2.2化学平衡 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

在一定温度下，可逆反应：A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（　 ） C的生成速率与C分解的速率相等 B. 单位时间内生成nmolA，同时生成3n mol B A、B、C的浓度不再变化 D. A、B、C的分子数比为1:3:2 AC ①速率：v正 = v逆 ②各组分的含量保持不变 直 接 化学反应达到平衡状态的标志： 下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3 已达平衡状态的是( ) A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成 B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂 C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂 D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成 AC 速率：v正 = v逆 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,表明反应: 3B(g) 2C(g)+D(g)已达平衡状态的是（其中气体B有颜色）( ) A.B、C、D的物质的量浓度之比为3:2:1 B. B、C、D的速率之比为3:2:1 C.B的物质的量浓度 D.气体的总物质的量 E.混合气体的颜色 CE 各组分的含量保持不变 下列说法中可以充分说明反应:P(g) + Q(g) 2R(g) + S(g) , 在恒容下已达平衡状态的是（　　） A. 反应容器内压强不随时间变化 B. P和Q的生成速率相等 C. 反应容器内P、Q、R、S四者共存 D. 反应容器内气体的总物质的量不随时间而变化 AD 各组分的含量保持不变 混合气体的总压强、总物质的量、混合气体的颜色、密度、平均摩尔质量 间 接 注意：某一可变物理量不再随时间改变而 改变即表明达到平衡状态。 化学反应达到平衡状态的标志： 直 接 ①速率：v正 = v逆 （有两层含义：对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同的物质而言，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。） ②各组分的含量保持不变 平衡状态标志的物理量 非平衡状态下可变 平衡状态下 不变 在一定温度下固定容积的容器中,下列叙述是可逆反应 A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是( ) 是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(g)达到平衡的标志的是( ) ①C的生成 速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB ③A、B、C的浓度不再变化 ④A、B、C的反应速率不再变化 ⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的物质的量不再变化 ⑦单位时间内消耗amolA,同时生成 3amolB ⑧A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2 ⑨混合气体的密度不再变化 ①③⑤⑥⑦⑨ ①③⑦ a 0 0 x x x a-x x x 起 变 某时刻 当反应刚开始时，反应物和生成物的浓度哪个大？ 在1L密闭容器中充入1 mol N2、3 mol H2发生反应： N2+3H2 2NH3 ， 0.5 1.5 1.0 2.0 3.0 N2 NH3 物质的量浓度 时间 化学平衡状态 化学平衡状态 N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+3H2 以1mol/LN2和3mol/LH2或2mol/LNH3为起始反应物在一定条件下发生反应。以时间为横坐标，浓度为纵坐标绘制反应过程中浓度随时间变化的示意图。 ν正 ＞ν逆，[宏观上反应物变少、生成物变多] 平衡向正反应方向（进行）移动 ν正 ＜ ν逆，[宏观上生成物变少、反应物变多] 平衡向逆反应方向（进行）移动 一定温度下在密闭容器内进行着某一反应，X气体、Y气体的物质的量随反应时间变化的曲线如图。下列叙述中正确的是(　　) 1.