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第2章 化學反應的方向、限度與速率,第2節(jié) 化學反應的限度,,該反應在一定條件下是不可能進行完全的，即存在一定的限度，而反應的限度的大小對于生產(chǎn)和生活實際有著直接影響。因此僅研究化學反應的方向是不夠的，還需要關注化學反應的限度問題。怎樣定量描述化學反應的限度呢？化學反應中反應物的轉化率受到哪些因素的影響？,什么叫化學平衡狀態(tài)？化學平衡有哪些特點？,在研究了大量實驗的基礎上，人們發(fā)現(xiàn)可以用化學平衡常數(shù)來定量描述化學反應的限度。,1、可逆反應,定義：在相同條件下同時向正、反兩個方向進行的反應稱可逆反應。,交流 · 研討,下列說法是否正確： 1、氫氣在氧氣中燃燒生成水，水在電解時生成氫氣和氧氣，H2+O2=H2O是可逆反應。 2、硫酸銅晶體加熱變成白色粉末，冷卻又變成藍色，所以無水硫酸銅結合結晶水的反應是可逆反應。 3、氯化銨加熱變成氨氣和氯化氫氣體，兩種氣體又自發(fā)變成氯化銨，氯化銨的分解是可逆反應。,1、可逆反應,可逆反應的特點： （1）不能進行到底，有一定限度 （2）正反兩個方向的反應在同時進行 （3）一定條件下，正逆反應達平衡,1、可逆反應,人們利用可逆反應進行化工生產(chǎn)時要同時考慮兩個因素： 反應進行的速率和反應進行的限度。 化學反應限度決定原料利用率和產(chǎn)品的產(chǎn)率，因此，研究可逆反應，提高化學反應的限度具有重要意義。,2、化學平衡,定義：在一定條件下可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，反應物和生成物的濃度不再發(fā)生變化，這種狀態(tài)稱為化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡。,要點：對象——可逆反應 條件——一定條件下，V正=V逆 特征——各成份的濃度不再變化,特點,動—化學平衡是一種動態(tài)平衡 V正＝V逆≠0；,定—反應混合物中各組成的濃度 保持不變；,變—當外界條件（C、P、T）改變 時，V正≠V逆 ，平衡發(fā)生改變,,2、化學平衡,練習,1、N2+3H2 2NH3反應達到平衡時，下列說法正確的是（ ） A、N2和H2不再化合了 B、N2、H2、NH3的濃度相等 C、平衡建立前體系的總質量在不斷變化而平衡建立后體系的總質量就不再變了 D、N2、H2、NH3的濃度保持不變,,,D,2、在一定溫度下，可逆反應： A(g)+3B(g) 2C(g)達到平衡的標志是( ) A.A生成的速率與C分解的速率相等 B.A、B、C的濃度不再變化 C.單位時間生成n molA同時消耗3n molB D.A、B、C的分子數(shù)之比為1：3：2,BC,3、在一定溫度下反應A2(g) + B2(g) 2AB(g) 達到平衡的標志是（ ）,C,A、單位時間生成1moLA2的同時生成1moL的B2,B、容器內的總物質的量不隨時間變化,C、單位時間生成2moLAB的同時生成1moL的B2,D、單位時間生成1moLA2的同時消耗2moL的2AB,【交流.研討一】測量獲得反應H2(g)＋I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K時各物質的初始濃度和平衡濃度，結果如下表,54.50,54.43,54.16,54.33,8.298,8.306,8.271,1 請根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù)計算平衡時 的值，將計算結果填入表中。,54.62,【交流.研討一】測量獲得反應H2(g)＋I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K時各物質的初始濃度和平衡濃度，結果如下表,54.50,54.43,54.16,54.33,8.298,8.306,8.271,請分析計算所得數(shù)據(jù)，尋找其中的規(guī)律。 （1）請分析計算所得的數(shù)據(jù)，回答在相同溫度下數(shù)據(jù)大小有何特點？ （2）該常數(shù)大小與反應的初始濃度大小有無關系？,54.62,【交流.研討一】測量獲得反應H2(g)＋I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K時各物質的初始濃度和平衡濃度，結果如下表所示,2 請分析計算所得數(shù)據(jù)，尋找其中的規(guī)律。 （3）由1、2、3組所給的初始濃度數(shù)據(jù)判斷剛開始時化學反應進行的方向？由4、5兩組所給的初始濃度數(shù)據(jù)判斷剛開始時化學反應進行的方向？由此你能否得出該常數(shù)與化學反應方向的關系？,54.50,54.62,54.43,54.16,54.33,【交流.研討一】測量獲得反應H2(g)＋I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K時各物質的初始濃度和平衡濃度，結果如下表所示,2 請分析計算所得數(shù)據(jù)，尋找其中的規(guī)律。 （4）由前5組平衡濃度的數(shù)據(jù)判斷建立的平衡狀態(tài)相同嗎？你能否得出該常數(shù)與建立的平衡狀態(tài)有無關系？由此你能得到什么結論？,54.50,54.62,54.43,54.16,54.33,【交流.研討一】測量獲得反應H2(g)＋I2(g) 2HI (g) ，在698.6K或798.6K時各物質的初始濃度和平衡濃度，結果如下表,54.50,54.43,54.16,54.33,8.298,8.306,8.271,2 請分析計算所得數(shù)據(jù)，尋找其中的規(guī)律。 （5）縱觀以上8組實驗數(shù)據(jù)，你還能得到什么結論？,54.62,規(guī)律小結,通過分析實驗數(shù)據(jù)得出： (1)溫度相同時，達到化學平衡狀態(tài) 為一常數(shù)； (2)這個常數(shù)與反應的起始濃度大小無關； (3)這個常數(shù)與正向建立還是逆向建立平衡無關即與平衡建立的過程無關。 (4)同一溫度下可以有多個平衡狀態(tài)，但平衡時只有一個常數(shù)。 (5) 溫度不同，平衡時常數(shù)大小不同。,不管H2 I2和HI的初始濃度是多大，只要保持反應體系的溫度不變，達到化學平衡狀態(tài)后， 總是一個常數(shù)。,一、化學平衡常數(shù),K =,1 化學平衡常數(shù)表達式,含義：在一定溫度時，當一個可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物平衡濃度系數(shù)次方之積與反應物平衡濃度系數(shù)次方之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)簡稱平衡常數(shù)。,單位：（mol?L-1）c+d-a-b,如果反應中有固體和純液體參加，它們的濃度不應寫在平衡關系式中，因為它們的濃度是固定不變的，化學平衡關系式中只包括氣態(tài)物質和溶液中各溶質的濃度。如： CaCO3(s)?CaO(s)+CO2(g) K=[CO2] CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(l) K=[CO]/([CO2][H2]),書寫平衡常數(shù)關系式的注意事項,鞏固練習,1 請寫出下列反應的平衡常數(shù)表達式,2 平衡常數(shù)K的意義 平衡常數(shù)的大小反映了化學反應可能進行的程度(即反應的限度），平衡常數(shù)的數(shù)值越大，說明反應進行得越完全。,一般來說，如果一個反應的平衡常數(shù)大于105，通常認為反應可進行得比較完全，相反，如果一個反應的平衡常數(shù)小于在10-5，則認為這個反應很難進行。,【交流.研討二】寫出下表中各反應的平衡常數(shù)表達式。并討論下面的問題,（1）對于一個反應，其平衡常數(shù)的表達式是唯一的嗎？平衡常數(shù)的表達式與哪些因素有關？ （2）對于一個反應，其正反應和逆反應的平衡常數(shù)之間有什么關系？,,（3）我們將物質的量濃度單位為mol·L-1 帶入化學平衡常數(shù)表達式，可得到K的單位。請寫出上表中三個反應的K的單位，并由所得結果分析K的單位與反應的化學方程式之間有什么關系。,mol·L-1,(mol·L-1)2,3.平衡常數(shù)的有關規(guī)律,1 同一個可逆反應，平衡常數(shù)的表達式不是唯一的，它與化學方程式的書寫方式有關。書寫方式不同，各反應物、生成物的系數(shù)不同，平衡常數(shù)表達式就不同。每個化學方程式都有自己的平衡常數(shù)表達式及相應的平衡常數(shù)。 2 對于同一個反應，正反應和逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)。 3 平衡常數(shù)的單位與化學方程式表示形式相對應。,4. 化學平衡常數(shù)的應用,aA+bB cC+dD,K =,Q =,濃度商,當Q＞K時，,反應會逆向進行達到平衡。