化学反应进行的方向和化学平衡状态.ppt

1了了解解化化学学反反应应的的方方向向与与化化学学反反应应的的焓焓变变与与熵熵变变之之间间的的关关系系。能能够够利利用用化化学学反反应应的的焓焓变变和和熵熵变变判判断断化化学学反反应应的的方方向。向。2了解化学反应的可逆性。了解化学反应的可逆性。3了了解解化化学学平平衡衡建建立立的的过过程程。理理解解化化学学平平衡衡常常数数的的含含义义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。能够利用化学平衡常数进行简单的计算。第二讲第二讲化学反应进行的方向和化学平衡状态化学反应进行的方向和化学平衡状态1化学平衡的建立过程。化学平衡的建立过程。2化学平衡状态的多角度判断。化学平衡状态的多角度判断。3化学平衡常数的计算及其注意事项。化学平衡常数的计算及其注意事项。一、化学反应的方向一、化学反应的方向1自发反应自发反应：在一定条件下：在一定条件下 就就能能自自发发进进行的反应称为自发反应。行的反应称为自发反应。2判断化学反应方向的依据判断化学反应方向的依据(1)焓变与反应方向焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数研究表明，对于化学反应而言，绝大多数 都都能能自发进行，且反应放出的热量自发进行，且反应放出的热量 ，体体系系能能量量 得得也也 ，反应越，反应越 ；有有少少数数吸吸热热反反应应也也能能自自发发进进行行。可见，可见，是是制制约约化化学学反反应应能能否否自自发发进进行行的的因因素素之一。之一。无需外界帮助无需外界帮助放热反应放热反应越多越多降低降低越多越多完全完全反应的焓变反应的焓变(2)熵变与反应方向熵变与反应方向熵和熵变的含义熵和熵变的含义a熵的含义：熵是衡量一个体系熵的含义：熵是衡量一个体系 的的物物理理量量。用用符符号号 表示。表示。同同一一条条件件下下，不不同同物物质质有有不不同同的的熵熵值值，同同一一物物质质在在不不同同状状态态下熵值也不同，一般规律是下熵值也不同，一般规律是S(g)S(l)S(s)。b熵变的含义：熵变是反应前后体系熵变的含义：熵变是反应前后体系 ，用，用 表表示，化学反应的示，化学反应的S越大，越有利于反应越大，越有利于反应。混乱度混乱度S熵的变化熵的变化S自发进行自发进行研研究究表表明明，除除了了热热效效应应外外，影影响响化化学学反反应应能能否否自自发发进进行行的的另一个因素是体系的另一个因素是体系的。大大多多数数自自发发反反应应有有趋趋向向于体系于体系 度增大的倾向。度增大的倾向。(3)综合判断反应方向的依据综合判断反应方向的依据HTS0，反应，反应。混乱度混乱度混乱混乱能自发进行能自发进行达到平衡状态达到平衡状态不能自发进行不能自发进行 能自发进行的反应一定能实际发生吗？能自发进行的反应一定能实际发生吗？提提示示不不一一定定，化化学学反反应应方方向向的的判判据据指指出出的的仅仅仅仅是是在在一一定定条条件件下下化化学学反反应应自自发发进进行行的的趋趋势势，并并不不能能说说明明在在该该条条件件下下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。二、化学平衡状态二、化学平衡状态1可逆反应可逆反应(1)概念：概念：条条件件下下，既既能能向向正正反反应应方方向向进进行行，同同时时又能向逆反应方向进行的反应。又能向逆反应方向进行的反应。(2)表示：采用表示：采用“”表示。表示。(3)特点：任一时刻反应物与生成物特点：任一时刻反应物与生成物 存存在在；任任一一组组分的转化率分的转化率 100%。在相同在相同同时同时小于小于2化学平衡状态化学平衡状态(1)定定义义：在在一一定定条条件件下下可可逆逆反反应应进进行行到到一一定定程程度度时时，和和 相相等等，反反应应体体系系中中所有参加反应的物质的所有参加反应的物质的 保持不变的状态。保持不变的状态。(2)特征特征正反应速率正反应速率逆反应速率逆反应速率质量和浓度质量和浓度3化学平衡常数化学平衡常数(1)概念：在一定概念：在一定 下，一个可逆反应达到下，一个可逆反应达到 时，生成物时，生成物 与反应物与反应物 的比值是一个常数，用符号的比值是一个常数，用符号K表示。表示。(2)表达式：对于一般的可逆反应：表达式：对于一般的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在一定温度下达到平衡时：，在一定温度下达到平衡时：K 。注注意意：纯纯固固体体和和纯纯液液体体的的浓浓度度视视为为常常数数，通通常常不不计计入入平平衡衡常数表达式中。常数表达式中。