化学平衡状态的标志和判断课件

一、教学目的：1、了解化学反应的可逆性，理解化学平衡的涵义。2、掌握达到平衡的标志。3、学会判断化学反应是否达到平衡。4、掌握等效平衡的一些知识。一、化学平衡的概念。在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态叫化学平衡状态。它的建立与反应途径无关，从正反应或逆反应开始都可以建立平衡状态。二、达到平衡的标志：1、逆：化学平衡研究的对象是可逆反应，可逆反应不能进行到底，即反应过程中反应物（生成物）不能全部转化为生成物（反应物）。2、“动”达到平衡时，V正=V逆≠0，即化学平衡是动态平衡，正反应和逆反应仍在继续进行。3、等V正=V逆它的具体含义有两个方面（1）用同一种物质来表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等。即单位时间内生成与消耗某反应物（生成物）的量相等。（2）用不同种物质来表示反应速率时速率不一定相等但必须符合两方面（i）表示两个不同的方向。（ii）速率之比=浓度的变化量之比=物质的量的变化量之比=化学方程式中相应的化学计量数之比。例：下列说法中，可以证明反应N2+3H22NH3已达到平衡状态的是（）A1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成B1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键断裂C1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键断裂D1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键形成分析：A、N≡N断裂代表正反应速率，H-H键形成代表逆反应速率，且比值为1：2，正确。B、N≡N断裂，H-H断裂都只代表逆反应速率，错误。C、N-H键断裂代表逆反应速率，N≡N断裂代表正反应速率，且ΔN2:ΔNH3=1:2，∴正确D、表示反应速率的方向一致，∴错误。答案：A、C4、定：因为V正=V逆≠0，所以同一瞬间，同一物质的生成量等于消耗量。总的结果是混合体系中各组成成分的物质的量、质量，物质的量浓度，各成分的百分含量（体积分数、质量分数），转化率，等不随时间变化而变化。或在反应过程中，某一直在变化的物理量（如M、ρ、p、T等）某一时刻保持不变即达到了平衡。有气体参与的可逆反应：（1）从反应混合气体的平均相对分子质量M考虑总总nmM（I）若各物质均为气体对于非等摩反应，如2SO2+O22SO3，M一定可做为平衡标志。对于等摩反应，H2+Cl2=2HCl，M一定不能做为平衡标志。（II）若有非气体参与，无论等摩非等摩反应，如C(s)+O2(g)CO2(g)，CO2(g)+C(s)2CO(g)，M一定可标志达到平衡。vm（2）从气体密度考虑（I）当反应前后各成分均为气体时恒容：ρ总为恒值，不能做平衡标志。恒压：等摩反应，ρ总为恒值，不能作平衡标志。非等摩反应，ρ为一定值时，可做为平衡标志。（II）当有非气体物质参与时恒容：ρ为一定值时，可作平衡标志。恒压：ρ为一定值时，可作平衡标志。（3）从体系内部压强考虑：因为恒容、恒温条件下，n(g)越大则压强p就越大，则无论各成份是否均为气体，只需考虑Δn(g)。当Δn(g)=0，即等摩反应则p为恒值，不能作平衡标志。Δn(g)≠0，则当p一定时，可做平衡标志。（4）从体系内部温度考虑：当化学平衡尚未建立成平衡发生移动时，反应总要放出或吸收热量，若为绝热体系，当体系内温度一定时，则标志达到平衡。练习1：可逆反应。2HI(g)H2(g)+I2(g)在密闭容器中进行，当下列4项中某项不取随时间变化时，才能说明反应已达平衡（）A容器内压强B平均相对分子质量C各组分浓度D混合气体颜色分析：该反应是一个气体体积不变的反应，在任何情况下，混合气体的质量、物质的量，平均相对分子质量保持不变，在恒容下，气体的密度保持不变；在恒温、恒容下，气体压强很难不变。反应混合物中只有I2(g)有颜色，混合气体的颜色不变，说明I2(g)的浓度不变，反应达到平衡。答案：CD注意：对于反应前后气体体积不变的反应，通常不能用物质的量、容器的压强，气体的密度平均相对分子质量等是否变化作为判断平衡状态的标志。练习2：在一定条件下，反应2A(g)+2B(g)3C(g)+D(g)达到平衡状态的标志是（）A单位时间内生成2nmolA，同时生成nmolDB容器内的压强不随时间而变化C单位时间内生成nmolB，同时消耗1.5nmolCD容器内混合气体密度不随时间而变化分析：A：生成A指逆反应方向，生成D指正反应方向符合化学计量数比，∴A正确。B：由于此反应为等摩反应，压强始终不变，所以此反应压强不能做为平衡的标志。C：生成B的方向指逆反应方向，消耗C的方向也指逆反应方向，方向一致，C错误。D：由于此反应物质皆为气体，且又是等摩反应，所以密度始终不变，此反应密度不能做为平衡的标志。答案：A12DACC练习3：在一定条件下，化学反应N2+3H22NH3达到平衡，下列说法正确的是（）A容器内平均相对分子质量不随时间变化BN2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2CN2减少的速率和NH3减少的速率之比为1:2D气体体积为初始体积的21分析：由于M=而此反应又为非等摩反应，M不随时间变化相当于C固定，∴M可做为平衡的标志，∴A正确。