2015高中化学222化学平衡状态课件鲁科版选修4

第2课时化学平衡状态化学平衡常数学习目标1.掌握化学平衡状态的特征及标志。2.了解化学平衡常数的含义、表达式及影响因素，能够利用平衡常数进行简单计算。3.了解平衡转化率的含义。4.能够利用化学平衡常数判断化学反应进行的方向。一、化学平衡状态1.概念：在一定条件下，可逆反应的____________________________，反应物和生成物的浓度不再随时间而发生变化的状态。正反应速率和逆反应速率相等2.建立过程中物质浓度和反应速率的变化：(1)物质浓度随时间的变化(图1)。(2)反应速率随时间的变化(图2)。3.化学平衡的特征：(1)“逆”——_____反应(2)“动”——平衡时反应没有停止，是_____平衡(3)“等”——v(正)__v(逆)(4)“定”——反应物和生成物的量(指物质的量、物质的量浓度、质量分数、积分数等)保持_____(5)“变”——外界条件改变，平衡被打破，建立新的平衡可逆动态不变=二、化学平衡常数1.表达式：在一定温度下，对于下列可逆反应aA+bBcC+dD，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡后，各物质的物质的量浓度存在以下关系：K=___________，K为定值，称为化学平衡常数。cdabcCcDcAcB2.影响因素：(1)内因：反应物本身的_____。(2)外因：反应体系的_____。3.应用：(1)K值的大小能说明反应进行的程度。K值_____，表示反应进行得越完全。(2)利用化学平衡常数可预测一定温度和起始浓度下反应进行的限度。性质温度越大三、平衡转化率1.概念：某一反应物的转化率等于该物质在反应中_______的量与该物质_____的比值。2.表达式：可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率可表示为α=×100%3.意义：反应的平衡转化率表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度已转化总量1.辨析下列说法的正误。(1)化学平衡常数与反应物和生成物的浓度有关。()(2)化学平衡常数K越大表示反应进行得越彻底。()(3)同一个化学反应中的两种反应物转化率一定相等。()(4)平衡常数K越大，表明反应越有利于生成物的生成，反应物的转化率越大。()【答案解析】(1)×。分析：化学平衡常数只与温度有关，与反应物、生成物的浓度无关。(2)√。分析：K的大小反映了反应进行的程度，K越大表示反应进行得越彻底。(3)×。分析：反应物的转化率与初始量和变化量有关，故同一反应中两种反应物的转化率不一定相等。(4)×。分析：平衡常数K的大小与反应物的转化率无必然联系。平衡常数只受温度的影响，而转化率还受浓度、压强等因素的影响。2.下列各关系中能说明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是()A.3v正(N2)=v正(H2)B.v正(N2)=v逆(NH3)C.2v正(H2)=3v逆(NH3)D.v正(N2)=3v逆(H2)【解析】选C。如果v(正)与v(逆)之比等于化学计量数之比，则该反应达到平衡状态。3.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在密闭容器中反应一段时间后，达到平衡状态。则下列说法中正确的是()A.N2、H2不再反应B.N2、H2、NH3浓度不再变化C.N2、H2、NH3的质量相等D.改变条件，N2、H2、NH3的浓度也不再变化【解析】选B。反应达到平衡时并没有停止，只是正、逆反应的速率相等，A错；平衡时各组分的浓度不再变化，但质量可能变化，故B正确、C错；条件改变，平衡也会改变，各物质的浓度也会改变，D错。4.对于3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为()【解析】选D。反应中Fe(s)和Fe3O4(s)的浓度是常数，平衡常数应为生成物浓度的化学计量数次幂与反应物浓度的化学计量数次幂之比，故应选D。434234242244224422cFeOcHcFeOcHABcFecHOcFecHOcHOcHCDcHcHO．＝．＝．＝．＝KKKK一、化学平衡状态的判断1.化学平衡的判断依据，即化学平衡的两个主要特征：本质特征v(正)=v(逆)表观特征反应混合物中各组分含量保持不变2.判断方法：(1)直接判断法。速率同一物质消耗速率与生成速率相等不同物质v(正)∶v(逆)=化学计量数比浓度各组分的浓度保持不变(2)间接判断法。①各组分的百分含量保持不变(各物质的物质的量分数一定、各物质的质量分数一定、各气体的体积分数一定)；②各组分的物质的量不随时间的改变而改变；③各气体的体积不随时间的改变而改变。(3)特例判断法。反应前后气体物质的分子总数不相等的可逆反应混合气体的总压强、总体积、总物质的量、平均摩尔质量不随时间的改变而改变时，反应即达化学平衡状态反应前后气体物质的分子总数相等的可逆反应混合气体的总压强、总体积、总物质的量、平均摩尔质量不随时间的改变而改变时，不能判断该反应是否已达化学平衡状态反应体系内有物质有颜色的可逆反应颜色不再改变反应即达化学平衡状态【点拨】判断化学平衡状态思路——变量不变判断可逆反应是否达到平衡状态的依据和方法很多，最根本的标志是正、逆反应速率相等，即v(正)=v(逆)，其余的判断方法都是从这个方法的基础上衍生出来的。分析时可采用变量不变法，即分析反应过程中与反应有关的各种物理量，哪些发生变化，哪些不发生变化。①只要反应过程中发生变化的量(如反应物的物质的量、物质的量浓度、反应速率、某些反应的气体体积等)不再变化，说明反应已达到平衡状态。②有些物理量在反应过程中本身不变(如各反应物的转化的物质的量之比、反应前后气体的物质的量不变的反应的总体积、总压强等)，不能作为判断是否达平衡状态的标志。【微思考】对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。(1)若反应体系的压强不再发生变化，此时反应是否达到平衡状态？对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)呢？提示：对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应发生，气体体积发生变化，当体系的压强不再发生变化时，各组分含量不再发生变化，已达到平衡状态；而对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)，反应前后气体体积不变，压强始终不变，所以当体系的压强不再发生变化时，无法确定该反应是否已达到平衡状态。