2.2 化学反应的限度 第2课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第二章 化学反应的方向、限度和速率 2.2 化学反应的限度 第2课时 化学平衡的移动 影响化学平衡的因素 2 化学平衡的移动 1 1.了解浓度、压强和温度对化学平衡的影响。 2.从Qc与K关系及浓度、温度、压强对反应速率、平衡的影响，推断平衡移动的方向。 3.通过实验论证浓度、压强、温度对化学平衡的影响。 某温度下，在容积不变的密闭容器中N2与H2反应达到化学平衡，各物质的相关数据如下。 各物质的起始量/mol N2 5 各物质的起始量/mol H2 15 各物质的起始量/mol NH3 0 化学平衡时各物质的量/mol N2 3 化学平衡时各物质的量/mol H2 9 化学平衡时各物质的量/mol NH3 4 平衡时H2的转化率 40% 40% 转化率(α) ＝ 转化的量 起始的量 ×100％ 平衡时原料的转化率不高，如何提高呢? 01 化学平衡的移动 Q ≠ K Q ＝ K 改变条件 平衡 改变 一段时间 化学 平衡 化学 平衡 原 平衡状态 新 平衡状态 化学平衡 的移动 化学平衡的移动 理论分析 探究一 如何改变化学平衡状态呢? m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g) 对于可逆反应： ＝Q 任意时刻，反应中各物质的浓度幂之积的比值 cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 浓度商 达到化学平衡状态时浓度商等于该温度下的K 同一温度下： Q ＝ K ，处于化学平衡状态 Q ＜ K ，向正反应方向进行 Q ＞ K ，向逆反应方向进行 是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商Q与K比较大小来判断 化学平衡的移动 理论分析 【典例1】对化学平衡的下列说法中正确的是 A．化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动 B．化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化 C．化学平衡向正反应方向移动时，正反应速率一定增大 D．只有加入催化剂，才会发生化学反应速率变化，而化学平衡不移动的情况 B 【典例2】一定温度下，反应I2(g)＋H2(g) 2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得容器内c(I2)＝0.11 mmol·L－1、c(H2)＝0.11 mmol·L－1、c(HI)＝0.78 mmol·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是 D c(I2)/m mol·L－1 c(H2)/m mol·L－1 c(HI)/m mol·L－1 A 0.22 0.22 1.56 B 0.44 0.44 3.00 C 0.11 0.44 1.56 D 1.00 1.00 8.00 02 影响化学平衡的因素 改变哪些反应条件可使Q ≠ K，从而改变化学平衡状态? 平衡常数只与温度有关 lnKθ＝- ∆rHm RT ＋C θ ＝Q cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 浓度商只与浓度有关 改变温度 使K发生改变 改变浓度 使Q发生改变 Q ＝ K Q ＜ K Q ＞ K 平衡状态 ＝Q cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 任意时刻 反应中各物质的浓度幂之积的比值 K ＝ cp[C] • cq[D] cm[A] • cn[B] 平衡时刻 反应中各物质的浓度幂之积的比值 向正反应方向移动 向逆反应方向移动 若其他条件不变，仅增加反应物的浓度，化学平衡如何移动? 影响化学平衡的因素 理论分析 探究二 研究浓度对化学平衡的影响 如何理解比较Q与K的大小，来判定平衡方向的移动呢? cm(A) • cn(B) ＝Q cp(C) • cq(D) 任意时刻 反应中各物质的浓度幂之积的比值 K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 平衡时刻 反应中各物质的浓度幂之积的比值 若其他条件不变，仅增加反应物的浓度，化学平衡如何移动? m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 反应物浓度增大，Q 减小，使得Q ＜ K，反应不再平衡，向正反应方向移动。 影响化学平衡的因素 理论分析 反应物浓度减小，Q 变大，使得Q ＞ K，反应不再平衡，向逆反应方向移动。 