化学平衡状态及其判定刘建.pptx

刘刘 建建 19世纪后期，人们发现高世纪后期，人们发现高炉炼铁所排出的气体中含有相炉炼铁所排出的气体中含有相当量的当量的CO，有的工程师认为，有的工程师认为这是由于这是由于CO和铁矿石的接触和铁矿石的接触时间不够长所造成的。时间不够长所造成的。于是在于是在英国耗费了大量的英镑造了一英国耗费了大量的英镑造了一个高大的炼铁高炉，以增加个高大的炼铁高炉，以增加CO和铁矿石接触时间。可是和铁矿石接触时间。可是后来发现，用这个高炉炼铁，后来发现，用这个高炉炼铁，所排除的高炉气中，所排除的高炉气中，CO的含的含量并没有减少，这是什么原因量并没有减少，这是什么原因呢？呢？C+CO2 2CO科学史话：科学史话：Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 一、可逆反应：一、可逆反应：在在相同条件相同条件下既能向下既能向正反应方向正反应方向进行，又能向进行，又能向逆反应方向逆反应方向进行的进行的化学反应化学反应。2.符号：符号：3.特点：特点：(2).有一定限度，反应物不能完全转化为生成物。有一定限度，反应物不能完全转化为生成物。(1).反应物与生成物同时共存，正逆反应同时进行反应物与生成物同时共存，正逆反应同时进行。任何反应都是具有可逆性的，任何反应都是具有可逆性的，但是有大小之分但是有大小之分如果可逆性很小，一般视为不可逆反应。如果可逆性很小，一般视为不可逆反应。1.定义：定义：注意：注意：(4).常见可逆反应：常见可逆反应：Cl2+H2O HClO+HClNH3+H2O NH3H2ON2+3H2 2NH3 高温高压高温高压催化剂催化剂2SO2+O2 2SO3 催化剂催化剂H2 +I2 2HISO2 +H2O H2SO3 由可逆反应的特征可知：一定条件下的由可逆反应的特征可知：一定条件下的可逆反应是有一定的限度的，反应进行可逆反应是有一定的限度的，反应进行得不彻底，其反应物不能全部转化为生得不彻底，其反应物不能全部转化为生成物。那么如何确定可逆反应的限度？成物。那么如何确定可逆反应的限度？思考：思考：时间时间(min)(min)0 010102020303040405050606070708080c(SOc(SO2 2)1 10.70.70.50.50.350.350.20.20.10.10.10.10.10.10.10.1c(Oc(O2 2)0.50.5 0.350.35 0.250.250.180.180.10.10.050.050.050.050.050.05 0.050.05c(SOc(SO3 3)0 00.30.30.50.50.650.650.80.80.90.90.90.90.90.90.90.9在某密闭容器中发生反应：2SO2+O2 2SO3催化剂此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度?此时为何3种物质的浓度保持不变?此时的反应是否停止了？实例分析：实例分析：一个人口问题死亡率=出生率人口数量将保持稳定这是一种表面静止状态，实际上是一种动态平衡。对于以上反应，请分析：对于以上反应，请分析：（1 1）当反应刚开始时，反应物和生成物的）当反应刚开始时，反应物和生成物的浓度浓度哪个大？哪个大？（2 2）当反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大）当反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大？（3 3）随着反应的进行，）随着反应的进行，v(v(正正)与与v(v(逆逆)怎样变化？怎样变化？反应物浓度最大，生成物浓度为零。反应物浓度最大，生成物浓度为零。正反应速率最大，逆反应速率为零。正反应速率最大，逆反应速率为零。正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大。正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大。2SO2+O2 2SO3催化剂请继续分析：（4）反应进行到什么时候会“停止”？当正反应速率与逆反应速率相等时当正反应速率与逆反应速率相等时（5）此时，反应物和生成物浓度如何变化？反应物和生成物浓度均不再改变反应物和生成物浓度均不再改变（6）反应真的停止了吗？NONO,处于动态平衡处于动态平衡2SO2+O2 2SO3催化剂(1)0t1：v(正)v(逆)(2)t1以后：v(正)=v(逆)t1以后反应处于平衡状态!