(3)意意义义：平平衡衡常常数数的的大大小小反反映映了了化化学学反反应应可可能能进进行行的的程程度度，K ，说明反应可以进行得越完全。，说明反应可以进行得越完全。温度温度化学平衡化学平衡浓度幂之积浓度幂之积浓度幂之积浓度幂之积越大越大4平衡转化率平衡转化率对于上例反应中对于上例反应中A(g)的平衡转化率可表示为：的平衡转化率可表示为：(A)c0(A)代代表表A的的初初始始浓浓度度，c平平(A)代表代表A的平衡浓度的平衡浓度。(1)对对于于给给定定反反应应，正正逆逆反反应应的的化化学学平平衡衡常常数一样吗？是什么关系？数一样吗？是什么关系？提示提示正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。(2)如如何何由由化化学学平平衡衡常常数数判判断断一一个个化化学学反反应应是是否否达达到到化化学学平平衡衡状态？状态？三种应用三种应用化学平衡常数的三种应用化学平衡常数的三种应用1化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。2可以利用平衡常数的值作标准判断：可以利用平衡常数的值作标准判断：(1)正在进行的可逆反应是否平衡。正在进行的可逆反应是否平衡。(2)化学平衡移动的方向。化学平衡移动的方向。3利用利用K可判断反应的热效应可判断反应的热效应若升高温度，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。值减小，则正反应为放热反应。必考点必考点55 化学平衡状态的多角度判断化学平衡状态的多角度判断1化学平衡状态的标志化学平衡状态的标志(1)v(正正)v(逆逆)反反应应体体系系中中同同一一物物质质的的消消耗耗速速率率和和生生成成速速率相等。率相等。(2)平平衡衡混混合合物物中中各各组组成成成成分分的的含含量量保保持持不不变变各各组组分分的的物物质质的的量量浓浓度度、质质量量分分数数、物物质质的的量量分分数数、体体积积分分数数(有有气体参加的可逆反应气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等保持不变。、反应物的转化率等保持不变。2实例分析实例分析例例举举反反应应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否平是否平衡状衡状态态混合混合体系体系中各中各成分成分的量的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量分数一定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例例举举反反应应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否平衡状是否平衡状态态正反正反应应速速率与逆反率与逆反应应速率的速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，即，即v(正正)v(逆逆)是是v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq，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)不一不一定等于定等于v(逆逆)不一定不一定解解析析关关于于平平衡衡状状态态的的判判断断，一一定定要要根根据据实实际际反反应应分分析析选选项项，判判断断是是否否达达到到平平衡衡状状态态，只只有有在在平平衡衡状状态态下下具具备备的的性性质质才才能能作作为为“标标志志”。本本题题中中的的反反应应是是一一个个反反应应前前后后气气体体物物质质的的量量不不等等的的可可逆逆反反应应。在在反反应应过过程程中中的的任任意意时时刻刻都都符符合合。可可能是平衡状态，也可能不是平衡状态。能是平衡状态，也可能不是平衡状态。答案答案A可可逆逆反反应应达达到到平平衡衡状状态态有有两两个个核核心心的的判判断断依依据据：正正反反应应速速率率和和逆逆反反应应速速率率相相等等。反反应应混混合合物物中中各各组组成成成成分分的的百百分分含含量量保保持持不不变变。只只要要抓抓住住这这两两个个特特征征就就可可确确定定反反应应是是否否达达到到平平衡衡状状态态，对对于于随随反反应应的的发发生生而而发发生生变变化化的的物物理理量量如如果果不不变变了了，即即说说明明可可逆逆反反应应达达到到了了平平衡衡状状态态。判判断断化化学学反反应应是是否否达达到到平平衡衡状状态态，关关键键是是看看给给定定的的条条件件能能否否推推出出参参与与反反应应的的任任一一物物质质的物质的量不再发生变化。