[名校联盟]江苏省邳州市第二中学高二化学选修四第二章《2-3-3化学平衡常数等效平衡》课件.ppt
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1、Page 1.学.科.网.Page 2n 1理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。n 2了解等效平衡的含义、类型和分析方法。n 3了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。Page 3n 化学平衡常数n 1定义n 在_下,当一个可逆反应达到_状态时,生成物_与反应物_的比值是一个常数(简称平衡常数),用符号_表示。n 2表达式n 对于一般的可逆反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)n 在一定温度下,K_。Page 4n 3意义n (1)K值越大,说明正反应进行的程度_,反应物的转化率_;反之反应物转化越_,转化率就_。n (2)K只受
2、_影响,与反应物或生成物的_无关。n 答案:n 1一定温度化学平衡浓度幂之积浓度幂之积Kn 3(1)越大越大不完全越小(2)温度浓度变化Page 5n 化学平衡状态的建立与反应途径有没有关系?n 提示:化学平衡状态的建立与反应途径无关。无论可逆反应是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,或从中间状态开始,只要起始投入的物质的量相当,则均可达到等效平衡状态。Page 6定义一定温度下,可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值符号K表达式对于反应:mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)K意义K值越大,反应进行的越完全,反应物转化率越大z.x.x.kPage 7应用判断
3、平衡移动的方向:若用任意状态的浓度幂之积的比值,称为浓度商,即Qc表示,与K比较,当判断反应的热效应,若升高温度,K值越大,则正反应为吸热反应;反之,K值减小,则正反应为放热反应用于计算平衡浓度,物质的量分数、转化率等Page 8n 说明:对于一个可逆反应,浓度平衡常数的表达式不是唯一的,它与化学反应方程式的书写有关。化学反应方程式的书写不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数的表达式就不同。n 对于有固体、水参加或生成的反应来说,固体、水的浓度视为常数,不应包含在化学平衡常数的表达式中。n K只受温度影响,当温度不变时,K值不变;温度升高时,对H0的反应,K值变小;H0的反应,K值增
4、大。如果由于浓度、压强的改变而引起化学平衡的移动,但温度恒定,则K值一定不变。Page 9n 案例精析n 【例1】()已知在448时,反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49,则该温度下反应2HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数K2为_;反应 H2(g) I2(g)HI(g)的平衡常数K3为_。n ()在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:t/70080083010001200K0.60.91.01.72.6.学.科.网.Page 10n 回答下列问题:n (1)该反应的化学平衡常数
5、表达式为K_。n (2)该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)。n (3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。n A容器中压强不变n B混合气体中c(CO)不变n C(H2)正(H2O)逆n Dc(CO2)c(CO)Page 11n (4)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O),试判断此时的温度为_。n (5)在800时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c (CO2)为2 mol/L,c(H2)为1.5 mol/L,c(CO)为1 mol/L,c(H2O)为3 mol/L,则下一时刻,反应向_(填“正向”或“逆向”)进行。Page 12n
6、 解析()第2个反应与第1个反应互为正逆反应,平衡常数互为倒数关系,第3个反应的化学计量数与第1个相比,缩小为一半,平衡常数也会发生变化得K3K1。n ()通过表中K和温度t的关系可知,温度越高,K值越大,反应向正向进行的程度越大,说明正向反应为吸热方向。当c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)时,K1,此时温度由表中数据可知为830。判断反应进行的方向时,可根据Q与K的大小关系判断,此时刻下, n 所以反应向逆反应方向进行。Page 13.zx.x.k.Page 14n 合成氨反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)在某温度下达平衡时,各物质的物质的量浓度是c(N2)3 molL1,
7、c(H2)9 molL1,c(NH3)4 molL1,求该温度时的平衡常数和N2、H2的起始浓度。Page 15n 解析由题意知:由平衡时各物质的浓度可求出该温度时的平衡常数,再根据合成氨反应方程式和反应起始浓度可求出N2、H2的起始浓度。n N2(g)3H2(g)2NH3(g)n c起始/ molL1xy0n c转化/ molL1a3a2an c平衡/ molL1394Page 16n 解得a2,x5,y15。n 答案该温度下K7.32103起始时c(N2)5 molL1,c(H2)15 molL1Page 17n 在密闭容器中,将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到800
8、,达到下列平衡:n CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)n K1.0。n 求CO转化为CO2的转化率。Page 18n 解析设CO转化为CO2的转化率为。n CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)n n起始/mol2.010 0 0n n转化/ mol2.02.02.02.0n n平衡/mol2.0(1) 102.02.02.0n 由题意知:n 解得83%n 答案CO转化为CO2的转化率为83%。Page 19n (2008宁夏高考卷,12)将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:n NH4I(s) NH3(g)HI(g);2HI(g) H2(g)I2(g)。达
