1、第第20講化學(xué)平衡狀態(tài)化學(xué)平衡常數(shù)講化學(xué)平衡狀態(tài)化學(xué)平衡常數(shù)題組一可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡狀態(tài)1.可逆反應(yīng)(1)概念教材研讀教材研讀在相同條件下,既可以向正反應(yīng)方向進(jìn)行,同時又可以向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。(2)特點a.二同:相同條件下;正逆反應(yīng)同時進(jìn)行。b.一小:反應(yīng)物與生成物同時存在,任一組分的轉(zhuǎn)化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。(3)表示用“”連接。2.化學(xué)平衡狀態(tài)(1)概念在一定條件下的可逆反應(yīng)里,正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等,反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量或濃度保持恒定的狀態(tài)。(2)平衡特點題組二化學(xué)平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率1.化學(xué)平衡常數(shù)(1)含義在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到

2、化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù),簡稱平衡常數(shù),用符號K表示。(2)表達(dá)式對于一般的可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),平衡常數(shù)的表達(dá)式:K=。(C)(D)( )(B)pqmncccAc(3)意義1)K值越大,說明正反應(yīng)能夠進(jìn)行的程度越大,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大;反之,K值越小,轉(zhuǎn)化得越不完全,轉(zhuǎn)化率就越小。2)K只受溫度的影響,與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。2.轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是指平衡時已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量之比,用來表示反應(yīng)限度。對于反應(yīng):aA+bBcC+dD,反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率可以表示為:(A)=100%AAA的初始濃度的平衡濃度的

3、初始濃度判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的方法1.“兩審”審題一審題干條件,是恒溫恒容還是恒溫恒壓;二審反應(yīng)特點:全部是氣體參與的等體積反應(yīng)還是非等體積反應(yīng);有固體參與的等體積反應(yīng)還是非等體積反應(yīng)。2.“兩標(biāo)志”分析特征(1)本質(zhì)標(biāo)志分析v正、v逆的關(guān)系。主要分析在某一可逆反應(yīng)中,正反應(yīng)消耗掉某反應(yīng)物的速率是否等于逆反應(yīng)生成該反應(yīng)物的速率。(2)等價特征分析體系中各組分的物質(zhì)的量濃度、體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是否保持不變。對同一物質(zhì)而言,斷裂的化學(xué)鍵的物質(zhì)的量與形成的化學(xué)鍵的物質(zhì)的量是否相等。對于有有色物質(zhì)參加或生成的可逆反應(yīng),體系的顏色是否不再隨時間而變化。例如,2NO2(g)N2O4(g)。體系中某反應(yīng)物的

4、轉(zhuǎn)化率或某生成物的產(chǎn)率是否達(dá)到最大值且不再隨時間而變化?；瘜W(xué)平衡狀態(tài)的判斷以反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)為例分析:可能的情況舉例是否已達(dá)平衡混合物體系中各組分的含量各物質(zhì)的物質(zhì)的量或各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定平衡各物質(zhì)的質(zhì)量或各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定平衡各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一定平衡總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量一定不一定平衡正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系在單位時間內(nèi)消耗了mmolA同時生成mmolA,即v正=v逆平衡在單位時間內(nèi)消耗了nmolB同時生成pmolC不一定平衡v(A) v(B) v(C) v(D)=m n p q不一定平衡在單位時間內(nèi)生成了nmolB,同時消耗qmolD不一定平衡

5、壓強(qiáng)壓強(qiáng)不再變化,當(dāng)m+np+q時平衡壓強(qiáng)不再變化,當(dāng)m+n=p+q時不一定平衡混合氣體的平均相對分子質(zhì)量一定,當(dāng)m+np+q時平衡一定,當(dāng)m+n=p+q時不一定平衡rMrM溫度任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變化,在其他條件不變的情況下,體系溫度一定時平衡氣體的密度密度一定不一定平衡顏色反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色不變,就是有色物質(zhì)的濃度不變平衡1.化學(xué)平衡常數(shù)的理解(1)與化學(xué)方程式書寫形式的關(guān)系對于同一可逆反應(yīng),正反應(yīng)的平衡常數(shù)等于逆反應(yīng)的平衡常數(shù)的倒數(shù),即:K正=。若方程式中的化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小,盡管是同一反應(yīng),平衡常數(shù)也會發(fā)生改變。(2)與反應(yīng)熱的關(guān)系一般情況下:1K逆(1)判斷、比較可逆

6、反應(yīng)進(jìn)行的程度一般來說,一定溫度下的一個具體的可逆反應(yīng):(3)與物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系由于固體或純液體濃度視為一常數(shù),所以在平衡常數(shù)表達(dá)式中不再寫出。稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng),如有水參加反應(yīng),由于水的濃度視為常數(shù)而不必出現(xiàn)在表達(dá)式中。2.化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用K值正反應(yīng)進(jìn)行的程度平衡時生成物濃度平衡時反應(yīng)物濃度 反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低(3)判斷可逆反應(yīng)的反應(yīng)熱升高溫度,若K值增大,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);若K值減小,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(2)判斷正在進(jìn)行的可逆反應(yīng)的反應(yīng)方向以及反應(yīng)是否達(dá)到平衡對于可逆反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),若濃度商Qc=,則將濃度商和平衡常