的物质的量不再发生变化。A BC D解解析析本本题题不不仅仅考考查查了了化化学学平平衡衡的的直直接接标标志志，也也考考查查了了化化学学平平衡衡的的间间接接标标志志。该该反反应应为为反反应应前前后后气气体体体体积积发发生生变变化化的的反反应应，恒恒容容条条件件下下，反反应应无无论论是是否否平平衡衡，单单位位时时间间内内生生成成n mol O2的的同同时时都都会会生生成成2n mol NO，故故不不正正确确。当当单单位位时时间间内内生生成成n mol O2的的同同时时生生成成2n mol NO2，表表明明了了v(正正)v(逆逆)，故，故正确。正确。答案答案A必考点必考点56 化学平衡状态的计算化学平衡状态的计算1思维模式思维模式温度温度K1K2973 K1.472.381 173 K2.151.67(1)从从表表中中数数据据可可以以推推断断：反反应应是是_(填填“吸吸”或或“放放”)热反应。热反应。(2)现现有有反反应应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，写写出出该该反反应应的平衡常数的平衡常数K3的数学表达式：的数学表达式：_。(3)根根据据反反应应与与，可可推推导导出出K1、K2与与K3之之间间的的关关系系式式。据据此此关关系系式式及及表表中中数数据据，也也能能推推断断出出反反应应是是吸吸热热反反应应还还是是放放热热反反应应。欲欲使使反反应应在在一一定定条条件件下下建建立立的的平平衡衡向向正正反反应应方方向向移动，可采用的措施有移动，可采用的措施有_(填序号填序号)。A缩小反应容器容积缩小反应容器容积 B扩大反应容器容积扩大反应容器容积C降低温度降低温度 D升高温度升高温度E使用合适的催化剂使用合适的催化剂 F设法减少设法减少CO的量的量1K仅仅是是温温度度的的函函数数，常常应应用用它它考考查查平平衡衡时时物物质质的的物物质质的的量量浓度和转化率。浓度和转化率。2凡凡是是气气体体的的压压强强变变化化、密密度度变变化化均均必必须须转转化化为为物物质质的的量量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。3在在进进行行有有关关计计算算时时常常用用“三三段段式式”法法。即即先先列列出出反反应应物物、生生成成物物的的初初始始量量、转转化化量量、平平衡衡量量，再再根根据据相相关关关关系系列列方方程式求解。程式求解。【应用应用2】在在25 时时，密密闭闭容容器器中中X、Y、Z三三种种气气体体的的初初始始浓浓度度和和平衡浓度如下表：平衡浓度如下表：物物质质XYZ初始初始浓浓度度/(molL1)0.10.20平衡平衡浓浓度度/(molL1)0.050.050.1答案答案C(2)一一定定温温度度下下，反反应应()的的焓焓变变为为H。现现将将1 mol N2O4充充入入一一恒恒压压密密闭闭容容器器中中，下下列列示示意意图图正正确确且且能能说说明明反反应应达达到到平平衡衡状态的是状态的是_。若若在在相相同同温温度度下下，上上述述反反应应改改在在体体积积为为1 L的的恒恒容容密密闭闭容容器器中中进进行行，平平衡衡常常数数_(填填“增增大大”“”“不不变变”或或“减减小小”)，反反应应3 s后后NO2的的物物质质的的量量为为0.6 mol，则则03 s内内的的平平均均反应速率反应速率v(N2O4)_ molL1s1。答案答案(1)吸热吸热(2)ad不变不变0.1完成下列填空：完成下列填空：(1)在在一一定定温温度度下下进进行行上上述述反反应应，若若反反应应容容器器的的容容积积为为2 L，3 min后后达达到到平平衡衡，测测得得固固体体的的质质量量增增加加了了2.80 g，则则H2的的平平均均反反应应速速率率为为_molL1min1；该该反反应应的的平平衡衡常常数数表表达式达式K_。(2)一一定定条条件件下下，在在密密闭闭恒恒容容的的容容器器中中，能能表表示示上上述述反反应应达达到到化学平衡状态的是化学平衡状态的是_。a3v逆逆(N2)v正正(H2)bv正正(HCl)4v正正(SiCl4)c混合气体密度保持不变混合气体密度保持不变dc(N2)c(H2)c(HCl)136a体系压强保持不变体系压强保持不变b混合气体颜色保持不变混合气体颜色保持不变cSO3和和NO的体积比保持不变的体积比保持不变d每消耗每消耗1 mol SO3的同时生成的同时生成1 mol NO2测测得得上上述述反反应应平平衡衡时时NO2与与SO2体体积积比比为为16，则则平平衡衡常常数数K_。