[课件]高中化学-化学平衡 51页

大连市第二十三中学高级教师杜彦2003年名师课堂辅导讲座—高中部分化学平衡\n[学习要求]1、了解化学反应的可逆性；理解化学平衡的涵义；掌握化学平衡与反应速率之间的内在联系。2、理解勒夏特列原理的涵义；掌握浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。\n1、化学平衡状态：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。[学习内容]说明：可逆反应①在同一条件下，能同时向正、逆两个方向进行的化学反应称可逆反应。\n②可逆反应进行的过程中，若开始只有反应物，没有生成物，则开始时v正最大，v逆为零。随着反应的进行，反应物不断减少，生成物不断增多，v正越来越小，v逆越来越大，反应进行到某一时刻，v正＝v逆，这时就达到了化学平衡，如图：Ovtv正v逆化学平衡v正=v逆\n③绝大多数化学反应都有一定的可逆性。但有的反应逆反应倾向比较小，从整体上看，反应实际上是朝着一个方向进行的，如Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,H++OH-H2O；还有一些反应，产物一旦脱离了反应体系，它就不具备可逆反应的条件，如2H2O22H2O+O2↑。这些反应不能称为可逆反应；也有些反应向相反方向进行时，反应条件不同，如2H2+O22H2O，2H2O2H2↑+O2↑，这样的反应也不叫可逆反应。MnO2点燃电解\n2、化学平衡的特征：“逆、等、动、定、变”①逆：是指可逆反应，表示化学平衡状态可以从正、逆反应两个方向达到，不论是从正反应开始还是从逆反应开始，都可以达到平衡状态。②等：表示正、逆反应速率相等\n③动：表示处于平衡状态下的化学反应，从表面上、从宏观上看好像反应停止了，但从本质上、从微观的角度上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了。\n④定：因为正、逆反应速率相等，所以混合物中各反应物、生成物的浓度保持不变，因此各组分的质量分数不变，。⑤变：表示化学平衡状态都是在一定的条件下建立的，当这个条件改变了，化学平衡也就被破坏了，它会在新的条件下建立新的化学平衡。\n①速率：v正=v逆（即任何一种物质的生成速率等于其消耗速率）②各成分的含量保持不变直接以xA(g)+yB(g)zC(g)为例，分析化学反应达到平衡状态的标志：\n③混合气体的总压、总体积、总物质的量不随时间的延长而改变(x+y≠z)④各物质的物质的量，物质的量浓度不随时间的延长而改变间接\n注意（1）对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应（如2SO2+O22SO3）来说，可利用混合气体的总压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。\n（2）对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应（如H2+I2(g)2HI），不能用此标志判断平衡是否到达，因为在此反应过程中，气体的总压、总体积、总物质的量都不随时间的改变而改变。\n（3）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。\n4、化学平衡移动勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的某一条件（如温度、浓度、压强等），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。（1）浓度：增大c反应物或减少c生成物，平衡正向移动；减小c反应物或增大，c生成物，平衡逆向移动。\n升温，平衡向吸热方向移动降温，平衡向放热方向移动加压，平衡向气体体积缩小方向移动减压，平衡向气体体积扩大方向移动（4）催化剂对化学平衡无影响，只是缩短到达平衡所需的时间。（2）温度（3）压强\n注意：（1）只有互相混溶的物质才有浓度的意义，因此纯液体和固体其物质的量变化不影响平衡。（2）压强：必须有气体参加的反应，且反应前后气体总体积有变化的可逆反应，压强变化才影响平衡。气体总体积不变时压强变化对平衡无影响。\n（3）定容的密闭容器中充入与反应无关的惰性气体虽总压增大，但参加反应的气体的浓度未变，分压未变，平衡不移动。（4）恒压的容器中压入与反应无关的气体，容器因维持恒压而体积变大，参加反应的气体浓度减小，分压降低，平衡向体积扩大的方向移动。\n有关化学平衡计算的一般步骤为：①写出有关平衡的化学方程式；②列出或计算相关物质的起始量、转化量、平衡量；③据已知条件列出相应方程计算。例如：5、化学平衡计算的基本方法\n可逆反应在达到平衡的过程中各物质浓度变化关系。