化學平衡狀態(tài)的標志和判斷課件

化學平衡的標志和判斷第一頁，共32頁。第一頁，共32頁。一、教學目的：1、了解化學反應的可逆性，理解化學平衡的涵義。2、掌握達到平衡的標志。3、學會判斷化學反應是否達到平衡。4、掌握等效平衡的一些知識。第二頁，共32頁。第二頁，共32頁。一、化學平衡的概念。在一定條件下的可逆反應里，正反應和逆反應速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)叫化學平衡狀態(tài)。它的建立與反應途徑無關，從正反應或逆反應開始都可以建立平衡狀態(tài)。第三頁，共32頁。第三頁，共32頁。二、達到平衡的標志：1、逆：化學平衡研究的對象是可逆反應，可逆反應不能進行到底，即反應過程中反應物（生成物）不能全部轉(zhuǎn)化為生成物（反應物）。2、“動”達到平衡時，V正=V逆≠0，即化學平衡是動態(tài)平衡，正反應和逆反應仍在繼續(xù)進行。第四頁，共32頁。第四頁，共32頁。3、等V正=V逆它的具體含義有兩個方面（1）用同一種物質(zhì)來表示反應速率時，該物質(zhì)的生成速率與消耗速率相等。即單位時間內(nèi)生成與消耗某反應物（生成物）的量相等。（2）用不同種物質(zhì)來表示反應速率時速率不一定相等但必須符合兩方面（i）表示兩個不同的方向。（ii）速率之比=濃度的變化量之比=物質(zhì)的量的變化量之比=化學方程式中相應的化學計量數(shù)之比。第五頁，共32頁。第五頁，共32頁。例：下列說法中，可以證明反應N2+3H22NH3已達到平衡狀態(tài)的是（）A1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H-H鍵形成B1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H-H鍵斷裂C1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N-H鍵斷裂D1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N-H鍵形成第六頁，共32頁。第六頁，共32頁。分析：A、N≡N斷裂代表正反應速率，H-H鍵形成代表逆反應速率，且比值為1：2，正確。B、N≡N斷裂，H-H斷裂都只代表逆反應速率，錯誤。C、N-H鍵斷裂代表逆反應速率，N≡N斷裂代表正反應速率，且ΔN2:ΔNH3=1:2，∴正確D、表示反應速率的方向一致，∴錯誤。答案：A、C第七頁，共32頁。第七頁，共32頁。4、定：因為V正=V逆≠0，所以同一瞬間，同一物質(zhì)的生成量等于消耗量?？偟慕Y(jié)果是混合體系中各組成成分的物質(zhì)的量、質(zhì)量，物質(zhì)的量濃度，各成分的百分含量（體積分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)），轉(zhuǎn)化率，等不隨時間變化而變化。或在反應過程中，某一直在變化的物理量（如M、ρ、p、T等）某一時刻保持不變即達到了平衡。有氣體參與的可逆反應：（1）從反應混合氣體的平均相對分子質(zhì)量M考慮第八頁，共32頁。第八頁，共32頁。（I）若各物質(zhì)均為氣體對于非等摩反應，如2SO2+O22SO3，M一定可做為平衡標志。對于等摩反應，H2+Cl2=2HCl，M一定不能做為平衡標志。（II）若有非氣體參與，無論等摩非等摩反應，如C(s)+O2(g)CO2(g)，CO2(g)+C(s)2CO(g)，M一定可標志達到平衡。第九頁，共32頁。第九頁，共32頁。（2）從氣體密度考慮（I）當反應前后各成分均為氣體時恒容：ρ總為恒值，不能做平衡標志。恒壓：等摩反應，ρ總為恒值，不能作平衡標志。非等摩反應，ρ為一定值時，可做為平衡標志。第十頁，共32頁。第十頁，共32頁。（II）當有非氣體物質(zhì)參與時恒容：ρ為一定值時，可作平衡標志。恒壓：ρ為一定值時，可作平衡標志。第十一頁，共32頁。第十一頁，共32頁。（3）從體系內(nèi)部壓強考慮：因為恒容、恒溫條件下，n(g)越大則壓強p就越大，則無論各成份是否均為氣體，只需考慮Δn(g)。