第七章化学平衡状态与化学反应进行的方向.ppt

第第2 2讲讲 化学平衡与化学平衡与化学反应方向化学反应方向1 1、概念：、概念：在外界条件不变的情况下，在外界条件不变的情况下，可逆反应可逆反应进进行到一定的程度时，行到一定的程度时，V V正反应速率正反应速率=V=V逆反应速率逆反应速率，化，化学反应进行到最大限度，反应物和生成物的学反应进行到最大限度，反应物和生成物的浓度不再发生变化浓度不再发生变化，反应混合物处于化学平，反应混合物处于化学平衡状态，简称衡状态，简称化学平衡。化学平衡。一、一、化学平衡化学平衡反应条件：反应条件：2、化学平衡的性质：化学平衡的性质：温度、压强、浓度等不变温度、压强、浓度等不变可逆反应，不可逆反应一般不会出现平衡状态可逆反应，不可逆反应一般不会出现平衡状态条件不变是条件不变是基础基础研究对象：研究对象：可逆反应是可逆反应是前提前提本质：本质：v v正正 v v逆逆即即同一物质同一物质消耗速率与生成速率相等消耗速率与生成速率相等速率相等是速率相等是实质实质现象：现象：反应混合物组成成分的浓度保持不变反应混合物组成成分的浓度保持不变浓度不变是浓度不变是标志标志3 3、化学平衡的、化学平衡的特征特征：逆、动、等、逆、动、等、定、变定、变逆：逆：研究的对象是可逆反应。研究的对象是可逆反应。动：动：化学平衡是动态平衡，虽然达到平衡状，但正反应化学平衡是动态平衡，虽然达到平衡状，但正反应和逆反应和逆反应并未停止，是一个并未停止，是一个动态平衡动态平衡。等：等：达到化学平衡时，达到化学平衡时，v v正正 v v逆逆0定：定：反应混合物各组分的浓度保持一定。反应混合物各组分的浓度保持一定。变：变：化学平衡建立在一定条件下，条件改变时，平衡就化学平衡建立在一定条件下，条件改变时，平衡就会被破坏，变为不平衡，并在新条件下建立新的平会被破坏，变为不平衡，并在新条件下建立新的平衡。衡。化学平衡状态的判断化学平衡状态的判断(化学平衡的标志化学平衡的标志)：以以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例为例1 速率关系：速率关系：V正正V逆逆3 各物质的百分含量保持不变：各物质的百分含量保持不变：6 混合气体的总压强、总物质的量混合气体的总压强、总物质的量、总体积总体积不随时不随时间的改变而改变间的改变而改变2各物质的浓度不随时间的改变而改变各物质的浓度不随时间的改变而改变7 混合气平均相对分子质量不随时间的改变而改变混合气平均相对分子质量不随时间的改变而改变8 混合气体的密度不随时间的改变而改变混合气体的密度不随时间的改变而改变4 反应体系内有色物质的颜色不随时间的改变而改变反应体系内有色物质的颜色不随时间的改变而改变直接特征直接特征：特殊特征特殊特征：4.化学平衡的标志化学平衡的标志(特征特征)mn pq 间接特征间接特征：5 绝热的恒容反应中温度不随时间的改变而改变绝热的恒容反应中温度不随时间的改变而改变4、达到化学平衡的、达到化学平衡的标志标志（具体分析）（具体分析）V正正=V逆逆和反应混合物各组分和反应混合物各组分浓度保持不变浓度保持不变是判断平衡的是判断平衡的两大主要标志。两大主要标志。直接标志：直接标志：速率关系：速率关系：v v正正 v v逆逆应用：应用：判断平衡时，要注意用判断平衡时，要注意用“同同”、“等等”、“逆逆”的原则的原则同：同：同一种物质的同一种物质的V正正和和V逆逆才能比较才能比较等：等：转化后的反应速率必须相等转化后的反应速率必须相等逆：逆：反应方向必须对立反应方向必须对立含量关系：含量关系：反应混合物各组分的浓度、质量分反应混合物各组分的浓度、质量分数、物质的量、摩尔分数、体积分数等保持不变数、物质的量、摩尔分数、体积分数等保持不变以反应以反应mA(g)+nB(g)pC(g)mA(g)+nB(g)pC(g)为例，达到为例，达到平衡的标志为：平衡的标志为：A的消耗速率与的消耗速率与A的生成速率的生成速率A的消耗速率与的消耗速率与C的的速率之比等于速率之比等于B的生成速率与的生成速率与C的的速率之比等于速率之比等于A的生成速率与的生成速率与B的的速率之比等于速率之比等于相等相等消耗消耗m m：p p生成生成n n：p p消耗消耗m m：n n异边同向，同边异向，比例计量异边同向，同边异向，比例计量例例1、一定条件下，反应、一定条件下，反应A2(g)+B2(g)2AB(g)达达到平衡的标志是到平衡的标志是A、单位时间内生成、单位时间内生成n mol A2同时生成同时生成n molAB B、单位时间内生成、单位时间内生成2n mol AB 同时生成同时生成n mol B2 C、单位时间内生成、单位时间内生成n mol A2 同时生成同时生成n mol B2 D、单位时间内生成、单位时间内生成n mol A2 同时消耗同时消耗n mol B2 例例2、一定条件下，反应、一定条件下，反应N2+3H2 2NH3达到平衡达到平衡的标志是的标志是 A、一个、一个NN键断裂的同时，有三个键断裂的同时，有三个HH键形成键形成 B、一个、一个NN键断裂的同时，有三个键断裂的同时，有三个HH键断裂键断裂 C、一个、一个NN键断裂的同时，有六个键断裂的同时，有六个NH键断裂键断裂 D、一个、一个NN键断裂的同时，有六个键断裂的同时，有六个NH键形成键形成 在判断化学平衡时，要注意化学键数与反应在判断化学平衡时，要注意化学键数与反应物质的物质的量之间的联系，同时要注意成物质的物质的量之间的联系，同时要注意成键、断键与反应方向之间的关系。键、断键与反应方向之间的关系。