解解析析反反应应：NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)是是气气体体总总体体积积不不变变的的反反应应，反反应应过过程程中中体体系系压压强强始始终终不不变变，且且生生成成SO3和和NO的的体体积积比比始始终终为为11；混混合合气气体体的的颜颜色色不不变变说说明明NO2的的浓度不再发生变化，体系达到平衡。浓度不再发生变化，体系达到平衡。设设起起始始时时加加入入的的NO2为为1 mol，据据阿阿伏伏加加德德罗罗定定律律，运运用用“三三步法步法”计算可得：计算可得：1(2012江江苏苏单单科科，14)温温度度为为T时时，向向2.0 L恒恒容容密密闭闭容容器器中中充入充入1.0 mol PCl5，反应，反应PCl5(g)=PCl3(g)Cl2(g)经过一经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：t/s050150250350n(PCl3)/mol00.160.190.200.20下列说法正确的是下列说法正确的是 ()。A反应在前反应在前50 s的平均速率的平均速率v(PCl3)0.003 2 molL1s1B保保持持其其他他条条件件不不变变，升升高高温温度度，平平衡衡时时c(PCl3)0.11 molL1，则反应的，则反应的Hv(逆逆)D相相同同温温度度下下，起起始始时时向向容容器器中中充充入入2.0 mol PCl3和和2.0 mol Cl2，达到平衡时，达到平衡时，PCl3的转化率小于的转化率小于80%答案答案C温度温度/7008008301 0001 200平衡常数平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题：回答下列问题：(1)该该反反应应的的平平衡衡常常数数表表达达式式K_，H_0(填填“”“”)。(2)830 时时，向向一一个个5 L的的密密闭闭容容器器中中充充入入0.20 mol的的A和和0.80 mol的的B，如如反反应应初初始始6 s内内A的的平平均均反反应应速速率率v(A)0.003 molL1s1，则则6 s时时c(A)_ molL1，C的的物物质质的的量量为为_mol；若若反反应应经经一一段段时时间间后后，达达到到平平衡衡时时A的的转转化化率率为为_，如如果果这这时时向向该该密密闭闭容容器器中中再再充充入入1 mol氩氩气气，平衡时平衡时A的转化率为的转化率为_。(3)判判断断该该反反应应是是否否达达到到平平衡衡的的依依据据为为_(填填正正确确选选项项前的字母前的字母)。a压强不随时间改变压强不随时间改变b气体的密度不随时间改变气体的密度不随时间改变cc(A)不随时间改变不随时间改变d单位时间里生成单位时间里生成C和和D的物质的量相等的物质的量相等(4)1 200 时时反反应应C(g)D(g)A(g)B(g)的的平平衡衡常常数数的的值值为为_。1含义含义在在一一定定条条件件下下(恒恒温温恒恒容容或或恒恒温温恒恒压压)，对对同同一一可可逆逆反反应应体体系系，起起始始时时加加入入物物质质的的物物质质的的量量不不同同，而而达达到到化化学学平平衡衡时时，同种物质的百分含量相同。同种物质的百分含量相同。2原理原理同同一一可可逆逆反反应应，当当外外界界条条件件一一定定时时，反反应应无无论论从从正正反反应应开开始始，还还是是从从逆逆反反应应开开始始，最最后后都都能能达达到到平平衡衡状状态态。其其中中平平衡混合物中各物质的含量相同。衡混合物中各物质的含量相同。由由于于化化学学平平衡衡状状态态与与条条件件有有关关，而而与与建建立立平平衡衡的的途途径径无无关关。因因而而，同同一一可可逆逆反反应应，从从不不同同的的状状态态开开始始，只只要要达达到到平平衡衡时时条条件件(温温度度、浓浓度度、压压强强等等)完完全全相相同同，则则可可形形成成等等效效平平衡。衡。ABCD等效等效说说明明2 mol1 mol00互互为为等效平衡。等效平衡。表表现现在达到平衡后各在达到平衡后各物物质质的物的物质质的量、的量、质质量、体量、体积积、物、物质质的量的量浓浓度、度、组组分百分含量分百分含量(物物质质的量分数、的量分数、质质量量分数、体分数、体积积分数分数)相同相同4 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol 3 mol1 mol003 mol1 molABCD等效等效说说明明2 mol1 mol00互互为为等效平等效平衡。表衡。表现现在达到平衡在达到平衡后后组组分百分含量分百分含量(物物质质的量分数、的量分数、质质量分数、量分数、体体积积分数分数)相同相同4 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 molABCD等效等效说说明明2 mol1 mol00互互为为等效等效平衡。