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

第二章 化学反应速率 第2节 化学平衡 选择性必修一 化学反应原理 什么是饱和溶液？ 在一定温度下，一定量的溶剂里，不能再继续溶解某种溶质的溶液，叫做这种溶质的饱和溶液。 饱和溶液中溶质的溶解过程完全停止了吗？ 没有！以蔗糖溶解于水为例，蔗糖分子离开蔗糖表面扩散到水中速率与溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成为晶体的速率相等。 一、可逆反应 1、溶解过程的可逆性 即：溶解速率 = 结晶速率 达到了溶解的平衡状态，一种动态平衡 溶解平衡状态的含义：在一定温度下的饱和溶液中固体溶质溶解的速率和溶液中溶质分子结晶的速率相等时，饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变 （2）表示：（可逆符号表示） N2 + H2；SO2 + O2；H2 + I2; C+H2O; CO2+H2O; NH3+H2O；SO2+H2O； Cl2+H2O；酯化 2、可逆反应 （1）定义：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。 （3）可逆反应的特征： ①双向性：左→右 正反应 右→左 逆反应 ②双同性：同一条件 同时进行 ③共存性：反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存。 不可逆反应:有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略，几乎完全进行，用=表示。 二、化学平衡状态 N2 + 3H2 2NH3 1mol 3mol 起： （1）反应开始，v正、v逆的值如何？ （2）这一瞬间导致反应物和生成物的浓度如何变化？ 对下一刻的速率带来什么样的影响？ （3）随反应的进行，反应物和生成物的浓度如何变？ 正、逆反应速率如何变？ （4）如此进行下去，最终正、逆反应速率及各组分 的浓度将如何？ v正=v逆 ——化学平衡 1、化学平衡的建立 N2 + 3H2 2NH3 1mol 3mol 起： t1 0 v t v正 v逆 v’正 = v’逆 v—t图 2、概念： 在一定条件下，可逆反应进行到一定的程度时，v正 = v逆，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而变化，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 说明：化学平衡是一种动态平衡 逆、等、动、定、变 ⑴逆： 研究的对象是可逆反应。 ⑵动： ⑶等： v正＝ v逆 ⑷定： 反应混合物各组分的浓度保持一定。 ⑸变： 平衡状态下，条件改变时，平衡就会被破坏，并在新条件下建立新的平衡。 v正>0; v逆 >0 3、化学平衡的特征： ④对于aA(g)+bB(g） cC(g)+dD(g),若a+b≠c+d，混合物总物质的量，混合气体总压，混合气体平均分子量保持不变 ① v正＝ v逆 ②各组分的含量保持不变.如:各物质的物质的量、各物质的物质的量浓度、体积分数、质量分数、反应物的转化率。 ---本质特征 ---外部特征 ③若有颜色的气体参与或生成，颜色不再变化；若反应为放热或吸热反应，体系温度不变。 4、达到化学平衡的标志： 例、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 √ √ 在一定温度下，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是一个常数，这个常数称“化学平衡常数”。用K表示 2.平衡常数表达式 aA (g)+bB (g) cC(g)+dD(g) 可逆反应 cc(C) ·cd(D) K = ———————— ca(A) ·cb(B) 三、化学平衡常数 1.平衡常数的定义 1.化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 2 化学平衡常数表达式中，各物质的浓度只能是平衡浓度，不能用任一时刻的浓度表示。 3 纯固体和纯液体浓度计为1，不列入平衡常数表达式。 4 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，与反应方程式的书写有关。 练习1：写出下列化学方程式的平衡表达式 H2 +I2 2HI 2HI H2 +I2 H2 + I2 HI 1 2 1 2 若方程式的系数变为二分之一，则K值变为原来的二分之一次，若方程式的系数变为2倍，则K值变为原来的平方，逆反应为原平衡常数的倒数。 