反应mA+nBpC起始浓度(mol·L-1)abc变化浓度(mol·L-1)xxx平衡浓度(mol·L-1)(a-x)(b-x)(c+x)对于反应物：c平=c起-c变对于生成物：c平=c起+c变\n3、平衡的种类（1）溶解-结晶平衡KNO3(s)K++NO3--Q（2）化学平衡N2+3H22NH3+Q（3）电离平衡CH3COOHCH3COO-+H+-Q（4）沉淀溶解平衡AgCl(s)Ag++Cl--Q（5）盐类水解平衡Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+-Q溶解结晶\n[典型例题分析]有关化学平衡的考题主要有以下四种类型：1、可逆反应平衡状态的判定：例1、一定温度下，可逆反应2NO22NO+O2在体积固定的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是（）\n①单位时间内生成nmolO2，同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2，同时生成2nmolNO③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1④混合气体的压强不再改变⑤混合气体的颜色不再改变⑥混合气体的平均分子量不再改变A.①④⑤⑥B.①②③⑤C.②③④⑥D.以上全部\n解析：①生成nmolO2，就是消耗2nmolNO2，即生成NO2的速率等于消耗NO2的速率，能表示v正=v逆，正确。②表示同一方向的反应速率，不能表示v正=v逆，不正确。③只要发生反应，或者说不论反应是否达到平衡，NO2、NO、O2的速率之比均为2:2:1，它不能反映可逆反应是否达到平衡，不正确。\n④温度、体积一定，混合气体压强不再改变，说明气体的总物质的量不变，表明已达平衡。⑤颜色的深浅决定于有色物质NO2的浓度，混合气体颜色不变，说明NO2的浓度不再改变，对固定容器来说，NO2的物质的量不再变化，能说明已达平衡，正确。⑥混合气体的平均分子量(M=)不变，说明气体的总物质的量(n)不变，表明已达平衡，正确。答案：A\n2、可逆反应平衡状态的比较或它的逆向思维例2、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\n解析：本题是一道可逆反应平衡状态的比较问题。比较时，选乙容器为标准状态，设乙容器压强保持1.01×105Pa；甲容器体积不变，由于2SO2+O22SO3的正反应是个气体物质的量减小的反应，达到平衡时，甲容器压强小于1.01×105Pa，减小压强，该平衡向逆反应方向移动，则甲容器中SO2的转化率比乙容器的SO2转化率低。（或：由于乙容器中压强大于甲容器中的压强，而增大压强，上述平衡向正反应方向移动，故乙中SO2的转化率大于甲中SO2的转化率）答案：B催化剂\n例3、在固定体积的密闭容器内，加入2molA、1molB，发生反应：A(气)+B(气)2C(气)达到平衡时，C的质量分数为W。在相同条件下，按下列情况充入物质达到平衡时C的质量分数仍为W的是（）A.2molCB.3molCC.4molA、2molBD.1molA、2molC\n解析：这是一道可逆反应平衡状态比较的逆向思维题，即等效平衡的条件选择问题。本题中反应前后气体的物质的量相同，如果给反应体系加压，使体积缩小，或者按比例加大或减小各反应物的物质的量，平衡将不会发生移动，各物质的质量分数将保持不变（浓度要发生变化）。也就是说，本题中加入的各种物质如果完全转化为A和B，只要n(A):n(B)=2:1就可以了。\n选项A和B均不符合要求，因为本题中初始加入的A和B的物质的量与方程式系数不一致，单纯从C开始，无法达到n(A):n(B)=2:1的状态；C符合要求；D中2molC经转化相当于1molA和1molB，加上加入的1molA，A与B的物质的量之比为2:1。答案：C、D\n例4、在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO2+O22SO3，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中，维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol）。如果a、b、c取不同数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的质量分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白：催化剂\n（1）若a=0，b=0，c=_________。（2）若a=0.5，则b=____和c=_____。（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个含b和c）：_______，_______。\n解析：同上例一样，本题也是等效平衡条件的选择问题，不同的是本题研究的2SO2+O22SO3是一个反应前后气体分子数不等的可逆反应。由于这一反应与压强有关，故它在定温定容下要与原平衡建立等效平衡，就只能满足加入物质的物质的量经转化为原平衡的起始物质，其值相等。\n（1）是从逆反应开始的，从2molSO3开始与从2molSO2和1molO2开始是等效的，故c=2。（2）是从正、逆反应同时开始，0.5molSO2、0.25molO2与0.5molSO3是等效的，再加入1.5molSO3就与起始2molSO3等效了。\n（3）题中要求“2molSO2+1molO2”与“amolSO2+bmolO2+cmolSO3”建成等效平衡。从2SO2+O22SO3知：cmolSO3cmolSO2+molO2，所以amolSO2+bmolO2+cmolSO3(a+c)molSO2+(b+)molO2，于是a+c=2，b+=1。