表平衡。表现现在达到在达到平衡后各物平衡后各物质质的物的物质质的量的量浓浓度、度、组组分分百分含量百分含量(物物质质的量的量分数、分数、质质量分数、量分数、体体积积分数分数)相同相同4 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 mol【样样题题1】在在一一固固定定容容积积的的密密闭闭容容器器中中，保保持持一一定定温温度度，在在一一定定条条件件下下进进行行反反应应A(g)2B(g)3C(g)，已已知知加加入入1 mol A和和3 mol B，且达到平衡后，生成，且达到平衡后，生成a mol C。(1)达达到到平平衡衡时时，C在在混混合合气气体体中中的的体体积积分分数数是是_(用用字母字母a表示表示)。(2)在在相相同同的的实实验验条条件件下下，若若加加入入2 mol A和和6 mol B，达达到到平平衡衡后后，C的的物物质质的的量量为为_mol(用用字字母母a表表示示)，此此时时C在在反反应应混混合合气气体体中中的的质质量量分分数数_(填填“增增大大”“”“减减小小”或或“不变不变”)。(3)在在相相同同实实验验条条件件下下，若若改改为为加加入入2 mol A和和8 mol B，若若要要求求平平衡衡后后C在在反反应应混混合合气气体体中中质质量量分分数数不不变变，则则还还应应加加入入C_mol。(1)相相同同温温度度下下，在在乙乙中中加加入入4 mol N2、6 mol H2，若若乙乙的的压压强强始始终终与与甲甲的的压压强强相相等等，乙乙中中反反应应达达到到平平衡衡时时，生生成成NH3的的物物质质的的量量为为_mol(从从下下列列各各项项中中选选择择，只只填填序序号号，下下同同)；若若乙乙的的容容积积与与甲甲的的容容积积始始终终相相等等，乙乙中中反反应应达达到到平平衡衡时时，生成生成NH3的物质的量为的物质的量为_mol。A小于小于m B等于等于mC在在m2m之间之间D等于等于2m E大于大于2m(2)相相同同温温度度下下，保保持持乙乙的的容容积积为为甲甲的的一一半半，并并加加入入1 mol NH3，要要使使乙乙中中反反应应达达到到平平衡衡时时，各各物物质质的的体体积积分分数数与与上上述述甲甲容容器器中中达达到到平平衡衡时时相相同同，则则起起始始时时应应加加入入_mol N2和和_mol H2。解解析析(1)由由于于甲甲容容器器定定容容，而而乙乙容容器器定定压压，它它们们的的压压强强相相等等，达达到到平平衡衡时时，乙乙的的容容积积应应该该为为甲甲的的两两倍倍，生生成成的的NH3的的物物质质的的量量应应该该等等于于2m mol。当当甲甲、乙乙两两容容器器的的体体积积相相等等时时，相相当当于于将将建建立立等等效效平平衡衡后后的的乙乙容容器器压压缩缩，故故乙乙中中NH3的的物物质质的的量量大大于于2m mol。(2)乙乙的的容容积积为为甲甲的的一一半半时时，要要建建立立与与甲甲一一样样的的平平衡衡，只只有有乙乙中中的的投投入入量量是是甲甲的的一一半半才才行行，故故乙乙中中应应该该投投入入N2为为(10.5)mol0.5 mol，H2为为(1.51.5)mol0 mol。答案答案(1)DE(2)0.50 化学平衡计算中化学平衡计算中3种方法思想种方法思想(1)等等价价转转化化思思想想化化学学平平衡衡状状态态的的建建立立与与反反应应途途径径无无关关，即即无无论论可可逆逆反反应应是是从从正正方方向向开开始始，还还是是从从逆逆方方向向开开始始，或或从从中中间间状状态态开开始始，只只要要起起始始投投入入物物质质的的物物质质的的量量相相等等，则则可达到等效平衡状态。可达到等效平衡状态。(2)放放大大缩缩小小思思想想该该方方法法适适用用于于起起始始投投入入物物质质的的物物质质的的量量之之间间存存在在一一定定的的倍倍数数关关系系。它它指指的的是是将将反反应应容容器器的的体体积积扩扩大大一一定定的的倍倍数数，使使起起始始物物质质的的浓浓度度相相同同，则则在在一一定定条条件件下下，可可建建立立相相同同的的平平衡衡态态。然然后后在在此此基基础础上上进进行行压压缩缩，使使其其还还原原为为原原来来的的浓浓度度。分分析析在在压压缩缩过过程程中中，平平衡衡如如何何移移动动，再再依依据据勒勒夏夏特列原理，分析相关量的变化情况。特列原理，分析相关量的变化情况。(3)大大于于零零思思想想对对于于可可逆逆反反应应，无无论论在在什什么么情情况况下下，一一定定是是反反应应物物与与生生成成物物共共存存的的状状态态，即即任任何何物物质质的的物物质质的的量量均均大大于于零。零。