化学反应速率与化学平衡(中)

化学反应速率与化学平衡(上)教学内容1.了解化学平衡移动的概念2．理解影响化学平衡的因素3．掌握勒沙特列原理及其应用4.理解工业合成氨适宜条件的选择二、学习指导（一）化学平衡移动1．从正、逆反应速度是否相等分析：一定条件改变条件新条件一定v正＝v逆≠0v正≠v逆v正＝v逆≠0平衡状态I平衡破坏平衡状态Ⅱ平衡移动方向取决于v正与v逆的相对大小若v正＞v逆,则正移若v正＜v逆,则逆移若v正＝v逆,则不移化学平衡状态是指在一定条件下正反应速率与逆反应速率相等的动态平衡状态。这种平衡是相对的，改变反应的某些条件，可以使正、逆反应发生不同程度的改变（也可能只改变正、逆反应速率的一种速率），原平衡状态被破坏，一定时间后，在新的条件下又建立新的平衡状态，这一过程就是化学平衡的移动。2．从浓度商和平衡常数分析：对于一个一般的可逆反应：aA+bB====cC+dD，在平衡状态时，平衡常数K=badcBADC][][][][，浓度商Q与K具有相同的表达式，但其浓度（或压力）不像K那样特指平衡态。当Q=K时，反应处于平衡状态；当QK时，反应向着正方向进行；当QK时，反应向着逆方向进行。同样，欲破坏化学平衡状态，必须使Q≠K，（二）.影响化学平衡的因素mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)＋Q（放热），△ng＝p＋q－(m＋n)产生的影响条件的改变浓度C(反应物）增大C(反应物)减小C(生成物)增大C(生成物)减小v正突增后减，v逆渐增，v正＞v逆v正突减后增，v逆渐减，v逆＞v正v逆突增后减，v正渐增，v逆＞v正v逆突减后增，v正渐减，v正＞v逆正移逆移逆移正移压强增大压强△ng＜0v正＞v逆△ng＞0v正、v逆均突增v正＜v逆△ng＝0v正＝v逆正移逆移不移减小压强△ng＜0v正＜v逆△ng＞0v正、v逆均突减v正＞v逆△ng＝0v正＝v逆逆移正移不移温度升温v正、v逆均突增Q＞0,v正＜v逆Q＜0，v正＞v逆逆移正移降温v正、v逆均突减Q＞0,v正＞v逆Q＜0,v正＜v逆正移逆移催化剂正催化剂负催化剂v正、v逆同等程度增大v正、v逆同等程度减小不移动思考：若在气体混和物中充入惰性气体，对化学平衡的移动有无影响？解析：应分恒温恒压和恒温恒容两种情况进行讨论.①恒温恒压：充入惰性气体，密闭容器的体积体积增大，各组分浓度同等程度降低，其效果相当于减小平衡混和物的压强，因此，平衡向反应气体体积增大方向移动。如对合成氨反应来说，则向逆反应方向移动。图象如下：V’逆V’正②恒温恒容:充入惰性气体，似乎总压强增大了，但实际上容器体积不变，对平衡混和物各组成浓度不变，即原各气体分压不变，增大的惰性气体的分压与平衡体系无关，所以平衡不发生移动.图象如下：V正V正’＝V逆’V逆注意①以上讨论适合于不与平衡混和物各组分反应的多种气体.不一定真为惰性气体。②如可逆反应前后气态物质总物质的量不变,则化学平衡不受压强影响,上述恒温恒压、恒温恒容两情况都不会使化学平衡移动.反应速率化学平衡V三、化学平衡移动原理----勒沙特列原理1．定义：如果改变平衡系统的条件之一，如温度、压强或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。2．实例：分析下列实验：反应式：（T一定）2NO2N2O4＋Q（放热）（红棕色）（无色）视线起始平衡I压缩瞬间最终平衡Ⅱ色1物理变化色2平衡移动色3颜色深浅顺序:色2＞色3＞色1由于在视线所指方向观察颜色深浅主要取决于NO2的浓度,在保持温度不变,增大容器内压强时,最终保持容器体积为原来的1/2时,则NO2的浓度CNO2、容器中压强有如下图示：2C1＞C3＞C1P1＜P3＜2P13．应用延伸：勒沙特列原理除了用于典型的可逆反应建立的平衡体系外，也可用于其它的平衡体系。如溶解平衡、电离平衡甚至多重平衡等。如①用难挥发酸制易挥发酸②用金属Na和KCl反应制K是利用K的沸点低于Na,控制合适温度，使K成为气体从熔融混合物中分离出来，使反应得以进行，并非是Na、K还原性的强弱来决定的。