7、數(shù)作比較可得可逆反應(yīng)所處的狀態(tài)。(C)(D)(A)(B)pqmnccccb.一般K105時,認(rèn)為該反應(yīng)基本進(jìn)行完全;Kv逆,平衡向正反應(yīng)方向移動。(2)v正=v逆,平衡不移動。(3)v正v(逆)時,才使平衡向正反應(yīng)方向移動。(2)不要把平衡向正反應(yīng)方向移動與原料轉(zhuǎn)化率的提高等同起來,當(dāng)反應(yīng)物總量不變時,平衡向正反應(yīng)方向移動,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高;當(dāng)增大一種反應(yīng)物的濃度使平衡向正反應(yīng)方向移動時,只會使其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高。3.平衡移動的結(jié)果平衡移動只能減弱外界條件的改變,而不能消除這種改變的影響。一、化學(xué)平衡圖像1.濃度-時間圖像此類圖像能說明平衡體系中各組分或某一組分在反應(yīng)過程中的變化情況,可判

8、斷出反應(yīng)物和生成物,從而判斷出可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式。如圖所示,則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:A(g)+B(g)3C(g)。此類圖像要注意各物質(zhì)濃度變化曲線的折點所處時刻相同,各物質(zhì)的濃度變化量之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比。2.含量-時間-溫度(壓強(qiáng))圖像常見圖像形式有如下幾種(其中C%指生成物的百分含量,B%指反應(yīng)物的百分含量)。其他條件不變,使用催化劑或升高溫度或增大壓強(qiáng)時,都能加快反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平衡所需的時間。該類圖像越先出現(xiàn)折點,達(dá)到平衡所用的時間越短,說明反應(yīng)速率越快,進(jìn)一步可以確定溫度的高低或壓強(qiáng)的大小;根據(jù)平衡線的高低可判斷出平衡移動的方向,確定可逆反應(yīng)的特點。3.恒溫

9、(壓)線該類圖像的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率(),橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p),每一條曲線均為相同溫度下不同壓強(qiáng)時的平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡濃度)曲線,或相同壓強(qiáng)下不同溫度時的平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡濃度)曲線。常見類型如圖:二、化學(xué)平衡圖像題解題指導(dǎo)(1)看圖像:一看軸,即縱、橫坐標(biāo)的意義;二看點,即起點、拐點、交點、終點;三看線,即線的走向和變化趨勢;四看輔助線,即等溫線、等壓線、平衡線等;五看量的變化,如濃度變化、溫度變化、轉(zhuǎn)化率變化、物質(zhì)的量的變化等。(2)依據(jù)圖像信息,利用平衡移動原理,分析可逆反應(yīng)的特征:吸熱還是放熱,氣體體積增大、減小還是不變,有無固體或純液體參加或生

10、成等。(3)先拐先平數(shù)值大:在化學(xué)平衡圖像中,先出現(xiàn)拐點的先達(dá)到平衡,可能是溫度高、濃度大、壓強(qiáng)大或使用了催化劑。(4)定一議二:圖像中有三個變量時,先固定一個量,再討論另外兩個量的關(guān)系。化學(xué)平衡的計算方法“三段法”(1)步驟寫出有關(guān)化學(xué)平衡的反應(yīng)方程式。確定各物質(zhì)的起始量、變化量和平衡量。根據(jù)問題建立相應(yīng)的關(guān)系式進(jìn)行解答。(2)模式(“三段式”)如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為amol/L、bmol/L,達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mxmol/L。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始(mol/L)ab00變化(mol/L)mxnx

11、pxqx平衡(mol/L)a-mxb-nxpxqxK=。(3)說明反應(yīng)物:c(平)=c(始)-c(變)生成物:c(平)=c(始)+c(變)各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)之比。()()()()pqmnpxqxamxbnx等效平衡規(guī)律1.對于恒溫、恒容條件下體積可變的反應(yīng)如果按方程式的化學(xué)計量關(guān)系轉(zhuǎn)化為方程式同一半邊的物質(zhì),其與對應(yīng)組分的相同,則建立的化學(xué)平衡狀態(tài)是等效的。如可逆反應(yīng)2SO2+O22SO32mol1mol0mol0mol0mol2mol物質(zhì)的量起始加入量0.5mol0.25mol1.5mol上述三種配比,按方程式的化學(xué)計量關(guān)系均轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物,則SO2均為2mol、O2均為1mol,三者建立的平衡狀態(tài)完全相同。2.對于恒溫、恒容條件下體積不變的反應(yīng)如果按方程式的化學(xué)計量關(guān)系轉(zhuǎn)化為方程式同一半邊的物質(zhì),其與對應(yīng)組分的相同,則建立的化學(xué)平衡狀態(tài)是等效的。例如H2(g)+I2(g)2HI(g)1mol1mol0mol2mol2mol1mol物質(zhì)的量之比起始加入量之比上述兩種配比,按方程式中化學(xué)計量關(guān)系均轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物,兩種情況下H2(g)與I2(g)的物質(zhì)的量之比均為1 1,因此上述兩種情況下建立的化學(xué)平衡狀態(tài)是等效的。3.對于恒溫、恒壓條件下的可逆反應(yīng)