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第3章 化学反应速率和化学平衡,复习:什么叫可逆反应?可逆反应有哪些特点?,在相同条件下,既能向正反应方向进行,同时,又能向逆反应方向进行的化学反应,叫做可逆反应。,思考:化学反应速率研究反应的快慢,研究一个化学反应还需要讨论哪些内容?,可逆反应的特点: 同一条件、同时反应、方向对立 不可能完全转化,还需要研究化学反应进行的程度化学平衡,第三节 化学平衡,讨论:可逆反应为什么有“度”的限制?“度” 是怎样产生的?,分析:在一定温度下,将一定 质量的蔗糖溶于100mL水的过程,如右图,蔗糖在溶解时,一方面,蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水中,另一方面,溶液中的蔗糖分子又不断在未溶解的蔗糖表面聚集成为晶体。,蔗糖晶体 蔗糖溶液,溶解,结晶,过程分析:,开始时,v溶解 ,v结晶,然后, v溶解 ,v结晶 ,最大,0,逐渐减小,逐渐增大,最后, v溶解 v结晶,建立溶解平衡,形成饱和溶液,即溶解的蔗糖的质量与结晶的蔗糖质量相等,固体质量不再减少了。,讨论:在一定条件下,达到溶解平衡后,蔗糖晶体的质量和溶液的浓度是否变化?溶解和结晶过程是否停止?,晶体质量和溶液的浓度不会发生改变,但溶解和结晶过程并未停止, v溶解v结晶,蔗糖溶解多少则结晶多少。,“度”(限度)的产生 消耗量等于生成量,量上不再变化,一、化学平衡的建立过程,在反应CO+H2O CO2+H2中,将0.01 mol CO和0.01 mol H2O (g)通入1L密闭容器中,反应一段时间后,各物质浓度不变。,1、反应刚开始时: 反应物浓度,正反应速率 ,生成物浓度为,逆反应速率为。,最大,最大,0,0,逐渐减小,逐渐减小,逐渐增大,逐渐增大,2、反应过程中:反应物浓度,正反应速率 ,生成物浓度,逆反应速率,3、一定时间后,必然出现,V正反应速率V逆反应速率,4、t1时刻后, v正 v逆 ,即正反应消耗的反应物的量与逆反应生成的反应物的量相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化 ,化学平衡,二、化学平衡,1、概念: 在外界条件不变的情况下,可逆反应进行到一定的程度时,V正反应速率=V逆反应速率,化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,反应混合物处于化学平衡状态,简称化学平衡,反应条件:,2、化学平衡的性质:,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,条件不变是基础,研究对象:,可逆反应是前提,本质:,v正 v逆 即同一物质消耗速率与生成速率相等,速率相等是实质,现象:,反应混合物组成成分的浓度保持不变,浓度不变是标志,注意: 平衡时,反应混合物各组成成分的物质的量浓度、百分含量恒定,但不相等。同时,平衡状态下,反应体系的压强恒定、 反应混合气体的相对分子质量恒定,3、化学平衡的特征:,逆、动、等、定、变、同,逆:,研究的对象是可逆反应。,动:,化学平衡是动态平衡,虽然达到平衡状,但正反应和逆反应并未停止,是一个动态平衡。,等:,达到化学平衡时,v正 v逆0,定:,反应混合物各组分的浓度保持一定。,变:,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衡。,同:,在一定条件下,可逆反应不论是从正反应还是逆反应开始,还是正逆反应同时开始,只要起始浓度相当,均可以建立相同的化学平衡。即平衡的建立与途径无关。,4、达到化学平衡的标志:,V正=V逆和反应混合物各组分浓度保持不变是判断平衡的两大主要标志。,直接标志:,速率关系: v正 v逆,应用:判断平衡时,要注意用“同”、“等”、“逆”的原则,同:同一种物质的V正和V逆才能比较,等:转化后的反应速率必须相等,逆:反应方向必须对立,含量关系: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、分子数之比保持不变,以反应mA(g)+nB (g) pC(g)为例,达到平衡的标志为:,A的消耗速率与A的生成速率 A的消耗速率与C的速率之比等于 B的生成速率与C的速率之比等于 A的生成速率与B的速率之比等于,相等,消耗,m :p,生成,n :p,消耗,m :n,异边同向,同边异向,比例计量,例1、一定条件下,反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)达到平衡的标志是 A、单位时间内生成n mol A2同时生成n molAB B、单位时间内生成2n mol AB 同时生成n mol B2 C、单位时间内生成n mol A2 同时生成n mol B2 D、单位时间内生成n mol A2 同时消耗n mol B2,例2、一定条件下,反应N2+3H2 2NH3达到平衡的标志是 A、一个NN键断裂的同时,有三个HH键形成 B、一个NN键断裂的同时,有三个HH键断裂 C、一个NN键断裂的同时,有六个NH键断裂 D、一个NN键断裂的同时,有六个NH键形成,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,同时要注意成键、断键与反应方向之间的关系。,间接标志:,以反应mA(g)+nB(g) pC(g)为例,混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间改变而,(适用于),改变,m+np 的反应,、混合气体的平均相对分子质量、密度不随时间改变而,(适用于),改变,m+np 的反应,各气体体积、气体分压、各物质的物质的量不随时间改变,、特殊标志:,对于有色物质参加反应,如果体系颜色不变,反应达到平衡,对于吸热或放热反应,如果体系温度不变,反应达到平衡,气体的总压、气体的总的物质的量、混合气体的平均相对分子质量、混合气体的密度、反应混合物平衡时物质的量之比,在等系数的气体反应中不能作为平衡判据的是:,例3、在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molX 气体和2molY气体发生如下反应: X(g)+2Y(g) 2Z(g),此反应达到平衡的标志是: A、容器内压强不随时间变化 B、容器内各物质的浓度不随时间变化 C、容器内X、Y、Z的浓度之比为1:2:2 D、单位时间消耗0.1molX的同时生成0.2molZ,课堂练习:,【】 在一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( ) A.C的生成速率与C分解的速率相等 B.