當Δn(g)=0，即等摩反應則p為恒值，不能作平衡標志。Δn(g)≠0，則當p一定時，可做平衡標志。第十二頁，共32頁。第十二頁，共32頁。（4）從體系內(nèi)部溫度考慮：當化學平衡尚未建立成平衡發(fā)生移動時，反應總要放出或吸收熱量，若為絕熱體系，當體系內(nèi)溫度一定時，則標志達到平衡。第十三頁，共32頁。第十三頁，共32頁。練習1：可逆反應。2HI(g)H2(g)+I2(g)在密閉容器中進行，當下列4項中某項不取隨時間變化時，才能說明反應已達平衡（）A容器內(nèi)壓強B平均相對分子質(zhì)量C各組分濃度D混合氣體顏色第十四頁，共32頁。第十四頁，共32頁。分析：該反應是一個氣體體積不變的反應，在任何情況下，混合氣體的質(zhì)量、物質(zhì)的量，平均相對分子質(zhì)量保持不變，在恒容下，氣體的密度保持不變；在恒溫、恒容下，氣體壓強很難不變。反應混合物中只有I2(g)有顏色，混合氣體的顏色不變，說明I2(g)的濃度不變，反應達到平衡。答案：CD注意：對于反應前后氣體體積不變的反應，通常不能用物質(zhì)的量、容器的壓強，氣體的密度平均相對分子質(zhì)量等是否變化作為判斷平衡狀態(tài)的標志。第十五頁，共32頁。第十五頁，共32頁。練習2：在一定條件下，反應2A(g)+2B(g)3C(g)+D(g)達到平衡狀態(tài)的標志是（）A單位時間內(nèi)生成2nmolA，同時生成nmolDB容器內(nèi)的壓強不隨時間而變化C單位時間內(nèi)生成nmolB，同時消耗1.5nmolCD容器內(nèi)混合氣體密度不隨時間而變化第十六頁，共32頁。第十六頁，共32頁。分析：A：生成A指逆反應方向，生成D指正反應方向符合化學計量數(shù)比，∴A正確。B：由于此反應為等摩反應，壓強始終不變，所以此反應壓強不能做為平衡的標志。C：生成B的方向指逆反應方向，消耗C的方向也指逆反應方向，方向一致，C錯誤。D：由于此反應物質(zhì)皆為氣體，且又是等摩反應，所以密度始終不變，此反應密度不能做為平衡的標志。答案：A第十七頁，共32頁。第十七頁，共32頁。練習3：在一定條件下，化學反應N2+3H22NH3達到平衡，下列說法正確的是（）A容器內(nèi)平均相對分子質(zhì)量不隨時間變化BN2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2CN2減少的速率和NH3減少的速率之比為1:2D氣體體積為初始體積的第十八頁，共32頁。第十八頁，共32頁。分析：由于M=而此反應又為非等摩反應，M不隨時間變化相當于C固定，∴M可做為平衡的標志，∴A正確。B、由于物質(zhì)的濃度變化量之比=化學方程式計量比，所以若N2、H2、NH3以1:3:2的比例投料，則任何狀況下N2:H2:NH3的濃度比都等于1:3:2。第十九頁，共32頁。第十九頁，共32頁。C、N2的減少指正反應，NH3的減少指逆反應，∴C正確。D、由于此反應體積減少的量恰好為原來初始體積的一半，所以任何狀況下氣體體積都為初始體積的∴D錯誤?！啻鸢笧锳、C第二十頁，共32頁。第二十頁，共32頁。練習4：在一定條件下，反應2NO+O22NO2達到平衡的標志（）ANO、O2、NO2分子數(shù)目比是2:1:2B反應混合物中各組成物質(zhì)的濃度相等C混合氣體的顏色不再發(fā)生變化D混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變第二十一頁，共32頁。第二十一頁，共32頁。分析：若起始投料NO:O2:NO2=2:1:2，任何狀態(tài)下NO、O2、NO2分子數(shù)目之比都為2:1:2∴A錯誤。B、平衡的標志是濃度固定，而不是濃度相等，所以B錯誤。C、混合氣體的顏色是由NO2的濃度決定，顏色不再發(fā)生變化，說明NO2的濃度固定，∴C正確。D、由于體系中物質(zhì)皆為氣體，且該反應為非等摩反應，所以平均分子量可以做為平衡標志，∴D正確。答案：C、D第二十二頁，共32頁。第二十二頁，共32頁。