第三讲化学平衡教案第二课时2013.11.14

1第三讲化学平衡第二课时——化学平衡有关计算及等效平衡原理知识回顾化学平衡①定义：在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各部分的浓度保持不变的状态。②特征：逆等动定变③常用判定是否平衡依据：④平衡移动方向判定依据：勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强、温度）平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。⑤影响化学平衡的因素：浓度：在其它条件不变的情况下，增大反应物浓度，正反应速率加快，平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度，逆反应速率加快，平衡向逆反应方向移动。压强：其他条件不变时，增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动，减小压强；平衡向气体体积增大的方向移动。注意：反应前后气体体积没有变化的反应，改变压强不会使平衡移动。温度：在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡商着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。催化剂：使用催化剂不影响化学平衡的移动本课内容化学平衡有关计算一、化学平衡常数K定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比是一个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。v正＝v逆在单位时间内消耗nmolA，同时生成nmolA，即v正＝v逆在单位时间内消耗nmolB，同时消耗pmolC，则v正＝v逆2表达式：对于一般可逆反应mA+nBpC+qDK＝nmqpBADC][][][][书写注意事项：1.反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。2.化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关3.K只受温度影响！！应用：1.反映了化学反应进行的程度（也叫反应的限度）。K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。当K≥105，认为反应进行较完全。2.判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行：对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定的温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Qc=Cp(C)·Cq(D)/Cm(A)·Cn(B)，叫该反应的浓度商。Qc＜K，V正V逆，反应向正反应方向进行Qc＝K，V正==V逆，反应处于平衡状态Qc＞K，V正V逆，反应向逆反应方向进行3.利用Ｋ可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。二、转化率表达式：αA=物质起始浓度物质平衡浓度物质起始浓度AAA×100%=物质起始浓度物质转化的浓度AA×100%=物质起始物质的量物质转化的物质的量AA×100%3三、一般计算方法及步骤三段式：mA(g)+nB(g)pc(g)+qD(g)起始浓度abcd变化浓度mxnxpxqx平衡浓度b-mxb-nxc+pxd+qx①求A物质的转化率AA＝amx×100%②求平衡时B物质的体积分数φBφB＝qxpxnxmxdcbanxb×100%③求混合气体的平均分子量MrMr＝qxpxnxmxcbaDdMrCcMrBbMrAaMr)()()()(等效平衡原理含义：同一可逆反应在相同的条件下，通过不同的途径或不同的配料，达到平衡状态时，各组分的分数(即含量)分别相同。标志：达到平衡后，反应混合物中各组分分数（质量分数、物质的量分数或体积分数）是否相等。建立等效平衡的条件：(1)定温定容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡是等效的。此时，各配料量不同，只能推出各组分的百分含量相同，其各组分的浓度、反应速率、平衡压强等分别不同于原平衡.(2)定温定容时，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，通过化学计量数计算把投料量换算成与原投料量同一半边的物质的量保持其数值相等，则两平衡是等效的。此时，各组分的浓度，反应速率包括平衡压强等也分别与原平衡相同，亦称等同平衡.(3)定温定压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学方程式系数换算成同一半边的物质的物质的量，其比值与原平衡相同，则达到等效平衡。此时的情形与(2)相似，但投料量不同时，不能称等同平衡.4考点剖析1.平衡常数表达式的书写例一：写出下列反应的平衡常数的表达式①PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)②2HI(g)H2(g)+I2(g)③CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)④Fe3O4(s)+4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g)⑤N2O4(g)2NO2(g)21N2O4(g)NO2(g)教师用答案：①K=)()()(523PClcClcPClc②K=)()()(2222HcIcHc③K=c(CO2)④K=)()(2424HcOHc⑤K1＝)()(4222ONcNOcK2＝2/1422)()(ONcNOc2.化学平衡常数的求算例二：在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(H2)=0.0080mol/L。（1）求该反应的平衡常数。（2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。教师用答案：（1）依题意可知，平衡时c(H2)=0.0080mol/L，消耗c(H2)=0.0020mol/L，生成c(HI)=0.0040mol/LH2+I22HI起始时各物质浓度/mol·L—10.0100.0100平衡时各物质浓度/mol·L—10.00800.00800.004025.0)0080.0()0040.0()()()(22222IcHcHIcK答：平衡常数为0.25。