化学平衡体系反应物浓度与生成物浓度关系 457.6 ℃时反应体系H2(g)+I2(g) = 2HI(g)中个物质的浓度 化学平衡常数（对一个可能反应数据上的描述） 起始时各物质的浓度/（mol·L） 平衡时各物质的浓度/（mol·L） 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) c2(HI)/c(H2)·c(I2) 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37 1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62 1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54 0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49 0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70 0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50 平均值 48.70 忽略试验误差， 457.6℃达到平衡时 可以视为常数 化学平衡常数 1．定义 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时， 与 的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数． 生成物浓度幂之积 反应物浓度幂之积 2．平衡常数的数学表达式 如对于达到平衡的一般可逆反应：mA＋nB pC＋qD，反应物和生成物平衡浓度表示为c(A)、c(B)、c(C)、c(D) 化学平衡常数：K＝ 17 17 1. 反应中有固体或纯液体参与，由于其浓度视为常数而不写入平衡常数表达式中： 如A(g)+B(g)2C(s) K= 注意事项 1 c(A)·c(B) Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温 3Fe(s) + 4H2O(g) N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+ 3H2 N2 + H2 NH3 1 2 3 2 根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 化学平衡常数 写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 c2(NH3) K1 ＝ c(N2)•c3(H2) K2 ＝ c2(NH3) c(N2)•c3(H2) K3 ＝ (N2）•(H2) c(NH3) K1 ＝ K2 1 ＝ K32 K1 和K2、K3是什么关系？ 1. 2. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 1. 3. 2NH3(g)N2(g) + 3H2(g) N2(g)+ H2(g）NH3(g） 1 2 3 2 某一具体反应的平衡常数: ①若反应方向改变,则平衡常数改变。 ②若化学方程式中各物质的化学计量数成比例扩大或缩小n倍,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。 K逆＝ 写出下列方程式的平衡常数表达式： (1)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K1 (2)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) K2 (3)C(s)+CO2(g) 2CO(g) K3 思考K1、K2、K3有何关系？ K2=K1K3 K1=K2/K3 方程式相加，总反应的平衡常数等于各反应平衡常数之积。 方程式相减，总反应的平衡常数等于各反应平衡常数之商。 (2)=(1)+(3) (1)=(2)−(3) c(H2) •c (CO2) K1 ＝ c(CO)•c(H2O) c(H2) •c (CO) K2 ＝ c(H2O) c2(CO) K3 ＝ c(CO2) (1)判断反应进行的程度 K 值越大，说明平衡体系中生成物所占比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就 越小。利用化学平衡常数可以判断反应进行的程度。一般K>105时认为该反应基本进行完全；K<10-5一般认为该反应难以进行；而K在10-5～105之间的反应被认为是典型的可逆反应。 化学平衡常数的应用 平衡常数影响因素： ①内因：化学反应本身的性质 ②外因：K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度、压强变化及催化剂无关。 化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)。其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示: 反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),平衡常数与温度的关系如下： △ 温度 623K 698K 763K 平衡常数 66 .9 54.4 45.9 （2）判断反应进行的方向（从K本身变化判断） K变大说明可逆反应进行程度大，平衡向正向移动 一定温度下，一个可逆反应达到平衡状态时，Q＝K；若处于非平衡状态，则Q≠K。 （2）判断反应进行的方向（Q：可逆反应的反应程度） Q＜K，反应向正方向进行 Q ＞K，反应向逆方向进行 反应进行还没有到达该条件下的限度，继续向正向进行 反应进行超过了该条件下的限度，继续向逆向进行 K Q：描述可逆反应的进行程度 Q<K Q>K 真实反应程度小于平衡程度 真实反应程度大于平衡程度 平衡正向移动 平衡逆向移动 高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g)⇋ Fe(s)+CO2(g) (条件省略)已知1100℃，K=0.263，某时刻测得高炉中c(CO2)=0.025mol·L-1，c(CO)=0.1mol·L-1 在这种情况下： (1)该反应是否处于平衡状态_____(填“是”或“否”)； (2)此时反应会向______进行？（填“正向”或“逆向”）； (3)此时化学反应速率是ν正 _____ν逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。 否 正向 大于 Qc = c(CO2) c(CO) = 0.025mol·L-1 0.1mol·L-1 =0. 25 QC＜K ，反应向正方向进行 K在三段式中的应用 把7 molA气体和5 molB气体混合放入2 L密闭容器中，在一定条件下发生反应：3A(g)+B(g)⇌2C(s)+xD(g)，经5min达到平衡，此时生成2 mol C，测得D的平均反应速率为0.2 mol·(L·min)-1，求： (1)B的转化率_______ (2)x的值_______ (3)平衡时压强与初始时压强之比_______ (4)该温度下此反应的平衡常数_______ 平衡常数(K ) 化学平衡状态 一定条件下 定量表达 只受温度影响 可逆反应 与Q 比较判断是否达到平衡 计算平衡时各物质的浓度和反应物的转化率 小结 用浓度商Q与K比较： Q＜K，反应向正反应方向移动； Q＝K，反应处于平衡状态； Q＞K，反应向逆反应方向移动 通过K随温度的变化，判断平衡移动方向 在T1条件下，某时刻测得各物质浓度：C（X）=0.5mol/L , C（Y）=0.5mol/L , C（Z）=0.5mol/L .此时： V正 V逆 （填< = >） 对于可逆反应：2x(g) +y (g) 3z (g)常数与温度关系如图所示 T1 T2 温度 T 平衡常数K A B C D A点：V正 V逆 B点：V正 V逆 C点：V正 V逆 D点：V正 V逆 > < = = 3 1 > T2 = A.反应①随温度的升高，向正反应方向移动 B.升高温度，反应①的反应速率减小 C.在常温下，利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大 D.在1000 ℃时，反应①和反应②体系中N2的浓度一定相等 氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，下图为两个常见的固氮反应：①N2＋3H22NH3、②N2＋O22NO的化学平衡常数对数值(lgK )与温度的关系。根据图中数据判断下列说法正确的是(　　) B、D 可逆反应中，旧化学平衡的破坏，新化学平衡建立 ν正=ν逆≠0 条件改变 平衡 建立新平衡 破坏旧平衡 ν正=ν逆≠0 ′ ′ 一定时间 一、化学平衡的移动 ν正≠ν逆 ′ ′ 不平衡 平衡2 微观过程 （） Q = K Q ≠ K Q = K 理论计算： 平衡 ν 正 = ν 逆 改变 条件 ：平衡不移动　 速率改变 程度不同 ν正 ＞ν逆，平衡向正反应方向移动 ν正 ＜ν逆，平衡向逆反应方向移动 二、化学平衡移动方向的判断： 改变条件后，向速率大的方向移动 温度变化对化学平衡的影响 三、外界条件对化学平衡的影响 实验表明，浸泡在热水中的烧瓶内红棕色加深，说明升高温度，NO2的浓度增大；浸泡在冰水中的烧瓶内红棕色变浅，说明降低温度，NO2 的浓度减小。 大量实验证明，在其他条件不变的情况下，升高温度，会使化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，会使化学平衡向放热反应的方向移动。 K K a b K增大 K增大 K减小 K减小 在一个容积不变的密闭容器中发生如下反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋ H2(g)，其平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示。 t/℃ 700 800 1000 1200 K 1.67 1.0 0.58 0.38 (2)在700℃时，向容器中充入1 mol CO、3 mol H2O，保持温度不变，反应达到平衡后，其平衡常数_______1.67(填“大于”“小于”或“等于”)。 (3)800℃时，某时刻反应混合物中CO、H2O、CO2、H2的浓度分别为1mol/L、1mol/L、2mol/L、 2mol/L。此时上述反应平衡移动方向为_______。