高中化学 2_3《化学平衡》课件2 新人教版选修4

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第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡 第 2 课时 化学平衡状态的特征 (1) 动：动态平衡 (2) 等：正反应速率 = 逆反应速率 (3) 定：反应混合物中各组分的浓度保持 不变，各组分的含量一定。 (4) 变：条件改变，原平衡被破坏，在新 的条件下建立新的平衡。 可见， 化学平衡只有在一定的条件下才能保持。当 外界条件改变，旧的 化学平衡将被破坏，并建立起新的平衡状态。 可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。 化学平衡移动的概念 : 研究对象： 已建立平衡状态的体系 平衡移动的标志： 1 、反应混合物中各组分的浓度发生改变 2 、 V 正 ≠ V 逆 一、浓度对化学平衡的影响： Fe 3+ + 3SCN - Fe(SCN) 3 ( 硫氰化铁 ) 增加 Fe 3+ 或 SCN - 的浓度，平衡向生成 Fe(SCN) 3 的方向移动，故 红色 加深。 1. 增加反应物的浓度 , 平衡向正反应方向移动； 小结： 2. 减少生成物的浓度 , 平衡向正反应方向移动； 3. 减小反应物浓度或增加生成物的浓度 , 平衡向逆反应方向移动 . t 2 V” 正 = V” 逆 V ’ 逆 V , 正 t 3 V 正 = V 逆 V 正 V 逆 t 1 t （ s ） V （ molL -1 S -1 ） 0 平衡状态 Ⅰ 平衡状态 Ⅱ 增大反应物浓度 速率 - 时间关系图： 原因分析 : 增加反应物的浓度 , V 正 > V 逆 ，平衡向正反应方向移动； 当减小反应物的浓度时 , 化学平衡将怎样移动 ? 速率 - 时间关系图： 结论 : 减小反应物的浓度 , V 正 < V 逆 ，平衡 向逆反应方向移动； 讨论 : 1. 结论： 在其它条件不变的情况下，增加反应物的浓度 ( 或减少生成物的浓度 ) ，平衡向正反应方向移动；反之，增加生成物的浓度 ( 或减少反应物的浓度 ) ，平衡向逆反应方向移动。 增大成本较低的反应物的浓度，提高成本较高的原料的转化率。 一、浓度对化学平衡的影响： 2. 意义： 3 、浓度对化学平衡移动的几个注意点 ①对平衡体系中的固态和纯液态物质，其浓度可看作一个 常数 ，增加或减小固态或液态纯净物的量并不影响 V 正 、 V 逆 的大小，所以化学平衡不移动。 ②只要是 增大浓度 ，不论增大的是反应物浓度，还是生成物浓度，新平衡状态下的反应速率 一定大于 原平衡状态； 减小浓度 ，新平衡状态下的速率 一定小于 原平衡状态。 ③反应物有两种或两种以上 , 增加一种物质的浓度 , 该物质的平衡转化率 降低 , 而其他物质的转化率 提高 。 二、压强对化学平衡的影响： N 2 十 3H 2 2NH 3 NH 3 % 随着压强的增大而增大，即平衡向正反应的方向移动。 实验 数据： 解释： 说明： 增大压强 , 正逆反应速率均增大，但 增大倍数不一样，平衡向着体积缩小的方向移动 加压 →体积缩小 →浓度增大 → 正反应速率增大 逆反应速率增大 → V 正 >V 逆 → 平衡向正反应方向移动。 压强 (MPa) 1 5 10 30 60 100 NH 3 % 2.0 9.2 16.4 35.5 53.6 69.4 1. 先决条件： 2. 结论： 反应体系中有气体参加且反应 前后总体积发生改变。 aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) a+b ≠ c+d 对于反应前后气体体积发生变化的化学反应，在其它条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动，减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。 