内容正文:
新人教版 化学 选必1
第二章 化学反应速率
与化学平衡
第二节 化学平衡
第3课时 浓度、压强对化学平衡的影响
使原料尽可能快地转化为产品
使原料尽可能多地转化为产品
ΔH = -92.4 kJ·mol-1
为使合成氨工业化,我们需要考虑什么因素?我们应该从什么角度入手来解决这些因素?
条件改变 浓度 压强 温度 催化剂
化学反应速率 增大反应物浓度 增大压强 升高温度 加入催化剂
—— 化学反应速率
—— 化学平衡
化学平衡状态有哪些特征?
条件改变,平衡如何变化?
逆
等
动
定
变
旧知回顾
认识平衡移动
PART-01
Q1-1:我们之前定义 “化学平衡状态” 时,强调它是 “动态平衡”,请解释:“动态” 体现在哪里?“平衡” 的本质又是什么?
Q1-2:如何打破原有的化学平衡状态?
Q1-3:被破坏的化学平衡状态最终会怎么样?
V′正≠V′逆
V正=V逆≠0
条件改变
平衡1 不平衡 平衡2
V′正=V′逆≠0
一定时间
Q=K
Q≠K
Q=K
建立新平衡
破坏旧平衡
化学平衡的移动
一、化学平衡的移动
可逆反应进行的终极目标就是达到平衡状态
Q2-2
Q2-1
从平衡常数与浓度商角度分析,Q>K、Q<K时平衡移动的方向分别是什么?
从反应速率角度分析,v正>v逆、v正<v逆时平衡移动的方向分别是什么?
Q3:改变哪些条件可以使Q≠K?
浓度商只与浓度有关,平衡常数只与温度有关。
改变浓度,使Q 发生改变
改变温度,使K 发生改变
浓度对化学平衡的影响
PART-02
Fe3+(浅黄色)+3SCN- Fe(SCN)3(红色)
以下述反应为例,探究反应物浓度变化对化学平衡的影响。
Q4-1:通过观察什么现象判断化学平衡发生了移动?
Q4-2:如何改变反应物浓度?如何控制变量?
二、浓度对化学平衡的影响
Fe3+(浅黄色)+3SCN- Fe(SCN)3(红色)
[实验原理]
[实验操作]
溶液呈红色
溶液红色变浅
溶液红色加深
Fe+2Fe3+==3Fe2+
c(Fe3+)减小
c(SCN-)增大
平衡逆向移动
平衡正向移动
Cr2O72-+ H2O 2CrO42-+ 2H+
黄色
橙色
以上述反应为例,探究生成物浓度对化学平衡的影响
Q4-3:改变哪种生成物的浓度比较适宜?怎么改变?
二、浓度变化对化学平衡的影响
Cr2O72-+ H2O 2CrO42-+ 2H+
黄色
橙色
在溶液中存在如下平衡:
浓度变化对化学平衡的影响
平衡向逆反应方向移动
平衡向正反应方向移动
c(H+)增大
NaOH溶液使c(H+)变小
平衡向生成Cr2O72-或CrO42-减小方向移动
平衡向生成CrO42-或Cr2O72-减小方向移动
Q5-1:从上述实验可以得到什么结论?