cm(A) • cn(B) ＝Q cp(C) • cq(D) 任意时刻 反应中各物质的浓度幂之积的比值 K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 平衡时刻 反应中各物质的浓度幂之积的比值 若其他条件不变，仅减小反应物的浓度，化学平衡如何移动? m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 影响化学平衡的因素 理论分析 K＝ c2[NH3] c[N2] • c3[H2] 此时在反应体系内再增加氮气，使其浓度达到平衡时的 2 倍，即 ___________ Q＝ c2(NH3) 2c(N2) • c3(H2) Q < K，平衡向正反应方向移动 N2+3H2(g) 2NH3(g) 例如，合成氨的反应： 影响化学平衡的因素 理论分析 c1(N2)＝2[N2] 其他物质的浓度保持不变，思考：此时平衡如何移动? ＝ K 1 2 固体或纯液体的浓度是常数，改变固体或纯液体的量并不影响v正、v逆的大小，平衡不移动。 “浓度对化学平衡移动的影响”中的“浓度”是指与反应有关的气体或溶液中参加反应的离子的浓度。 对于离子平衡体系，注意离子浓度的改变方式，排除不参与反应的离子的干扰。 影响化学平衡的因素 注意事项 Fe3+ ＋ 3SCN- Fe(SCN)3 FeCl3＋3KSCN Fe(SCN)3＋3KCl 若向此体系中加入氯化钾，则对该平衡无影响！ 工业生产中，常通过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，可提高价格较高原料的转化率，从而降低生产成本。 v(正)先增大， v(逆)后增大 且v'(正)> v'(逆) v(正)先减小， v(逆)后减小 且v' (逆)> v'(正) 增大反应物浓度 体系浓 度改变 图像 速率 变化 减小反应物浓度 v(正) v(逆) v t v'(逆) v'(正) v(正) v(逆) v t v'(正) v'(逆) 思考：当浓度变化时，此时正、逆反应速率如何变化? 影响化学平衡的因素 理论分析 增大生成物浓度 体系浓 度改变 图像 速率 变化 v(正) v(逆) v t v(正) v(逆) v t v'(逆) v'(正) v(逆)先增大， v(正)后增大 且v'(逆)> v'(正) v(逆)先减小， v(正)后减小 且v'(正)> v'(逆) 减小生成物浓度 思考：当浓度变化时，此时正、逆反应速率如何变化? v'(正) v'(逆) 影响化学平衡的因素 理论分析 温度升高， 会使化学平衡向着吸热反应的方向移动直至体系达到新的平衡状态； 平衡常数只与温度有关 lnKθ＝- ∆rHm RT ＋C θ 改变温度 使K发生改变 温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动直至体系达到新的平衡状态。 那么，如果反应体系的压强发生变化，又会如何影响化学平衡呢? 通过计算Q2 ＝K/2 ， 即Q2 ＜ K 向正反应方移动 同温度下 同温度下 容器容积：V 压缩容积至V/2 压强 压强 p1 各物质浓度(mol·L-1) NO2 a 各物质浓度(mol·L-1) N2O4 b 浓度商(Q ) 浓度商(Q ) (红棕色) (无色) 2NO2(g) N2O4(g) b a2 ＝ K Q1＝ 2p1 2a 2b 2b (2a)2 b 2a2 Q2＝ ＝ 理论分析：压强的改变，可能影响反应体系中多种物质的浓度。如果增大压强(缩小容积)以下反应各物质的浓度会如何变化?浓度商会如何变化? 理论分析：压强的改变，可能影响反应体系中多种物质的浓度。如果减小压强(增大容积)以下反应各物质的浓度会如何变化?浓度商会如何变化? 同温度下 同温度下 容器容积：V 压缩容积至V/2 压强 压强 p1 各物质浓度(mol·L-1) NO2 a 各物质浓度(mol·L-1) N2O4 b 浓度商(Q ) 浓度商(Q ) (红棕色) (无色) 2NO2(g) N2O4(g) ½ p1 ½ a ½ b ( )2 2b a2 Q2＝ ＝ ½ b ½ a b a2 ＝ K Q1＝ 通过计算Q2 ＝2K ， 即Q2 ＞ K 向逆反应方移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 探究三 研究压强对化学平衡的影响 减小 压强 增大 压强 颜色变浅 颜色变深 影响化学平衡的因素 实验论证 实验现象 向逆反应 方向移动 容积增大 物质浓度 瞬间减小 颜色变深 NO2浓 度增大 减小 压强 (红棕色) (无色) 2NO2(g) N2O4(g) 原平衡气 颜色变浅 影响化学平衡的因素 实验论证 实验分析 增大 压强 (红棕色) (无色) 2NO2(g) N2O4(g) 向正反应 方向移动 容积减小 物质浓度 瞬间增大 颜色变浅 NO2浓 度减小 原平衡气 颜色变深 影响化学平衡的因素 实验论证 实验分析 实验结论 其他条件不变时，增大压强，平衡向正反应方向移动。 其他条件不变时，减小压强，平衡向逆反应方向移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 该反应中反应前后气体的物质的量有什么变化特点? (红棕色) (无色) 2NO2(g) N2O4(g) 该反应正反应方向是气体分子数减小的反应 该反应逆反应方向是气体分子数增大的反应 其他条件不变时，减小压强(增大容器的容积)，平衡向气体体积增大的方向移动。 其他条件不变时，增大压强(减小容器的容积)，平衡向气体体积缩小的方向移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 实验结论 是否压强改变，化学平衡就一定会移动呢? 典例分析：对于H2(g)+ I2(g) 2HI(g)，当其他条件不变，减小或增大容器容积来改变压强时，化学平衡如何变化呢? 