(填“正反应方向” “逆反应方向”或“不移动”) (4)若题（3）的体系达平衡状态时，CO、 H2的物质的浓度分别为多少？_______ (1)该反应的平衡常数表达式为K=_______ 该反应为_______反应。(填“吸热”或“放热”) 放热 等于 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋ H2(g) (2—a)mol/L (2—a)mol/L (1+a)mol/L (1+a)mol/L amol/L amol/L amol/L amol/L 1mol/L 1mol/L 2mol/L 2mol/L 增大反应物浓度，平衡正向移动ν 正 ＞ ν 逆 减小反应物浓度，平衡逆向移动ν 正 ν 逆 三、外界条件对化学平衡的影响 1、浓度 改变浓度的 “突变”，没改变浓度的“渐变” 增大反应物浓度，平衡正向移动ν 正 ＞ ν 逆 减小反应物浓度，平衡逆向移动ν 正 < ν 逆 三、外界条件对化学平衡的影响 浓度 改变浓度的 “突变”，没改变浓度的“渐变” 实验证明，当可逆反应达到平衡时，在其他条件不变的情况下，如果增大反应物浓度（或减小生成物浓度），平衡向正反应方向移动；同理，如果减小反应物浓度（或增大生成物浓度），平衡向逆反应方向移动。 已知在氨水中存在下列平衡： NH3 + H2O NH3· H2O NH4+ + OH- 　　(1) 向氨水中加入MgCl2固体，平衡向 移动，OH-浓度 ，NH4+浓度 。 　　(2) 向氨水中加入浓盐酸，平衡向 移动，此时溶液中浓度减小的粒子有 。 　　(3) 向氨水中加入少量NaOH固体，平衡向 移动，此时发生的现是 。 正反应方向 减小 增大 正反应方向 OH-、NH3·H2O、NH3 逆反应方向 有气体放出 　　 在密闭容器中进行反应：CO2(g)+C(s) ⇋2CO(g) △H﹥0达到平衡后，改变下列条件，则指定物质的浓度及平衡如何变化？ 　　(1)增大c(CO2)，平衡________ ，c(CO) ______。 　　(2)加入更多碳，平衡 ，c(CO） 。 　　(3)增大c(CO)，平衡________ ，c(CO2) 。 正向移动 增大 不移动 不变 逆向移动 增大 A B C D 反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得的数据如下表所示： 保持温度和容积不变，向平衡体系中再充入NO和N2，使二者浓度均增加至原来的两倍，此时平衡移动___________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)。 向正反应方向 改变单一变量（生成物或者反应物）描述增大或者减小 改变多个变量（反应物生成物同时改变）描述上有具体的数值与K mol/L Q= mol/L HCO3-+HClO=H2CO3+ClO- 强 弱 某温度下，恒容密闭容器中进行可逆反应：X(g)+Y(g)⇌2Z(g)+W(s)    △H>0，下列说法正确的是 A．平衡后加入少量W，逆反应速率突然增大，正反应速率逐渐增大直到建立新的平衡状态 B．平衡后升高温度，平衡正向移动，K减小 C．平衡后加入Y，平衡正向移动，X、Y的转化率均增大 D．容器中混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡 在工业生产中，适当增大廉价的反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动，可提高价格较高的原料的转化率，从而降低生产成本。 　　 在密闭容器中进行反应：CO2(g)+C(s) ⇋2CO(g) △H﹥0达到平衡后，改变下列条件，则指定物质的浓度及平衡如何变化？ 　　(1)增大c(CO2)，平衡________ ，c(CO) ______。 　　(2)加入更多碳，平衡 ，c(CO） 。 　　(3)增大c(CO)，平衡________ ，c(CO2) 。 正向移动 增大 不移动 不变 逆向移动 增大 (4)保持温度不变，缩小反应容器的容积，则c(CO2)增大， 平衡向逆反应方向移动。 三、外界条件对化学平衡的影响 2、压强 增大压强 减少压强 拉开活塞瞬间（改变条件的时刻），平衡尚未移动， 颜色变淡(因为增大容器容积，浓度瞬间减小） 颜色慢慢变深（说明平衡向生成有色物质的方向移动） 接下来的时间才是可逆反应到达新平衡的过程。 推动（压缩）活塞瞬间（改变条件的时刻），平衡尚未移动 颜色变深(因为压缩容器容积，浓度瞬间增大） 接下来的时间才是可逆反应到达新平衡的过程 颜色慢慢变浅（说明平衡向生成无色物质的方向移动） 在其他条件不变时： ①增大压强，化学平衡向气体体积缩小的方向移动。 ②减 小压强，化学平衡向气体体积增大的方向移动。 ③对于反应前后气体分子数目不变的反应，改变压强平衡不移动。 【经验规律】 　　①压强对平衡移动的影响：只适用于有气体参与的反应。对于只涉及固体或液体的反应，压强的影响不予考虑。 　　②压强能否使化学平衡发生移动，要看压强改变是否使浓度发生改变，从而使v正′≠v逆′。 