Q5-2:为什么 “改变浓度” 会影响平衡?分别从平衡常数和速率角度分析、解释上述结论,并分别画出增大反应物浓度、减小反应物浓度、增大生成物浓度、减小生成物浓度时的v-t图像,然后分析图像的特点。
【判断正误】
①反应C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)达到平衡后,增加C(s),平衡正向移动。
可逆反应FeCl3 + 3KSCN Fe(SCN)3+3KCl达到平衡后,加入少量KCl固体,平衡逆向移动 。
③反应物有两种或两种以上, 增加一种反应物的浓度, 可以提高其他反应物的转化率。
②
浓度对化学平衡的影响——应用
工业生产时,适当增大廉价反应物浓度来提高另一反应物的转
化率,以降低生产成本。如合成氨工业中可以适当增加N2的浓度,提高氢气的转化率。
Q6:对于有气体参与的可逆反应,比如 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g),若我们通过 “缩小反应容器体积” 来增大压强,此时容器内 NO₂和 N₂O₄的浓度会发生什么变化?那么平衡会移动吗?如何移动呢?请认真观察下列实验,并描述实验现象。
压强对化学平衡的影响
PART-03
三、压强对化学平衡的影响
[实验原理]
[实验操作]
(红棕色)
(无色)
2NO2(g) N2O4(g)
用50 mL注射器吸入20 mL NO2与N2O4的混合气体,并将细管端用
橡皮塞封闭。然后将活塞向外拉,观察管内混合气体颜色的变化。当反复推拉活塞时,观察管内混合气体颜色的变化。
气体颜色先变深,后变浅
最终比原来深
气体颜色先变浅,后变深
最终比原来浅
实验 活塞往里推时,体系压强增大 活塞往外拉时,体系压强减小
现象
结论
增大压强,化学平衡向生成_______的方向移动
N2O4
减小压强,化学平衡向生成_______的方向移动
NO2
气体系数减小的方向
气体系数增大的方向
2NO2(g) N2O4(g)
红棕色 无色
压强传感器数据如下:
P↑
快速推动至10 mL处
压强p1 =2p0
平衡向气体减少的方向移动,以减弱压强的增大,但最终压强比原来大。
P↓
快速拉动至20 mL处
压强p2 = p1
平衡向气体增加的方向移动,以减弱压强的减小,但最终压强比原来小。
不难看出,压强对平衡的影响实际上就是通过自身平衡的调节来“抵御”外界的变化。
[理论解释]
2NO2(g) N2O4(g)
(温度不变) 压强 c(NO2) c(N2O4) 浓度商(Q )
原平衡容器容积为V p1 a b
缩小容积至V 瞬时
2p1
2a
b
=
Q=K
达到新平衡(容积V)
p1< p新 < 2p1
a< c新 < 2a
2b< c新 < 2b+a
不变
Q6-1:增大压强时,为什么气体颜色先变深、后变浅、但最终比原平衡深?从平衡常数和浓度商的角度分析、解释压强变化对平衡的影响。
Q6-2:请结合平衡常数和各物质的浓度变化来分析,增大或减小反应容器的体积,以改变体系的压强,以下反应平衡的移动方向分别是什么?
可逆反应 平衡常数表达式 改变压强对平衡的影响
增大压强 减小压强
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
N2O4(g) 2NO2(g)
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
K
K
K
1 + 3 =4 > 2
正向移动 逆向移动
1 < 2
逆向移动 正向移动
1 = 1
不移动 不移动
Q6-3:分别画出以下反应增大压强和减小压强时的v-t图
① 2NO2(g) N2O4(g)
②C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
③H2(g)+I2(g) 2HI(g)
判断在 N2+3H2 2NH3平衡体系中,当其他外界条件不变时,分别改变下列条件,平衡如何移动?
I 减小体系压强(扩大容器体积)
II 在反应中保持体系容积不变,充入N2
III 在反应中保持体系容积不变,充入He
IV 在反应中保持体系压强不变,充入He
小结:
(1)对于反应前后气体体积不相等的反应:
增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动;减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动。
(2)对于反应前后气体体积不变的反应:改变压强,ν(正)和ν(逆)同等程度改变,化学平衡不移动。
这里压强的变化必须是同等程度的改变各气体组分的浓度,气体组分浓度未发生变化的压强改变不影响平衡。
气体系数减小方向⇔气体体积减小方向
特别提醒
(1)压强对平衡的影响只适用于有气体参加的反应
(2)由于改变压强的方法是同等程度改变各气体组分的浓度,若增大压强,无论是否移动、移动方向如何,一般情况下达新平衡后各气体组分浓度均比原来大;反之亦然。
压强对化学平衡的影响——应用
工业上为了使平衡向生成生成物的方向移动,或提高原料的利用率,常采用改变压强的方法。
例如在N2+3H2 2NH3中,常采用增大压强的方法来提高平衡混合气中NH3的含量。
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