（2）依题意可知，c(H2)=0.020mol/L，c(I2)=0.020mol/L5设H2的消耗浓度为x。则：H2+I22HI平衡时各物质浓度/mol·L—10.020－x0.020－x2x因为K不随浓度发生变化，25.0)020.0()2()()()(22222xxIcHcHIcK解得x=0.0040mol/L，平衡时c(H2)=c(I2)=0.016mol/L，c(HI)=0.0080mol/L答：c(H2)=c(I2)=0.016mol/L，c(HI)=0.0080mol/L。3.转化率的求算例三：在密闭容器中，将2.0molCO与10molH2O混合加热到800℃，达到下列平衡CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.0求CO转化为CO2的转化率。教师用答案：设x为达到平衡时CO转化为CO2的物质的量，V为容器容积。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始浓度V0.2V10V0V0平衡浓度Vx0.2Vx10VxVx0.1100.2)()()()(2222vxVxVxOHcCOcHcCOcK66.112201220)10)(0.2(222xxxxxxxCO转化为CO2的转化率为：%83%1000.266.1答：CO转化为CO2的转化率为83%。4.化学平衡常数的应用例四：现有反应：CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）。在850℃时，K＝1。(1)若升高温度到950℃时，达到平衡时K1(填“大于”“小于”或“等于”)。(2)850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，则：6①当x＝5．0时，上述平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是。(3)在850℃时，若设x＝5.0和x＝6．0，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a％、b％，则ab(填“大于”“小于”或“等于”)。（教师用答案：(1)小于(2)①逆反应②x＜3．0(3)小）5.等效平衡的计算例五：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量1mol4mol0mol等效于1.5molmol0mol0mol0.5molmolamolbmolcmol则a、b、c关系：(a+1/2c)：(b+3/2c)=例六：一定温度下，容积可变的容器中，反应2SO2(g)+O2(g)催化剂加热2SO3(g)，达到平衡时，物质的量分别为4mol、2mol、4mol。保持P、T不变时，按下列要求改变，达到新平衡时，各物质百分含量与原平衡相同的是()A、通入1molSO3B、通入4molSO2、2molO2C、通入1molN2D、各减少1mol例七：一定温度下，在恒容容器中发生如下反应：2A(g)+B(g)3C(g),若反应开始时充入2molA、2molB达到平衡后，A的体积分数为a%。其他条件不变时，下列配比做初始物质，则平衡后A的体积分数大于a%的是()A、2molCB、2molA、1molB、1molHeC、1molB、1molCD、2molA、3molB、3molC7例八：在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA、1molB反应，2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)。达到平衡后，C的浓度为Wmol/L，若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为Wmol/L的是()A、4molA、2molBB、2molA、1molB、3molC、1molDC、3molC、1molD、1molBD、3molC、1molD考题精选：（课堂练习，广东省内）例一：（2011广东高考31题节选）将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)+H2O(g)错误!未找到引用源。CO(g)+3H2(g).该反应的△H=+206kJ•mol-1将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）。例二：（2010广东高考31题节选）H3BO3溶液中存在如下反应：H3BO3（aq）+H2O（l）[B（OH）4]-（aq）+H+（aq）已知0．70mol·L-1H3BO3溶液中，上述反应于298K达到平衡时，c平衡（H+）=2．0×10-5mol·L-1，c平衡（H3BO3），水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数K（H2O的平衡浓度不列入K的表达式中，计算结果保留两位有效数字）。例三：（2004广东高考）一定温度下，反应2SO2+O2=2SO3达到平衡，n(SO2)：n(O2)：n(SO3)=2：3：4，缩小体积，反应再次达到平衡时，n(SO2)=0.8mol，n(SO3)=1.4mol，此时的物质的量应是（）A.0.4molB.0.6molC.0.8molD.1.2mol8课后练习：（难度适中，适量精选）1.amolN2和bmolH2反应，在一定条件下达到平衡，生成cmolNH3，求NH3在平衡混合气中的质量分数W(NH3).分析：三段式计算N2+3H22NH3始ab0变2cc23c平a-2cb-c23c(这里由于是：在一定条件下”，可将三种浓度直接用物质的量代替，因为可认为体积相等)NH3的质量分数应等于平衡态(即终态)时NH3的质量除以平衡态时各组分的质量和.即为ω(NH3)＝ccbcac17)23(2)2(2817×100%＝bac22817×100%巧解:平衡混合气质量守恒，仍为起始混合物的总质量(28a+2b)g，其中NH3为17cg.则有(NH3)＝bac22817×100%2.在一个固定容积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应：2A(g)+B(g)3c(g)+D(g)达到平衡时，C的浓度为Wmol/L.若维持容器体积和温度不变，C的浓度仍为Wmol/L，下列关系正确的是()A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molDC.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD分析：同一可逆反应，在相同的条件下