【例例3】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),在恒温下已达平在恒温下已达平衡状态的是（）衡状态的是（）(A)P、Q、R、S的浓度不再变化的浓度不再变化 (B)P、Q、R、S的分子数比为的分子数比为1:1:1:1 (C)反应容器内反应容器内P、Q、R、S共存共存 (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A例例举举反反应应 mA(g)+nB（g)pC(g)+qD(g)是否平是否平衡状衡状态态 混合混合物体物体系中系中各成各成分的分的量量 各物各物质质的物的物质质的量或各物的量或各物质质的物的物质质的量分数一定的量分数一定 是是 各物各物质质的的质质量或各物量或各物质质的的质质量分数一定量分数一定 是是 各气体的体各气体的体积积或体或体积积分数一定分数一定 是是 总总体体积积、总压总压强强、总总物物质质的量、的量、总浓总浓度一定度一定 不一定不一定 正反正反应应速速率与率与逆反逆反应应速速率的率的关系关系 在在单单位位时间时间内消耗了内消耗了m mol A，同，同时时生成生成m mol A，即，即v正正=v逆逆 是是 在在单单位位时间时间内消耗了内消耗了n mol B，同，同时时消耗了消耗了p mol C，则则v正正=v逆逆 是是 vA vB vC vD=m n p q,v正正不一定等于不一定等于v逆逆 不一定不一定 在在单单位位时间时间内生成内生成n mol B，同，同时时消耗消耗q mol D，均指均指v逆逆，v正正不一定等于不一定等于v逆逆 不一定不一定 压压强强 若若m+np+q，总压总压强强一定（其他条件不一定（其他条件不变变）是是若若m+n=p+q，总压总压强强一定（其他条件不一定（其他条件不变变）不一定不一定混合气体混合气体相相对对平均平均分子分子质质量量（M）M一定，一定，m+np+q 是是M一定，一定，m+n=p+q 不一定不一定温度温度 任何化学反任何化学反应应都伴随着能量都伴随着能量变变化，当体系化，当体系温度一定（其他条件不温度一定（其他条件不变变）是是体系的体系的密度（密度（)密度一定密度一定不一定不一定【典例典例导导析析1】下列方法可以下列方法可以证证明明H2（g）+I2(g)2HI(g)已达已达平衡状平衡状态态的是的是 （填序号）。（填序号）。单单位位时间时间内生成内生成n mol H2的同的同时时，生成，生成n mol HI 一个一个HH键键断裂的同断裂的同时时有两个有两个HI键键断裂断裂 百分含量百分含量w(HI)=w(I2)反反应应速率速率v(H2)=v(I2)=v(HI)c(HI)c(H2)c(I2)=2 1 1 温度和体温度和体积积一定一定时时，某一生成，某一生成物物浓浓度不再度不再变变化化 温度和体温度和体积积一定一定时时，容器内，容器内压压强强不再不再变变化化 条件一定，混合气体的平均相条件一定，混合气体的平均相对对分子分子质质量不再量不再变变化化 温度温度和体和体积积一定一定时时，混合气体，混合气体颜颜色不再色不再变变化化 温度和温度和压压强强一定一定时时，混合气体的密度不再混合气体的密度不再变变化化讨论讨论：在上述在上述的的说说法中能法中能说说明明2NO2（g）N2O4(g)达到达到平衡状平衡状态态的是的是 （填序号）。（填序号）。答案答案（1）自发过程：在一定条件下，不借助外）自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程部力量就能自动进行的过程（2）自发反应：在给定的一组条件下，）自发反应：在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度，就一个反应可以自发地进行到显著程度，就称为自发反应。称为自发反应。二、化学反应自发进行的方向二、化学反应自发进行的方向 1、自发反应、自发反应 日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规日常生活中长期积累的经验而总结得到一条经验规律律能量判据（焓判据）能量判据（焓判据）体系趋向于从高能状态转体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量H 0）。）。2、能量判据（焓判据）、能量判据（焓判据）如：酸碱中和、镁条燃烧等如：酸碱中和、镁条燃烧等注意：自发反应不一定要注意：自发反应不一定要H 0 有利于反应自发进行。有利于反应自发进行。自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据的熵判据自发反应一定是熵增加的反应吗？自发反应一定是熵增加的反应吗？2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)S=39.35Jmol-1K-1 结论：结论：S 0有利于反应自发进行，有利于反应自发进行，自发反应不一定要自发反应不一定要S 0 熵变是反应能否自发进行一个熵变是反应能否自发进行一个 因素因素,但不是惟一因素。但不是惟一因素。G 0 研究表明：研究表明：T、P一定，反应焓变和熵变共同影响反应方向。反应方一定，反应焓变和熵变共同影响反应方向。反应方向的判据为向的判据为 。G=H-T S反应能自发进行反应能自发进行反应不能自发进行反应不能自发进行反应达到平衡状态反应达到平衡状态4、复合判据：自由能、复合判据：自由能 G温度对反自发性的情况温度对反自发性的情况 类类型型HSHTS反应的自发性反应的自发性1+2+34+永远是永远是-在任何温度都是自发反在任何温度都是自发反应应永远是永远是+在任何温度下都是非自发在任何温度下都是非自发反应反应在高温在高温+在低温在低温-在低温是自发反应在低温是自发反应在高温是非自发反应在高温是非自发反应在高温在高温-在低温在低温+在低温是非自发反应在低温是非自发反应在高温是自发反应在高温是自发反应