单位时间内生成n molA,同时生3n molB C.A、B、C的浓度不再变化 D.A、B、C的分子数比为1:3:2,AC,【2】 下列说法中可以充分说明反应: P(g)+Q(g) R(g)+S(g) , 在恒温下已达平衡状态的是() 反应容器内压强不随时间变化 B.P和S的生成速率相等 C.反应容器内P、Q、R、S四者共存 D.反应容器内总物质的量不随时间而变化,B,【3】在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)已达平衡状态的是 ( ) A.混合气体的压强 B.混合气体的密度 C.B的物质的量浓度 D.气体的总物质的量,BC,【4】 在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是 C的生成 速率与C的分解速率相等 单位时间内生成a molA,同时生成3a molB A、B、C的浓度不再变化 A、B、C的分压强不再变化 混合气体的总压强不再变化,混合气体的物质的量不再变化 A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2 A. B. C. D.,( A ),影响化学平衡的条件,思考:反应条件改变是如何影响化学平衡?,一定条件下的化学平衡v正 v逆,反应混合物中各组分的含量恒定,条件改变,反应速率改变,且变化量不同,非平衡状态平衡被破坏 v正 v逆,反应混合物中各组分的含量不断变化,一定时间后,新条件下的新化学平衡v正 v逆,反应混合物中各组分的含量恒定,平衡状态,平衡状态,化学平衡的移动,一、化学平衡的移动,总结:化学平衡的研究对象是,化学平衡是有条件限制的平衡,只有在时才能保持平衡,当外界条件(浓度、温度、压强)改变时,化学平衡会被,反应混合物里各组分的含量不断 ,由于条件变化对正逆反应速率的影响不同,致使v正 v逆,然后在新条件下建立 ,可逆反应,动态,条件一定,破坏,发生变化,新的平衡,1、化学平衡移动的定义: 化学上把这种可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡建立的过程叫做化学平衡的移动,2、化学平衡的移动方向的速率判断:,若外界条件变化引起v正 v逆:,平衡向正反应方向移动,若外界条件变化引起v正 v逆:,平衡向逆反应方向移动,若外界条件变化引起v正 v逆:,旧平衡未被破坏,平衡不移动,移动方向,速率变化,减小反应物浓度,减小生成物浓度,增大生成物浓度,增大反应物浓度,平衡移动原因,浓度变化对反应速率的影响,v正首先增大,v逆随后增大,且v正 v逆,正反应方向,v逆首先增大,v正随后增大,且v逆 v正,逆反应方向,v逆首先减小,v正随后减小,且v正 v逆,正反应方向,v正首先减小,v逆随后减小,且v逆 v正,逆反应方向,1、浓度对化学平衡的影响,二、影响化学平衡的条件,结论:当其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向反应方向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,化学平衡向反应方向移动。,正,逆,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)反应中,压强变化和NH3含量的关系,结论:压强增大, NH3增大,平衡向 正反应方向移动。,增大压强,平衡向气体体积缩小方向移动。,减小压强,平衡向气体体积增大方向移动。,2、压强对化学平衡的影响,思考:对于等体积的气体反应,压强改变 将怎样影响化学平衡?,结论:由于压强变化同时、同步、等倍数影响正、逆反应速率,v正= v逆,化学平衡不移动,但反应速率改变。,例、在反应I2(g)+H2 (g) 2HI (g)中增大压强,3、温度对化学平衡的影响,讨论:温度的变化对化学反应速率如何影响? v正和 v逆怎样变化?,结论:温度升高, v正和 v逆同时增大;温度降低,v正和 v逆同时减小。,问题:温度的变化如何改变不同反应的v正和 v逆的倍数?,2NO2 N2O4 H0,实验现象:温度升高,混合气体颜色加深,平衡向 方向移动;温度降低,混合气体颜色变浅, ,平衡向 方向移动,NO2浓度增大,逆反应,NO2浓度减小,正反应,结论:,升高温度化学平衡向移动,,吸热反应方向,降低温度化学平衡向移动,,放热反应方向,4、化学平衡移动原理勒夏特列原理,原理:如果改变影响平衡的一个条件(浓度、温度、压强等),化学平衡就向减弱这种改变的方向移动。,此原理只适用于已达平衡的体系,平衡移动方向与条件改变方向相反。,ps:,移动的结果只能是减弱外界条件的该变量,但不能抵消。,5、催化剂对化学平衡的影响,讨论:催化剂怎样改变v正和 v逆?,小结:同步、等倍数改变v正和 v逆,结论:催化剂不能使化学平衡发生移动;不能改变反应混合物的百分含量;但可以改变达到平衡的时间。,第3章 化学反应速率和化学平衡,第二节 化学平衡化学平衡常数,平衡常数的推导,48.38,48.61,48.48,根据表中的数据计算出平衡时 的值,并分析其中规律。,48.71,结论:,在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,又不论反应物起始浓度的大小,最后都能达到化学平衡,这时生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值是一个常数。,一、化学平衡常数(K),1、定义,一定温度下,对于已达平衡的反应体系中,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数是个常数,这个常数叫做该反应的化学平衡常数。,2、平衡常数的数学表达式及其单位,K=,K的单位:,1、如果反应中有固体和纯液体参加,它们的浓度不应写在平衡关系式中,
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