答案：（1）2（2）0.251.5（3）a+c=2b+=1\n例5、将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合，发生如下反应：aA+bBcC(固)+dD当反应进行一定时间后，测得A减少了nmol，B减少了mol，C增加了nmol，D增加了nmol，此时达到化学平衡：3、外界条件对化学平衡移动的影响及其应用\n（1）该化学方程式中各物质的化学计量数为a=______,b=______,c=_____,d=_____;（2）若只改变压强，反应速率发生变化，但平衡不发生移动，该反应中各物质的聚集状态；A_______,B_______,D______;（3）若只升高温度，反应一段时间后，测知四种物质的量又达到相等，则该反应为________反应（填放热或吸热）。\n解析：（1）反应方程式的化学计量数之比等于各物质的物质的量的变化值之比，即a:b:c:d=n::n:n=2:1:3:2，故a、b、c、d的数值分别为2、1、3、2。（2）由（1）可知可逆反应的方程式为2A+B3C(固)+2D。现改变压强，反应速率发生变化，但平衡不发生移动，则该反应必须是反应前后气体体积不变的可逆反应，故只有当B物质为固体或液体，A、D均为气体时才满足题意。\n（3）升高温度，各物质又恢复到起始时的状况，说明平衡向逆反应方向移动，根据平衡移动知识可知：升高温度，平衡向吸热反应方向移动，故该反应的逆反应为吸热，则该反应的正反应为放热反应。答案：（1）2、1、3、2（2）气、固或液、气（3）放热\n4、有关化学平衡计算例6、把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，在一定条件下发生反应：3A(气)+B(气)2C(气)+xD(气)经5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为0.1mol·(L·min)-1，下列说法中错误的是()A、x=2B、B的转化率为20%C、平衡时A的浓度为0.8mol·L-1D、恒温达平衡时容器内压强为开始时85%\n解析：本题是一道有关化学平衡的基础计算题，解题的关键是弄清各量的含义。因n(D)=v(D)·V·t=0.1mol·(L·min)-1×4L×5min=2mol，n(C):n(D)=2mol=1:1，所以x=2。3A(气)+B(气)2C(气)+2D(气)起始量(mol)6500变化量(mol)3122平衡量(mol)3422\n答案：C、D\n例7、在一定温度下将CO和水蒸气各1mol放在密闭容器中反应：CO+H2OCO2+H2，达到平衡后测得CO2为0.6mol。再通入4mol水蒸气，达到新的平衡后，CO2的物质的量是（）A.等于0.6molB.等于1molC.大于0.6mol小于1molD.大于1mol\n解析：本题在中学知识范围内不能求出CO2的物质的量，只能从可逆反应的特点结合平衡移动理论求出CO2物质的量的取值范围，其解题方法是极限法。\n从题意可知，达到平衡后测得CO2为0.6mol，这是第二次平衡前CO2起始的物质的量。当通入4mol水蒸气时，平衡向正反应方向移动，生成物CO2物质的量必然增加，所以达到第二次平衡后CO2物质的量一定大于0.6mol。又从题中可知，CO的起始物质的量为1mol，即使全部转化为CO2，生成CO2物质的量为1mol。该反应是一个可逆反应，达到平衡后转化率不能达到100%，所以CO2物质的量一定小于1mol。答案：C\n例8、在一个6L的密闭容器中，放入3LX(气)和2LY(气)，在一定条件下发生下列反应4X(气)+3Y(气)2Q(气)+nR(气)，达到平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加5%，X的浓度减小，则该反应中方程式的n值是（）A.3B.4C.5D.6\n解析：方法一：常规法。即由X的变化量求出各物质的平衡量，再根据反应前后压强比列方程求解。设放入容器中的3LX(气)和2LY(气)分别为3mol、2mol，则4X(气)+3Y(气)2Q(气)+nR(气)起始量(mol)3200变化量(mol)平衡量(mol)2由于同温同容下，故有\n方法二：差量法。即由反应前后的压强变化求出反应前后的物质的量的变化，再由方程式的有关量求解。4X(气)+3Y(气)2Q(气)+nR(气)△n4mol(5-n)mol3mol×(3+2)mol×5%\n方法三：特殊解法（巧解）。即利用试题中的某些特征求解。因为同温同体积时，平衡后压强增大，所以该反应是一个气体体积增大的可逆反应，即2+n>4+3，n>5，在选项中只有n=6满足不等式。答案：D\n例9、[在某温度下，将2molA和3molB充入一密闭容器中，发生反应：aA(气)+B(气)C(气)+D(气)，5min后达到平衡，已知各物质的平衡浓度的关系为：[A]a[B]=[C][D]，若在温度不变的情况下，将容器的体积扩大为原来的10倍，其A的转化率不发生变化，则B的转化率为（）A.60%B.40%C.24%D.4%\n解析：因体积扩大，A的转化率不发生变化，说明压强变化，不影响该平衡，反应前后气体体积相等，故a=1。设参加反应的B为xmol。A(气)+B(气)C(气)+D(气)起始量(mol)2300变化量(mol)xxxx平衡量(mol)2-x3-xxx由题意知(2-x)(3-x)=x·x,x=1.2molB的转化率为×100%=40%答案：B\n谢谢