练习2.已知：在一定温度下 ①C（s）+CO2 （g） 2CO（g）的平衡常数为K， ②C（s）+H2O（g） CO（g）+H2（g）的平衡常数为K1， ③CO（g）+H2O（g） CO2（g）+H2（g）的平衡常数为K2，求K与K1、K2之间的关系。 结论：对于系数不变的的可逆反应，若两方程式相减，平衡常数相除；若两方程式相加，平衡常数相乘。 ①对给定的反应来说，K值越大，反应程度越大，转化率越高；反之则转化率越低。 ②一般当K＞105时，该反应进行得基本完全。此时，可将可逆号换成等号。 3.平衡常数的意义: 化学平衡常数的大小可以反映化学反应进行的程度（只针对可逆反应） 4.平衡常数的应用 （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，正反应进行的程度越大，即该反应进行的越完全，反应物转化率越大，反之，就越不完全，转化率就越小。 （2）判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应 若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应 5.平衡常数的应用 判断一个化学反应是否达到平衡状态。 aA +bB cC+dD 对于可逆反应 任意时刻的 称浓度商（Q） cc(C) ·cd(D) ———————— ca(A) ·cb(B) 当Q=K时，反应达到平衡 当Q>K时，反应向逆移动 当Q<K时，反应向正移动 V正＜V逆 V正＞V逆 四．化学平衡移动 1．含义：在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态后，如果改变反应条件，平衡状态被破坏，平衡体系的物质组成也会随着改变，直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。 v正= v逆 条件改变 原化学平衡 平衡破坏 v正≠ v逆 一定时间后 v’正= v ’逆 新化学平衡 破坏旧平衡 建立新平衡 平衡移动 改变条件，v正、v逆均改变，平衡一定移动吗？ 不一定 2．平衡移动方向 v正= v逆 条件 改变 原化学平衡 v正 v逆 发生改变 v’正≠ v ’逆 v ’正> v ’逆 平衡向正反应方向移动 v ’正<v ’逆 平衡向逆反应方向移动 v ’正= v ’逆 平衡不移动 外界条件对化学平衡移动的影响是通过改变反应速率来实现的 五、影响化学平衡的条件 1．浓度对化学平衡的影响 b组红色变浅 c(Fe3+)↓⇒红色变浅⇒平衡向逆向移动 c组红色加深 c(SCN-)↑⇒红色变深⇒平衡向正向移动 增大反应物的浓度，平衡向_____反应方向移动； 减小反应物的浓度，平衡向_____反应方向移动。 正 逆 c反应物 减小 c反应物 增大 Fe＋2Fe3＋ = 3Fe2＋ 加入铁粉，Fe3＋浓度减小， Q ＝ Q 增大 ，Q＞K，平衡逆向移动 Fe3＋ ＋ 3SCN－ Fe(SCN)3 加入KSCN，SCN－浓度增大， Q 减小 ，Q＜K，平衡正向移动 Q ＝ Fe3＋ ＋ 3SCN－ Fe(SCN)3 Fe3＋ ＋ 3SCN－ Fe(SCN)3 【理论分析】 在一定温度下，其它条件不变时： 改变条件 K变化 Q变化 Q与K比较 平衡移动方向 增加反应物浓度 不变 变小 Q<K 正向移动 减小反应物浓度 不变 变大 Q>K 逆向移动 增大生成物浓度 不变 变大 Q>K 逆向移动 减小生成物浓度 不变 变小 Q<K 正向移动 【规律总结】 浓度的改变导致浓度商的改变，但K不变，使Q≠K,从而导致平衡移动。 17 增大反应物浓度 v(正) v(逆) 增大生成物浓度 v'正＝v'逆 v正＝v逆 v(逆) v(正) v'正＝v'逆 减小反应物浓度 减小生成物浓度 v(逆) v(正) v(逆) v(正) v'正＝v'逆 v'正＝v'逆 c反↑⇒瞬v正↑、v逆未变⇒v正＞v逆⇒正移 c生↓⇒v逆瞬↓、v正未变⇒v正＞v逆⇒正移 c生↑⇒v逆瞬↑、v正未变⇒v正＜v逆⇒逆移 c反↓⇒v正瞬↓、v逆未变⇒v正＜v逆⇒逆移 【图像分析】 1.某一可逆反应,一定条件下达到了化学平衡。 (1)若化学反应速率改变,化学平衡是否发生移动? (2)若化学平衡发生移动,化学反应速率是否一定发生改变? 2.有固体(或纯液体)参加的反应,达到平衡后,增加或减少固体(或纯液体)的量,平衡是否会发生移动? 思考与讨论 答案:(1)若v(正)、v(逆)依然相等,则平衡不移动,否则移动。 (2)只要平衡发生移动,则反应速率一定发生改变。 