(2)若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，此时反应是否达到平衡状态？对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)呢？提示：对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，则已达到平衡状态；而对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)，反应过程中平均相对分子质量是保持不变的，若混合气体的平均相对分子质量不再发生变化，无法确定是否已达到平衡状态。(3)在恒压容器内若混合气体的密度不再发生变化，此时反应是否达到平衡状态？对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)呢？提示：对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，若混合气体的密度不再发生变化，则已达到平衡状态；而对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)，若混合气体的密度不再发生变化，则无法确定是否已达到平衡状态。【过关题组】1.(2014·重庆高二检测)可逆反应2HI(g)I2(g)+H2(g)在体积固定的密闭容器中进行，当下列四个选项中的某项不随时间变化时，不能说明反应达到平衡的是()A.各组分的物质的量B.各组分的质量分数C.容器内压强D.混合气体的颜色【解题指南】解答本题应注意以下3点：(1)利用压强判断平衡时，注意反应前后气体体积是否变化；(2)若反应中涉及有颜色物质，颜色不变可作为平衡的一种判断依据；(3)各组分浓度不变，则各组分物质的量、质量、体积分数等都不变。【解析】选C。该反应前后气体体积不变，故容器内压强一直不变，压强不变不能作为判断平衡的依据。2.(2014·台州高二检测)在一定温度下，向某固定容积的密闭容器中加入1molN2和3molH2，发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。此反应达到平衡状态的标志是()A.容器内气体密度不再发生变化B.容器内各物质的浓度不再发生变化C.正反应和逆反应都已停止D.单位时间消耗0.1molN2的同时，生成0.2molNH3【解析】选B。容器容积固定，反应前后都是气体，故气体的密度一直不变，A错；各组分浓度不变，说明反应达到平衡，B正确；平衡时，正、逆反应速率相等，但并不是0，C错；消耗0.1molN2和生成0.2molNH3都是正反应速率，D错。【方法规律】判断反应达到平衡状态的方法平衡状态强调两方面：各组成成分的百分含量保持不变；正反应速率等于逆反应速率。例如，对于反应A2(g)+B2(g)2AB(g)：(1)不变：若说不变，则是指含量，或能表明含量的叙述。可以是A2、B2、AB的体积分数、物质的量分数、质量分数以及分子数之比不变，A2、B2的转化率不变，体系的温度不变，体系的颜色不变；对于反应前后气体体积发生变化的反应，还可以是体系平均相对分子质量、压强、总物质的量等不变。(2)相等：若说相等，则是指正、逆反应速率相等。例如，生成AB的速率与AB分解的速率相等；单位时间内，反应掉A2的分子数与生成A2的分子数相等。有些叙述肯定不对，如生成B2的速率与反应掉AB的速率相等。【变式训练】1.(2014·宁波高二检测)对于可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)下列叙述正确的是()A.达到化学平衡时，4v正(O2)=5v逆(NO)B.若单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3，则反应达到平衡状态C.达到化学平衡时，若缩小容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大D.在恒容容器中，若混合气体密度不再改变，则反应达到平衡状态【解析】选A。平衡时正、逆反应速率相等，故4v正(O2)=5v逆(NO)，A正确；单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3，二者都是正反应速率，B错；缩小容器体积则压强增大，正、逆反应速率都增大，C错；恒容条件下，容器内气体密度一直不变，D错。2.乙酸、乙醇生成乙酸乙酯的反应是可逆反应，反应一段时间后，达到平衡状态。下列描述能说明乙酸与乙醇的反应已经达到平衡的是()A.乙酸、乙醇、乙酸乙酯的浓度相同B.生成1mol乙酸乙酯的同时，也生成1mol乙酸C.当乙酸断开1mol碳氧单键的同时，乙醇也断开了1mol氢氧键D.正反应的速率与逆反应的速率相等，且等于零【解析】选B。A项，该反应为可逆反应，无论是否达到平衡状态，各种物质都共存，浓度是否相同取决于起始物质的浓度，所以不能作为判断依据，故A错误；B项，生成1mol乙酸乙酯的同时，也生成1mol乙酸，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B正确；C项，无论是否达到平衡状态，当乙酸断开1mol碳氧单键的同时，乙醇也断开了1mol氢氧键，反应方向相同，所以不能作为判断反应达到平衡状态的依据，故C错误；D项，当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，但不等于零，故D错误。二、化学平衡常数与转化率1.化学平衡常数：(1)平衡常数的表达式。①书写形式与化学方程式的书写有关：同一个化学反应，化学方程式书写形式不同，平衡常数表达式不同。对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，即K正·K逆=1。如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，K1=2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)，K2=SO2(g)+O2(g)SO3(g)，K3=②平衡常数中的浓度专指气体或溶液的物质的量浓度，单位为mol·L-1，固体和纯液体的浓度可看做常数，不列入表达式。如Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，K=1223222cSOcSOcO22223cSOcOcSO31222cSOcSOcO323cCOcCO(2)化学平衡常数的影响因素：虽然化学平衡常数可用各组分的平衡浓度计算得到，但化学平衡常数只与温度有关，