度，也相当于将原体系加压，平衡向气体体积缩小的方向移动，即逆向移动。NH3的转化率减小。A20 三、由于增大反应物浓度（TV不变）引起平衡移动时，有以下几种情况：2、对于反应物（不考虑固体反应物）不只一种的可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)⑴、当只增加反应物之一的浓度时，该反应物的转化率降低，而另一反应物的转化率则增大。如：N2+3H22NH3平衡时增加N2的浓度，平衡正向移动，H2的转化率增大而N2的转化率降低。即：浓度增大的反应物的转化率降低、而另一反应物转化率则升高。⑵、若两反应物的浓度按同比例增大，这时相当于将两个一样的平衡加压，平衡将向气体体积减小的方向移动，若m+n>p+q，则两反应物的转化率均增大，若m+n<p+q，则两反应物的转化率均减小。21 练习：1.一定温度下，将amolPCl5通入一个容积不变的密闭容器中，达到如下平衡：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，测得平衡混合气体的压强为P1，此时维持温度不变，再向容器中通入amolPCl5，再达平衡时测得平衡混合气体的压强为P2，则P1与P2的关系是（）。A.2P1<P2B.2P1>P2C.2P1=P2D.无法判断2.在两个恒容容器中有平衡体系：A(g)2B(g)和2C(g)D(g)，X1和X2分别是A和C的转化率。在温度不变情况下，均增加相同的A和C的物质的量，下列判断正确的是（）A．X1降低，X2增大B．X1、X2均降低C．X1增大，X2降低D．X1、X2均增大BA22 3、当下列反应达到平衡时，保持温度不变，向容器中充入氩气，平衡一定不移动的是（）A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)B.2HI(g)H2(g)+I2(g)C.PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)D.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)B4、某温度时，一定压强下的密闭容器中发生反应：aX(g)+bY(g)cZ(g)+dW(g)，达平衡后，保持温度不变压强增大至原来的2倍，当再达到平衡时，W的浓度为原平衡状态的1.8倍，下列叙述正确是（）A.平衡正移B.(a+b)>(c+d)C.Z的体积分数变小D.X的转化率变大C23 第二章化学反应速率和化学平衡实验中学高二化学备课组18四月2022第三节化学平衡（第四课时）24 一、等效平衡⑴定义：化学平衡的建立与反应途径无关，可逆反应在相同状况下，不论从正反应开始还是从逆反应开始，或者正逆反应同时进行，只要初始时有关物质的量“相当”，它们即可以达到相同平衡状态，称为“等效平衡”。此时，等效平衡中各物质的百分含量相等。25 无论平衡从哪个方向建立，在判断时都可根据题给条件和反应计量系数把生成物全部推算为反应物或把反应物全部推算成生成物再与原平衡加入的物质的量相比较，若物质的量“相当”，则为等效平衡，推算式为：某反应物的物质的量(mol)+变成生成物而消耗的该反应物的物质的量(mol)＝原来该反应物的物质的量(mol)⑵等效平衡的解法—极值转换法26 二、等效平衡的分类①恒温、恒容时，只要反应物和生成物的量相当（反应物换算成生成物或生成物换算成反应物后与原起始量相同）则为等效平衡27 例1、在一定温度下，将2molN2和6molH2充入固定容积的密闭容器中，发生N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，达到化学平衡后，若保持温度不变，令a、b、c分别为N2、H2、NH3的物质的量，重新建立平衡，混合物中个物质的量仍和上述平衡相同，填空⑴、若a=0，b=0，则c=———⑵、若a=1，c=2，则b=————⑶、若a、b、c取值必须满足的一般条件为（用两个式子表示，一个只含a和c，一个只含b和c————————、————————43a+c/2=2b+3c/2=628 例2、在一个固定容积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生2A(g)＋B(g)3C(g)+D(g)，达到化学平衡时，C的浓度为wmol/L。若保持温度容积不变，改变起始物质的用量，达到平衡后，C的浓度仍为wmol/L的是：A.4molA+2molBB.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molDC.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD√√29 ②恒温、恒容时，反应前后气体体积不变（等计量系数）的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量比例与起始状态相等，则二平衡等效。③恒温、恒压时，改变起始加入量，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的量之比与原状态相同，则二平衡等效。30 例3、温度压强不变时，将1molN2和4molH2充入一个装有催化剂容积可变的密闭容器中，发生N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，达到化学平衡后生成amol的NH3，在相同温度和压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变，填表：已知编号起始物质的量（mol）平衡时NH3的量molN2H2NH3140a①1.560②10.5a③mn(n≥4m)1.5a00.52(n-4m)(n-3m)a31 1.在一定温度下，把1molCO和2molH2O通入一个密闭容器中，发生如下反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，一定时间后达到平衡，此时，CO的含量为p%，若维持温度不变，改变起始加入物质的物质的量，平衡时CO的含量仍为p%的是（　　）A.1molCO２、2molH２B.0.2molCO２、0.2molH２、0.8molCO、1.8molH2OC.1molCO２、1molH2OD.1molCO２、1molH２、1molH2OBD32 2.（98全国）体积相同的甲、乙两个容器中，分别都充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2+O22SO3，并达到平衡。在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率()A、等于p%B、大于p%C、小于p%D、无法判断B33 3.某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是()A．均减半B．均加倍C．均增加1molD．均减少1molC34 4.将2molSO2气体和2molSO3气体混合于固定体积的密闭容器中，在一定条件下发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。达到平衡时SO3为nmol。在相同温度下，分别按下列配比在相同密闭容器中放入起始物质，平衡时SO3等于nmol的是()A.1.6molSO2+0.3molO2+0.4molSO3B.4molSO2+1molO2C.2molSO2+1molO2+2molSO3D.3molSO2+1molO2+1molSO3B35