对于反应前后气体物质的总体积没有变化的可逆反应，压强改变不能使化学平衡发生移动。 其他条件不变时，减小压强(增大容器的容积)，平衡向气体体积增大的方向移动。 其他条件不变时，增大压强(减小容器的容积)，平衡向气体体积缩小的方向移动。 反应后气体的总体积没有变化的可逆反应，增大或减小压强都不能使化学平衡发生移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 实验结论 固态或液态物质的体积受压强影响很小，可以忽略不计。 当平衡混合物中都是固态或液态物质时，改变压强后化学平衡一般不发生移动。 固态 液态 气态 对于只有固体或液体参加的反应，体系压强的改变会使化学平衡移动吗? 其他条件不变时，减小压强(增大容器的容积)，化学平衡向着气体分子数增大的方向移动。 其他条件不变时，增大压强(减小容器的容积)，化学平衡向着气体分子数减小的方向移动。 若反应前后气体分子数没有变化，增大或减小压强就不能使化学平衡移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 实验结论 突变 突变 思考：当压强变化时，此时正、逆反应速率如何变化? 压强改变 图像 速率 变化 Vg＝(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)－(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和) Vg < 0 情况一 v(正)、v(逆)均增大， 且v'(正)> v'(逆) v(正)、v(逆)均减小， 且v'(正) < v'(逆) v(正) v(逆) v t v'(正) v'(逆) v(正) v(逆) v t v'(正) v'(逆) 加压 减压 突变 思考：当压强变化时，此时正、逆反应速率如何变化? 压强改变 图像 速率 变化 Vg＝(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)－(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和) Vg > 0 情况二 突变 加压 减压 v(正)、v(逆)均增大， 且v'(正) < v'(逆) v(正)、v(逆)均减小， 且v'(正)> v'(逆) v(正) v(逆) v t v'(逆) v'(正) v(正) v(逆) v t v'(逆) v'(正) 思考：当压强变化时，此时正、逆反应速率如何变化? 压强改变 图像 速率 变化 Vg＝(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)－(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和) Vg ＝ 0 情况三 加压 减压 v(正)、v(逆)均同等程度增大 v(正) v(逆) v t v'(正)＝v'(逆) v(正) v(逆) v t v'(正)＝v'(逆) v(正)、v(逆)均同等程度减小 压强(有气体参加的反应) 反应前后气 体体积改变 反应前后气 体体积改变 反应前后气 体体积不变 压强(有气体参加的反应) 增大压强(减小容器的容积) 减小压强(增大容器的容积) 改变压强 压强(有气体参加的反应) 向气体分子总数减小的方向移动 向气体分子总数增大的方向移动 平衡不移动 浓度 增大c(反应物)或减小c(生成物) 减小c(反应物)或增大c(生成物) 平衡向正反应方向移动 平衡向逆反应方向移动 影响化学平衡的因素 归纳总结 温度 升高温度 降低温度 平衡向吸热反应方向移动 平衡向放热反应方向移动 在一个已经达到平衡的反应中，如果改变影响平衡的条件之一，如温度、压强或参加反应的物质的浓度，平衡将向着能够削弱这种改变的方向移动，这就是平衡移动原理，也称勒夏特列原理。 H.-L. Le Chatelier 法国化学家勒夏特列(1850—1936)曾就此总结出一条经验规律： 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)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 (化学平衡移动原理) ——勒夏特列原理 勒夏特列原理 勒夏特列原理 平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变，但不能完全“消除”这种改变。 所有的动态平衡，用于定性判断平衡移动的方向，解释平衡移动造成的结果或现象等。 适用范围： 注意事项 如：原平衡(100℃)→升温到200℃→减弱(降温)→向吸热方向移动→新平衡(温度介于100-200℃之间)。 加入催化剂对化学平衡移动是否会有影响？? 催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率，因此对化学平衡的移动没有影响，但可以改变反应达到平衡所需的时间。 加入催化剂时，此时正、逆反应速率如何变化： 催化剂既不影响K值大小，也不能使Q变化，对于已达平衡状态的可逆反应始终保持Q＝K，故平衡不移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 负催化剂 正催化剂 v'(正)＝ v'(逆) v'(正)＝ v'(逆) v(正) v(逆) v t v(正) v(逆) v t 催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率，所以加人催化剂只能改变化学反应速率，化学平衡不移动。 