化学平衡状态的建立平衡状态v正v逆=v逆v正0 tvt1二、化学平衡状态二、化学平衡状态1.1.化学平衡状态的定义化学平衡状态的定义 指在指在一定条件一定条件下的下的可逆反应可逆反应里，里，正正反反应和应和逆逆反应的反应的速率相等速率相等，反应混合物中各，反应混合物中各组分的组分的浓度浓度保持保持不变不变的状态。的状态。注注意意对象对象条件条件状态状态结果结果可逆反应可逆反应可逆反应可逆反应一定一定一定一定v正正=v逆逆C C(B)(B)不变不变不变不变前提（适用范围）：可逆反应前提（适用范围）：可逆反应实质：实质：v(正正)=v(逆逆)0外在标志：反应混合物中各组分外在标志：反应混合物中各组分 的浓度保持不变的浓度保持不变定定义义的的理理解解 化学平衡状态是可逆反应达到的一化学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种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该化学所能达到或完成的最大程度，即该化学反应进行的限度。反应进行的限度。注意：注意：2.化学平衡状态的特征化学平衡状态的特征研究对象为可逆反应研究对象为可逆反应;用同一种物质表述的正逆反应速率相等用同一种物质表述的正逆反应速率相等;动态平衡动态平衡(表面反应停止，实则继续进行表面反应停止，实则继续进行);外界条件改变，平衡状态可能改变外界条件改变，平衡状态可能改变;(1).逆：逆：(2).等：等：(4).定：定：(3).动：动：(5).变：变：各物质组成恒定各物质组成恒定;1.下列为可逆反应的是下列为可逆反应的是 （）A.氢气与氧气点燃可化合成水，水电解可生成氢气氢气与氧气点燃可化合成水，水电解可生成氢气 和氧气，因此氢气与氧气的反应是可逆反应。和氧气，因此氢气与氧气的反应是可逆反应。B.在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三 氧化硫的同时，三氧化硫又有分解。氧化硫的同时，三氧化硫又有分解。C.合成氨的反应，在现有技术条件下，其转化率总合成氨的反应，在现有技术条件下，其转化率总 是达不到百分百。是达不到百分百。D.碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙，因此这二化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙，因此这二个反应是可逆反应。个反应是可逆反应。B、C 2.在一定条件下，向一固定容积的容器中投入在一定条件下，向一固定容积的容器中投入2molNO2进行反应：进行反应：2NO2 2NO+O2，一段时间后测得一段时间后测得NO2、NO、O2的物质的量可能的物质的量可能是是 （）A.2 mol NO、0.75 mol O2 B.1 mol NO2、1.2 mol NO C.2 mol NO D.0.7 mol O2 D(1)等速标志等速标志 v正正=v逆逆（本质特征）（本质特征）同一种物质：该物质的同一种物质：该物质的生成速率生成速率等于它的等于它的消耗消耗速率速率。不同不同的物质的物质：速率之比速率之比等于等于方程式中各物质的方程式中各物质的计量数计量数之比，但必须是之比，但必须是不同方向不同方向的速率。的速率。3 3.化学平衡状态的标志化学平衡状态的标志(2)(2)恒浓标志恒浓标志 反应混合物中各组成成分的含量保持不变反应混合物中各组成成分的含量保持不变（浓度标志浓度标志）：）：各组成成分的各组成成分的质量质量、物质的量物质的量、分子数分子数、体积（气体积（气体）体）、物质的量浓度物质的量浓度均保持均保持不变不变。各组成成分的各组成成分的质量分数质量分数、物质的量分数物质的量分数、气体的体气体的体积分数积分数均保持均保持不变不变。若反应前后的物质都是气体，且若反应前后的物质都是气体，且总体积不等总体积不等，则气，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。反应物的转化率、产物的产率保持不变。反应物的转化率、产物的产率保持不变。3.在一定的温度下，固定容器中发生可逆反应：在一定的温度下，固定容器中发生可逆反应：A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（达到平衡的标志是（）A.C的生成速率与的生成速率与C的分解速率相等的分解速率相等 B.单位时间生成单位时间生成n molA，同时生成，同时生成3n molB C.A、B、C的物质的量浓度保持不变的物质的量浓度保持不变 D.A、B、C的分子数之比为的分子数之比为1：3：2 E.