大學化學 化學平衡

1、第四章第四章 化學平衡化學平衡教學重點教學重點化學平衡的建立和特征化學平衡的建立和特征;濃度、壓強和溫度對濃度、壓強和溫度對化學平衡的影響化學平衡的影響教學難點教學難點化學平衡觀點的建立化學平衡觀點的建立,分析化學平衡分析化學平衡;平衡移動平衡移動原理的理解和應(yīng)用原理的理解和應(yīng)用1、什么是可逆反應(yīng)？、什么是可逆反應(yīng)？ 2. 可逆反應(yīng)：可逆反應(yīng)：CO + H2O = CO2 + H2 將將0.01mol CO和和0.01molH2O(g)通入容積為通入容積為1L的密閉容器里，的密閉容器里，在催化劑存在的條件下加熱到在催化劑存在的條件下加熱到800，溫度溫度時間時間C(CO)C(H2O)C(CO2

2、)C(H2)80000.01mol0.01mol008002min0.007mol0.007mol0.003mol0.003mol8004min0.005mol0.005mol0.005mol0.005mol8006min0.005mol0.005mol0.005mol0.005mol80030min0.005mol0.005mol0.005mol0.005mol100031min0.003mol0.003mol0.007mol0.007mol 反應(yīng)開始時：反應(yīng)開始時： 反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度_，正反應(yīng)速率，正反應(yīng)速率_。生成物的濃度生成物的濃度_，逆反應(yīng)速率，逆反應(yīng)速率_。 反應(yīng)進行中反應(yīng)

3、進行中（增大，減小）（增大，減?。?反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度_，正反應(yīng)速率，正反應(yīng)速率_。 生成物的濃度生成物的濃度_，逆反應(yīng)速率，逆反應(yīng)速率_。 反應(yīng)進行到一定程度的時候，正反應(yīng)速率與逆反反應(yīng)進行到一定程度的時候，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率應(yīng)速率_，此時反應(yīng)物的濃度，此時反應(yīng)物的濃度_，生成物的濃度也生成物的濃度也_。正正v逆逆v逆逆正正vv 化學平衡有哪些特征呢？化學平衡有哪些特征呢？ 1.逆逆只有可逆反應(yīng)中，在一定條件下，才能建立化學只有可逆反應(yīng)中，在一定條件下，才能建立化學平衡平衡2.等等正逆反應(yīng)的速率相等正逆反應(yīng)的速率相等3.動動化學平衡是一個動態(tài)平衡（如溶解平衡相似）化學平衡是一個動態(tài)

4、平衡（如溶解平衡相似）4.定定平衡狀態(tài)時反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變平衡狀態(tài)時反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變（平衡濃度不變）（平衡濃度不變）5.變變當外界條件改變時（溫度、濃度、壓強），原化當外界條件改變時（溫度、濃度、壓強），原化學平衡破壞，在新條件下建立新的平衡。學平衡破壞，在新條件下建立新的平衡。6.無無化學平衡的建立與建立的途徑無關(guān)化學平衡的建立與建立的途徑無關(guān)800 0.01molCO 和和0.01molH2O建立的平衡與建立的平衡與0.01molCO2和和0.01molH2建立的平衡是一個等效平衡。建立的平衡是一個等效平衡?！拘〗Y(jié)【小結(jié)】化學平衡的判斷依據(jù)化學平衡的判斷依據(jù)u

5、正逆反應(yīng)速率相等正逆反應(yīng)速率相等u各組分的濃度保持不變各組分的濃度保持不變【討論【討論】 工程師的設(shè)想工程師的設(shè)想：高爐煉鐵中：高爐煉鐵中Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2是一個可逆反應(yīng)，在是一個可逆反應(yīng)，在19世紀后期，世紀后期，人們發(fā)現(xiàn)煉鐵高爐所排出的高爐氣中含有相當量人們發(fā)現(xiàn)煉鐵高爐所排出的高爐氣中含有相當量的的CO，有的工程師認為，這是由于，有的工程師認為，這是由于CO和鐵礦石和鐵礦石的接觸時間不夠長所造成的，于是在英國耗巨資的接觸時間不夠長所造成的，于是在英國耗巨資建造一個高大的煉鐵高爐，以增加建造一個高大的煉鐵高爐，以增加CO和鐵礦石的和鐵礦石的接觸時間?？墒呛髞戆l(fā)現(xiàn)