（四）合成氨工业简述1．原料气的制备、净化①制N2：物理方法：空气液态空气N2化学方法：空气CO2+N2N2②制H2：水蒸气CO+H2CO2+H2H2反应方程式为：压缩蒸发炭赤热炭H2O催化剂（去CO2）燃烧（去CO2）tCNO2C11C2C31tt2tt11PP2P1P23N2O4ON210cmmc20终III始C+H2O（g）====CO+H2；CO+H2O（g）====CO2+H2注意：制得的N2、H2需要净化，清除杂质，以防止催化剂“中毒”。2.合成氨反应的特点化学反应：N2+3H22NH3△H=-92.4KJ（1）可逆反应；（2）正反应是放热反应；（3）正反应是气体体积缩小的反应。3．工业合成氨适宜条件的选择在实际生产中，需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况，以确定最佳的生产条件。（1）温度、压强与化学平衡、反应速率的关系将N2和H2按1:3组成的混合气在不同的温度和压强下长期放置,测得达到平衡时NH3的体积百分比如下图所示.(a)压强不变时,温度越低,NH3%越大(b)温度不变时,压强越高,NH3%越大但是又存在如下问题：a)温度低,反应速率降低.在较低温度下,从N2、H2开始到达平衡要花好几年时间，无实际意义b)压强增高，对设备、技术、动力等要求相应提高．适宜条件：①一般采用的压强是77105~102Pa②选择适当的催化剂（铁触媒）考虑催化剂的活性及反应速率选择适当的温度（500℃）（2）浓度对反应速率、化学平衡的影响①提高N2或H2的浓度，均可使反应速率增大.对转化率（）的影响如下：当CN2↗时，则N2↘，H2↗当CH2↗时，则H2↘，N2↗故向循环气中不断补充N2和H2且N2、H2可循环使用②当降低NH3的浓度，平衡正移——使生成的氨冷却，成液态分离出．平衡均正移无实际意义NH3%20406080100压强(兆帕)204080601007000C6000C500C04000C3000C2000C催化剂△△4.图示合成氨的原理三、典型例析：例1．对于下列二个平衡体系，增大压强（缩小容器体积）时，混合气体的颜色有何变化？)（1）H2(g)+I2(g)====2HI(g)（2）2NO2(g)====N2O4(g)析根据平衡移动原理，可判断出平衡移动方向，但体系的颜色取决于有色物质的平衡浓度，要比较出第一次平衡时有色气体的浓度与第二次平衡时有色气体平衡浓度的大小，方可得出颜色的变化。解析：（1）增大压强，平衡不移动，但缩小了体积，[I2]增大，故体系颜色加深。（2）增大压强，平衡正向移动，[N2O4]增大，由于2242][][NOONKc，故[NO2]亦增大，故体系颜色也加深。例2．298K时，合成氨反应的热化学方程式为：N2（气）+3H2（气）2NH3（气）△H=-92.4KJ。在该温度下，取1molN2和3molH2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量总是小于92.4KJ。其原因是。解析：该反应是可逆反应，在密闭容器中进行将达到平衡，1molN2和3molH2不能完全反应生成2molNH3，因而放出的热量总小于92.4KJ。例3．在容积相同的两密闭容器A和B中，保持温度为423K，同时向A、B中分别加入amol及bmolHI（a＞b），当反应2HIH2＋I2（g）达到平衡后，下列说法正确的是A从反应开始至达到平衡,所需时间是tA＞tB.B平衡时［I2］A＝［I2］BC平衡时,I2蒸气在混和气体中的体积百分含量A容器中的大于B容器中的DHI的平衡分解率A＝B解析本题分析时抓住两个关键：（1）A、B容器中分别加入amol及bmolHI（a＞b）,则压强Pa＞Pb.（2）化学方程式特点是:△Vg=0,故压强变化平衡不移动根据压强对反应速度的影响,可得∵PA＞PB∴VA＞VB∴tA＜tB根据反应特点，平衡不受压强变化的影响,,A和B容器中I2蒸气的体积百分含量相等.