9、到平衡时,c(H2)0.5 molL1 c(HI)4 molL1,则此温度下反应的平衡常数为()n A9B16C20D25z.x.x.kPage 20n 解析本题考查平衡常数的计算。由H2和HI的平衡浓度可推算出反应生成的HI和NH3的浓度都为0.5245 molL1,由于NH3没有转化,其平衡浓度仍为5 molL1,而HI的平衡浓度由题意可知为4 molL1,则的平衡常数K1NH3平HI平5420,C正确。n 答案C Page 21n 1.概念n 在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(体积分数
10、、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。Page 22n 2概念的理解:n (1)只要是等效平衡,平衡时同一物质的百分含量(体积分数、物质的量分数等)一定相同。n (2)外界条件相同:通常可以是恒温恒容;恒温恒压。n (3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,如:无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始;投料是一次还是分成几次;反应容器是经过扩大缩小还是缩小扩大的过程,在比较时都运用“一边倒”的方法回到起始的状态进行比较。Page 23n 3等效平衡的分类n 第一类:对于恒温、恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应n 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质
11、,其物质的量与对应组分的起始加入量相同,则建立的化学平衡状态是等效的。Page 24n 例如,恒温恒容下的可逆反应:n 2SO2 O2 2SO3n 2 mol1 mol0 moln 0 mol0 mol2 moln 0.5 mol0.25 mol1.5 moln 上述三种配比,按方程式的计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol 、O2均为1 mol,三者建立的平衡状态完全相同。Page 25n 案例精析n 【例2】在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2O2n 2SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混和物就处于化学平衡状态
12、。现在该容器中,维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同,请填写下列空白:Page 26n (1)若a0,b0,则c_。n (2)若a0.5,b_和c_。n (3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个式子表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c):_。Page 27n 解析方法一:化学平衡特点之一:只要条件不变(温度、压强或体积、浓度),无论反应是从正反应开始,还是从逆反应开始,也无论反应物的量是一次加入还是多次
13、加入,达到平衡时,体系中各物质的百分含量与原平衡状态时完全相同,抓住这个特点,此题就迎刃而解。n 设反应在题设条件(2 mol SO2和1 mol O2为起始反应物)达化学平衡时SO3的物质的量为x mol, 则n 2SO2 O2 2SO3n 起始(mol)210n 平衡(mol)2x10.5xxPage 28n 设以a mol SO2和b mol O2、c mol SO3为起始反应物达到化学平衡时生成SO3的物质的量为y mol,则n 2SO2O22SO3n 起始(mol)abcn 平衡(mol)ayb0.5ycyn 由于上述两个平衡是等价的,那么可知:Page 29n 若a0,b0,代入上
14、式,可得c2。若a0.5,代入上式,可得c1.5,b0.25。n 方法二:可从原子守恒角度来分析,在一定条件下,对于同一可逆反应,要达到相同的平衡状态,尽管起始加入的物质的量不同,但起始时物质中所含各种原子的总物质的量一定相同。n 2SO2O2 2SO3n 初始状态(mol)210n 状态(1)(mol) 00 cn 状态(2)(mol) 0.5 b cn 状态(3)(mol) ab cPage 30n (1)由硫原子守恒可得:c2。或由氧原子守恒,得3c2212。n (2)由硫原子守恒可得:0.5c2,c1.5;由氧原子守恒可得:0.522b3c2221,b0.25。n (3)由硫原子守恒可
15、得:ac2;由氧原子守恒可得:2a2b3c2221,得2bc2。n 答案(1)c2(2)b0.25c1.5(3)ac22bc2Page 31n 一定温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)B(g) 3C(g)D(g),若反应开始时充入2 mol A和1 mol B,达到平衡时C的浓度为 a molL1。若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍为a molL1的是()n A4 mol A2 mol Bn B2 mol A1 mol B3 mol C1 mol D n C3 mol C1 mol D1 mol Bn D3 mol C1 mol DPage
16、 32n 解析对于一般可逆反应,在恒温恒容积条件下,只改变起始加入的情况,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同,则二平衡等效。n 假设2 mol A和1 mol B能够完全反应,则应生成3 mol C1 mol D,所以如果维持容器体积和温度不变,开始时向容器中加入3 mol C1 mol D,达到平衡时,与原平衡是等效平衡,则C的浓度仍为a molL1。所以正确答案为D。n 答案DPage 33n 第二类:对于恒温、恒容条件下为反应前后气体体积不变的可逆反应n 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质,其物质的量比与对应组分的起始加入量
17、比相同,则建立的化学平衡是等效的。n 例如,恒温恒容条件下,对于可逆反应:n H2(g) I2(g) 2HI(g)n 1 mol1 mol 0 moln 2 mol2 mol 1 molPage 34n 上述两种配比,按方程式中化学计量关系均转化为反应物,两种情况下H2与I2(g)的物质的量比均为11,因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。 Page 35n 案例精析n 【例3】在一个固定容积的密闭容器中,保持一定温度进行以下反应:H2(g)Br2(g)2HBr(g),已知加入1 mol H2和2 mol Br2时,达到平衡后生成a mol HBr(见表已知项)在相同条件下,且保持平衡时
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