提醒 下列反应达到化学平衡时，增大压强，判断平衡移动方向 ① 2NO(g) + O2(g) 2NO2 (g) ② CaCO3(s) CaO(s) + CO2 (g) ③ H2O(g) + C (s) CO(g) + H2(g) ④ H2O(g) + CO(g) CO2(g) + H2(g) ⑤ H2S(g) H2(g) + S(s) 正反应方向 逆反应方向 逆反应方向 不移 不移 压强影响平衡的理论计算 当压缩体积至原来的系统总压强为原来的x倍，分压也是原来的x倍，这个时候反应商Q == k= 当0，表示正反应是气体体积增大的反应方向 当x>1,表示增大压强，此时:Q>K,平衡向逆反应方向移动（气体体积减小的方向） 当x<1,表示减小压强，此时:Q<K，平衡向正反应方向移动（气体体积增大的方向） 当0，Q=k。即对于反应前后气体分子数目不变的反应，改变压强平衡不移动 y 各组分分压不变 体系气体总物质的量增大 总压强不变 速率加快 不 速率加快 正向 速率不变 不 速率减慢 不 速率减慢 不 假设平衡不移动：A浓度 0.25mol/L 平衡移动的结果：A浓度 0.3mol/L 扩大体积减小压强，平衡逆向向移动 C　[气体体积压缩到原来的，若平衡不移动，则W的浓度应为原平衡的2倍，而实际W的浓度为原平衡时的1.8倍，说明增大压强时，平衡向左移动，则有a＋b<c＋d。平衡向左移动，X的转化率下降，Z的体积分数减小。] A．B的质量分数增大 B．平衡向逆反应方向移动 C．A的转化率减小 D．化学计量数：m＞n 【答案】D 如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动（改变的条件还是发生了），这就是勒夏特列原理(单一变量)，也称平衡移动原理。 条件改变 平衡移动方向 平衡移动结果 增大反应物浓度 降低生成物浓度 增大压强 升高温度 向正方向移动 反应物浓度降低 向正方向移动 生成物浓度增大 向体积减小方向移动 体系压强减小 向吸热反应方向移动 体系温度降低 化学中常借助曲线图来表示某种变化过程，有关下列四个曲线图的说法不正确的是(　　) A.对于反应：aX(s)＋2Y(g)xZ(g)，根据图①可以求出x＝2 B.升高温度，图④表示的反应中反应物的转化率增大 C.图③表示压强对可逆反应2a(g)＋2b(g) 3c(g)＋d(g)的影响，乙的压强大 D.图②可以表示改变某化学平衡体系的温度后反应速率随时间的变化 2．在密闭容器中投入一定量反应物，发生储氢反应：LaNi5(s)＋3H2(g)⥫⥬LaNi5H6(s)　ΔH＝－301 kJ/mol。在某温度下，反应达到化学平衡状态时，测得氢气的压强为2 MPa。下列说法不正确的是(　　) A.当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到化学平衡状态 B.若温度不变，缩小容积至原来的一半，则重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa C.扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增大 D.增大压强、降低温度，有利于储氢 对于已经达到化学平衡状态的合成氨反应体系： N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＜0，采取一定措施，下列说法正确的是(　　) A.增大压强，平衡向正反应方向移动，N2的浓度减小 B.增大N2的浓度，平衡向正反应方向移动，N2的浓度减小 C.升高温度，平衡向逆反应方向移动，新平衡体系的温度降低 D.加入催化剂，虽然平衡不移动，但可降低反应的能耗 4．某可逆反应平衡常数的表达式为K＝。达到化学平衡状态时，若升高温度(其他条件不变)，则K值减小。下列说法正确的是(　　) A.反应的热化学方程式为NO2(g)＋SO2(g)⥫⥬NO(g)＋SO3(g)　ΔH＞0 B.混合气体的平均摩尔质量保持不变，说明反应已达到化学平衡状态 C.一定条件下达到平衡时，缩小容器的容积，增大体系压强，气体颜色加深 D.使用合适的催化剂可使该反应的化学反应速率和化学平衡常数增大 5．在一密闭容器中，ma(g)⥫⥬nb(g)达到平衡后，保持温度不变，改变容器的容积(V)时，b的浓度[c(b)]变化如下页图所示。下列判断正确的是(　　) A.b的质量分数增大 B.平衡向逆反应方向移动 C.a的转化率减小 D.化学计量数：m＞n ①稀溶液中进行的反应，如有水参加，由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中。 ②非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。如： CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l) CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l) K＝eq \f(c（CH3COOCH2CH3）·c（H2O）,c（CH3COOH）·c（CH3CH2OH）) $$