練習5：在2NO2N2O4的可逆反應中，下列狀態(tài)屬平衡狀態(tài)的是（）AV正=V逆≠0時的狀態(tài)BNO2全部轉(zhuǎn)變成N2O4的狀態(tài)C[NO2]=[N2O4]的狀態(tài)DN2O4不再分解的狀態(tài)E混合物中，NO2的百分含量不再改變的狀態(tài)FNO2的分子數(shù)與N2O4分子數(shù)的比值為2:1的狀態(tài)G體系的顏色不再發(fā)生變化的狀態(tài)第二十三頁，共32頁。第二十三頁，共32頁。分析：化學反應達到平衡時，V正=V逆，但反應仍在進行，反應速率不為零，故A正確。平衡時，各組分的百分含量保持不變，但并不一定存在[NO2]等于[N2O4]，或二者分子數(shù)之比為2:1的情況，所以C、F錯誤，E正確。由于該反應是可逆反應，反應不能進行到底，達平衡時，存在著反應物與生成物共存的體系。故B錯誤。第二十四頁，共32頁。第二十四頁，共32頁。對于2NO2N2O4這個具體的反應而言，由于NO2呈棕色而N2O4無色，達平衡時各組分的百分含量保持不變，體系的顏色也就不再改變。答案：A、E、G第二十五頁，共32頁。第二十五頁，共32頁。5、變：改變影響化學平衡的條件，平衡就被破壞，正逆反應速率不再相等，平衡發(fā)生移動，直至建立新的平衡。6、化學平衡的建立與反應的途徑無關。同一可逆反應，只有條件相同（即溫度、壓強相同）并按化學方程式計量數(shù)的相應量配比，使容器中總質(zhì)量保持不變，則無論從正反應開始，還是從逆反應開始，或正、逆反應同時開始，最終都會達到同一平衡狀態(tài)。第二十六頁，共32頁。第二十六頁，共32頁。二、等效平衡1、對于同一可逆反應，當外界條件不變時，反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始都可建立同一平衡狀態(tài)。2、等效平衡類型（1）恒溫恒容時非等摩反應，物料相當。如2SO2+O22SO2，恒容時，充入2molSO2、1molO2和充入2molSO3時等效。第二十七頁，共32頁。第二十七頁，共32頁。練習：在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個一定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應：2SO2+O22SO3，當此反應進行到一定程度時，反應混合物就處于化學平衡狀態(tài)，現(xiàn)在該容器中維持溫度不就，令a、b、c分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量（mol）。如a、b、c取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保證達到平衡時，反應混合物中三種氣體的體積分數(shù)仍跟上述平衡時的完全相同，請?zhí)顚懴铝锌瞻祝捍呋瘎│さ诙隧?，?2頁。第二十八頁，共32頁。（1）若a=0，b=0，則c=______。（2）若a=0.5，則b=______和c=______。（3）a、b、c必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a，c另一個只含b，c_______________________。解題思路：有關氣體的物質(zhì)的量不論取何值，都把它轉(zhuǎn)化成最初給定氣體的物質(zhì)的量，若其值與題干給出的量相同，則符合題意。第二十九頁，共32頁。第二十九頁，共32頁。①根據(jù)恒容非等摩反應，物料相當C=2。②a=0.5mol與最初給定的物質(zhì)的量2mol差1.5mol，因為SO2和SO3的化學計量數(shù)相等：C=1.5mol。又∵O2與SO3的化學計量數(shù)之比為1:2，∴b+=1∴b=0.25mol。③把a、b、c轉(zhuǎn)化為最初給定的物量的量，即C→0，則SO2、O2分別為2mol、1mol即等效，也就是說必須符合a+c=2b+=1。答案：（1）c=2（2）b=0.25c=1.5（3）a+c=22b+c=2第三十頁，共32頁。第三十頁，共32頁。（2）恒溫恒容時的等摩反應，恒溫恒壓時的等摩與非等摩反應。由于這三種情況改變濃度，平衡不移動，符合物料比即可。如VL帶活塞的容器，保持t℃和1標準大氣壓，分別投入2molN2和5molH