答案:不会移动,改变固体(或纯液体)的量,不会改变固体(或纯液体)的浓度,平衡不会发生移动。 2NO2(g) N2O4(g) 红棕色 无色 【实验原理】 【实验现象】 （1）压强增大：气体颜色先变深， 后变浅。 （2）压强减少：气体颜色先变浅， 后变深。 【实验解释】 2.压强的变化对化学平衡的影响 压缩体积，使得c(NO2)瞬间变大 反应朝正方向移动 增大体积，使得c(NO2)瞬间变小 反应朝逆方向移动 化学平衡的移动能削弱压强改变给可逆反应所带来的影响，但并不能完全抵消,说明体积的改变起主要作用。 20 2b 2a 实验 （同温度下） 压强 各物质浓度 （mol·L-1） 浓度商 (Q ) 平衡移动方向 NO2 N2O4 原化学平衡容器容积为V p1 a b 增大压强缩小容积至V /2时 减小压强扩大容积至2V 时 2NO2(g) N2O4(g) 2P1 Q1＝=K Q2＝＝= Q3＝＝=2K 正反应方向移动 逆反应方向移动 【理论分析】 【思考】增大压强，向正反应方向移动；减小压强向逆反应方向移动,这句话对吗？ H2(g) + I2(g) 2HI(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2 (g) 同样方法研究：当温度不变时K不变 增大压强体积缩小 减小压强体积扩大 Q=K平衡不移动 Q=K平衡不移动 Q>K，平衡逆反应方向移动 Q<K，平衡正反应方向移动 【结论】有气体参加的可逆反应，当达到平衡时，在其他条件不变时： ①增大压强（减小容器的容积）会使化学平衡向气体体积______的方向移动； ②减小压强（增大容器的体积会使化学平衡向气体体积______的方向移动。 ③反应后气体的总体积没有变化的可逆反应，增大或减小压强， 平衡 _______ 移动。 2NO2(g) N2O4(g) 对于此反应：增大压强，向正反应方向移动； 减小压强向逆反应方向移动。 缩小 增大 不发生 v(正) v(逆) v'正＝v'逆 v正＝v逆 v(逆) v(正) v'正＝v'逆 v'正＝v'逆 增大压强 v'正＝v'逆 v(正) v(逆) v'正＝v'逆 v正＝v逆 v(逆) v(正) v'正＝v'逆 减小压强 2NO2(g) N2O4(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2 (g) H2(g)+I2(g) 2HI(g) 【图像分析】 mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g) m + n > p +q m + n < p +q m + n = p +q 冰水中 热水中 现象 　　　　 　　　　 将NO2球浸泡在冰水和热水中 红棕色变浅 红棕色加深 【实验2-3】 NO2球浸泡在冰水、热水中,观察颜色变化。 3．温度对化学平衡的影响 【实验现象】 温度升高，混合气体颜色加深，NO2浓度增大，平衡向逆反应方向移动； 温度降低，混合气体颜色变浅，NO2浓度减小，平衡向正反应方向移动 结论： 升高温度化学平衡向吸热反应方向移动， 降低温度化学平衡向放热反应方向移动， 2NO2 N2O4 △H＜0 分析:降温→颜色变浅→平衡向放热方向移动;升温→颜色变深→平衡向吸热方向移动。 正反应是吸热反应ΔH＞0 v(正) v(逆) v'正＝v'逆 v正＝v逆 v(逆) v(正) v'正＝v'逆 正反应是放热反应ΔH＜0 升高温度 正反应是吸热反应ΔH＞0 v(正) v(逆) v'正＝v'逆 v正＝v逆 v(逆) v(正) v'正＝v'逆 正反应是放热反应ΔH＜0 降低温度 【图像分析】 2NO2(g) ⇌ N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ·mol-1 使用催化剂，正、逆反应速率同时增大，且增大的倍数相同。 v(正)= v(逆) 4、催化剂对化学平衡的影响 【图像分析】 含量 t t1 t2 当其他条件不变时：加入催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成， 但是使用催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。 即加入催化剂，化学平衡不移动 27 28 1、定义： 如果改变影响平衡的一个条件（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，该结论就是勒夏特列原理。 2、平衡移动的结果： “减弱”外界条件的影响，而不能“消除”外界条件的影响。 六、勒夏特列原理 29 $$