6、，用這個高爐煉鐵，所接觸時間?？墒呛髞戆l(fā)現(xiàn)，用這個高爐煉鐵，所排出的高爐氣中排出的高爐氣中CO的含量并沒有減少。試用化學的含量并沒有減少。試用化學平衡的理論來分析，為什么用增加高爐高度的辦平衡的理論來分析，為什么用增加高爐高度的辦法不能減少煉鐵高爐氣中的法不能減少煉鐵高爐氣中的CO的含量？的含量？復習復習1、在一定溫度下，可逆反應(yīng)、在一定溫度下，可逆反應(yīng)A + 3B = 2C達達到平衡的標志是（到平衡的標志是（ ）A、A、B、C的分子數(shù)之比為的分子數(shù)之比為1：3：2B、A、B、C的濃度不再變化的濃度不再變化C、單位時間內(nèi)，生成、單位時間內(nèi)，生成nmolA,同時生成同時生成3nmolBD、A生成

7、的速率與生成的速率與C生成的速率相等生成的速率相等在在4個相同體積的容器中，分別通入不同物質(zhì)的量的個相同體積的容器中，分別通入不同物質(zhì)的量的反應(yīng)物，都加熱到反應(yīng)物，都加熱到800，等反應(yīng)達到平衡時，測，等反應(yīng)達到平衡時，測得平衡時各組分的濃度如下：得平衡時各組分的濃度如下：容器容器起始時各物質(zhì)的濃度起始時各物質(zhì)的濃度平衡時各物質(zhì)的濃度平衡時各物質(zhì)的濃度C1C2/C3C4CO(1) H2O(2) CO2(3)H2(4)COH2OCO2H210.010.01000.0050.0050.0050.00512000.020.010.0070.0070.0130.0030.9830.00250.030.

8、00750.00750.0020.0300.0080.008140.010.03000.0020.0230.0080.0071K=C(CO2)C(H2)/C(CO)C(H2O)=13. 實驗平衡常數(shù)實驗平衡常數(shù)對于反應(yīng)：對于反應(yīng)：達到平衡時達到平衡時(g)I(g)H2HI(g)22T 常數(shù)222HIIHCCC對于任意可逆反應(yīng)：對于任意可逆反應(yīng)：達到平衡時達到平衡時hHgGbBaAT 常數(shù)CbahgBAHGCCC)(濃濃度度平平衡衡常常數(shù)數(shù)cK 對于氣相反應(yīng)：對于氣相反應(yīng)：也可用分壓表示平衡常數(shù)也可用分壓表示平衡常數(shù)hH(g)gG(g)bB(g)aA(g)T pbBaAhHgGKpppp 濃度平

9、衡常數(shù)和壓力平衡常數(shù)的單位濃度平衡常數(shù)和壓力平衡常數(shù)的單位和和的濃度可看作為的濃度可看作為1，。222CaCl(CO ) HClpK實驗平衡常數(shù)實驗平衡常數(shù)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)的特征常數(shù)特征常數(shù)，它隨溫度，它隨溫度的變化而變化，與反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度無關(guān)。的變化而變化，與反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度無關(guān)。平衡常數(shù)值越大平衡常數(shù)值越大，反應(yīng)進行的程度越大，即，反應(yīng)進行的程度越大，即反應(yīng)進行得越完全反應(yīng)進行得越完全。平衡常數(shù)的表達式及其數(shù)值與化學反應(yīng)方程平衡常數(shù)的表達式及其數(shù)值與化學反應(yīng)方程式的式的寫法有關(guān)系寫法有關(guān)系。平衡常數(shù)的表達式與化學反應(yīng)方程式的關(guān)系平衡常數(shù)的表達式與化學反應(yīng)方程式的

10、關(guān)系)g(NH2)g(H3)g(N322 322231cHNNHK )g(NH)g(H)g(N3223221 23212232 HNNHKc)g(H3)g(N)g(NH2223 233223 NHHNKc3c22c1c1K)K(K 【例題【例題】u在密閉的容器中，存在下列平衡：在密閉的容器中，存在下列平衡： N2O4 = 2NO2，在溫度不變的情況下，增加了，在溫度不變的情況下，增加了N2O4的濃度，正化學反應(yīng)速率將（的濃度，正化學反應(yīng)速率將（ ），逆反應(yīng)），逆反應(yīng)的化學反應(yīng)速率將（的化學反應(yīng)速率將（ ）當建立的新的平衡后，）當建立的新的平衡后，平衡常數(shù)的值與原來相比較將會（平衡常數(shù)的值與原來