容器中气体的密度保持不变容器中气体的密度保持不变 F.混合气体的平均摩尔质量保持不变混合气体的平均摩尔质量保持不变 G.容器中气体的总压强保持不变容器中气体的总压强保持不变ACFG4.下列说法中可以充分说明反应下列说法中可以充分说明反应:P(g)+Q(g)R(g)+S(g),在恒温下已达平衡状态的是（在恒温下已达平衡状态的是（）A.反应容器内压强不随时间变化反应容器内压强不随时间变化 B.P和和S的生成速率相等的生成速率相等 C.反应容器内反应容器内P、Q、R、S四者共存四者共存 D.反应容器内总物质的量不随时间而变化反应容器内总物质的量不随时间而变化B5.在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时，表明反应化时，表明反应:A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)已达平衡状态的是已达平衡状态的是 ()A.混合气体的压强混合气体的压强 B.混合气体的密度混合气体的密度C.B的物质的量浓度的物质的量浓度 D.气体的总物质的量气体的总物质的量BC 是是 否否 平平 衡衡混合体系中各组分的含量各物质的物质的量或物质的量的分数一定各物质的物质的量或物质的量的分数一定各物质的质量或质量分数一定各物质的质量或质量分数一定各气体的体积或体积分数一定各气体的体积或体积分数一定总压强、总体积、总物质的量一定总压强、总体积、总物质的量一定mA(g)+n B(g)pC(g)+q D(g)平平 衡衡平平 衡衡平平 衡衡不一定不一定小小 结结是否平衡正、逆反应速率关系在单位时间内消耗了在单位时间内消耗了mmolA的同时的同时生成了生成了mmolA在单位时间内消耗了在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗了的同时消耗了pmolC在单位时间内生成了在单位时间内生成了nmolB的同时消耗了的同时消耗了qmolD(A)(B)(C)(D)=m n p q 正不一定等于逆正不一定等于逆mA(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)不一定不一定不一定不一定平平 衡衡平平 衡衡小小 结结 是 否 平 衡压强当当m+np+q 时，总压力一定时，总压力一定（其它条件一定）（其它条件一定）当当m+n=p+q 时，总压力一定时，总压力一定（其它条件一定）（其它条件一定）混合气体的平均M当当 m+n p+q 时，时，M一定一定当当 m+n=p+q 时，时，M一定一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)不一定不一定不一定不一定平平 衡衡平平 衡衡小小 结结气体密度气体密度=m/v,只要比值发生变化只要比值发生变化,则能判断则能判断,一般分为以下两种情况：一般分为以下两种情况：1）反应前后都是气体）反应前后都是气体,若是恒容若是恒容,则不能则不能判断；若是恒压判断；若是恒压,计量数相等则不能判断；计量数相等则不能判断；计量数不相等则能判断计量数不相等则能判断.2）反应前后有固体液体时）反应前后有固体液体时,若是恒容若是恒容,则则能判断；若是恒压能判断；若是恒压,计量数相等则能判断计量数相等则能判断.注意化学反应的特点密度（恒容）C(s)+CO2(g)2CO(g)(一定)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(一定)H2(g)+I2(g)2HI(g)(一定一定)不一定不一定不一定不一定平平 衡衡小小 结结例题1 下列方法中可以证明下列方法中可以证明H2（g）I2（g）2HI（g）已经达平衡的是（）已经达平衡的是（）A.一个一个H-H 键断裂的同时有两个键断裂的同时有两个H-I键断裂；键断裂；B.百分组成百分组成 W（HI）=W（I2)；C.反应速率反应速率V(H2):V(I2):V(HI)=1:1:2时；时；D.C（HI）：）：C（H2）：）：C(I2）=2:1:1;A例题例题2 下列说法中，可以证明反应下列说法中，可以证明反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是已达到平衡状态的是()A.1个个NN键断裂的同时，有键断裂的同时，有3个个HH键形成键形成 B.1个个NN键断裂的同时，有键断裂的同时，有3个个HH键断裂键断裂 C.1个个NN键断裂的同时，有键断裂的同时，有6个个NH键断裂键断裂 D.1个个NN键断裂的同时，有键断裂的同时，有6个个NH键形成键形成AC A.