高中化学选修4课件_9化学平衡（第三课时） 35页

第二章 化学反应速率和化学平衡 11 二月 2021 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 + nB pC + qD K= [C （ C ） ] p ×[C （ D ） ] q [C （ A ） ] m ×[C （ B ） ] n 2 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 ） ] n Qc , 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 n 1 n 2 0 0 ax b x cx dx n 1 -ax n 2 - b x cx dx 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 6mol A 气体和 5mol B 气体混合放入 4L 密闭容器中，发生下列反应： 3A (g) + B (g) 2C (g) + x D (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) + x D (g) 解： ∵ 起 变 平 mol 6 5 0 0 2 0.1×5×4 1 3 3 4 2 2 ① 、 ∵2 : x ＝ 2 : ( 0.1×5×4) ∴ x ＝ 2 8 例 2 、加热 N 2 O 5 时，发生下列两个分解反应： N 2 O 5 N 2 O 3 ＋ O 2 ， N 2 O 3 N 2 O ＋ O 2 ；在 1L 密闭容器中加热 4mol N 2 O 5 达到化学平衡时 O 2 的浓度为 4.50 mol/L ， N 2 O 3 的浓度为 1.62 mol/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： ∵ N 2 O 5 N 2 O 3 ＋ O 2 N 2 O 3 N 2 O ＋ O 2 起 变 平 mol 4 0 0 x x x 4- x x x x 0 x y y y x - y y x +y x – y = 1.62 x +y = 4.50 解得： x = 3.06 mol y = 1.44 mol 故： C N 2 O 5 = (4 – 3.06) mol / 1L=0.94 mol/L C N 2 O = 1.44 mol / 1L=1.44 mol/L 9 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 n n 0 x 2x 2x n - x n - 2x 2x 由题意可知： n - x + n - 2x = 2 x x = 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 11 二月 2021 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 >2 ｎ 故答案为 A 、 D 。 例 1 ：在一密闭容器中，反应 ｍ A( ｇ ) ｎ B( ｇ ) ＋ ｎ C( 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 ＜ 2 ｎ 14 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+c B. a ＜ b+c C. a ＝ b+c D. a ＝ b=c A 15 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) b B(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) H 2 (g)+I 2 (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 2NO 2 （ g ） N 2 O 4 （ 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 a mol NO2 发生如下反应 2NO 2 （ g ） N 2 O 4 （ g ），达平衡后再向容器中充入 a mol NO 2 ，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 2 a mol NO 2 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 NO 2 的浓度，由于 NO 2 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 1molNH 3 的密闭容器加热，部分 NH 3 分解后达到平衡，此混合气体中 NH 3 的体积分数为 x% ；若在同一容器中最初充入的是 2 mol NH 3 ，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＞ｙ Ｂ、ｘ＜ｙ Ｃ、ｘ = ｙ Ｄ、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 ap+q ，则两反应物的转化率均增大，若 m+nP2 C. 2P1=P2 D. 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 B A 22 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. N 2 (g)+3H 2 (g) 2NH 3 (g) B. 2HI(g) H 2 (g)+I 2 (g) C.PCl 5 (g) PCl 3 (g)+Cl 2 (g) D. 2SO 2 (g)+O 2 (g) 2SO 3 (g) B 4 、 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 C 23 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 11 二月 2021 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 2mol N 2 和 6mol H 2 充入固定容积的密闭容器中，发生 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g) 2NH 3 (g) ，达到化学平衡后，若保持温度不变，令 a 、 b 、 c 分别为 N 2 、 H 2 、 NH 3 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 ———————— 、 ———————— 4 3 a+c/2 = 2 b+3c/2 = 6 28 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 w mol/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 w mol/L 的是： A.4molA+2molB B.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD C.3molC+1molD+1molB D.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 1molN 2 和 4molH 2 充入一个装有催化剂容积可变的密闭容器中，发生 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g) 2NH 3 (g) ，达到化学平衡后生成 a mol 的 NH 3 ，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 NH 3 的量 mol N 2 H 2 NH 3 1 4 0 a ① 1.5 6 0 ② 1 0.5a ③ m n(n≥4m) 1.5a 0 0.5 2(n-4m) (n-3m)a 31 1. 在一定温度下，把 1 mol CO 和 2 mol H 2 O 通入一个密闭容器中，发生如下反应： CO(g)+H 2 O (g) CO 2 (g)+H 2 (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.1molCO ２ 、 2molH ２ B. 0.2molCO ２ 、 0.2molH ２ 、 0.8molCO 、 1.8molH 2 O C.1molCO ２ 、 1molH 2 O D.1molCO ２ 、 1molH ２ 、 1molH 2 O BD 32 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 SO 2 和 O 2 ，在相同温度下发生反应： 2SO 2 +O 2 2SO 3 ，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 SO 2 的转化率为 p% ，则乙容器中 SO 2 的转化率 ( ) A 、等于 p% B 、大于 p% C 、小于 p% D 、无法判断 B 33 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 1mol 　 D ．均减少 1mol C 34 4. 将 2mol SO 2 气体和 2mol SO 3 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 : 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 。达到平衡时 SO 3 为 n mol 。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 SO 3 等于 n mol 的是 ( ) A.1.6molSO 2 +0.3molO 2 +0.4molSO 3 B.4molSO 2 +1molO 2 C.2molSO 2 +1molO 2 +2molSO 3 D.3molSO 2 +1molO 2 +1molSO 3 B 35