11、相比較將會（ ）uA、變大、變大 B、變小、變小 、不變、不變 、不好、不好比較比較 如果如果 =100%（6-5） .%. %.-1-1(11 963 129) mol L8.83110010073 811 96 mol L11.96 .%. %.-1-1(7 5100 7378) mol L6.77210010090 27 510mol L7.510 21 21122HI(0.1644 mol L )54.25H I 0.0288 mol L0.0173 mol LcK 化學平衡只有在一定的條件下才能維持，化學平衡只有在一定的條件下才能維持，如果我們在改變外界條件（溫度、濃度、如果我們在改

12、變外界條件（溫度、濃度、壓強）時，平衡狀態(tài)會發(fā)生改變，經(jīng)過一壓強）時，平衡狀態(tài)會發(fā)生改變，經(jīng)過一段時間又會重新建立一個新的平衡狀態(tài)。段時間又會重新建立一個新的平衡狀態(tài)。舊化學平衡舊化學平衡新化學平衡新化學平衡化學平衡的移動化學平衡的移動（一）濃度對化學平衡的影響（一）濃度對化學平衡的影響 比較比較1、4組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)什么問題？它們達到組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)什么問題？它們達到相同的平衡嗎？這說明了什么問題。（濃相同的平衡嗎？這說明了什么問題。（濃度對化學平衡有影響）濃度對化學平衡有度對化學平衡有影響）濃度對化學平衡有什么樣影響呢？什么樣影響呢？ 容器容器起始時各物質(zhì)的濃度起始時各物質(zhì)的濃度平衡時各物質(zhì)的濃度平衡

13、時各物質(zhì)的濃度C1C2/C3C4CO(1) H2O(2) CO2(3) H2(4)COH2OCO2H210.010.01000.0050.0050.0050.005140.010.03000.0020.0230.0080.0071 【小結(jié)】增大反應(yīng)物的濃度（或減少生成【小結(jié)】增大反應(yīng)物的濃度（或減少生成物的濃度），可使平衡向正方向移動。物的濃度），可使平衡向正方向移動。 【思考】為什么可以增加反應(yīng)物的濃度，【思考】為什么可以增加反應(yīng)物的濃度，能使平衡向正反應(yīng)方向移動呢？（能否從能使平衡向正反應(yīng)方向移動呢？（能否從化學反應(yīng)速率的角度分析）化學反應(yīng)速率的角度分析）正=逆 正=逆 當增加反應(yīng)物的濃度

14、時，當增加反應(yīng)物的濃度時，正反的速率瞬間增大，正反的速率瞬間增大，使正反應(yīng)速率大于逆反使正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，所以平衡向正應(yīng)速率，所以平衡向正反應(yīng)方向移動。反應(yīng)方向移動。(二二) 壓強對化學平衡的影響壓強對化學平衡的影響 表表1 450時時N2與與H2反應(yīng)生成反應(yīng)生成NH3的實驗數(shù)據(jù)。的實驗數(shù)據(jù)。 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 表表2 500下下NH3與與O2反應(yīng)生成反應(yīng)生成NO的實驗數(shù)據(jù)的實驗數(shù)據(jù) 4NH3（g） + 5O2(g) = 4NO(g) + 6H2O（g） 壓強壓強/MpH3/%2.09.216.435.553.669.4壓強壓強

15、/Mpa510203050100NO/%80787578345231106【小結(jié)】增大壓強，會使平衡向著分子數(shù)目減小的【小結(jié)】增大壓強，會使平衡向著分子數(shù)目減小的方向移動。減小壓強，使平衡向分子數(shù)目增大的方向移動。減小壓強，使平衡向分子數(shù)目增大的方向移動。方向移動。u下列可逆反應(yīng)，若增大壓強，化學平衡如何移動。下列可逆反應(yīng)，若增大壓強，化學平衡如何移動。 2HI(g) = H2(g) + I2(g)u【小結(jié)】若可逆反應(yīng)中反應(yīng)前后體積不變，則改【小結(jié)】若可逆反應(yīng)中反應(yīng)前后體積不變，則改變壓強對化學平衡沒有影響。變壓強對化學平衡沒有影響。注意：固體物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)由于體積受壓強變化不注意：固體物質(zhì)和