,反應為平衡狀態(tài)。,反應要正向進行達到平衡。,在某溫度下，某時刻反應是否達平衡，可用該時刻濃度商Q與K比較大小來判斷。,當Q = K時，,當Q ＜ K時，,對于可逆反應達到平衡后各物質的濃度變化關系，在計算中注意：,（2）生成物：平衡濃度=初始濃度+轉化濃度 生成物D: [D] = c0(D) +△c(D),（3）各物質的轉化濃度之比等于它們在化學方程式中相應的化學計量數(shù)之比?！鱟(A):△c(D)=a:d,（1）反應物：平衡濃度=初始濃度-轉化濃度； 反應物A: [A]=c0(A) - △c(A),5、與平衡常數(shù)有關的計算,例:合成氨的反應N2+3H2?2NH3在某溫度下各物質的平衡濃度是:[N2]=3mol·L-1, [H2]=9mol·L-1,[NH3] =4mol·L-1求該反應的平衡常數(shù)和N2、H2的初始濃度。,解：①求平衡常數(shù)K Kc=[NH3]2/([N2][H2]3)=16/(3×93)=7.32×10-3 ②求N2、H2的初始濃度。 N2 + 3H2 ? 2NH3 初始(mol·L-1) 變化(mol·L-1) 2 6 4 平衡(mol·L-1) 3 9 4,(3+2) (9+6) 0,0.675,1.在某溫度下，可逆反應： mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常數(shù)為Ｋ，下列說法正確的是（ ） Ａ.Ｋ越大，達到平衡時，反應進行的程度越大． Ｂ.Ｋ越小，達到平衡時，反應物的轉化率越大． Ｃ.Ｋ隨反應物濃度改變而改變． Ｄ.Ｋ隨溫度改變而改變．,AD,用平衡常數(shù)來表示反應的限度有時不夠直觀，常用平衡轉化率α來表示反應限度。,表達式：反應物A的平衡轉化率：,二、平衡轉化率,定義：平衡時已轉化了的某反應物的量與轉化前該反應物的量之比。,例：反應CO+H2O?H2+CO2在773K時平衡常數(shù)K=9，如反應開始時C(H2O)=C(CO)=0.020mol·L-1求CO的轉化率。 解： CO + H2O ? H2+CO2 初始 0.02 0.02 0 0 變化 x x x x 平衡 0.02-x 0.02-x x x K=[x/(0.02-x)]2=9 x/(0.02-x)=3 解得 x=0.015mol·L-1 轉化率=(0.015/0.020)×100％=75％,(1)已知初始濃度和平衡濃度求平衡常數(shù)和平衡轉化率,注：溫度一定時，對于一個化學反應，平衡常數(shù)雖然一定，但不同的反應物的平衡轉化率可能不同。不能脫離具體的反應物談平衡轉化率。,（1） 1.92,（2） 0.3mol/L,（3） 80%,(2)已知平衡轉化率和初始濃度求平衡常數(shù),（1） 2.25,（2） 60%,（1） 1,（2） 61.3%,（3）已知平衡常數(shù)和初始濃度求平衡濃度及轉化率。,（ A） 0.004、0.006 60%,2NO2(g) N2O4(g) △H=－57.2kJ·mol-1 紅棕色 無色,,溫度對化學平衡的影響,溫度對化學平衡的影響,2NO2(g) N2O4(g),紅棕色,無色,△H ＝－ 57.2kJ.mol-1,2NO2(g) N2O4(g) △H=－57.2kJ·mol-1 紅棕色 無色,減小,正向,增大,逆向,,溫度對化學平衡的影響,,,正 向,正 向,,升高溫度，平衡向吸熱方向移動； 降低溫度，平衡向放熱方向移動。,交流 研討,溫度對化學平衡的影響是通過改變平衡常數(shù)實現(xiàn)的。,交流 研討,在一定體積的 密閉容器中，反應CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) 的化學平衡常數(shù)和溫度的關系如下表：,回答下列問題： (1)該反應的化學平衡常數(shù)表達式K= 。 (2)該反應的正反應為 反應(填”吸熱”或”放熱”)。 (3)某溫度下,平衡濃度符合下式： c(CO2)c(H2) =c(CO) c(H2O)，可判斷此時的溫度為 ℃。,吸熱,830,遷移 應用,正 向,逆 向,請根據(jù)反應 Fe3+(aq) + 3SCN-(aq) Fe(SCN)3(aq)的平衡常數(shù)K 與 濃度商Q = 的關系,討論改變反應物或生成物濃度對化學 平衡的影響。,Q K,Q K,交流 研討,請根據(jù)提供的試劑和儀器，按照設計的實驗 方案證明上述預測。 試劑：0.01 mol·L-1 FeCl3溶液、0.03 mol·L-1KSCN溶液、 1mol·L-1 FeCl3溶液、1mol·L-1KSCN溶液 儀器：膠頭滴管、點滴板等,溶液呈血紅色后加深,,溶液呈血紅色后加深,,正向移動,正向移動,改變濃度，若QK，平衡逆向移動。