B、由于物质的浓度变化量之比=化学方程式计量比，所以若N2、H2、NH3以1:3:2的比例投料，则任何状况下N2:H2:NH3的浓度比都等于1:3:2。总总nmC、N2的减少指正反应，NH3的减少指逆反应，∴C正确。D、由于此反应体积减少的量恰好为原来初始体积的一半，所以任何状况下气体体积都为初始体积的∴D错误。∴答案为A、C2132NHNVV21练习4：在一定条件下，反应2NO+O22NO2达到平衡的标志（）ANO、O2、NO2分子数目比是2:1:2B反应混合物中各组成物质的浓度相等C混合气体的颜色不再发生变化D混合气体的平均相对分子质量不变分析：若起始投料NO:O2:NO2=2:1:2，任何状态下NO、O2、NO2分子数目之比都为2:1:2∴A错误。B、平衡的标志是浓度固定，而不是浓度相等，所以B错误。C、混合气体的颜色是由NO2的浓度决定，颜色不再发生变化，说明NO2的浓度固定，∴C正确。D、由于体系中物质皆为气体，且该反应为非等摩反应，所以平均分子量可以做为平衡标志，∴D正确。答案：C、D练习5：在2NO2N2O4的可逆反应中，下列状态属平衡状态的是（）AV正=V逆≠0时的状态BNO2全部转变成N2O4的状态C[NO2]=[N2O4]的状态DN2O4不再分解的状态E混合物中，NO2的百分含量不再改变的状态FNO2的分子数与N2O4分子数的比值为2:1的状态G体系的颜色不再发生变化的状态分析：化学反应达到平衡时，V正=V逆，但反应仍在进行，反应速率不为零，故A正确。平衡时，各组分的百分含量保持不变，但并不一定存在[NO2]等于[N2O4]，或二者分子数之比为2:1的情况，所以C、F错误，E正确。由于该反应是可逆反应，反应不能进行到底，达平衡时，存在着反应物与生成物共存的体系。故B错误。对于2NO2N2O4这个具体的反应而言，由于NO2呈棕色而N2O4无色，达平衡时各组分的百分含量保持不变，体系的颜色也就不再改变。答案：A、E、G5、变：改变影响化学平衡的条件，平衡就被破坏，正逆反应速率不再相等，平衡发生移动，直至建立新的平衡。6、化学平衡的建立与反应的途径无关。同一可逆反应，只有条件相同（即温度、压强相同）并按化学方程式计量数的相应量配比，使容器中总质量保持不变，则无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或正、逆反应同时开始，最终都会达到同一平衡状态。二、等效平衡1、对于同一可逆反应，当外界条件不变时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始都可建立同一平衡状态。2、等效平衡类型（1）恒温恒容时非等摩反应，物料相当。如2SO2+O22SO2，恒容时，充入2molSO2、1molO2和充入2molSO3时等效。练习：在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO2+O22SO3，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态，现在该容器中维持温度不就，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol）。如a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时的完全相同，请填写下列空白：催化剂Δ（1）若a=0，b=0，则c=______。（2）若a=0.5，则b=______和c=______。（3）a、b、c必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a，c另一个只含b，c_______________________。解题思路：有关气体的物质的量不论取何值，都把它转化成最初给定气体的物质的量，若其值与题干给出的量相同，则符合题意。①根据恒容非等摩反应，物料相当C=2。②a=0.5mol与最初给定的物质的量2mol差1.5mol，因为SO2和SO3的化学计量数相等：C=1.5mol。又∵O2与SO3的化学计量数之比为1:2，∴b+=1∴b=0.25mol。③把a、b、c转化为最初给定的物量的量，即C→0，则SO2、O2分别为2mol、1mol即等效，也就是说必须符合a+c=2b+=1。答案：（1）c=2（2）b=0.25c=1.5（3）a+c=22b+c=22c2c（2）恒温恒容时的等摩反应，恒温恒压时的等摩与非等摩反应。由于这三种情况改变浓度，平衡不移动，符合物料比即可。如VL带活塞的容器，保持t℃和1标准大气压，分别投入2molN2和5molH2，4molN2和10molH2建立平衡时，两容器中NH3质量分数相等。点评：同学们可以在理解的基础上记住以下“等效平衡”规律：在定温，定容条件下，只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比换算成化学方程式同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则平衡等效。在定温、定压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成化学方程式同一半边的物质的量之比与原平衡相同，到达平衡后与原平衡等效。