16、液態(tài)物質(zhì)由于體積受壓強變化不大，可以略不計。大，可以略不計。 思思 考考對于可逆反應(yīng)對于可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g) = PC(g) + qD(g)1.若若m+np+q 增大壓強，平衡如何移動。增大壓強，平衡如何移動。2.若減小壓強，平衡向正方向移動，則化學若減小壓強，平衡向正方向移動，則化學計算的關(guān)系如何？計算的關(guān)系如何？三、溫度對化學平衡的影響三、溫度對化學平衡的影響 2NO2(g) = N2O4(g) 2NO2(g) = N2O4(g) 冰水混冰水混合物合物熱水熱水紅棕色紅棕色無色無色正反應(yīng)為放熱反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng) u 現(xiàn)象分析：熱水中混合氣體顏色加深，冰現(xiàn)象分析：熱水中混合氣體

17、顏色加深，冰水中混合氣體顏色變淺。水中混合氣體顏色變淺?！拘〗Y(jié)【小結(jié)】升高溫度，會使平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動；升高溫度，會使平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動；降低溫度，會使平衡向放熱反應(yīng)的方向移動。降低溫度，會使平衡向放熱反應(yīng)的方向移動。濃度、溫度、壓強對化學平衡的影響濃度、溫度、壓強對化學平衡的影響條件條件適應(yīng)適應(yīng)范圍范圍對化學平衡的影響對化學平衡的影響導致的結(jié)果導致的結(jié)果濃度濃度除固除固體外體外增大反應(yīng)物濃度（減小生成物增大反應(yīng)物濃度（減小生成物濃度），向正反應(yīng)移動；減小濃度），向正反應(yīng)移動；減小反應(yīng)物濃度（增大生成物濃度）反應(yīng)物濃度（增大生成物濃度）向逆反應(yīng)移動向逆反應(yīng)移動反應(yīng)物濃度減?。ㄉ煞?/p>

18、應(yīng)物濃度減?。ㄉ晌餄舛仍黾樱┪餄舛仍黾樱┓磻?yīng)物濃度增加（生成反應(yīng)物濃度增加（生成物濃度減?。┪餄舛葴p小）增大濃度，增大濃度，結(jié)果是減小結(jié)果是減小濃度濃度壓強壓強適應(yīng)適應(yīng)氣體氣體增大壓強，向體積縮小的方向增大壓強，向體積縮小的方向移動；減小壓強，向體積增大移動；減小壓強，向體積增大的方向移動的方向移動體積縮小，減小壓強體積縮小，減小壓強體積增大，增大壓強體積增大，增大壓強增大壓強，增大壓強，結(jié)果是減小結(jié)果是減小壓強壓強溫度溫度全部全部升高溫度，向吸熱反應(yīng)方向移升高溫度，向吸熱反應(yīng)方向移動；降低溫度，向放熱反應(yīng)方動；降低溫度，向放熱反應(yīng)方向銜動向銜動反應(yīng)吸縶，溫度降低反應(yīng)吸縶，溫度降低反應(yīng)放熱，

19、溫度升高反應(yīng)放熱，溫度升高升高溫度，升高溫度，結(jié)果是降低結(jié)果是降低溫度溫度勒夏特列原理勒夏特列原理 如果改變影響平衡的一個條件（如溫度、如果改變影響平衡的一個條件（如溫度、壓強、濃度），平衡就向能夠減弱這種改壓強、濃度），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。變的方向移動。催化劑對化學平衡的影響催化劑對化學平衡的影響 催化劑能使化學反應(yīng)速率加快，并且正逆催化劑能使化學反應(yīng)速率加快，并且正逆反應(yīng)速率同時同等程度變化，因此化學平反應(yīng)速率同時同等程度變化，因此化學平衡不會受到影響。也就是說催化劑不能改衡不會受到影響。也就是說催化劑不能改變化學平衡。但是使用催化劑可以改變平變化學平衡。但是使用催化劑可以改變平衡達到的時間。衡達到的時間。催化劑不會影響化學平衡注意注