但注意:平衡状态相同是指在平衡混和物中的百分含量相同,而不是浓度相等,∵PA＞PB∴［I2］A＞［I2］B由于平衡状态相同,当然HI的平衡分解率相同:A＝B本题选项D注意：从本题可进一步明白:若反应速率、平衡浓度改变，但平衡不一定发生移动，而百分含量改变平衡则一定发生移动.例4．可逆反应2A＋B2C(g)＋Q(放热)随温度变化气体平均相对分子质量M如图所示，则下列叙述正确的是（）A．A和B可能都是固体B．A和B一定都是气体C．若B为固体，则A一定为气体D．A和B可能都是气体解析;从图示可知；升温使反应向平均分子量减小的方向移动。若A和B都是固体则只有C一种气体，当然分子量不变。若A和B都是气体，则升温平衡逆移，而逆反应方向正是气体物质的量增大的方向，将导致平均分子量减小。但是否A和B一定都是气体呢？不一定！若B为固体，A又不能为固体，当升温平衡逆移，只有当气体质量减小时，才会使平均分子量减小，故此时A一定为气体。本题选项C、D。巩固练习（一）、选择题1．在已经处于化学平衡的体系中，如果下列物理量发生变化，其中一定能表明平衡移动的是（）A．反应混合物的浓度B．反应物理的转化率C．正、逆反应速率D．反应混合物的压强2．把氢氧化钙放入蒸馏水中，一定时间后达到如下平衡：Ca(OH)2(固)====Ca2++2OH—，加入以下溶液，可使Ca(OH)2减少的是（）A．Na2S溶液B．AlCl3溶液C．NaOH溶液D．CaCl2溶液3．在高温下反应2HBr(气)====H2(气)+Br2(气)—Q达到平衡时，要使混合气体颜色加深，可采取的方法是（）A．减小压强B．缩小体积C．升高温度D．增大氢气的浓度4．现有三个体积相等的密闭容器，都进行下列反应：CO2+H2====H2O(气)+CO反应所处的湿度相同，但起始浓度不同，其中甲：n(CO2)=n(H2)=a摩，乙：n(CO2)=a摩，n(H2)=2a摩，丙：n(CO2)=n(H2)=n(H2O气)=a摩，达到平衡时，CO的物质的量由大到小的顺序是（）A．甲＞乙＞丙B．甲＞丙＞乙C．乙＞丙＞甲D．乙＞甲＞丙5．关于合成氨工业，下列说法正确的是（）A．合成氨的反应是放热的，所以合成氨时温度越低，对氨的工业生产越有利。B．根据合成氨的反应，增大压强能提高氨的生产率，所以在合成氨工业中在条件允许的情况下应尽tM温度量增大压强。C．生产中常使用某种廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的转化率。D．使用催化剂只加快反应速度，不影响平衡移动，因此对合成氨产量无影响。6．已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡同正反应方向移动地，下列有关叙述正确的是（）①生成物的质量分数一定增加②生成物的产量一定增加③反应物的转化率一定增大④反应物浓度一定降低⑤正反应速率一定大于逆反应速率⑥使用了合适的催化剂A．①②B．②⑤C．③⑤D．④⑥7．可逆反应mA(g)+nB====pC(g)+qD中，A和C都是无色气体，达平衡后，下列叙述正确的是（）A．若增加B的量，平衡体系颜色加深，说明B必是气体。B．增大压强，平衡不移动，说明m+n一定等于p+q.C．升温，A的转化率减小，说明正反应是吸热反应.D．若B是气体，增大A的量，A、B转化率并不都增大。8．两注射器中分别装有颜色相同的NO2(含N2O4)和Br2(气)，将活塞同时向外拉，使气体体积扩大1倍，从垂直于活塞拉动的方向观察颜色，符合下列情况的是（）A．Br2(g)颜色比NO2颜色深B．NO2颜色比Br2(g)颜色深C．两种气体的颜色一样D．两种气体的颜色均比原来颜色浅。9．不能用勒沙特列原理解释的现象是（）A．碳酸钙不溶于水，但溶于盐酸。B．我国氮肥厂大都采用500℃左右的高温下合成氨。C．我国氮肥厂大都采用3×107Pa条件下合成氨。D．用热的纯碱溶液洗油污时，去污效果好。10．将CO和H2O(气)按物质的量为1：2进行混合，在一定条