影响化学平衡的因素 实验论证 【典例1】对于合成氨的反应，当反应达到平衡时，将生成的氨及时分离，平衡会怎样移动?请用 Q 与 K 说明，并归纳浓度对化学平衡移动的影响。 分离NH3瞬间，NH3浓度降低，生成物浓度减少，导致浓度商 Q 减小，此时 Q<K，系统为抵消这种变化，平衡向正反应方向移动，以增加 NH₃浓度，使 Q趋近于 K。 其他条件不变时，增大反应物的浓度(或减小生成物浓度)，平衡向正反应方向移动。 其他条件不变时，减小反应物的浓度(或增大生成物浓度)，平衡向逆反应方向移动。 归纳总结：浓度对化学平衡移动的影响 【典例2】已知反应3A(g)+2B(g)≒C(g)+4D(g)  ΔH<0。如图：a、b表示在一定条件下，D的体积分数D%随时间t的变化情况。若使曲线b变为曲线a ，可采取的措施是       ①增加C的质量②升高温度 ③缩小反应容器的容积(加压)④减小B的浓度⑤使用适当催化剂 A．只有⑤ B．①③ C．③⑤ D．②③⑤ C 【典例3】一定温度下，向某容积可变的密闭容器中加入足量碳酸钙，发生反应CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)，并达到平衡。下列说法正确的是 A．保持容器容积不变，充入He，平衡向逆反应方向移动 B．将容器容积增大为原来的2倍，当体系再次达到平衡时，气体密度不变 C．增加CaCO3(s)的物质的量，平衡向正反应方向移动，CO2的浓度增大 D．将容器容积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，CO2的浓度介于原浓度的1倍到2倍之间 B 热力学第零定律又称热平衡定律，是热力学的四条基本定律之一，是一个关于互相接触的物体在热平衡时的描述，以及为温度提供理论基础。定律内容：“若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，此两个系统也必互相处于热平衡。 该定律用来作为进行体系测量的基本依据，其重要性在于它说明了温度的定义和温度的测量方法。 卢瑟福之婿 拉尔夫·福勒 热力学第零定律 1.对处于化学平衡的体系，由化学平衡与化学反应速率的关系可知(　　) A.化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动 B.化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化 C.正反应进行的程度大，正反应速率一定大 D.改变压强，化学反应速率一定改变，平衡一定发生移动 B 2.下列叙述中，不能用勒夏特列原理解释的是(　　) A.红棕色的NO2，加压后颜色先变深后变浅 B.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，高压比常压有利于合成SO3 C.工业制取金属钾：Na(l)+KCl(l) NaCl(l)+K(g)，选取适宜的温度，使K变成蒸气从反应混合物中分离出来 D.加入催化剂有利于氨的合成 D 3.已知:重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性,其还原产物Cr3+在水溶液中呈绿色。在K2Cr2O7溶液中存在下列平衡:Cr2(橙色)+H2O⇌2Cr(黄色)+2H+。用K2Cr2O7溶液进行如图所示实验，下列说法不正确的是(　　)   A.①中溶液橙色加深，③中溶液变为黄色 B.②中Cr2被C2H5OH还原 C.对比②和④可知，K2Cr2O7酸性溶液氧化性强 D.若向④中加入70% H2SO4溶液至过量，溶液变为橙色 D 4.一定温度下，反应C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)在密闭容器中进行，一段时间后达到平衡，下列措施不能使平衡发生移动的是 (　　) ①增加C的量　 ②保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大 ③将容器的容积缩小一半 ④保持压强不变，充入N2使容器容积变大 A.①②　　　B.②③ C.①④　　　D.③④ A 5.丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下: C3H8(g)+O2(g) C3H6(g)+H2O(g)　ΔH=-118 kJ·mol-1。 在催化剂作用下，丙烷氧化脱氢除生成丙烯外，还生成CO、CO2等物质。丙烷的转化率和丙烯的产率随温度变化关系如图所示。  (1)图中丙烷的转化率随温度升高而增大的原因可能是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)575 ℃时，丙烯的选择性为　　　　。 (丙烯的选择性=×100%)  (3)基于本研究结果，能提高丙烯选择性的措施是 　　　　　　　　　　。  选择相对较低的温度 温度升高,反应速率加快(或催化剂的活性增强) 51.5% 课时2 化学平衡的移动 化学平衡的移动 影响化学平衡的因素 定性分析 定量分析 浓度 压强 温度 催化剂 感谢 您的聆听 THANKS