体积缩小 ： 即气体分子数目减少 体积增大 ： 即气体分子数目增多 说明 : V 正 = V 逆 V 正 V 逆 t 1 t （ s ） V （ molL -1 S -1 ） 0 t 2 V” 正 = V” 逆 V ’ 逆 V’ 正 增大压强 3. 速率 - 时间关系图： aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) (a+b > c+d) 二、压强对化学平衡的影响： aA(g)+bB(g) cC(g) 思考： 对于反应 H 2 O+CO H 2 +CO 2 如果增大压强 , 反应速率是否改变 , 平衡是否移动？ 高温 催化剂 速率 - 时间关系图： V(molL -1 S -1 ) T(s) 0 V 正 = V 逆 V ’ 正 = V ’ 逆 增大压强 , 正逆反应速率均增大，但 增大倍数一样 , V ’ 正 = V ’ 逆 ， 平衡不移动。 t 2 三、温度对化学平衡的影响： 2NO 2 N 2 O 4 + 57 KJ （红棕色） （无色） 在其它条件不变的情况下， 升高温度 , 平衡向吸热反应方向移动。 降低温度 , 平衡向放热反应方向移动。 1. 结论 : 2. 原因分析 : 在其它条件不变的情况下 , 升高温度 , 不管是吸热反应还是放热反应 , 反应速率都增大 , 但吸热反应增大的倍数大于放热反应增大的倍数 , 故平衡向吸热反应的方向移动 . V 正 = V 逆 V 正 V 逆 t 1 t （ s ） V （ molL -1 S -1 ） 0 t 2 V” 正 = V” 逆 V ’ 逆 V’ 正 升高温度 （正反应是吸热反应） 3. 速率 - 时间关系图： 2NO 2 N 2 O 4 三、温度对化学平衡的影响： 四、催化剂对化学平衡的影响： 同等程度改变化学反应速率， V ’ 正 = V ’ 逆 ，只改变反应到达平衡所需要的时间，而不影响化学平衡的移动。 V （ molL -1 S -1 ） V 正 = V 逆 t 1 T(s) 0 V ’ 正 = V ’ 逆 催化剂对可逆反应的影响： 可见，要引起化学平衡的移动，必须是由于外界条件的改变而引起 V 正 ≠ V 逆 。 平衡移动的本质： 化学平衡为 动态平衡 ，条件改变造成 V 正 ≠ V 逆 平衡移动原理（勒沙特列原理）： 如果改变影响平衡的条件（如浓度、压强、或温度）等，平衡就向能减弱这种改变的方向移动。 BaCO 3 +Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓+Na 2 CO 3 反应发生彻底的原因 ? 讨论 用平衡移动的原理解释 : 解化学平衡图像题的技巧 1 、弄清横坐标和纵坐标的意义。 2 、弄清图像上点的意义，特别是一些特殊 点 ( 如与坐标轴的交点、转折点、几条曲 线的交叉点 ) 的意义。 3 、弄清图像所示的增、减性。 4 、弄清图像斜率的大小。 5 、看是否需要 辅助线 。 (A) 达到平衡后，若使用催化剂， C 的质量分数增大 (B) 平衡后，若升高温度，则平衡向逆反应方向移动 (C) 平衡后，增大 A 的量，有利于平衡正向移动 (D) 化学方程式中一定有 n ＞ p+q 例 3 、可逆反应 mA(s)+nB(g) pC(g)+qD(g) 。反应中，当其它条件不变时， C 的质量分数与温度（ T ）和压强（ P ）的关系如上图，根据图中曲线分析，判断下列叙述中正确的是（ ） B 二、转化率（或产率、百分含量等） - 时间图象 可采取的措施是（ ） A 、加入催化剂 B 、增大 Y 的浓度 C 、降低温度 D 、增大体系压强 A 练习 1 、图中 a 曲线表示一定条件下的可逆反应： X （ g ） +Y （ g ） 2Z （ g ） +W （ g) ; △ H =QkJ/mol 的反应过程。