,濃度對化學平衡的影響,Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,2、濃度對化學平衡的影響,結論：(其它條件不變的情況下）,向正反應方向移動,向逆反應方向移動,向逆反應方向移動,向正反應方向移動,濃度對化學平衡影響的原因,改變了濃度商(Q)，使Q≠K,進而影響化學平衡,濃度對平衡影響的適用范圍：,只適用于氣體或溶液,說明： 改變純固體、純液體的量對化學平衡無影響。,2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) △H = _ 197.8kJ·mol-1 是硫酸制造工業(yè)的基本反 應。在生產(chǎn)中通常采用通入過量的空氣的方法。為什么？,提高O2在原料氣中的比例，使SO2的平衡轉化率提高，從而降低生產(chǎn)成本。,原平衡狀態(tài),新平衡狀態(tài),平 衡 移 動,,,濃度 借助Q與K的相對大小進行判斷,溫度 溫度對化學平衡的影響是 通過改變平衡常數(shù)來實現(xiàn)的,三支針筒中均抽入10mlNO2氣體，將針筒前端閉。 原理：N2O4 2NO2 （1）將第二支針筒活塞迅速推至5ml處（現(xiàn)象如下圖中 a b c 所示） （2）將第三支針筒活塞迅速拉至20ml處。（現(xiàn)象如下圖中 A1 b1 c1 所示） 請觀察針筒中氣體顏色變化，并嘗試用化學平衡移動的觀點進行解釋。,,,a1,b1,c1,,,,,,[觀察.思考],,,,,,b,c,,,,a,,,,,,,,,再如：,向氣體體積縮小的方向移動,向氣體體積增大的方向移動,N2(氣) + 3H2 (氣) 2NH3(氣),4500C時N2與H2反應合成NH3的數(shù)據(jù),分析：,B：減小壓強，會使化學平衡向著氣體體積增大的方向移動。,3、壓強對化學平衡的影響,結論: (在其它條件不變的情況下),(對于反應前后氣體體積改變的反應),A：增大壓強，會使化學平衡向著氣體體積縮小的方向移動。,(對于反應前后氣體體積不變的反應),C: 改變壓強，化學平衡不移動。,早在1888年，法國科學家勒﹒夏特列就發(fā)現(xiàn)了這其中的規(guī)律，并總結出著名的勒﹒夏特列原理，也叫化學平衡移動原理：改變影響化學平衡的一個因素，平衡將向能夠減弱這種改變的方向移動。,精題點撥,在一定條件下,反應CO + NO2 CO2 + NO達到平衡后，降低溫度，混合氣體的顏色變淺。下列判斷正確的是( ) A. 正反應為吸熱反應 B. 正反應為放熱反應 C. CO的平衡轉化率降低 D. 各物質的濃度不變,B,2．已知化學反應2A(?)+B(g) 2C(?)達到平衡，當增大壓強時，平衡向逆反應方向移動，則 ( ) A．A是氣體，C是固體 B．A、C均為氣體 C．A、C均為固體 D．A是固體，C是氣體,1．某一化學反應，反應物和生成物都是氣體，改變下列條件一定能使化學平衡向正反應方向移動的是 ( ) A．增大反應物濃度 B．減小反應容器的體積 C．增大生成物濃度 D．升高反應溫度,A,D,3.關節(jié)炎病因是在關節(jié)滑液中形成尿酸鈉晶體，尤其在寒冷季節(jié)易誘發(fā)關節(jié)疼痛。其化學機理為： ①HUr + H2O Ur -+ H3O+ 尿酸 尿酸根離子 ②Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s) 下列對反應②敘述中正確的是( ) A. 正反應的△H0 B. 正反應的△H0 C. 升高溫度，平衡正向移動 D. 降低溫度，平衡正向移動,,BD,4.在一定條件下，反應H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) 的△H0，達到化學平衡狀態(tài)且其它條件不變時： (1)如果升高溫度,平衡混合物的顏色 ； (2)如果在體積固定的容器中加入一定量的氫氣，化學平衡 移動，Br2(g)的平衡轉化率 (變大、變小或不變)。,5.鉻酸鉀(K2CrO4)與重鉻酸鉀(K2Cr2O7)有如下轉化: 2CrO42-+ 2H+ Cr2O72- + H2O 黃色 橙紅色 已知重鉻酸鉀的稀溶液呈橙紅色。 (1)向重鉻酸鉀的稀溶液中加入NaOH，溶液呈 色； (2)向 (1)的溶液中再加入過量的H2SO4，溶液呈 色； (3)向重鉻酸鉀的稀溶液中加入Ba(NO3)2溶液(BaCrO4為 黃色沉淀),則平衡向 移動(填“左”或“右”)。,變深,正向,變大,黃,橙紅,左,