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，某一生成物浓度不再变化；B.温度和体积一定时，容器的压强不再变化；温度和体积一定时，容器的压强不再变化；C.条件一定，混合气体的平均相对分子质量不在变条件一定，混合气体的平均相对分子质量不在变化；化；D.温度和体积一定时，混合气体的颜色不在化；温度和体积一定时，混合气体的颜色不在化；E.温度和压强一定时，混合气体的密度不在变化。温度和压强一定时，混合气体的密度不在变化。例题例题3 下列方法中可以证明下列方法中可以证明H2（g）I2（g）2HI（g）已经达平衡的是（）已经达平衡的是（）A E例题例题4 在一定温度下，可逆反应在一定温度下，可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡的标志是（达到平衡的标志是（）A.NH3的生成速度的生成速度 与与NH3的分解速度相等的分解速度相等 B.单位时间生成单位时间生成1 mol N2，同时生成，同时生成3 mol H2 C.N2、H2、NH3的浓度不再变化的浓度不再变化 D.N2、H2、NH3的分子数比为的分子数比为1：3：2 A、C 例题例题5 在已达到平衡的可逆反应在已达到平衡的可逆反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，充入由，充入由18O组成的氧气一段时间后，组成的氧气一段时间后，18O存在下列存在下列物质中的物质中的()A多余的氧气中多余的氧气中 B生成的三氧化硫中生成的三氧化硫中C氧气和二氧化硫中氧气和二氧化硫中 D二氧化硫、氧气和三氧化硫中二氧化硫、氧气和三氧化硫中D 例题例题6 可逆反应可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g在一定条件下于在一定条件下于10L的密闭容器中发生，若的密闭容器中发生，若开始时加入开始时加入2molN2、2molH2、0mol NH3，反应达到平衡时反应达到平衡时NH3的浓度不可能达到的值的浓度不可能达到的值是是()A.0.1mol/L B.0.02mol/L C.0.05mol/L D.0.15mol/LD 例例7 7、对于可逆反应：对于可逆反应：2SO2(g)2SO2(g)O2(g)O2(g)2SO3(g)2SO3(g)，下列说法中正确的是，下列说法中正确的是()A.A.达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等B.B.达到平衡时，反应物和生成物的浓度保持一定达到平衡时，反应物和生成物的浓度保持一定C.C.加入催化剂加入催化剂V2O5V2O5，可以缩短达到平衡的时间，可以缩短达到平衡的时间D.D.反应达到平衡后，该平衡不随外界条件变化而变反应达到平衡后，该平衡不随外界条件变化而变化化BC 例题例题8 可逆反应：可逆反应：N2N23H2 3H2 2NH3 2NH3的正、逆反的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示，下列各关系中能说明反应已达到平衡状态示，下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是的是()A.3A.3v v(N2)(N2)正正v v(H2)(H2)正正 B.B.v v(N2)(N2)正正v v(NH3)(NH3)逆逆 C.2C.2v v(H2)(H2)正正3 3v v(NH3)(NH3)逆逆 D.D.v v(N2)(N2)正正3 3v v(H2)(H2)逆逆C 例题例题9 在一定温度下的定容密闭容器中，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，表当物质的下列物理量不再变化时，表明反应：明反应：A(s)2B(g)C(g)D(g)已达平衡的已达平衡的是是()A.混合气体的压强混合气体的压强 B.混合气体的密度混合气体的密度 C.B的物质的量浓度的物质的量浓度 D.气体的总物质的量气体的总物质的量BC 例题例题10 一定温度下，可逆反应一定温度下，可逆反应A(g)3B(g)2C(g)达到平衡的标志是达到平衡的标志是()A.C生成的速率与生成的速率与C的分解速率相等的分解速率相等B.单位时间生成单位时间生成nmol A的同时，生成的同时，生成3nmol BC.A、B、C的浓度不再变化的浓度不再变化 D.A、B、C的分子数比为的分子数比为1 3 2AC