若使 a 曲线变为 b 曲线， 2 、在密闭容器中进行下列反应： M （ g ） +N （ g ） R （ g ） +2L, 在不同条件下 R 的百分含量 R% 的变化情况如下图，下列叙述正确的是（ ） A 、正反应吸热， L 是气体 B 、正反应吸热， L 是固体 C 、正反应放热， L 是气体 D 、正反应放热， L 是固体或液体 C 例 4 、在可逆反应 mA(g)+nB(g) pC(g);△H<0 中 m 、 n 、 p 为系数，且 m+n>p 。分析下列各图，在平衡体系中 A 的质量分数与温度 t℃ 、压强 P 关系正确的是（ ） 三、百分含量（转化率或产率） -- 压强（或温度）图象 B 1 ．如图所示，反应： X （气） +3Y （气） 2Z （气） ；△ H<0 。在不同温度、不同压强（ P 1 >P 2 ）下达到平衡时，混合气体中 Z 的百分含量随温度变化的曲线应为（ ） C 2 、 mA(s)+nB(g) qC(g) ； ΔH<0 的可逆反应，在一定温度下的密闭容器中进行，平衡时 B 的体积分数 V(B)% 与压强 (P) 关系如下图所示，下列叙述正确的是 ( ) A 、 m+nq C 、 X 点时的状态， V 正 >V 逆 D 、 X 点比 Y 点混和物的正 反应速率慢 BC 例 2 、下图表示某可逆反应达到平衡过程中某一反应物的 v—t 图象，我们知道 v =Δc/ Δt ；反之， Δc= v ×Δt 。请问下列 v—t 图象中的阴影面积表示的意义是 ( ) C A 、从反应开始到平衡时，该反应物的消耗浓度 B 、从反应开始到平衡时，该反应物的生成浓度 C 、从反应开始到平衡时，该反应物实际减小的浓度 温度一定，压强分别为 P1 和 P2 时，反应体系 X(s)+2Y(g)= nZ(g) 中反应物 Y 的转化率与时间的关系如图 2-27 所示，由此可知 ( ) 。 A 、 P1>p2 ， n>2 B 、 P1>P2 ， n<2 C 、 P13 P1 曲线先达平衡，说明压强大且反应速率大，故 P1>P2 ；再看两横线， P1 压强下平衡时 Y 的转化率小于压强为 P2 时的 Y 的转化率，说明增大压强使平衡逆移，故 n>2 。故本题答案是 A 。 例题： 可逆反应 :aX(s) + bY(g) cZ(g) +dW(g) 达到平衡，混合物中 Y 的体积分数随压强（ P ）与温度 T （ T 2 >T 1 ）的变化关系如图示 。 1 、当压强不变时，升高温度， Y 的体积分数变 ， 平衡向 方向移动，则正反应是 热反应。 2 、当温度不变时，增大压强， Y 的体积分数变 ———— ， 平衡向 ———— 方向移动，则化学方程式中左右两边的系数大小关系是 ———————— 。 Y 的体积分数 压强 T 1 T 2 小 正反应 吸 大 逆反应 b<(c+d) 如可逆反应 aA(g)+ bB(g)=dD(g)+eE(g)+Q 在一定条件下达平衡状态时， A 的转化率与温度、压强的关系如图 2-29 所示。则在下列空格处填写 “ 大于 ” 、 “ 小于 ” 或 “ 等于 ” 。 (1)a+b_____c+d ； (2)Q___0 。 看任一曲线，可知温度升高， A 的转化率变大，这说明升温使平衡正移，故正反应为吸热反应，即 Q<0 再垂直于横坐标画一直线，可知：温度相同时，压强越大， A 的转化率越小。这说明增大压强使平衡逆移，即 (a+b)<(c+d) 图中的曲线是表示其他条件一定时 , 反应中 NO 的转化率与温度的关系曲线，图中标有 a 、 b 、 c 、 d 四点，其中表示未达到平衡状态，且 v( 正 ) ＞ v( 逆 ) 的是 ( ) A. a 点 B. b 点 C. c 点 D. d 点 C 2NO ＋ O 2 2NO 2 ＋Ｑ ( Ｑ＞ 0) 化学反应Ｘ 2 ( ｇ ) ＋Ｙ 2 ( ｇ ) 2 ＸＹ ( ｇ ) ＋ Ｑ （ Ｑ ＞ 0 ） , 达到平衡状态时，图 2—12 中各曲线符合平衡移动原理的是 ( ) AC 1 、时间对反应物或生成物的某个量 ( 如转化率、体积分数 ) 的曲线 我们以反应 2S0 2 (g)+O 2 (g) ＝ 2S0 3 (g)+Q 为例去说明，我们用横坐标代表时间，纵坐标代表 SO 2 的转化率，反应刚开始的一瞬间 SO 2 还没有被消耗， S0 2 的转化率为 0 ，随着时间的推移， S0 2 被消耗，其转化率升高，最后达平衡，转化率不变。图 2-25 代表了在温度为 T1 而压强为 P1 的条件下的 SO 2 的转化率对时间的曲线。 如果该反应是在温度为 T2(T2>T1) 而压强为 P1 的条件下反应，则和上面的例子比，温度高，反应速率快，因而应先平衡，又由于该反应是放热反应，则平衡时 SO 2 的转化率低，我们把这两个曲线画在图 2 — 26 上，以示区别。 温度一定，压强分别为 P1 和 P2 时，反应体系 X(s)+2Y(g)= nZ(g) 中反应物 Y 的转化率与时间的关系如图 2-27 所示，由此可知 ( ) 。 A 、 P1>p2 ， n>2 B 、 P1>P2 ， n<2 C 、 P13 P1 曲线先达平衡，说明压强大且反应速率大，故 P1>p2 ；再看两横线， P1 压强下平衡时 Y 的转化率小于压强为 P2 时的 Y 的转化率，说明增大压强使平衡逆移，故 n>2 。故本题答案是 A 。 2 、压强 ( 或温度 ) 对反应物或生成物的转化率或体积分数的曲线 我们还是以反应 2S0 2 (g)+0 2 (g) ＝ 2S0 3 (g) 为例来说明。我们用纵坐标代表 S0 2 的体积分数，用横坐标代表压强，则在温度为 T1 的条件下，该反应压强增大，平衡正移， S0 2 的体积分数降低。如在温度 T2 的条件下 (T2>T1) ，由于升温，平衡逆移，所以压强相同时 S0 2 的体积分数相对变高。这样，我们就画出了如图 2-28 的曲线。 如可逆反应 aA(g)+ bB(g)=dD(g)+eE(g)+Q 在一定条件下达平衡状态时， A 的转化率与温度、压强的关系如图 2-29 所示。则在下列空格处填写 “ 大于 ” 、 “ 小于 ” 或 “ 等于 ” 。 (1)a+b_____c+d ； (2)Q___0 。 看任一根曲线，可知温度升高， A 的转化率变大，送说明升温使平衡正移，故正反应为吸热反应，即 Q<0 再垂直于横坐标画一直线，可知：温度相同时，压强越大， A 的转化率越小。这说明增大压强使平衡逆移，即 (a+b)<(c+d) 3 、速率对时间的曲线 分析这种曲线关键是注意起点、终点和斜率。 反应 A(g)+B(g) ＝ C(g)+Q 已达平衡，升高温度，平衡逆移，当反应一段时间后反应又达平衡，则速率对时间的曲线为（　　） 首先要把握大方向，即升温使正、逆反应速率都变大，所以 B 不会是答案；再看起点和终点，由于原反应是平衡的 (V 逆 =V 正 ) ，因而起点相同，又由于再次达到平衡 (V 正＝ V 逆 ) ，因而终点相同，故 A 不是答案；由于正反应是放热反应，所以升温使 V 正和 V 逆都增大，但逆反应增大得更多，故 V 逆更大，即 V 逆的曲线斜率大，故答案为 C 。 一定量的混合气体，在密闭容器中发生如下反应 : xA ( ｇ ) ＋ ｙ B( ｇ ) ｚ C( ｇ ) ，达到平衡后测得 A 气体的浓度为 0.5mol·L － 1 ，当恒温下将密闭容器的容积扩大到两倍再达到平衡后，测得 A 浓度为 0.3mol·L － 1 ，则下列叙述正确的是 ( ) A. 平衡向正反应方向移动 B. x + y ＞ z  C. C 的体积分数降低 D . B 的转化率提高 BC